fs/ext4/extents_status.c

   1 /*
   2  *  fs/ext4/extents_status.c
   3  *
   4  * Written by Yongqiang Yang <xiaoqiangnk@gmail.com>
   5  * Modified by
   6  *      Allison Henderson <achender@linux.vnet.ibm.com>
   7  *      Hugh Dickins <hughd@google.com>
   8  *      Zheng Liu <wenqing.lz@taobao.com>
   9  *
  10  * Ext4 extents status tree core functions.
  11  */
  12 #include <linux/rbtree.h>
  13 #include <linux/list_sort.h>
  14 #include "ext4.h"
  15 #include "extents_status.h"
  16
  17 #include <trace/events/ext4.h>
  18
  19 /*
  20  * According to previous discussion in Ext4 Developer Workshop, we
  21  * will introduce a new structure called io tree to track all extent
  22  * status in order to solve some problems that we have met
  23  * (e.g. Reservation space warning), and provide extent-level locking.
  24  * Delay extent tree is the first step to achieve this goal.  It is
  25  * original built by Yongqiang Yang.  At that time it is called delay
  26  * extent tree, whose goal is only track delayed extents in memory to
  27  * simplify the implementation of fiemap and bigalloc, and introduce
  28  * lseek SEEK_DATA/SEEK_HOLE support.  That is why it is still called
  29  * delay extent tree at the first commit.  But for better understand
  30  * what it does, it has been rename to extent status tree.
  31  *
  32  * Step1:
  33  * Currently the first step has been done.  All delayed extents are
  34  * tracked in the tree.  It maintains the delayed extent when a delayed
  35  * allocation is issued, and the delayed extent is written out or
  36  * invalidated.  Therefore the implementation of fiemap and bigalloc
  37  * are simplified, and SEEK_DATA/SEEK_HOLE are introduced.
  38  *
  39  * The following comment describes the implemenmtation of extent
  40  * status tree and future works.
  41  *
  42  * Step2:
  43  * In this step all extent status are tracked by extent status tree.
  44  * Thus, we can first try to lookup a block mapping in this tree before
  45  * finding it in extent tree.  Hence, single extent cache can be removed
  46  * because extent status tree can do a better job.  Extents in status
  47  * tree are loaded on-demand.  Therefore, the extent status tree may not
  48  * contain all of the extents in a file.  Meanwhile we define a shrinker
  49  * to reclaim memory from extent status tree because fragmented extent
  50  * tree will make status tree cost too much memory.  written/unwritten/-
  51  * hole extents in the tree will be reclaimed by this shrinker when we
  52  * are under high memory pressure.  Delayed extents will not be
  53  * reclimed because fiemap, bigalloc, and seek_data/hole need it.
  54  */
  55
  56 /*
  57  * Extent status tree implementation for ext4.
  58  *
  59  *
  60  * ==========================================================================
  61  * Extent status tree tracks all extent status.
  62  *
  63  * 1. Why we need to implement extent status tree?
  64  *
  65  * Without extent status tree, ext4 identifies a delayed extent by looking
  66  * up page cache, this has several deficiencies - complicated, buggy,
  67  * and inefficient code.
  68  *
  69  * FIEMAP, SEEK_HOLE/DATA, bigalloc, and writeout all need to know if a
  70  * block or a range of blocks are belonged to a delayed extent.
  71  *
  72  * Let us have a look at how they do without extent status tree.
  73  *   -- FIEMAP
  74  *      FIEMAP looks up page cache to identify delayed allocations from holes.
  75  *
  76  *   -- SEEK_HOLE/DATA
  77  *      SEEK_HOLE/DATA has the same problem as FIEMAP.
  78  *
  79  *   -- bigalloc
  80  *      bigalloc looks up page cache to figure out if a block is
  81  *      already under delayed allocation or not to determine whether
  82  *      quota reserving is needed for the cluster.
  83  *
  84  *   -- writeout
  85  *      Writeout looks up whole page cache to see if a buffer is
  86  *      mapped, If there are not very many delayed buffers, then it is
  87  *      time comsuming.
  88  *
  89  * With extent status tree implementation, FIEMAP, SEEK_HOLE/DATA,
  90  * bigalloc and writeout can figure out if a block or a range of
  91  * blocks is under delayed allocation(belonged to a delayed extent) or
  92  * not by searching the extent tree.
  93  *
  94  *
  95  * ==========================================================================
  96  * 2. Ext4 extent status tree impelmentation
  97  *
  98  *   -- extent
  99  *      A extent is a range of blocks which are contiguous logically and
 100  *      physically.  Unlike extent in extent tree, this extent in ext4 is
 101  *      a in-memory struct, there is no corresponding on-disk data.  There
 102  *      is no limit on length of extent, so an extent can contain as many
 103  *      blocks as they are contiguous logically and physically.
 104  *
 105  *   -- extent status tree
 106  *      Every inode has an extent status tree and all allocation blocks
 107  *      are added to the tree with different status.  The extent in the
 108  *      tree are ordered by logical block no.
 109  *
 110  *   -- operations on a extent status tree
 111  *      There are three important operations on a delayed extent tree: find
 112  *      next extent, adding a extent(a range of blocks) and removing a extent.
 113  *
 114  *   -- race on a extent status tree
 115  *      Extent status tree is protected by inode->i_es_lock.
 116  *
 117  *   -- memory consumption
 118  *      Fragmented extent tree will make extent status tree cost too much
 119  *      memory.  Hence, we will reclaim written/unwritten/hole extents from
 120  *      the tree under a heavy memory pressure.
