btrfs: add lockdep_assert_held to need_preemptive_reclaim

In a previous patch ("btrfs: extend locking to all space_info members
accesses") the locking for the space_info members was extended in
btrfs_preempt_reclaim_metadata_space because not all the member
accesses that needed locks were actually locked (bytes_pinned et al).

It was then suggested to also add a call to lockdep_assert_held to
need_preemptive_reclaim. This function also works with space_info
members. As of now, it has only two call sites which both hold the lock.

Suggested-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Niels Dossche <dossche.niels@gmail.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: verify the tranisd of the to-be-written dirty extent buffer

[BUG]
There is a bug report that a bitflip in the transid part of an extent
buffer makes btrfs to reject certain tree blocks:

  BTRFS error (device dm-0): parent transid verify failed on 1382301696 wanted 262166 found 22

[CAUSE]
Note the failed transid check, hex(262166) = 0x40016, while
hex(22) = 0x16.

It's an obvious bitflip.

Furthermore, the reporter also confirmed the bitflip is from the
hardware, so it's a real hardware caused bitflip, and such problem can
not be detected by the existing tree-checker framework.

As tree-checker can only verify the content inside one tree block, while
generation of a tree block can only be verified against its parent.

So such problem remain undetected.

[FIX]
Although tree-checker can not verify it at write-time, we still have a
quick (but not the most accurate) way to catch such obvious corruption.

Function csum_one_extent_buffer() is called before we submit metadata
write.

Thus it means, all the extent buffer passed in should be dirty tree
blocks, and should be newer than last committed transaction.

Using that we can catch the above bitflip.

Although it's not a perfect solution, as if the corrupted generation is
higher than the correct value, we have no way to catch it at all.

Reported-by: Christoph Anton Mitterer <calestyo@scientia.org>
Link: https://lore.kernel.org/linux-btrfs/2dfcbc130c55cc6fd067b93752e90bd2b079baca.camel@scientia.org/
CC: stable@vger.kernel.org # 5.15+
Signed-off-by: Qu Wenruo <wqu@sus,ree.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: unify the error handling of btrfs_read_buffer()

There is one oddball error handling of btrfs_read_buffer():

ret = btrfs_read_buffer(tmp, gen, parent_level - 1, &first_key);
if (!ret) {
*eb_ret = tmp;
return 0;
}
free_extent_buffer(tmp);
btrfs_release_path(p);
return -EIO;

While all other call sites check the error first.  Unify the behavior.

Signed-off-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: unify the error handling pattern for read_tree_block()

We had an error handling pattern for read_tree_block() like this:

eb = read_tree_block();
if (IS_ERR(eb)) {
/*
 * Handling error here
 * Normally ended up with return or goto out.
 */
} else if (!extent_buffer_uptodate(eb)) {
/*
 * Different error handling here
 * Normally also ended up with return or goto out;
 */
}

This is fine, but if we want to add extra check for each
read_tree_block(), the existing if-else-if is not that expandable and
will take reader some seconds to figure out there is no extra branch.

Here we change it to a more common way, without the extra else:

eb = read_tree_block();
if (IS_ERR(eb)) {
/*
 * Handling error here
 */
return eb or goto out;
}
if (!extent_buffer_uptodate(eb)) {
/*
 * Different error handling here
 */
return eb or goto out;
}

This also removes some oddball call sites which uses some creative way
to check error.

Signed-off-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: factor out do_free_extent_accounting helper

__btrfs_free_extent() does all of the hard work of updating the extent
ref items, and then at the end if we dropped the extent completely it
does the cleanup accounting work.  We're going to only want to do that
work for metadata with extent tree v2, so extract this bit into its own
helper.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove last_ref from the extent freeing code

This is a remnant of the work I did for qgroups a long time ago to only
run for a block when we had dropped the last ref.  We haven't done that
for years, but the code remains.  Drop this remnant.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add a alloc_reserved_extent helper

We duplicate this logic for both data and metadata, at this point we've
already done our type specific extent root operations, this is just
doing the accounting and removing the space from the free space tree.
Extract this common logic out into a helper.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove BUG_ON(ret) in alloc_reserved_tree_block

Switch this to an ASSERT() and return the error in the normal case.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add and use helper for unlinking inode during log replay

During log replay there is this pattern of running delayed items after
every inode unlink. To avoid repeating this several times, move the
logic into an helper function and use it instead of calling
btrfs_unlink_inode() followed by btrfs_run_delayed_items().

