fs/f2fs/extent_cache.c

   1 /*
   2  * f2fs extent cache support
   3  *
   4  * Copyright (c) 2015 Motorola Mobility
   5  * Copyright (c) 2015 Samsung Electronics
   6  * Authors: Jaegeuk Kim <jaegeuk@kernel.org>
   7  *          Chao Yu <chao2.yu@samsung.com>
   8  *
   9  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  10  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
  11  * published by the Free Software Foundation.
  12  */
  13
  14 #include <linux/fs.h>
  15 #include <linux/f2fs_fs.h>
  16
  17 #include "f2fs.h"
  18 #include "node.h"
  19 #include <trace/events/f2fs.h>
  20
  21 static struct kmem_cache *extent_tree_slab;
  22 static struct kmem_cache *extent_node_slab;
  23
  24 static struct extent_node *__attach_extent_node(struct f2fs_sb_info *sbi,
  25                                 struct extent_tree *et, struct extent_info *ei,
  26                                 struct rb_node *parent, struct rb_node **p)
  27 {
  28         struct extent_node *en;
  29
  30         en = kmem_cache_alloc(extent_node_slab, GFP_ATOMIC);
  31         if (!en)
  32                 return NULL;
  33
  34         en->ei = *ei;
  35         INIT_LIST_HEAD(&en->list);
  36
  37         rb_link_node(&en->rb_node, parent, p);
  38         rb_insert_color(&en->rb_node, &et->root);
  39         et->count++;
  40         atomic_inc(&sbi->total_ext_node);
  41         return en;
  42 }
  43
  44 static void __detach_extent_node(struct f2fs_sb_info *sbi,
  45                                 struct extent_tree *et, struct extent_node *en)
  46 {
  47         rb_erase(&en->rb_node, &et->root);
  48         et->count--;
  49         atomic_dec(&sbi->total_ext_node);
  50
  51         if (et->cached_en == en)
  52                 et->cached_en = NULL;
  53 }
  54
  55 static struct extent_tree *__grab_extent_tree(struct inode *inode)
  56 {
  57         struct f2fs_sb_info *sbi = F2FS_I_SB(inode);
  58         struct extent_tree *et;
  59         nid_t ino = inode->i_ino;
  60
  61         down_write(&sbi->extent_tree_lock);
  62         et = radix_tree_lookup(&sbi->extent_tree_root, ino);
  63         if (!et) {
  64                 et = f2fs_kmem_cache_alloc(extent_tree_slab, GFP_NOFS);
  65                 f2fs_radix_tree_insert(&sbi->extent_tree_root, ino, et);
  66                 memset(et, 0, sizeof(struct extent_tree));
  67                 et->ino = ino;
  68                 et->root = RB_ROOT;
  69                 et->cached_en = NULL;
  70                 rwlock_init(&et->lock);
  71                 atomic_set(&et->refcount, 0);
  72                 et->count = 0;
  73                 sbi->total_ext_tree++;
  74         }
  75         atomic_inc(&et->refcount);
  76         up_write(&sbi->extent_tree_lock);
  77
  78         /* never died until evict_inode */
  79         F2FS_I(inode)->extent_tree = et;
  80
  81         return et;
  82 }
  83
  84 static struct extent_node *__lookup_extent_tree(struct extent_tree *et,
  85                                                         unsigned int fofs)
  86 {
  87         struct rb_node *node = et->root.rb_node;
  88         struct extent_node *en;
  89
  90         if (et->cached_en) {
  91                 struct extent_info *cei = &et->cached_en->ei;
  92
  93                 if (cei->fofs <= fofs && cei->fofs + cei->len > fofs)
  94                         return et->cached_en;
  95         }
  96
  97         while (node) {
  98                 en = rb_entry(node, struct extent_node, rb_node);
  99
 100                 if (fofs < en->ei.fofs)
 101                         node = node->rb_left;
 102                 else if (fofs >= en->ei.fofs + en->ei.len)