 121  *
 122  *
 123  * ==========================================================================
 124  * 3. Performance analysis
 125  *
 126  *   -- overhead
 127  *      1. There is a cache extent for write access, so if writes are
 128  *      not very random, adding space operaions are in O(1) time.
 129  *
 130  *   -- gain
 131  *      2. Code is much simpler, more readable, more maintainable and
 132  *      more efficient.
 133  *
 134  *
 135  * ==========================================================================
 136  * 4. TODO list
 137  *
 138  *   -- Refactor delayed space reservation
 139  *
 140  *   -- Extent-level locking
 141  */
 142
 143 static struct kmem_cache *ext4_es_cachep;
 144
 145 static int __es_insert_extent(struct inode *inode, struct extent_status *newes);
 146 static int __es_remove_extent(struct inode *inode, ext4_lblk_t lblk,
 147                               ext4_lblk_t end);
 148 static int __es_try_to_reclaim_extents(struct ext4_inode_info *ei,
 149                                        int nr_to_scan);
 150 static int __ext4_es_shrink(struct ext4_sb_info *sbi, int nr_to_scan,
 151                             struct ext4_inode_info *locked_ei);
 152
 153 int __init ext4_init_es(void)
 154 {
 155         ext4_es_cachep = kmem_cache_create("ext4_extent_status",
 156                                            sizeof(struct extent_status),
 157                                            0, (SLAB_RECLAIM_ACCOUNT), NULL);
 158         if (ext4_es_cachep == NULL)
 159                 return -ENOMEM;
 160         return 0;
 161 }
 162
 163 void ext4_exit_es(void)
 164 {
 165         if (ext4_es_cachep)
 166                 kmem_cache_destroy(ext4_es_cachep);
 167 }
 168
 169 void ext4_es_init_tree(struct ext4_es_tree *tree)
 170 {
 171         tree->root = RB_ROOT;
 172         tree->cache_es = NULL;
 173 }
 174
 175 #ifdef ES_DEBUG__
 176 static void ext4_es_print_tree(struct inode *inode)
 177 {
 178         struct ext4_es_tree *tree;
 179         struct rb_node *node;
 180
 181         printk(KERN_DEBUG "status extents for inode %lu:", inode->i_ino);
 182         tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 183         node = rb_first(&tree->root);
 184         while (node) {
 185                 struct extent_status *es;
 186                 es = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 187                 printk(KERN_DEBUG " [%u/%u) %llu %x",
 188                        es->es_lblk, es->es_len,
 189                        ext4_es_pblock(es), ext4_es_status(es));
 190                 node = rb_next(node);
 191         }
 192         printk(KERN_DEBUG "\n");
 193 }
 194 #else
 195 #define ext4_es_print_tree(inode)
 196 #endif
 197
 198 static inline ext4_lblk_t ext4_es_end(struct extent_status *es)
 199 {
 200         BUG_ON(es->es_lblk + es->es_len < es->es_lblk);
 201         return es->es_lblk + es->es_len - 1;
 202 }
 203
 204 /*
 205  * search through the tree for an delayed extent with a given offset.  If
 206  * it can't be found, try to find next extent.
 207  */
 208 static struct extent_status *__es_tree_search(struct rb_root *root,
 209                                               ext4_lblk_t lblk)
 210 {
 211         struct rb_node *node = root->rb_node;
 212         struct extent_status *es = NULL;
 213
 214         while (node) {
 215                 es = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 216                 if (lblk < es->es_lblk)
 217                         node = node->rb_left;
 218                 else if (lblk > ext4_es_end(es))
 219                         node = node->rb_right;
 220                 else
 221                         return es;
 222         }
 223
 224         if (es && lblk < es->es_lblk)
 225                 return es;
 226
 227         if (es && lblk > ext4_es_end(es)) {
 228                 node = rb_next(&es->rb_node);
 229                 return node ? rb_entry(node, struct extent_status, rb_node) :
 230                               NULL;
 231         }
 232
 233         return NULL;
 234 }
 235
 236 /*
 237  * ext4_es_find_delayed_extent_range: find the 1st delayed extent covering
 238  * @es->lblk if it exists, otherwise, the next extent after @es->lblk.