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: extend locking to all space_info members accesses

bytes_pinned is always accessed under space_info->lock, except in
btrfs_preempt_reclaim_metadata_space, however the other members are
accessed under that lock. The reserved member of the rsv's are also
partially accessed under a lock and partially not. Move all these
accesses into the same lock to ensure consistency.

This could potentially race and lead to a flush instead of a commit but
it's not a big problem as it's only for preemptive flush.

CC: stable@vger.kernel.org # 5.15+
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: Niels Dossche <niels.dossche@ugent.be>
Signed-off-by: Niels Dossche <dossche.niels@gmail.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: zoned: mark relocation as writing

There is a hung_task issue with running generic/068 on an SMR
device. The hang occurs while a process is trying to thaw the
filesystem. The process is trying to take sb->s_umount to thaw the
FS. The lock is held by fsstress, which calls btrfs_sync_fs() and is
waiting for an ordered extent to finish. However, as the FS is frozen,
the ordered extents never finish.

Having an ordered extent while the FS is frozen is the root cause of
the hang. The ordered extent is initiated from btrfs_relocate_chunk()
which is called from btrfs_reclaim_bgs_work().

This commit adds sb_*_write() around btrfs_relocate_chunk() call
site. For the usual "btrfs balance" command, we already call it with
mnt_want_file() in btrfs_ioctl_balance().

Fixes: 18bb8bbf13c1 ("btrfs: zoned: automatically reclaim zones")
CC: stable@vger.kernel.org # 5.13+
Link: https://github.com/naota/linux/issues/56
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Naohiro Aota <naohiro.aota@wdc.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

fs: allow cross-vfsmount reflink/dedupe

Currently we disallow reflink and dedupe if the two files aren't on the
same vfsmount.  However we really only need to disallow it if they're
not on the same super block.  It is very common for btrfs to have a main
subvolume that is mounted and then different subvolumes mounted at
different locations.  It's allowed to reflink between these volumes, but
the vfsmount check disallows this.  Instead fix dedupe to check for the
same superblock, and simply remove the vfsmount check for reflink as it
already does the superblock check.

Reviewed-by: Darrick J. Wong <djwong@kernel.org>
Reviewed-by: Nikolay Borisov <nborisov@suse.com>
Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove the cross file system checks from remap

The sb check is already done in do_clone_file_range, and the mnt check
(which will hopefully go away in a subsequent patch) is done in
ioctl_file_clone().  Remove the check in our code and put an ASSERT() to
make sure it doesn't change underneath us.

Reviewed-by: Nikolay Borisov <nborisov@suse.com>
Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: pass btrfs_fs_info to btrfs_recover_relocation

We don't need a root here, we just need the btrfs_fs_info, we can just
get the specific roots we need from fs_info.

Reviewed-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: pass btrfs_fs_info for deleting snapshots and cleaner

We're passing a root around here, but we only really need the fs_info,
so fix up btrfs_clean_one_deleted_snapshot() to take an fs_info instead,
and then fix up all the callers appropriately.

Reviewed-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add filesystems state details to error messages

When a filesystem goes read-only due to an error, multiple errors tend
to be reported, some of which are knock-on failures. Logging fs_states,
in btrfs_handle_fs_error() and btrfs_printk() helps distinguish the
first error from subsequent messages which may only exist due to an
error state.

Under the new format, most initial errors will look like:
`BTRFS: error (device loop0) in ...`
while subsequent errors will begin with:
`error (device loop0: state E) in ...`

An initial transaction abort error will look like
`error (device loop0: state A) in ...`
and subsequent messages will contain
`(device loop0: state EA) in ...`

In addition to the error states we can also print other states that are
temporary, like remounting, device replace, or indicate a global state
that may affect functionality.

Now implemented:

E - filesystem error detected
A - transaction aborted
L - log tree errors

M - remounting in progress
R - device replace in progress
C - data checksums not verified (mounted with ignoredatacsums)

Signed-off-by: Sweet Tea Dorminy <sweettea-kernel@dorminy.me>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: deal with unexpected extent type during reflinking

Smatch complains about a possible dereference of a pointer that was not
initialized:

    CC [M]  fs/btrfs/reflink.o
    CHECK   fs/btrfs/reflink.c
  fs/btrfs/reflink.c:533 btrfs_clone() error: potentially dereferencing uninitialized 'trans'.

This is because we are not dealing with the case where the type of a file
extent has an unexpected value (not regular, not prealloc and not inline),
in which case the transaction handle pointer is not initialized.