 103                         node = node->rb_right;
 104                 else
 105                         return en;
 106         }
 107         return NULL;
 108 }
 109
 110 static struct extent_node *__try_back_merge(struct f2fs_sb_info *sbi,
 111                                 struct extent_tree *et, struct extent_node *en)
 112 {
 113         struct extent_node *prev;
 114         struct rb_node *node;
 115
 116         node = rb_prev(&en->rb_node);
 117         if (!node)
 118                 return NULL;
 119
 120         prev = rb_entry(node, struct extent_node, rb_node);
 121         if (__is_back_mergeable(&en->ei, &prev->ei)) {
 122                 en->ei.fofs = prev->ei.fofs;
 123                 en->ei.blk = prev->ei.blk;
 124                 en->ei.len += prev->ei.len;
 125                 __detach_extent_node(sbi, et, prev);
 126                 return prev;
 127         }
 128         return NULL;
 129 }
 130
 131 static struct extent_node *__try_front_merge(struct f2fs_sb_info *sbi,
 132                                 struct extent_tree *et, struct extent_node *en)
 133 {
 134         struct extent_node *next;
 135         struct rb_node *node;
 136
 137         node = rb_next(&en->rb_node);
 138         if (!node)
 139                 return NULL;
 140
 141         next = rb_entry(node, struct extent_node, rb_node);
 142         if (__is_front_mergeable(&en->ei, &next->ei)) {
 143                 en->ei.len += next->ei.len;
 144                 __detach_extent_node(sbi, et, next);
 145                 return next;
 146         }
 147         return NULL;
 148 }
 149
 150 static struct extent_node *__insert_extent_tree(struct f2fs_sb_info *sbi,
 151                                 struct extent_tree *et, struct extent_info *ei,
 152                                 struct extent_node **den)
 153 {
 154         struct rb_node **p = &et->root.rb_node;
 155         struct rb_node *parent = NULL;
 156         struct extent_node *en;
 157
 158         while (*p) {
 159                 parent = *p;
 160                 en = rb_entry(parent, struct extent_node, rb_node);
 161
 162                 if (ei->fofs < en->ei.fofs) {
 163                         if (__is_front_mergeable(ei, &en->ei)) {
 164                                 f2fs_bug_on(sbi, !den);
 165                                 en->ei.fofs = ei->fofs;
 166                                 en->ei.blk = ei->blk;
 167                                 en->ei.len += ei->len;
 168                                 *den = __try_back_merge(sbi, et, en);
 169                                 goto update_out;
 170                         }
 171                         p = &(*p)->rb_left;
 172                 } else if (ei->fofs >= en->ei.fofs + en->ei.len) {
 173                         if (__is_back_mergeable(ei, &en->ei)) {
 174                                 f2fs_bug_on(sbi, !den);
 175                                 en->ei.len += ei->len;
 176                                 *den = __try_front_merge(sbi, et, en);
 177                                 goto update_out;
 178                         }
 179                         p = &(*p)->rb_right;
 180                 } else {
 181                         f2fs_bug_on(sbi, 1);
 182                 }
 183         }
 184
 185         en = __attach_extent_node(sbi, et, ei, parent, p);
 186         if (!en)
 187                 return NULL;
 188 update_out:
 189         if (en->ei.len > et->largest.len)
 190                 et->largest = en->ei;
 191         et->cached_en = en;
 192         return en;
 193 }
 194
 195 static unsigned int __free_extent_tree(struct f2fs_sb_info *sbi,