 239  *
 240  * @inode: the inode which owns delayed extents
 241  * @lblk: the offset where we start to search
 242  * @end: the offset where we stop to search
 243  * @es: delayed extent that we found
 244  */
 245 void ext4_es_find_delayed_extent_range(struct inode *inode,
 246                                  ext4_lblk_t lblk, ext4_lblk_t end,
 247                                  struct extent_status *es)
 248 {
 249         struct ext4_es_tree *tree = NULL;
 250         struct extent_status *es1 = NULL;
 251         struct rb_node *node;
 252
 253         BUG_ON(es == NULL);
 254         BUG_ON(end < lblk);
 255         trace_ext4_es_find_delayed_extent_range_enter(inode, lblk);
 256
 257         read_lock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 258         tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 259
 260         /* find extent in cache firstly */
 261         es->es_lblk = es->es_len = es->es_pblk = 0;
 262         if (tree->cache_es) {
 263                 es1 = tree->cache_es;
 264                 if (in_range(lblk, es1->es_lblk, es1->es_len)) {
 265                         es_debug("%u cached by [%u/%u) %llu %x\n",
 266                                  lblk, es1->es_lblk, es1->es_len,
 267                                  ext4_es_pblock(es1), ext4_es_status(es1));
 268                         goto out;
 269                 }
 270         }
 271
 272         es1 = __es_tree_search(&tree->root, lblk);
 273
 274 out:
 275         if (es1 && !ext4_es_is_delayed(es1)) {
 276                 while ((node = rb_next(&es1->rb_node)) != NULL) {
 277                         es1 = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 278                         if (es1->es_lblk > end) {
 279                                 es1 = NULL;
 280                                 break;
 281                         }
 282                         if (ext4_es_is_delayed(es1))
 283                                 break;
 284                 }
 285         }
 286
 287         if (es1 && ext4_es_is_delayed(es1)) {
 288                 tree->cache_es = es1;
 289                 es->es_lblk = es1->es_lblk;
 290                 es->es_len = es1->es_len;
 291                 es->es_pblk = es1->es_pblk;
 292         }
 293
 294         read_unlock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 295
 296         trace_ext4_es_find_delayed_extent_range_exit(inode, es);
 297 }
 298
 299 static struct extent_status *
 300 ext4_es_alloc_extent(struct inode *inode, ext4_lblk_t lblk, ext4_lblk_t len,
 301                      ext4_fsblk_t pblk)
 302 {
 303         struct extent_status *es;
 304         es = kmem_cache_alloc(ext4_es_cachep, GFP_ATOMIC);
 305         if (es == NULL)
 306                 return NULL;
 307         es->es_lblk = lblk;
 308         es->es_len = len;
 309         es->es_pblk = pblk;
 310
 311         /*
 312          * We don't count delayed extent because we never try to reclaim them
 313          */
 314         if (!ext4_es_is_delayed(es)) {
 315                 EXT4_I(inode)->i_es_lru_nr++;
 316                 percpu_counter_inc(&EXT4_SB(inode->i_sb)->s_extent_cache_cnt);
 317         }
 318
 319         return es;
 320 }
 321
 322 static void ext4_es_free_extent(struct inode *inode, struct extent_status *es)
 323 {
 324         /* Decrease the lru counter when this es is not delayed */
 325         if (!ext4_es_is_delayed(es)) {
 326                 BUG_ON(EXT4_I(inode)->i_es_lru_nr == 0);
 327                 EXT4_I(inode)->i_es_lru_nr--;
 328                 percpu_counter_dec(&EXT4_SB(inode->i_sb)->s_extent_cache_cnt);
 329         }
 330
 331         kmem_cache_free(ext4_es_cachep, es);
 332 }
 333
 334 /*
 335  * Check whether or not two extents can be merged
 336  * Condition:
 337  *  - logical block number is contiguous
 338  *  - physical block number is contiguous
 339  *  - status is equal
 340  */
 341 static int ext4_es_can_be_merged(struct extent_status *es1,
 342                                  struct extent_status *es2)
 343 {
 344         if (ext4_es_status(es1) != ext4_es_status(es2))
 345                 return 0;
 346
 347         if (((__u64) es1->es_len) + es2->es_len > 0xFFFFFFFFULL)
 348                 return 0;
 349
 350         if (((__u64) es1->es_lblk) + es1->es_len != es2->es_lblk)
 351                 return 0;
 352
 353         if ((ext4_es_is_written(es1) || ext4_es_is_unwritten(es1)) &&
 354             (ext4_es_pblock(es1) + es1->es_len == ext4_es_pblock(es2)))
 355                 return 1;
 356
 357         if (ext4_es_is_hole(es1))
 358                 return 1;
 359
 360         /* we need to check delayed extent is without unwritten status */
 361         if (ext4_es_is_delayed(es1) && !ext4_es_is_unwritten(es1))
 362                 return 1;
 363
 364         return 0;
 365 }
 366
 367 static struct extent_status *
 368 ext4_es_try_to_merge_left(struct inode *inode, struct extent_status *es)
 369 {
 370         struct ext4_es_tree *tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 371         struct extent_status *es1;
 372         struct rb_node *node;
 373
 374         node = rb_prev(&es->rb_node);
 375         if (!node)
 376                 return es;
 377
 378         es1 = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 379         if (ext4_es_can_be_merged(es1, es)) {
 380                 es1->es_len += es->es_len;
 381                 rb_erase(&es->rb_node, &tree->root);
 382                 ext4_es_free_extent(inode, es);
 383                 es = es1;
 384         }
 385
 386         return es;
 387 }
 388
 389 static struct extent_status *
 390 ext4_es_try_to_merge_right(struct inode *inode, struct extent_status *es)
 391 {
 392         struct ext4_es_tree *tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 393         struct extent_status *es1;
 394         struct rb_node *node;
 395
 396         node = rb_next(&es->rb_node);
 397         if (!node)
 398                 return es;
 399
 400         es1 = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 401         if (ext4_es_can_be_merged(es, es1)) {
 402                 es->es_len += es1->es_len;
 403                 rb_erase(node, &tree->root);
 404                 ext4_es_free_extent(inode, es1);
 405         }
 406
 407         return es;
 408 }
 409
 410 #ifdef ES_AGGRESSIVE_TEST
 411 #include "ext4_extents.h"       /* Needed when ES_AGGRESSIVE_TEST is defined */
 412
 413 static void ext4_es_insert_extent_ext_check(struct inode *inode,
 414                                             struct extent_status *es)
 415 {
 416         struct ext4_ext_path *path = NULL;
 417         struct ext4_extent *ex;
 418         ext4_lblk_t ee_block;
 419         ext4_fsblk_t ee_start;
 420         unsigned short ee_len;
 421         int depth, ee_status, es_status;
 422
 423         path = ext4_ext_find_extent(inode, es->es_lblk, NULL, EXT4_EX_NOCACHE);
 424         if (IS_ERR(path))
 425                 return;
 426
 427         depth = ext_depth(inode);
 428         ex = path[depth].p_ext;
 429
 430         if (ex) {
 431
 432                 ee_block = le32_to_cpu(ex->ee_block);
 433                 ee_start = ext4_ext_pblock(ex);
 434                 ee_len = ext4_ext_get_actual_len(ex);
 435
 436                 ee_status = ext4_ext_is_uninitialized(ex) ? 1 : 0;
 437                 es_status = ext4_es_is_unwritten(es) ? 1 : 0;
 438
 439                 /*
 440                  * Make sure ex and es are not overlap when we try to insert
 441                  * a delayed/hole extent.
