fs/btrfs/delalloc-space.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2
   3 #include "messages.h"
   4 #include "ctree.h"
   5 #include "delalloc-space.h"
   6 #include "block-rsv.h"
   7 #include "btrfs_inode.h"
   8 #include "space-info.h"
   9 #include "qgroup.h"
  10 #include "fs.h"
  11
  12 /*
  13  * HOW DOES THIS WORK
  14  *
  15  * There are two stages to data reservations, one for data and one for metadata
  16  * to handle the new extents and checksums generated by writing data.
  17  *
  18  *
  19  * DATA RESERVATION
  20  *   The general flow of the data reservation is as follows
  21  *
  22  *   -> Reserve
  23  *     We call into btrfs_reserve_data_bytes() for the user request bytes that
  24  *     they wish to write.  We make this reservation and add it to
  25  *     space_info->bytes_may_use.  We set EXTENT_DELALLOC on the inode io_tree
  26  *     for the range and carry on if this is buffered, or follow up trying to
  27  *     make a real allocation if we are pre-allocating or doing O_DIRECT.
  28  *
  29  *   -> Use
  30  *     At writepages()/prealloc/O_DIRECT time we will call into
  31  *     btrfs_reserve_extent() for some part or all of this range of bytes.  We
  32  *     will make the allocation and subtract space_info->bytes_may_use by the
  33  *     original requested length and increase the space_info->bytes_reserved by
  34  *     the allocated length.  This distinction is important because compression
  35  *     may allocate a smaller on disk extent than we previously reserved.
  36  *
  37  *   -> Allocation
  38  *     finish_ordered_io() will insert the new file extent item for this range,
  39  *     and then add a delayed ref update for the extent tree.  Once that delayed
  40  *     ref is written the extent size is subtracted from
  41  *     space_info->bytes_reserved and added to space_info->bytes_used.
  42  *
  43  *   Error handling
  44  *
  45  *   -> By the reservation maker
  46  *     This is the simplest case, we haven't completed our operation and we know
  47  *     how much we reserved, we can simply call
  48  *     btrfs_free_reserved_data_space*() and it will be removed from
  49  *     space_info->bytes_may_use.
  50  *
  51  *   -> After the reservation has been made, but before cow_file_range()
  52  *     This is specifically for the delalloc case.  You must clear
  53  *     EXTENT_DELALLOC with the EXTENT_CLEAR_DATA_RESV bit, and the range will
  54  *     be subtracted from space_info->bytes_may_use.
  55  *
  56  * METADATA RESERVATION
  57  *   The general metadata reservation lifetimes are discussed elsewhere, this
  58  *   will just focus on how it is used for delalloc space.
  59  *
  60  *   We keep track of two things on a per inode bases
  61  *
  62  *   ->outstanding_extents
  63  *     This is the number of file extent items we'll need to handle all of the
  64  *     outstanding DELALLOC space we have in this inode.  We limit the maximum
  65  *     size of an extent, so a large contiguous dirty area may require more than
  66  *     one outstanding_extent, which is why count_max_extents() is used to
  67  *     determine how many outstanding_extents get added.
  68  *
  69  *   ->csum_bytes
  70  *     This is essentially how many dirty bytes we have for this inode, so we
  71  *     can calculate the number of checksum items we would have to add in order
  72  *     to checksum our outstanding data.
  73  *
  74  *   We keep a per-inode block_rsv in order to make it easier to keep track of
  75  *   our reservation.  We use btrfs_calculate_inode_block_rsv_size() to
  76  *   calculate the current theoretical maximum reservation we would need for the
  77  *   metadata for this inode.  We call this and then adjust our reservation as
  78  *   necessary, either by attempting to reserve more space, or freeing up excess
  79  *   space.
  80  *
  81  * OUTSTANDING_EXTENTS HANDLING
  82  *
  83  *  ->outstanding_extents is used for keeping track of how many extents we will
  84  *  need to use for this inode, and it will fluctuate depending on where you are
  85  *  in the life cycle of the dirty data.  Consider the following normal case for
  86  *  a completely clean inode, with a num_bytes < our maximum allowed extent size
  87  *
  88  *  -> reserve
  89  *    ->outstanding_extents += 1 (current value is 1)
  90  *
  91  *  -> set_delalloc
  92  *    ->outstanding_extents += 1 (current value is 2)
  93  *
  94  *  -> btrfs_delalloc_release_extents()
  95  *    ->outstanding_extents -= 1 (current value is 1)
  96  *
  97  *    We must call this once we are done, as we hold our reservation for the
  98  *    duration of our operation, and then assume set_delalloc will update the
  99  *    counter appropriately.