 196                                         struct extent_tree *et, bool free_all)
 197 {
 198         struct rb_node *node, *next;
 199         struct extent_node *en;
 200         unsigned int count = et->count;
 201
 202         node = rb_first(&et->root);
 203         while (node) {
 204                 next = rb_next(node);
 205                 en = rb_entry(node, struct extent_node, rb_node);
 206
 207                 if (free_all) {
 208                         spin_lock(&sbi->extent_lock);
 209                         if (!list_empty(&en->list))
 210                                 list_del_init(&en->list);
 211                         spin_unlock(&sbi->extent_lock);
 212                 }
 213
 214                 if (free_all || list_empty(&en->list)) {
 215                         __detach_extent_node(sbi, et, en);
 216                         kmem_cache_free(extent_node_slab, en);
 217                 }
 218                 node = next;
 219         }
 220
 221         return count - et->count;
 222 }
 223
 224 void f2fs_drop_largest_extent(struct inode *inode, pgoff_t fofs)
 225 {
 226         struct extent_info *largest = &F2FS_I(inode)->extent_tree->largest;
 227
 228         if (largest->fofs <= fofs && largest->fofs + largest->len > fofs)
 229                 largest->len = 0;
 230 }
 231
 232 void f2fs_init_extent_tree(struct inode *inode, struct f2fs_extent *i_ext)
 233 {
 234         struct f2fs_sb_info *sbi = F2FS_I_SB(inode);
 235         struct extent_tree *et;
 236         struct extent_node *en;
 237         struct extent_info ei;
 238
 239         if (!f2fs_may_extent_tree(inode))
 240                 return;
 241
 242         et = __grab_extent_tree(inode);
 243
 244         if (!i_ext || le32_to_cpu(i_ext->len) < F2FS_MIN_EXTENT_LEN)
 245                 return;
 246
 247         set_extent_info(&ei, le32_to_cpu(i_ext->fofs),
 248                 le32_to_cpu(i_ext->blk), le32_to_cpu(i_ext->len));
 249
 250         write_lock(&et->lock);
 251         if (et->count)
 252                 goto out;
 253
 254         en = __insert_extent_tree(sbi, et, &ei, NULL);
 255         if (en) {
 256                 spin_lock(&sbi->extent_lock);
 257                 list_add_tail(&en->list, &sbi->extent_list);
 258                 spin_unlock(&sbi->extent_lock);
 259         }
 260 out:
 261         write_unlock(&et->lock);
 262 }
 263
 264 static bool f2fs_lookup_extent_tree(struct inode *inode, pgoff_t pgofs,
 265                                                         struct extent_info *ei)
 266 {
 267         struct f2fs_sb_info *sbi = F2FS_I_SB(inode);
 268         struct extent_tree *et = F2FS_I(inode)->extent_tree;
 269         struct extent_node *en;
 270         bool ret = false;
 271
 272         f2fs_bug_on(sbi, !et);
 273
 274         trace_f2fs_lookup_extent_tree_start(inode, pgofs);
 275
 276         read_lock(&et->lock);
 277
 278         if (et->largest.fofs <= pgofs &&
 279                         et->largest.fofs + et->largest.len > pgofs) {
 280                 *ei = et->largest;
 281                 ret = true;
 282                 stat_inc_read_hit(sbi->sb);
 283                 goto out;
 284         }
 285
 286         en = __lookup_extent_tree(et, pgofs);
 287         if (en) {
 288                 *ei = en->ei;
 289                 spin_lock(&sbi->extent_lock);
 290                 if (!list_empty(&en->list))
 291                         list_move_tail(&en->list, &sbi->extent_list);
 292                 et->cached_en = en;
 293                 spin_unlock(&sbi->extent_lock);
 294                 ret = true;
 295                 stat_inc_read_hit(sbi->sb);
 296         }