 442                  */
 443                 if (!ext4_es_is_written(es) && !ext4_es_is_unwritten(es)) {
 444                         if (in_range(es->es_lblk, ee_block, ee_len)) {
 445                                 pr_warn("ES insert assertion failed for "
 446                                         "inode: %lu we can find an extent "
 447                                         "at block [%d/%d/%llu/%c], but we "
 448                                         "want to add a delayed/hole extent "
 449                                         "[%d/%d/%llu/%x]\n",
 450                                         inode->i_ino, ee_block, ee_len,
 451                                         ee_start, ee_status ? 'u' : 'w',
 452                                         es->es_lblk, es->es_len,
 453                                         ext4_es_pblock(es), ext4_es_status(es));
 454                         }
 455                         goto out;
 456                 }
 457
 458                 /*
 459                  * We don't check ee_block == es->es_lblk, etc. because es
 460                  * might be a part of whole extent, vice versa.
 461                  */
 462                 if (es->es_lblk < ee_block ||
 463                     ext4_es_pblock(es) != ee_start + es->es_lblk - ee_block) {
 464                         pr_warn("ES insert assertion failed for inode: %lu "
 465                                 "ex_status [%d/%d/%llu/%c] != "
 466                                 "es_status [%d/%d/%llu/%c]\n", inode->i_ino,
 467                                 ee_block, ee_len, ee_start,
 468                                 ee_status ? 'u' : 'w', es->es_lblk, es->es_len,
 469                                 ext4_es_pblock(es), es_status ? 'u' : 'w');
 470                         goto out;
 471                 }
 472
 473                 if (ee_status ^ es_status) {
 474                         pr_warn("ES insert assertion failed for inode: %lu "
 475                                 "ex_status [%d/%d/%llu/%c] != "
 476                                 "es_status [%d/%d/%llu/%c]\n", inode->i_ino,
 477                                 ee_block, ee_len, ee_start,
 478                                 ee_status ? 'u' : 'w', es->es_lblk, es->es_len,
 479                                 ext4_es_pblock(es), es_status ? 'u' : 'w');
 480                 }
 481         } else {
 482                 /*
 483                  * We can't find an extent on disk.  So we need to make sure
 484                  * that we don't want to add an written/unwritten extent.
 485                  */
 486                 if (!ext4_es_is_delayed(es) && !ext4_es_is_hole(es)) {
 487                         pr_warn("ES insert assertion failed for inode: %lu "
 488                                 "can't find an extent at block %d but we want "
 489                                 "to add a written/unwritten extent "
 490                                 "[%d/%d/%llu/%x]\n", inode->i_ino,
 491                                 es->es_lblk, es->es_lblk, es->es_len,
 492                                 ext4_es_pblock(es), ext4_es_status(es));
 493                 }
 494         }
 495 out:
 496         if (path) {
 497                 ext4_ext_drop_refs(path);
 498                 kfree(path);
 499         }
 500 }
 501
 502 static void ext4_es_insert_extent_ind_check(struct inode *inode,
 503                                             struct extent_status *es)
 504 {
 505         struct ext4_map_blocks map;
 506         int retval;
 507
 508         /*
 509          * Here we call ext4_ind_map_blocks to lookup a block mapping because
 510          * 'Indirect' structure is defined in indirect.c.  So we couldn't
 511          * access direct/indirect tree from outside.  It is too dirty to define
 512          * this function in indirect.c file.
 513          */
 514
 515         map.m_lblk = es->es_lblk;
 516         map.m_len = es->es_len;
 517
 518         retval = ext4_ind_map_blocks(NULL, inode, &map, 0);
 519         if (retval > 0) {
 520                 if (ext4_es_is_delayed(es) || ext4_es_is_hole(es)) {
 521                         /*
 522                          * We want to add a delayed/hole extent but this
 523                          * block has been allocated.
 524                          */
 525                         pr_warn("ES insert assertion failed for inode: %lu "
 526                                 "We can find blocks but we want to add a "
 527                                 "delayed/hole extent [%d/%d/%llu/%x]\n",
 528                                 inode->i_ino, es->es_lblk, es->es_len,
 529                                 ext4_es_pblock(es), ext4_es_status(es));
 530                         return;
 531                 } else if (ext4_es_is_written(es)) {
 532                         if (retval != es->es_len) {
 533                                 pr_warn("ES insert assertion failed for "
 534                                         "inode: %lu retval %d != es_len %d\n",
 535                                         inode->i_ino, retval, es->es_len);
 536                                 return;
 537                         }
 538                         if (map.m_pblk != ext4_es_pblock(es)) {
 539                                 pr_warn("ES insert assertion failed for "
 540                                         "inode: %lu m_pblk %llu != "
 541                                         "es_pblk %llu\n",
 542                                         inode->i_ino, map.m_pblk,
 543                                         ext4_es_pblock(es));
 544                                 return;
 545                         }
 546                 } else {
 547                         /*
 548                          * We don't need to check unwritten extent because
 549                          * indirect-based file doesn't have it.