 100  *
 101  *  -> add ordered extent
 102  *    ->outstanding_extents += 1 (current value is 2)
 103  *
 104  *  -> btrfs_clear_delalloc_extent
 105  *    ->outstanding_extents -= 1 (current value is 1)
 106  *
 107  *  -> finish_ordered_io/btrfs_remove_ordered_extent
 108  *    ->outstanding_extents -= 1 (current value is 0)
 109  *
 110  *  Each stage is responsible for their own accounting of the extent, thus
 111  *  making error handling and cleanup easier.
 112  */
 113
 114 int btrfs_alloc_data_chunk_ondemand(struct btrfs_inode *inode, u64 bytes)
 115 {
 116         struct btrfs_root *root = inode->root;
 117         struct btrfs_fs_info *fs_info = root->fs_info;
 118         enum btrfs_reserve_flush_enum flush = BTRFS_RESERVE_FLUSH_DATA;
 119
 120         /* Make sure bytes are sectorsize aligned */
 121         bytes = ALIGN(bytes, fs_info->sectorsize);
 122
 123         if (btrfs_is_free_space_inode(inode))
 124                 flush = BTRFS_RESERVE_FLUSH_FREE_SPACE_INODE;
 125
 126         return btrfs_reserve_data_bytes(fs_info, bytes, flush);
 127 }
 128
 129 int btrfs_check_data_free_space(struct btrfs_inode *inode,
 130                                 struct extent_changeset **reserved, u64 start,
 131                                 u64 len, bool noflush)
 132 {
 133         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
 134         enum btrfs_reserve_flush_enum flush = BTRFS_RESERVE_FLUSH_DATA;
 135         int ret;
 136
 137         /* align the range */
 138         len = round_up(start + len, fs_info->sectorsize) -
 139               round_down(start, fs_info->sectorsize);
 140         start = round_down(start, fs_info->sectorsize);
 141
 142         if (noflush)
 143                 flush = BTRFS_RESERVE_NO_FLUSH;
 144         else if (btrfs_is_free_space_inode(inode))
 145                 flush = BTRFS_RESERVE_FLUSH_FREE_SPACE_INODE;
 146
 147         ret = btrfs_reserve_data_bytes(fs_info, len, flush);
 148         if (ret < 0)
 149                 return ret;
 150
 151         /* Use new btrfs_qgroup_reserve_data to reserve precious data space. */
 152         ret = btrfs_qgroup_reserve_data(inode, reserved, start, len);
 153         if (ret < 0) {
 154                 btrfs_free_reserved_data_space_noquota(fs_info, len);
 155                 extent_changeset_free(*reserved);
 156                 *reserved = NULL;
 157         } else {
 158                 ret = 0;
 159         }
 160         return ret;
 161 }
 162
 163 /*
 164  * Called if we need to clear a data reservation for this inode
 165  * Normally in a error case.
 166  *
 167  * This one will *NOT* use accurate qgroup reserved space API, just for case
 168  * which we can't sleep and is sure it won't affect qgroup reserved space.
 169  * Like clear_bit_hook().
 170  */
 171 void btrfs_free_reserved_data_space_noquota(struct btrfs_fs_info *fs_info,
 172                                             u64 len)
 173 {
 174         struct btrfs_space_info *data_sinfo;
 175
 176         ASSERT(IS_ALIGNED(len, fs_info->sectorsize));
 177
 178         data_sinfo = fs_info->data_sinfo;
 179         btrfs_space_info_free_bytes_may_use(fs_info, data_sinfo, len);
 180 }
 181
 182 /*
 183  * Called if we need to clear a data reservation for this inode
 184  * Normally in a error case.
 185  *
 186  * This one will handle the per-inode data rsv map for accurate reserved
 187  * space framework.
 188  */
 189 void btrfs_free_reserved_data_space(struct btrfs_inode *inode,
 190                         struct extent_changeset *reserved, u64 start, u64 len)
 191 {
 192         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
 193
 194         /* Make sure the range is aligned to sectorsize */
 195         len = round_up(start + len, fs_info->sectorsize) -
 196               round_down(start, fs_info->sectorsize);
 197         start = round_down(start, fs_info->sectorsize);
 198
 199         btrfs_free_reserved_data_space_noquota(fs_info, len);
 200         btrfs_qgroup_free_data(inode, reserved, start, len, NULL);
 201 }
 202
 203 /*
 204  * Release any excessive reservations for an inode.