 297 out:
 298         stat_inc_total_hit(sbi->sb);
 299         read_unlock(&et->lock);
 300
 301         trace_f2fs_lookup_extent_tree_end(inode, pgofs, ei);
 302         return ret;
 303 }
 304
 305 /* return true, if on-disk extent should be updated */
 306 static bool f2fs_update_extent_tree(struct inode *inode, pgoff_t fofs,
 307                                                         block_t blkaddr)
 308 {
 309         struct f2fs_sb_info *sbi = F2FS_I_SB(inode);
 310         struct extent_tree *et = F2FS_I(inode)->extent_tree;
 311         struct extent_node *en = NULL, *en1 = NULL, *en2 = NULL, *en3 = NULL;
 312         struct extent_node *den = NULL;
 313         struct extent_info ei, dei, prev;
 314         unsigned int endofs;
 315
 316         if (!et)
 317                 return false;
 318
 319         trace_f2fs_update_extent_tree(inode, fofs, blkaddr);
 320
 321         write_lock(&et->lock);
 322
 323         if (is_inode_flag_set(F2FS_I(inode), FI_NO_EXTENT)) {
 324                 write_unlock(&et->lock);
 325                 return false;
 326         }
 327
 328         prev = et->largest;
 329         dei.len = 0;
 330
 331         /* we do not guarantee that the largest extent is cached all the time */
 332         f2fs_drop_largest_extent(inode, fofs);
 333
 334         /* 1. lookup and remove existing extent info in cache */
 335         en = __lookup_extent_tree(et, fofs);
 336         if (!en)
 337                 goto update_extent;
 338
 339         dei = en->ei;
 340         __detach_extent_node(sbi, et, en);
 341
 342         /* 2. if extent can be split more, split and insert the left part */
 343         if (dei.len > F2FS_MIN_EXTENT_LEN) {
 344                 /*  insert left part of split extent into cache */
 345                 if (fofs - dei.fofs >= F2FS_MIN_EXTENT_LEN) {
 346                         set_extent_info(&ei, dei.fofs, dei.blk,
 347                                                         fofs - dei.fofs);
 348                         en1 = __insert_extent_tree(sbi, et, &ei, NULL);
 349                 }
 350
 351                 /* insert right part of split extent into cache */
 352                 endofs = dei.fofs + dei.len - 1;
 353                 if (endofs - fofs >= F2FS_MIN_EXTENT_LEN) {
 354                         set_extent_info(&ei, fofs + 1,
 355                                 fofs - dei.fofs + dei.blk + 1, endofs - fofs);
 356                         en2 = __insert_extent_tree(sbi, et, &ei, NULL);
 357                 }
 358         }
 359
 360 update_extent:
 361         /* 3. update extent in extent cache */
 362         if (blkaddr) {
 363                 set_extent_info(&ei, fofs, blkaddr, 1);
 364                 en3 = __insert_extent_tree(sbi, et, &ei, &den);
 365
 366                 /* give up extent_cache, if split and small updates happen */
 367                 if (dei.len >= 1 &&
 368                                 prev.len < F2FS_MIN_EXTENT_LEN &&
 369                                 et->largest.len < F2FS_MIN_EXTENT_LEN) {
 370                         et->largest.len = 0;
 371                         set_inode_flag(F2FS_I(inode), FI_NO_EXTENT);
 372                 }
 373         }
 374
 375         /* 4. update in global extent list */
 376         spin_lock(&sbi->extent_lock);
 377         if (en && !list_empty(&en->list))
 378                 list_del(&en->list);
 379         /*
 380          * en1 and en2 split from en, they will become more and more smaller
 381          * fragments after splitting several times. So if the length is smaller
 382          * than F2FS_MIN_EXTENT_LEN, we will not add them into extent tree.