Such unexpected type should be impossible, except in case of some memory
corruption caused either by bad hardware or some software bug causing
something like a buffer overrun.

So ASSERT that if the extent type is neither regular nor prealloc, then
it must be inline. Bail out with -EUCLEAN and a warning in case it is
not. This silences smatch.

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: fix unexpected error path when reflinking an inline extent

When reflinking an inline extent, we assert that its file offset is 0 and
that its uncompressed length is not greater than the sector size. We then
return an error if one of those conditions is not satisfied. However we
use a return statement, which results in returning from btrfs_clone()
without freeing the path and buffer that were allocated before, as well as
not clearing the flag BTRFS_INODE_NO_DELALLOC_FLUSH for the destination
inode.

Fix that by jumping to the 'out' label instead, and also add a WARN_ON()
for each condition so that in case assertions are disabled, we get to
known which of the unexpected conditions triggered the error.

Fixes: a61e1e0df9f321 ("Btrfs: simplify inline extent handling when doing reflinks")
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: reset last_reflink_trans after fsyncing inode

When an inode has a last_reflink_trans matching the current transaction,
we have to take special care when logging its checksums in order to
avoid getting checksum items with overlapping ranges in a log tree,
which could result in missing checksums after log replay (more on that
in the changelogs of commit 40e046acbd2f36 ("Btrfs: fix missing data
checksums after replaying a log tree") and commit e289f03ea79bbc ("btrfs:
fix corrupt log due to concurrent fsync of inodes with shared extents")).
We also need to make sure a full fsync will copy all old file extent
items it finds in modified leaves, because they might have been copied
from some other inode.

However once we fsync an inode, we don't need to keep paying the price of
that extra special care in future fsyncs done in the same transaction,
unless the inode is used for another reflink operation or the full sync
flag is set on it (truncate, failure to allocate extent maps for holes,
and other exceptional and infrequent cases).

So after we fsync an inode reset its last_unlink_trans to zero. In case
another reflink happens, we continue to update the last_reflink_trans of
the inode, just as before. Also set last_reflink_trans to the generation
of the last transaction that modified the inode whenever we need to set
the full sync flag on the inode, just like when we need to load an inode
from disk after eviction.

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: voluntarily relinquish cpu when doing a full fsync

Doing a full fsync may require processing many leaves of metadata, which
can take some time and result in a task monopolizing a cpu for too long.
So add a cond_resched() after processing a leaf when doing a full fsync,
while not holding any locks on any tree (a subvolume or a log tree).

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: hold on to less memory when logging checksums during full fsync

When doing a full fsync, at copy_items(), we iterate over all extents and
then collect their checksums into a list. After copying all the extents to
the log tree, we then log all the previously collected checksums.

Before the previous patch in the series (subject "btrfs: stop copying old
file extents when doing a full fsync"), we had to do it this way, because
while we were iterating over the items in the leaf of the subvolume tree,
we were holding a write lock on a leaf of the log tree, so logging the
checksums for an extent right after we collected them could result in a
deadlock, in case the checksum items ended up in the same leaf.

However after the previous patch in the series we now do a first iteration
over all the items in the leaf of the subvolume tree before locking a path
in the log tree, so we can now log the checksums right after we have
obtained them. This avoids holding in memory all checksums for all extents
in the leaf while copying items from the source leaf to the log tree. The
amount of memory used to hold all checksums of the extents in a leaf can
be significant. For example if a leaf has 200 file extent items referring
to 1M extents, using the default crc32c checksums, would result in using
over 200K of memory (not accounting for the extra overhead of struct
btrfs_ordered_sum), with smaller or less extents it would be less, but
it could be much more with more extents per leaf and/or much larger
extents.

So change copy_items() to log the checksums for an extent after looking
them up, and then free their memory, as they are no longer necessary.

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: stop copying old file extents when doing a full fsync

When logging an inode in full sync mode, we go over every leaf that was
modified in the current transaction and has items associated to our inode,
and then copy all those items into the log tree. This includes copying
file extent items that were created and added to the inode in past
transactions, which is useless and only makes use more leaf space in the
log tree.

It's common to have a file with many file extent items spanning many
leaves where only a few file extent items are new and need to be logged,
and in such case we log all the file extent items we find in the modified
leaves.

So change the full sync behaviour to skip over file extent items that are
not needed. Those are the ones that match the following criteria:

1) Have a generation older than the current transaction and the inode
   was not a target of a reflink operation, as that can copy file extent
   items from a past generation from some other inode into our inode, so
   we have to log them;

2) Start at an offset within i_size - we must log anything at or beyond
   i_size, otherwise we would lose prealloc extents after log replay.