 205  *
 206  * @inode:       the inode we need to release from
 207  * @qgroup_free: free or convert qgroup meta. Unlike normal operation, qgroup
 208  *               meta reservation needs to know if we are freeing qgroup
 209  *               reservation or just converting it into per-trans.  Normally
 210  *               @qgroup_free is true for error handling, and false for normal
 211  *               release.
 212  *
 213  * This is the same as btrfs_block_rsv_release, except that it handles the
 214  * tracepoint for the reservation.
 215  */
 216 static void btrfs_inode_rsv_release(struct btrfs_inode *inode, bool qgroup_free)
 217 {
 218         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
 219         struct btrfs_block_rsv *block_rsv = &inode->block_rsv;
 220         u64 released = 0;
 221         u64 qgroup_to_release = 0;
 222
 223         /*
 224          * Since we statically set the block_rsv->size we just want to say we
 225          * are releasing 0 bytes, and then we'll just get the reservation over
 226          * the size free'd.
 227          */
 228         released = btrfs_block_rsv_release(fs_info, block_rsv, 0,
 229                                            &qgroup_to_release);
 230         if (released > 0)
 231                 trace_btrfs_space_reservation(fs_info, "delalloc",
 232                                               btrfs_ino(inode), released, 0);
 233         if (qgroup_free)
 234                 btrfs_qgroup_free_meta_prealloc(inode->root, qgroup_to_release);
 235         else
 236                 btrfs_qgroup_convert_reserved_meta(inode->root,
 237                                                    qgroup_to_release);
 238 }
 239
 240 static void btrfs_calculate_inode_block_rsv_size(struct btrfs_fs_info *fs_info,
 241                                                  struct btrfs_inode *inode)
 242 {
 243         struct btrfs_block_rsv *block_rsv = &inode->block_rsv;
 244         u64 reserve_size = 0;
 245         u64 qgroup_rsv_size = 0;
 246         unsigned outstanding_extents;
 247
 248         lockdep_assert_held(&inode->lock);
 249         outstanding_extents = inode->outstanding_extents;
 250
 251         /*
 252          * Insert size for the number of outstanding extents, 1 normal size for
 253          * updating the inode.
 254          */
 255         if (outstanding_extents) {
 256                 reserve_size = btrfs_calc_insert_metadata_size(fs_info,
 257                                                 outstanding_extents);
 258                 reserve_size += btrfs_calc_metadata_size(fs_info, 1);
 259         }
 260         if (!(inode->flags & BTRFS_INODE_NODATASUM)) {
 261                 u64 csum_leaves;
 262
 263                 csum_leaves = btrfs_csum_bytes_to_leaves(fs_info, inode->csum_bytes);
 264                 reserve_size += btrfs_calc_insert_metadata_size(fs_info, csum_leaves);
 265         }
 266         /*
 267          * For qgroup rsv, the calculation is very simple:
 268          * account one nodesize for each outstanding extent
 269          *
 270          * This is overestimating in most cases.
 271          */
 272         qgroup_rsv_size = (u64)outstanding_extents * fs_info->nodesize;
 273
 274         spin_lock(&block_rsv->lock);
 275         block_rsv->size = reserve_size;
 276         block_rsv->qgroup_rsv_size = qgroup_rsv_size;
 277         spin_unlock(&block_rsv->lock);
 278 }
 279
 280 static void calc_inode_reservations(struct btrfs_inode *inode,
 281                                     u64 num_bytes, u64 disk_num_bytes,
 282                                     u64 *meta_reserve, u64 *qgroup_reserve)
 283 {
 284         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
 285         u64 nr_extents = count_max_extents(fs_info, num_bytes);
 286         u64 csum_leaves;
 287         u64 inode_update = btrfs_calc_metadata_size(fs_info, 1);
 288
 289         if (inode->flags & BTRFS_INODE_NODATASUM)
 290                 csum_leaves = 0;
 291         else
 292                 csum_leaves = btrfs_csum_bytes_to_leaves(fs_info, disk_num_bytes);
 293
 294         *meta_reserve = btrfs_calc_insert_metadata_size(fs_info,
 295                                                 nr_extents + csum_leaves);
 296
 297         /*
 298          * finish_ordered_io has to update the inode, so add the space required
 299          * for an inode update.