 383          */
 384         if (en1)
 385                 list_add_tail(&en1->list, &sbi->extent_list);
 386         if (en2)
 387                 list_add_tail(&en2->list, &sbi->extent_list);
 388         if (en3) {
 389                 if (list_empty(&en3->list))
 390                         list_add_tail(&en3->list, &sbi->extent_list);
 391                 else
 392                         list_move_tail(&en3->list, &sbi->extent_list);
 393         }
 394         if (den && !list_empty(&den->list))
 395                 list_del(&den->list);
 396         spin_unlock(&sbi->extent_lock);
 397
 398         /* 5. release extent node */
 399         if (en)
 400                 kmem_cache_free(extent_node_slab, en);
 401         if (den)
 402                 kmem_cache_free(extent_node_slab, den);
 403
 404         if (is_inode_flag_set(F2FS_I(inode), FI_NO_EXTENT))
 405                 __free_extent_tree(sbi, et, true);
 406
 407         write_unlock(&et->lock);
 408
 409         return !__is_extent_same(&prev, &et->largest);
 410 }
 411
 412 unsigned int f2fs_shrink_extent_tree(struct f2fs_sb_info *sbi, int nr_shrink)
 413 {
 414         struct extent_tree *treevec[EXT_TREE_VEC_SIZE];
 415         struct extent_node *en, *tmp;
 416         unsigned long ino = F2FS_ROOT_INO(sbi);
 417         struct radix_tree_root *root = &sbi->extent_tree_root;
 418         unsigned int found;
 419         unsigned int node_cnt = 0, tree_cnt = 0;
 420         int remained;
 421
 422         if (!test_opt(sbi, EXTENT_CACHE))
 423                 return 0;
 424
 425         if (!down_write_trylock(&sbi->extent_tree_lock))
 426                 goto out;
 427
 428         /* 1. remove unreferenced extent tree */
 429         while ((found = radix_tree_gang_lookup(root,
 430                                 (void **)treevec, ino, EXT_TREE_VEC_SIZE))) {
 431                 unsigned i;
 432
 433                 ino = treevec[found - 1]->ino + 1;
 434                 for (i = 0; i < found; i++) {
 435                         struct extent_tree *et = treevec[i];
 436
 437                         if (!atomic_read(&et->refcount)) {
 438                                 write_lock(&et->lock);
 439                                 node_cnt += __free_extent_tree(sbi, et, true);
 440                                 write_unlock(&et->lock);
 441
 442                                 radix_tree_delete(root, et->ino);
 443                                 kmem_cache_free(extent_tree_slab, et);
 444                                 sbi->total_ext_tree--;
 445                                 tree_cnt++;
 446
 447                                 if (node_cnt + tree_cnt >= nr_shrink)
 448                                         goto unlock_out;
 449                         }
 450                 }
 451         }
 452         up_write(&sbi->extent_tree_lock);
 453
 454         /* 2. remove LRU extent entries */
 455         if (!down_write_trylock(&sbi->extent_tree_lock))
 456                 goto out;
 457
 458         remained = nr_shrink - (node_cnt + tree_cnt);
 459
 460         spin_lock(&sbi->extent_lock);
 461         list_for_each_entry_safe(en, tmp, &sbi->extent_list, list) {
 462                 if (!remained--)
 463                         break;
 464                 list_del_init(&en->list);
 465         }
 466         spin_unlock(&sbi->extent_lock);
 467
 468         while ((found = radix_tree_gang_lookup(root,
 469                                 (void **)treevec, ino, EXT_TREE_VEC_SIZE))) {
 470                 unsigned i;
 471
 472                 ino = treevec[found - 1]->ino + 1;
 473                 for (i = 0; i < found; i++) {
 474                         struct extent_tree *et = treevec[i];
 475
 476                         write_lock(&et->lock);
 477                         node_cnt += __free_extent_tree(sbi, et, false);
 478                         write_unlock(&et->lock);
 479