The following script exercises a scenario where this happens, and it's
somehow close enough to what happened often on a SQL Server workload which
I had to debug sometime ago to fix an issue where a pattern of writes to
prealloc extents and fsync resulted in fsync failing with -EIO (that was
commit ea7036de0d36c4 ("btrfs: fix fsync failure and transaction abort
after writes to prealloc extents")). In that particular case, we had large
files that had random writes and were often truncated, which made the
next fsync be a full sync.

  $ cat test.sh
  #!/bin/bash

  DEV=/dev/sdi
  MNT=/mnt/sdi

  MKFS_OPTIONS="-O no-holes -R free-space-tree"
  MOUNT_OPTIONS="-o ssd"

  FILE_SIZE=$((1 * 1024 * 1024 * 1024)) # 1G
  # FILE_SIZE=$((2 * 1024 * 1024 * 1024)) # 2G
  # FILE_SIZE=$((512 * 1024 * 1024)) # 512M

  mkfs.btrfs -f $MKFS_OPTIONS $DEV
  mount $MOUNT_OPTIONS $DEV $MNT

  # Create a file with many extents. Use direct IO to make it faster
  # to create the file - using buffered IO we would have to fsync
  # after each write (terribly slow).
  echo "Creating file with $((FILE_SIZE / 4096)) extents of 4K each..."
  xfs_io -f -d -c "pwrite -b 4K 0 $FILE_SIZE" $MNT/foobar

  # Commit the transaction, so every extent after this is from an
  # old generation.
  sync

  # Now rewrite only a few extents, which are all far spread apart from
  # each other (e.g. 1G / 32M = 32 extents).
  # After this only a few extents have a new generation, while all other
  # ones have an old generation.
  echo "Rewriting $((FILE_SIZE / (32 * 1024 * 1024))) extents..."
  for ((i = 0; i < $FILE_SIZE; i += $((32 * 1024 * 1024)))); do
      xfs_io -c "pwrite $i 4K" $MNT/foobar >/dev/null
  done

  # Fsync, the inode logged in full sync mode since it was never fsynced
  # before.
  echo "Fsyncing file..."
  xfs_io -c "fsync" $MNT/foobar

  umount $MNT

And the following bpftrace program was running when executing the test
script:

  $ cat bpf-script.sh
  #!/usr/bin/bpftrace

  k:btrfs_log_inode
  {
      @start_log_inode[tid] = nsecs;
  }

  kr:btrfs_log_inode
  /@start_log_inode[tid]/
  {
      @log_inode_dur[tid] = (nsecs - @start_log_inode[tid]) / 1000;
      delete(@start_log_inode[tid]);
  }

  k:btrfs_sync_log
  {
      @start_sync_log[tid] = nsecs;
  }

  kr:btrfs_sync_log
  /@start_sync_log[tid]/
  {
      $sync_log_dur = (nsecs - @start_sync_log[tid]) / 1000;
      printf("btrfs_log_inode() took %llu us\n", @log_inode_dur[tid]);
      printf("btrfs_sync_log()  took %llu us\n", $sync_log_dur);
      delete(@start_sync_log[tid]);
      delete(@log_inode_dur[tid]);
      exit();
  }

With 512M test file, before this patch:

  btrfs_log_inode() took 15218 us
  btrfs_sync_log()  took 1328 us

  Log tree has 17 leaves and 1 node, its total size is 294912 bytes.

With 512M test file, after this patch:

  btrfs_log_inode() took 14760 us
  btrfs_sync_log()  took 588 us

  Log tree has a single leaf, its total size is 16K.

With 1G test file, before this patch:

  btrfs_log_inode() took 27301 us
  btrfs_sync_log()  took 1767 us

  Log tree has 33 leaves and 1 node, its total size is 557056 bytes.

With 1G test file, after this patch:

  btrfs_log_inode() took 26166 us
  btrfs_sync_log()  took 593 us

  Log tree has a single leaf, its total size is 16K

With 2G test file, before this patch:

  btrfs_log_inode() took 50892 us
  btrfs_sync_log()  took 3127 us

  Log tree has 65 leaves and 1 node, its total size is 1081344 bytes.

With 2G test file, after this patch:

  btrfs_log_inode() took 50126 us
  btrfs_sync_log()  took 586 us

  Log tree has a single leaf, its total size is 16K.