 550                          */
 551                         BUG_ON(1);
 552                 }
 553         } else if (retval == 0) {
 554                 if (ext4_es_is_written(es)) {
 555                         pr_warn("ES insert assertion failed for inode: %lu "
 556                                 "We can't find the block but we want to add "
 557                                 "a written extent [%d/%d/%llu/%x]\n",
 558                                 inode->i_ino, es->es_lblk, es->es_len,
 559                                 ext4_es_pblock(es), ext4_es_status(es));
 560                         return;
 561                 }
 562         }
 563 }
 564
 565 static inline void ext4_es_insert_extent_check(struct inode *inode,
 566                                                struct extent_status *es)
 567 {
 568         /*
 569          * We don't need to worry about the race condition because
 570          * caller takes i_data_sem locking.
 571          */
 572         BUG_ON(!rwsem_is_locked(&EXT4_I(inode)->i_data_sem));
 573         if (ext4_test_inode_flag(inode, EXT4_INODE_EXTENTS))
 574                 ext4_es_insert_extent_ext_check(inode, es);
 575         else
 576                 ext4_es_insert_extent_ind_check(inode, es);
 577 }
 578 #else
 579 static inline void ext4_es_insert_extent_check(struct inode *inode,
 580                                                struct extent_status *es)
 581 {
 582 }
 583 #endif
 584
 585 static int __es_insert_extent(struct inode *inode, struct extent_status *newes)
 586 {
 587         struct ext4_es_tree *tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 588         struct rb_node **p = &tree->root.rb_node;
 589         struct rb_node *parent = NULL;
 590         struct extent_status *es;
 591
 592         while (*p) {
 593                 parent = *p;
 594                 es = rb_entry(parent, struct extent_status, rb_node);
 595
 596                 if (newes->es_lblk < es->es_lblk) {
 597                         if (ext4_es_can_be_merged(newes, es)) {
 598                                 /*
 599                                  * Here we can modify es_lblk directly
 600                                  * because it isn't overlapped.
 601                                  */
 602                                 es->es_lblk = newes->es_lblk;
 603                                 es->es_len += newes->es_len;
 604                                 if (ext4_es_is_written(es) ||
 605                                     ext4_es_is_unwritten(es))
 606                                         ext4_es_store_pblock(es,
 607                                                              newes->es_pblk);
 608                                 es = ext4_es_try_to_merge_left(inode, es);
 609                                 goto out;
 610                         }
 611                         p = &(*p)->rb_left;
 612                 } else if (newes->es_lblk > ext4_es_end(es)) {
 613                         if (ext4_es_can_be_merged(es, newes)) {
 614                                 es->es_len += newes->es_len;
 615                                 es = ext4_es_try_to_merge_right(inode, es);
 616                                 goto out;
 617                         }
 618                         p = &(*p)->rb_right;
 619                 } else {
 620                         BUG_ON(1);
 621                         return -EINVAL;
 622                 }
 623         }
 624
 625         es = ext4_es_alloc_extent(inode, newes->es_lblk, newes->es_len,
 626                                   newes->es_pblk);
 627         if (!es)
 628                 return -ENOMEM;
 629         rb_link_node(&es->rb_node, parent, p);
 630         rb_insert_color(&es->rb_node, &tree->root);
 631
 632 out:
 633         tree->cache_es = es;
 634         return 0;
 635 }
 636
 637 /*
 638  * ext4_es_insert_extent() adds information to an inode's extent
 639  * status tree.
 640  *
 641  * Return 0 on success, error code on failure.
 642  */
 643 int ext4_es_insert_extent(struct inode *inode, ext4_lblk_t lblk,
 644                           ext4_lblk_t len, ext4_fsblk_t pblk,
 645                           unsigned int status)
 646 {
 647         struct extent_status newes;
 648         ext4_lblk_t end = lblk + len - 1;
 649         int err = 0;
 650
 651         es_debug("add [%u/%u) %llu %x to extent status tree of inode %lu\n",
 652                  lblk, len, pblk, status, inode->i_ino);
 653
 654         if (!len)
 655                 return 0;
 656
 657         BUG_ON(end < lblk);
 658
 659         newes.es_lblk = lblk;
 660         newes.es_len = len;
 661         ext4_es_store_pblock_status(&newes, pblk, status);
 662         trace_ext4_es_insert_extent(inode, &newes);
 663
 664         ext4_es_insert_extent_check(inode, &newes);
 665
 666         write_lock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 667         err = __es_remove_extent(inode, lblk, end);
 668         if (err != 0)
 669                 goto error;
 670 retry:
 671         err = __es_insert_extent(inode, &newes);
 672         if (err == -ENOMEM && __ext4_es_shrink(EXT4_SB(inode->i_sb), 1,
 673                                                EXT4_I(inode)))
 674                 goto retry;
 675         if (err == -ENOMEM && !ext4_es_is_delayed(&newes))
 676                 err = 0;
 677
 678 error:
 679         write_unlock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 680
 681         ext4_es_print_tree(inode);
 682
 683         return err;
 684 }
 685
 686 /*
 687  * ext4_es_cache_extent() inserts information into the extent status
 688  * tree if and only if there isn't information about the range in
 689  * question already.