 480                         if (node_cnt + tree_cnt >= nr_shrink)
 481                                 break;
 482                 }
 483         }
 484 unlock_out:
 485         up_write(&sbi->extent_tree_lock);
 486 out:
 487         trace_f2fs_shrink_extent_tree(sbi, node_cnt, tree_cnt);
 488
 489         return node_cnt + tree_cnt;
 490 }
 491
 492 unsigned int f2fs_destroy_extent_node(struct inode *inode)
 493 {
 494         struct f2fs_sb_info *sbi = F2FS_I_SB(inode);
 495         struct extent_tree *et = F2FS_I(inode)->extent_tree;
 496         unsigned int node_cnt = 0;
 497
 498         if (!et)
 499                 return 0;
 500
 501         write_lock(&et->lock);
 502         node_cnt = __free_extent_tree(sbi, et, true);
 503         write_unlock(&et->lock);
 504
 505         return node_cnt;
 506 }
 507
 508 void f2fs_destroy_extent_tree(struct inode *inode)
 509 {
 510         struct f2fs_sb_info *sbi = F2FS_I_SB(inode);
 511         struct extent_tree *et = F2FS_I(inode)->extent_tree;
 512         unsigned int node_cnt = 0;
 513
 514         if (!et)
 515                 return;
 516
 517         if (inode->i_nlink && !is_bad_inode(inode) && et->count) {
 518                 atomic_dec(&et->refcount);
 519                 return;
 520         }
 521
 522         /* free all extent info belong to this extent tree */
 523         node_cnt = f2fs_destroy_extent_node(inode);
 524
 525         /* delete extent tree entry in radix tree */
 526         down_write(&sbi->extent_tree_lock);
 527         atomic_dec(&et->refcount);
 528         f2fs_bug_on(sbi, atomic_read(&et->refcount) || et->count);
 529         radix_tree_delete(&sbi->extent_tree_root, inode->i_ino);
 530         kmem_cache_free(extent_tree_slab, et);
 531         sbi->total_ext_tree--;
 532         up_write(&sbi->extent_tree_lock);
 533
 534         F2FS_I(inode)->extent_tree = NULL;
 535
 536         trace_f2fs_destroy_extent_tree(inode, node_cnt);
 537 }
 538
 539 bool f2fs_lookup_extent_cache(struct inode *inode, pgoff_t pgofs,
 540                                         struct extent_info *ei)
 541 {
 542         if (!f2fs_may_extent_tree(inode))
 543                 return false;
 544
 545         return f2fs_lookup_extent_tree(inode, pgofs, ei);
 546 }
 547
 548 void f2fs_update_extent_cache(struct dnode_of_data *dn)
 549 {
 550         struct f2fs_inode_info *fi = F2FS_I(dn->inode);
 551         pgoff_t fofs;
 552
 553         if (!f2fs_may_extent_tree(dn->inode))
 554                 return;
 555
 556         f2fs_bug_on(F2FS_I_SB(dn->inode), dn->data_blkaddr == NEW_ADDR);
 557
 558         fofs = start_bidx_of_node(ofs_of_node(dn->node_page), fi) +
 559                                                         dn->ofs_in_node;
 560
 561         if (f2fs_update_extent_tree(dn->inode, fofs, dn->data_blkaddr))
 562                 sync_inode_page(dn);
 563 }
 564
 565 void init_extent_cache_info(struct f2fs_sb_info *sbi)
 566 {
 567         INIT_RADIX_TREE(&sbi->extent_tree_root, GFP_NOIO);
 568         init_rwsem(&sbi->extent_tree_lock);
 569         INIT_LIST_HEAD(&sbi->extent_list);
 570         spin_lock_init(&sbi->extent_lock);
 571         sbi->total_ext_tree = 0;
 572         atomic_set(&sbi->total_ext_node, 0);
 573 }
 574
 575 int __init create_extent_cache(void)
 576 {
 577         extent_tree_slab = f2fs_kmem_cache_create("f2fs_extent_tree",
 578                         sizeof(struct extent_tree));
 579         if (!extent_tree_slab)
 580                 return -ENOMEM;
 581         extent_node_slab = f2fs_kmem_cache_create("f2fs_extent_node",
 582                         sizeof(struct extent_node));
 583         if (!extent_node_slab) {
 584                 kmem_cache_destroy(extent_tree_slab);
 585                 return -ENOMEM;
 586         }
 587         return 0;
 588 }
 589
 590 void destroy_extent_cache(void)
 591 {
 592         kmem_cache_destroy(extent_node_slab);
 593         kmem_cache_destroy(extent_tree_slab);
 594 }