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: do not clean up repair bio if submit fails

The submit helper will always run bio_endio() on the bio if it fails to
submit, so cleaning up the bio just leads to a variety of use-after-free
and NULL pointer dereference bugs because we race with the endio
function that is cleaning up the bio.  Instead just return BLK_STS_OK as
the repair function has to continue to process the rest of the pages,
and the endio for the repair bio will do the appropriate cleanup for the
page that it was given.

Reviewed-by: Boris Burkov <boris@bur.io>
Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: do not try to repair bio that has no mirror set

If we fail to submit a bio for whatever reason, we may not have setup a
mirror_num for that bio.  This means we shouldn't try to do the repair
workflow, if we do we'll hit an BUG_ON(!failrec->this_mirror) in
clean_io_failure.  Instead simply skip the repair workflow if we have no
mirror set, and add an assert to btrfs_check_repairable() to make it
easier to catch what is happening in the future.

Reviewed-by: Boris Burkov <boris@bur.io>
Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: do not double complete bio on errors during compressed reads

I hit some weird panics while fixing up the error handling from
btrfs_lookup_bio_sums().  Turns out the compression path will complete
the bio we use if we set up any of the compression bios and then return
an error, and then btrfs_submit_data_bio() will also call bio_endio() on
the bio.

Fix this by making btrfs_submit_compressed_read() responsible for
calling bio_endio() on the bio if there are any errors.  Currently it
was only doing it if we created the compression bios, otherwise it was
depending on btrfs_submit_data_bio() to do the right thing.  This
creates the above problem, so fix up btrfs_submit_compressed_read() to
always call bio_endio() in case of an error, and then simply return from
btrfs_submit_data_bio() if we had to call
btrfs_submit_compressed_read().

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: track compressed bio errors as blk_status_t

Right now we just have a binary "errors" flag, so any error we get on
the compressed bio's gets translated to EIO.  This isn't necessarily a
bad thing, but if we get an ENOMEM it may be nice to know that's what
happened instead of an EIO.  Track our errors as a blk_status_t, and do
the appropriate setting of the errors accordingly.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove the bio argument from finish_compressed_bio_read

This bio is usually one of the compressed bio's, and we don't actually
need it in this function, so remove the argument and stop passing it
around.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: check correct bio in finish_compressed_bio_read

Commit c09abff87f90 ("btrfs: cloned bios must not be iterated by
bio_for_each_segment_all") added ASSERT()'s to make sure we weren't
calling bio_for_each_segment_all() on a RAID5/6 bio.  However it was
checking the bio that the compression code passed in, not the
cb->orig_bio that we actually iterate over, so adjust this ASSERT() to
check the correct bio.

Reviewed-by: Boris Burkov <boris@bur.io>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: handle csum lookup errors properly on reads

Currently any error we get while trying to lookup csums during reads
shows up as a missing csum, and then on the read completion side we
print an error saying there was a csum mismatch and we increase the
device corruption count.

However we could have gotten an EIO from the lookup.  We could also be
inside of a memory constrained container and gotten a ENOMEM while
trying to do the read.  In either case we don't want to make this look
like a file system corruption problem, we want to make it look like the
actual error it is.  Capture any negative value, convert it to the
appropriate blk_status_t, free the csum array if we have one and bail.

Note: a possible improvement would be to make the relocation code look
up the owning inode and see if it's marked as NODATASUM and set
EXTENT_NODATASUM there, that way if there's corruption and there isn't a
checksum when we want it we can fail here rather than later.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: make search_csum_tree return 0 if we get -EFBIG

We can either fail to find a csum entry at all and return -ENOENT, or we
can find a range that is close, but return -EFBIG.  In essence these
both mean the same thing when we are doing a lookup for a csum in an
existing range, we didn't find a csum.  We want to treat both of these
errors the same way, complain loudly that there wasn't a csum.  This
currently happens anyway because we do

count = search_csum_tree();
if (count <= 0) {
// reloc and error handling
}

However it forces us to incorrectly treat EIO or ENOMEM errors as on
disk corruption.  Fix this by returning 0 if we get either -ENOENT or
-EFBIG from btrfs_lookup_csum() so we can do proper error handling.

Reviewed-by: Boris Burkov <boris@bur.io>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add BTRFS_IOC_ENCODED_WRITE

The implementation resembles direct I/O: we have to flush any ordered
extents, invalidate the page cache, and do the io tree/delalloc/extent
map/ordered extent dance. From there, we can reuse the compression code
with a minor modification to distinguish the write from writeback. This
also creates inline extents when possible.