 690  */
 691 void ext4_es_cache_extent(struct inode *inode, ext4_lblk_t lblk,
 692                           ext4_lblk_t len, ext4_fsblk_t pblk,
 693                           unsigned int status)
 694 {
 695         struct extent_status *es;
 696         struct extent_status newes;
 697         ext4_lblk_t end = lblk + len - 1;
 698
 699         newes.es_lblk = lblk;
 700         newes.es_len = len;
 701         ext4_es_store_pblock_status(&newes, pblk, status);
 702         trace_ext4_es_cache_extent(inode, &newes);
 703
 704         if (!len)
 705                 return;
 706
 707         BUG_ON(end < lblk);
 708
 709         write_lock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 710
 711         es = __es_tree_search(&EXT4_I(inode)->i_es_tree.root, lblk);
 712         if (!es || es->es_lblk > end)
 713                 __es_insert_extent(inode, &newes);
 714         write_unlock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 715 }
 716
 717 /*
 718  * ext4_es_lookup_extent() looks up an extent in extent status tree.
 719  *
 720  * ext4_es_lookup_extent is called by ext4_map_blocks/ext4_da_map_blocks.
 721  *
 722  * Return: 1 on found, 0 on not
 723  */
 724 int ext4_es_lookup_extent(struct inode *inode, ext4_lblk_t lblk,
 725                           struct extent_status *es)
 726 {
 727         struct ext4_es_tree *tree;
 728         struct extent_status *es1 = NULL;
 729         struct rb_node *node;
 730         int found = 0;
 731
 732         trace_ext4_es_lookup_extent_enter(inode, lblk);
 733         es_debug("lookup extent in block %u\n", lblk);
 734
 735         tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 736         read_lock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 737
 738         /* find extent in cache firstly */
 739         es->es_lblk = es->es_len = es->es_pblk = 0;
 740         if (tree->cache_es) {
 741                 es1 = tree->cache_es;
 742                 if (in_range(lblk, es1->es_lblk, es1->es_len)) {
 743                         es_debug("%u cached by [%u/%u)\n",
 744                                  lblk, es1->es_lblk, es1->es_len);
 745                         found = 1;
 746                         goto out;
 747                 }
 748         }
 749
 750         node = tree->root.rb_node;
 751         while (node) {
 752                 es1 = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 753                 if (lblk < es1->es_lblk)
 754                         node = node->rb_left;
 755                 else if (lblk > ext4_es_end(es1))
 756                         node = node->rb_right;
 757                 else {
 758                         found = 1;
 759                         break;
 760                 }
 761         }
 762
 763 out:
 764         if (found) {
 765                 BUG_ON(!es1);
 766                 es->es_lblk = es1->es_lblk;
 767                 es->es_len = es1->es_len;
 768                 es->es_pblk = es1->es_pblk;
 769         }
 770
 771         read_unlock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 772
 773         trace_ext4_es_lookup_extent_exit(inode, es, found);
 774         return found;
 775 }
 776
 777 static int __es_remove_extent(struct inode *inode, ext4_lblk_t lblk,
 778                               ext4_lblk_t end)
 779 {
 780         struct ext4_es_tree *tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 781         struct rb_node *node;
 782         struct extent_status *es;
 783         struct extent_status orig_es;
 784         ext4_lblk_t len1, len2;
 785         ext4_fsblk_t block;
 786         int err;
 787
 788 retry:
 789         err = 0;
 790         es = __es_tree_search(&tree->root, lblk);
 791         if (!es)
 792                 goto out;
 793         if (es->es_lblk > end)
 794                 goto out;
 795
 796         /* Simply invalidate cache_es. */
 797         tree->cache_es = NULL;
 798
 799         orig_es.es_lblk = es->es_lblk;
 800         orig_es.es_len = es->es_len;
 801         orig_es.es_pblk = es->es_pblk;
 802
 803         len1 = lblk > es->es_lblk ? lblk - es->es_lblk : 0;
 804         len2 = ext4_es_end(es) > end ? ext4_es_end(es) - end : 0;
 805         if (len1 > 0)
 806                 es->es_len = len1;
 807         if (len2 > 0) {
 808                 if (len1 > 0) {
 809                         struct extent_status newes;
 810
 811                         newes.es_lblk = end + 1;
 812                         newes.es_len = len2;
 813                         block = 0x7FDEADBEEF;
 814                         if (ext4_es_is_written(&orig_es) ||
 815                             ext4_es_is_unwritten(&orig_es))
 816                                 block = ext4_es_pblock(&orig_es) +
 817                                         orig_es.es_len - len2;
 818                         ext4_es_store_pblock_status(&newes, block,
 819                                                     ext4_es_status(&orig_es));
 820                         err = __es_insert_extent(inode, &newes);
 821                         if (err) {
 822                                 es->es_lblk = orig_es.es_lblk;
 823                                 es->es_len = orig_es.es_len;
 824                                 if ((err == -ENOMEM) &&
 825                                     __ext4_es_shrink(EXT4_SB(inode->i_sb), 1,
 826                                                      EXT4_I(inode)))
 827                                         goto retry;
 828                                 goto out;
 829                         }
 830                 } else {
 831                         es->es_lblk = end + 1;
 832                         es->es_len = len2;
 833                         if (ext4_es_is_written(es) ||
 834                             ext4_es_is_unwritten(es)) {
 835                                 block = orig_es.es_pblk + orig_es.es_len - len2;
 836                                 ext4_es_store_pblock(es, block);
 837                         }
 838                 }
 839                 goto out;
 840         }
 841
 842         if (len1 > 0) {
 843                 node = rb_next(&es->rb_node);
 844                 if (node)
 845                         es = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 846                 else
 847                         es = NULL;
 848         }
 849
 850         while (es && ext4_es_end(es) <= end) {
 851                 node = rb_next(&es->rb_node);
 852                 rb_erase(&es->rb_node, &tree->root);
 853                 ext4_es_free_extent(inode, es);
 854                 if (!node) {
 855                         es = NULL;
 856                         break;
 857                 }
 858                 es = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 859         }
 860
 861         if (es && es->es_lblk < end + 1) {
 862                 ext4_lblk_t orig_len = es->es_len;
 863
 864                 len1 = ext4_es_end(es) - end;
 865                 es->es_lblk = end + 1;
 866                 es->es_len = len1;
 867                 if (ext4_es_is_written(es) || ext4_es_is_unwritten(es)) {
 868                         block = es->es_pblk + orig_len - len1;
 869                         ext4_es_store_pblock(es, block);
 870                 }
 871         }
 872
 873 out:
 874         return err;
 875 }
 876
 877 /*
 878  * ext4_es_remove_extent() removes a space from a extent status tree.