 300          */
 301         *meta_reserve += inode_update;
 302         *qgroup_reserve = nr_extents * fs_info->nodesize;
 303 }
 304
 305 int btrfs_delalloc_reserve_metadata(struct btrfs_inode *inode, u64 num_bytes,
 306                                     u64 disk_num_bytes, bool noflush)
 307 {
 308         struct btrfs_root *root = inode->root;
 309         struct btrfs_fs_info *fs_info = root->fs_info;
 310         struct btrfs_block_rsv *block_rsv = &inode->block_rsv;
 311         u64 meta_reserve, qgroup_reserve;
 312         unsigned nr_extents;
 313         enum btrfs_reserve_flush_enum flush = BTRFS_RESERVE_FLUSH_ALL;
 314         int ret = 0;
 315
 316         /*
 317          * If we are a free space inode we need to not flush since we will be in
 318          * the middle of a transaction commit.  We also don't need the delalloc
 319          * mutex since we won't race with anybody.  We need this mostly to make
 320          * lockdep shut its filthy mouth.
 321          *
 322          * If we have a transaction open (can happen if we call truncate_block
 323          * from truncate), then we need FLUSH_LIMIT so we don't deadlock.
 324          */
 325         if (noflush || btrfs_is_free_space_inode(inode)) {
 326                 flush = BTRFS_RESERVE_NO_FLUSH;
 327         } else {
 328                 if (current->journal_info)
 329                         flush = BTRFS_RESERVE_FLUSH_LIMIT;
 330         }
 331
 332         num_bytes = ALIGN(num_bytes, fs_info->sectorsize);
 333         disk_num_bytes = ALIGN(disk_num_bytes, fs_info->sectorsize);
 334
 335         /*
 336          * We always want to do it this way, every other way is wrong and ends
 337          * in tears.  Pre-reserving the amount we are going to add will always
 338          * be the right way, because otherwise if we have enough parallelism we
 339          * could end up with thousands of inodes all holding little bits of
 340          * reservations they were able to make previously and the only way to
 341          * reclaim that space is to ENOSPC out the operations and clear
 342          * everything out and try again, which is bad.  This way we just
 343          * over-reserve slightly, and clean up the mess when we are done.
 344          */
 345         calc_inode_reservations(inode, num_bytes, disk_num_bytes,
 346                                 &meta_reserve, &qgroup_reserve);
 347         ret = btrfs_qgroup_reserve_meta_prealloc(root, qgroup_reserve, true,
 348                                                  noflush);
 349         if (ret)
 350                 return ret;
 351         ret = btrfs_reserve_metadata_bytes(fs_info, block_rsv->space_info,
 352                                            meta_reserve, flush);
 353         if (ret) {
 354                 btrfs_qgroup_free_meta_prealloc(root, qgroup_reserve);
 355                 return ret;
 356         }
 357
 358         /*
 359          * Now we need to update our outstanding extents and csum bytes _first_
 360          * and then add the reservation to the block_rsv.  This keeps us from
 361          * racing with an ordered completion or some such that would think it
 362          * needs to free the reservation we just made.
 363          */
 364         nr_extents = count_max_extents(fs_info, num_bytes);
 365         spin_lock(&inode->lock);
 366         btrfs_mod_outstanding_extents(inode, nr_extents);
 367         if (!(inode->flags & BTRFS_INODE_NODATASUM))
 368                 inode->csum_bytes += disk_num_bytes;
 369         btrfs_calculate_inode_block_rsv_size(fs_info, inode);
 370         spin_unlock(&inode->lock);
 371
 372         /* Now we can safely add our space to our block rsv */
 373         btrfs_block_rsv_add_bytes(block_rsv, meta_reserve, false);
 374         trace_btrfs_space_reservation(root->fs_info, "delalloc",
 375                                       btrfs_ino(inode), meta_reserve, 1);
 376
 377         spin_lock(&block_rsv->lock);
 378         block_rsv->qgroup_rsv_reserved += qgroup_reserve;
 379         spin_unlock(&block_rsv->lock);
 380
 381         return 0;
 382 }
 383
 384 /*
 385  * Release a metadata reservation for an inode.
 386  *
 387  * @inode:        the inode to release the reservation for.
 388  * @num_bytes:    the number of bytes we are releasing.
 389  * @qgroup_free:  free qgroup reservation or convert it to per-trans reservation
 390  *
 391  * This will release the metadata reservation for an inode.  This can be called
 392  * once we complete IO for a given set of bytes to release their metadata
 393  * reservations, or on error for the same reason.