 879  *
 880  * Return 0 on success, error code on failure.
 881  */
 882 int ext4_es_remove_extent(struct inode *inode, ext4_lblk_t lblk,
 883                           ext4_lblk_t len)
 884 {
 885         ext4_lblk_t end;
 886         int err = 0;
 887
 888         trace_ext4_es_remove_extent(inode, lblk, len);
 889         es_debug("remove [%u/%u) from extent status tree of inode %lu\n",
 890                  lblk, len, inode->i_ino);
 891
 892         if (!len)
 893                 return err;
 894
 895         end = lblk + len - 1;
 896         BUG_ON(end < lblk);
 897
 898         write_lock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 899         err = __es_remove_extent(inode, lblk, end);
 900         write_unlock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 901         ext4_es_print_tree(inode);
 902         return err;
 903 }
 904
 905 static int ext4_inode_touch_time_cmp(void *priv, struct list_head *a,
 906                                      struct list_head *b)
 907 {
 908         struct ext4_inode_info *eia, *eib;
 909         eia = list_entry(a, struct ext4_inode_info, i_es_lru);
 910         eib = list_entry(b, struct ext4_inode_info, i_es_lru);
 911
 912         if (ext4_test_inode_state(&eia->vfs_inode, EXT4_STATE_EXT_PRECACHED) &&
 913             !ext4_test_inode_state(&eib->vfs_inode, EXT4_STATE_EXT_PRECACHED))
 914                 return 1;
 915         if (!ext4_test_inode_state(&eia->vfs_inode, EXT4_STATE_EXT_PRECACHED) &&
 916             ext4_test_inode_state(&eib->vfs_inode, EXT4_STATE_EXT_PRECACHED))
 917                 return -1;
 918         if (eia->i_touch_when == eib->i_touch_when)
 919                 return 0;
 920         if (time_after(eia->i_touch_when, eib->i_touch_when))
 921                 return 1;
 922         else
 923                 return -1;
 924 }
 925
 926 static int __ext4_es_shrink(struct ext4_sb_info *sbi, int nr_to_scan,
 927                             struct ext4_inode_info *locked_ei)
 928 {
 929         struct ext4_inode_info *ei;
 930         struct list_head *cur, *tmp;
 931         LIST_HEAD(skipped);
 932         int nr_shrunk = 0;
 933         int retried = 0, skip_precached = 1, nr_skipped = 0;
 934
 935         spin_lock(&sbi->s_es_lru_lock);
 936
 937 retry:
 938         list_for_each_safe(cur, tmp, &sbi->s_es_lru) {
 939                 int shrunk;
 940
 941                 /*
 942                  * If we have already reclaimed all extents from extent
 943                  * status tree, just stop the loop immediately.
 944                  */
 945                 if (percpu_counter_read_positive(&sbi->s_extent_cache_cnt) == 0)
 946                         break;
 947
 948                 ei = list_entry(cur, struct ext4_inode_info, i_es_lru);
 949
 950                 /*
 951                  * Skip the inode that is newer than the last_sorted
 952                  * time.  Normally we try hard to avoid shrinking
 953                  * precached inodes, but we will as a last resort.
 954                  */
 955                 if ((sbi->s_es_last_sorted < ei->i_touch_when) ||
 956                     (skip_precached && ext4_test_inode_state(&ei->vfs_inode,
 957                                                 EXT4_STATE_EXT_PRECACHED))) {
 958                         nr_skipped++;
 959                         list_move_tail(cur, &skipped);
 960                         continue;
 961                 }
 962
 963                 if (ei->i_es_lru_nr == 0 || ei == locked_ei)
 964                         continue;
 965
 966                 write_lock(&ei->i_es_lock);
 967                 shrunk = __es_try_to_reclaim_extents(ei, nr_to_scan);
 968                 if (ei->i_es_lru_nr == 0)
 969                         list_del_init(&ei->i_es_lru);
 970                 write_unlock(&ei->i_es_lock);
 971
 972                 nr_shrunk += shrunk;
 973                 nr_to_scan -= shrunk;
 974                 if (nr_to_scan == 0)
 975                         break;
 976         }
 977
 978         /* Move the newer inodes into the tail of the LRU list. */
 979         list_splice_tail(&skipped, &sbi->s_es_lru);
 980         INIT_LIST_HEAD(&skipped);
 981
 982         /*
 983          * If we skipped any inodes, and we weren't able to make any
 984          * forward progress, sort the list and try again.