 394  */
 395 void btrfs_delalloc_release_metadata(struct btrfs_inode *inode, u64 num_bytes,
 396                                      bool qgroup_free)
 397 {
 398         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
 399
 400         num_bytes = ALIGN(num_bytes, fs_info->sectorsize);
 401         spin_lock(&inode->lock);
 402         if (!(inode->flags & BTRFS_INODE_NODATASUM))
 403                 inode->csum_bytes -= num_bytes;
 404         btrfs_calculate_inode_block_rsv_size(fs_info, inode);
 405         spin_unlock(&inode->lock);
 406
 407         if (btrfs_is_testing(fs_info))
 408                 return;
 409
 410         btrfs_inode_rsv_release(inode, qgroup_free);
 411 }
 412
 413 /*
 414  * Release our outstanding_extents for an inode.
 415  *
 416  * @inode:      the inode to balance the reservation for.
 417  * @num_bytes:  the number of bytes we originally reserved with
 418  *
 419  * When we reserve space we increase outstanding_extents for the extents we may
 420  * add.  Once we've set the range as delalloc or created our ordered extents we
 421  * have outstanding_extents to track the real usage, so we use this to free our
 422  * temporarily tracked outstanding_extents.  This _must_ be used in conjunction
 423  * with btrfs_delalloc_reserve_metadata.
 424  */
 425 void btrfs_delalloc_release_extents(struct btrfs_inode *inode, u64 num_bytes)
 426 {
 427         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
 428         unsigned num_extents;
 429
 430         spin_lock(&inode->lock);
 431         num_extents = count_max_extents(fs_info, num_bytes);
 432         btrfs_mod_outstanding_extents(inode, -num_extents);
 433         btrfs_calculate_inode_block_rsv_size(fs_info, inode);
 434         spin_unlock(&inode->lock);
 435
 436         if (btrfs_is_testing(fs_info))
 437                 return;
 438
 439         btrfs_inode_rsv_release(inode, true);
 440 }
 441
 442 /*
 443  * Reserve data and metadata space for delalloc
 444  *
 445  * @inode:     inode we're writing to
 446  * @start:     start range we are writing to
 447  * @len:       how long the range we are writing to
 448  * @reserved:  mandatory parameter, record actually reserved qgroup ranges of
 449  *             current reservation.
 450  *
 451  * This will do the following things
 452  *
 453  * - reserve space in data space info for num bytes and reserve precious
 454  *   corresponding qgroup space
 455  *   (Done in check_data_free_space)
 456  *
 457  * - reserve space for metadata space, based on the number of outstanding
 458  *   extents and how much csums will be needed also reserve metadata space in a
 459  *   per root over-reserve method.
 460  * - add to the inodes->delalloc_bytes
 461  * - add it to the fs_info's delalloc inodes list.
 462  *   (Above 3 all done in delalloc_reserve_metadata)
 463  *
 464  * Return 0 for success
 465  * Return <0 for error(-ENOSPC or -EDQUOT)
 466  */
 467 int btrfs_delalloc_reserve_space(struct btrfs_inode *inode,
 468                         struct extent_changeset **reserved, u64 start, u64 len)
 469 {
 470         int ret;
 471
 472         ret = btrfs_check_data_free_space(inode, reserved, start, len, false);
 473         if (ret < 0)
 474                 return ret;
 475         ret = btrfs_delalloc_reserve_metadata(inode, len, len, false);
 476         if (ret < 0) {
 477                 btrfs_free_reserved_data_space(inode, *reserved, start, len);
 478                 extent_changeset_free(*reserved);
 479                 *reserved = NULL;
 480         }
 481         return ret;
 482 }
 483
 484 /*
 485  * Release data and metadata space for delalloc
 486  *
 487  * @inode:       inode we're releasing space for
 488  * @reserved:    list of changed/reserved ranges
 489  * @start:       start position of the space already reserved
 490  * @len:         length of the space already reserved
 491  * @qgroup_free: should qgroup reserved-space also be freed
 492  *
 493  * Release the metadata space that was not used and will decrement
 494  * ->delalloc_bytes and remove it from the fs_info->delalloc_inodes list if
 495  * there are no delalloc bytes left.  Also it will handle the qgroup reserved
 496  * space.
 497  */
 498 void btrfs_delalloc_release_space(struct btrfs_inode *inode,
 499                                   struct extent_changeset *reserved,
 500                                   u64 start, u64 len, bool qgroup_free)
 501 {
 502         btrfs_delalloc_release_metadata(inode, len, qgroup_free);
 503         btrfs_free_reserved_data_space(inode, reserved, start, len);
 504 }