 985          */
 986         if ((nr_shrunk == 0) && nr_skipped && !retried) {
 987                 retried++;
 988                 list_sort(NULL, &sbi->s_es_lru, ext4_inode_touch_time_cmp);
 989                 sbi->s_es_last_sorted = jiffies;
 990                 ei = list_first_entry(&sbi->s_es_lru, struct ext4_inode_info,
 991                                       i_es_lru);
 992                 /*
 993                  * If there are no non-precached inodes left on the
 994                  * list, start releasing precached extents.
 995                  */
 996                 if (ext4_test_inode_state(&ei->vfs_inode,
 997                                           EXT4_STATE_EXT_PRECACHED))
 998                         skip_precached = 0;
 999                 goto retry;
1000         }
1001
1002         spin_unlock(&sbi->s_es_lru_lock);
1003
1004         if (locked_ei && nr_shrunk == 0)
1005                 nr_shrunk = __es_try_to_reclaim_extents(locked_ei, nr_to_scan);
1006
1007         return nr_shrunk;
1008 }
1009
1010 static unsigned long ext4_es_count(struct shrinker *shrink,
1011                                    struct shrink_control *sc)
1012 {
1013         unsigned long nr;
1014         struct ext4_sb_info *sbi;
1015
1016         sbi = container_of(shrink, struct ext4_sb_info, s_es_shrinker);
1017         nr = percpu_counter_read_positive(&sbi->s_extent_cache_cnt);
1018         trace_ext4_es_shrink_enter(sbi->s_sb, sc->nr_to_scan, nr);
1019         return nr;
1020 }
1021
1022 static unsigned long ext4_es_scan(struct shrinker *shrink,
1023                                   struct shrink_control *sc)
1024 {
1025         struct ext4_sb_info *sbi = container_of(shrink,
1026                                         struct ext4_sb_info, s_es_shrinker);
1027         int nr_to_scan = sc->nr_to_scan;
1028         int ret, nr_shrunk;
1029
1030         ret = percpu_counter_read_positive(&sbi->s_extent_cache_cnt);
1031         trace_ext4_es_shrink_enter(sbi->s_sb, nr_to_scan, ret);
1032
1033         if (!nr_to_scan)
1034                 return ret;
1035
1036         nr_shrunk = __ext4_es_shrink(sbi, nr_to_scan, NULL);
1037
1038         trace_ext4_es_shrink_exit(sbi->s_sb, nr_shrunk, ret);
1039         return nr_shrunk;
1040 }
1041
1042 void ext4_es_register_shrinker(struct ext4_sb_info *sbi)
1043 {
1044         INIT_LIST_HEAD(&sbi->s_es_lru);
1045         spin_lock_init(&sbi->s_es_lru_lock);
1046         sbi->s_es_last_sorted = 0;
1047         sbi->s_es_shrinker.scan_objects = ext4_es_scan;
1048         sbi->s_es_shrinker.count_objects = ext4_es_count;
1049         sbi->s_es_shrinker.seeks = DEFAULT_SEEKS;
1050         register_shrinker(&sbi->s_es_shrinker);
1051 }
1052
1053 void ext4_es_unregister_shrinker(struct ext4_sb_info *sbi)
1054 {
1055         unregister_shrinker(&sbi->s_es_shrinker);
1056 }
1057
1058 void ext4_es_lru_add(struct inode *inode)
1059 {
1060         struct ext4_inode_info *ei = EXT4_I(inode);
1061         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(inode->i_sb);
1062
1063         ei->i_touch_when = jiffies;
1064
1065         if (!list_empty(&ei->i_es_lru))
1066                 return;
1067
1068         spin_lock(&sbi->s_es_lru_lock);
1069         if (list_empty(&ei->i_es_lru))
1070                 list_add_tail(&ei->i_es_lru, &sbi->s_es_lru);
1071         spin_unlock(&sbi->s_es_lru_lock);
1072 }
1073
1074 void ext4_es_lru_del(struct inode *inode)
1075 {
1076         struct ext4_inode_info *ei = EXT4_I(inode);
1077         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(inode->i_sb);
1078
1079         spin_lock(&sbi->s_es_lru_lock);
1080         if (!list_empty(&ei->i_es_lru))
1081                 list_del_init(&ei->i_es_lru);
1082         spin_unlock(&sbi->s_es_lru_lock);
1083 }
1084
1085 static int __es_try_to_reclaim_extents(struct ext4_inode_info *ei,
1086                                        int nr_to_scan)
1087 {
1088         struct inode *inode = &ei->vfs_inode;
1089         struct ext4_es_tree *tree = &ei->i_es_tree;
1090         struct rb_node *node;
1091         struct extent_status *es;
1092         unsigned long nr_shrunk = 0;
1093         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
1094                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
1095
1096         if (ei->i_es_lru_nr == 0)
1097                 return 0;
1098
1099         if (ext4_test_inode_state(inode, EXT4_STATE_EXT_PRECACHED) &&
1100             __ratelimit(&_rs))
1101                 ext4_warning(inode->i_sb, "forced shrink of precached extents");
1102
1103         node = rb_first(&tree->root);
1104         while (node != NULL) {
1105                 es = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
1106                 node = rb_next(&es->rb_node);
1107                 /*
1108                  * We can't reclaim delayed extent from status tree because
1109                  * fiemap, bigallic, and seek_data/hole need to use it.
1110                  */
1111                 if (!ext4_es_is_delayed(es)) {
1112                         rb_erase(&es->rb_node, &tree->root);
1113                         ext4_es_free_extent(inode, es);
1114                         nr_shrunk++;
1115                         if (--nr_to_scan == 0)
1116                                 break;
1117                 }
1118         }
1119         tree->cache_es = NULL;
1120         return nr_shrunk;
1121 }