Signed-off-by: Omar Sandoval <osandov@fb.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add BTRFS_IOC_ENCODED_READ ioctl

There are 4 main cases:

1. Inline extents: we copy the data straight out of the extent buffer.
2. Hole/preallocated extents: we fill in zeroes.
3. Regular, uncompressed extents: we read the sectors we need directly
   from disk.
4. Regular, compressed extents: we read the entire compressed extent
   from disk and indicate what subset of the decompressed extent is in
   the file.

This initial implementation simplifies a few things that can be improved
in the future:

- Cases 1, 3, and 4 allocate temporary memory to read into before
  copying out to userspace.
- We don't do read repair, because it turns out that read repair is
  currently broken for compressed data.
- We hold the inode lock during the operation.

Note that we don't need to hold the mmap lock. We may race with
btrfs_page_mkwrite() and read the old data from before the page was
dirtied:

btrfs_page_mkwrite         btrfs_encoded_read
---------------------------------------------------
(enter)                    (enter)
                           btrfs_wait_ordered_range
lock_extent_bits
btrfs_page_set_dirty
unlock_extent_cached
(exit)
                           lock_extent_bits
                           read extent (dirty page hasn't been flushed,
                                        so this is the old data)
                           unlock_extent_cached
                           (exit)

we read the old data from before the page was dirtied. But, that's true
even if we were to hold the mmap lock:

btrfs_page_mkwrite               btrfs_encoded_read
-------------------------------------------------------------------
(enter)                          (enter)
                                 btrfs_inode_lock(BTRFS_ILOCK_MMAP)
down_read(i_mmap_lock) (blocked)
                                 btrfs_wait_ordered_range
                                 lock_extent_bits
 read extent (page hasn't been dirtied,
                                              so this is the old data)
                                 unlock_extent_cached
                                 btrfs_inode_unlock(BTRFS_ILOCK_MMAP)
down_read(i_mmap_lock) returns
lock_extent_bits
btrfs_page_set_dirty
unlock_extent_cached

In other words, this is inherently racy, so it's fine that we return the
old data in this tiny window.

Signed-off-by: Omar Sandoval <osandov@fb.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add definitions and documentation for encoded I/O ioctls

In order to allow sending and receiving compressed data without
decompressing it, we need an interface to write pre-compressed data
directly to the filesystem and the matching interface to read compressed
data without decompressing it. This adds the definitions for ioctls to
do that and detailed explanations of how to use them.

Reviewed-by: Nikolay Borisov <nborisov@suse.com>
Signed-off-by: Omar Sandoval <osandov@fb.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: optionally extend i_size in cow_file_range_inline()

Currently, an inline extent is always created after i_size is extended
from btrfs_dirty_pages(). However, for encoded writes, we only want to
update i_size after we successfully created the inline extent. Add an
update_i_size parameter to cow_file_range_inline() and
insert_inline_extent() and pass in the size of the extent rather than
determining it from i_size.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: Omar Sandoval <osandov@fb.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
[ reformat comment ]
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: clean up cow_file_range_inline()

The start parameter to cow_file_range_inline() (and
insert_inline_extent()) is always 0, so get rid of it and simplify the
logic in those two functions. Pass btrfs_inode to insert_inline_extent()
and remove the redundant root parameter. Also document the requirements
for creating an inline extent. No functional change.

Signed-off-by: Omar Sandoval <osandov@fb.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: support different disk extent size for delalloc

Currently, we always reserve the same extent size in the file and extent
size on disk for delalloc because the former is the worst case for the
latter. For BTRFS_IOC_ENCODED_WRITE writes, we know the exact size of
the extent on disk, which may be less than or greater than (for
bookends) the size in the file. Add a disk_num_bytes parameter to
btrfs_delalloc_reserve_metadata() so that we can reserve the correct
amount of csum bytes. No functional change.

Reviewed-by: Nikolay Borisov <nborisov@suse.com>
Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: Omar Sandoval <osandov@fb.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add ram_bytes and offset to btrfs_ordered_extent

Currently, we only create ordered extents when ram_bytes == num_bytes
and offset == 0. However, BTRFS_IOC_ENCODED_WRITE writes may create
extents which only refer to a subset of the full unencoded extent, so we
need to plumb these fields through the ordered extent infrastructure and
pass them down to insert_reserved_file_extent().

Since we're changing the btrfs_add_ordered_extent* signature, let's get
rid of the trivial wrappers and add a kernel-doc.

Reviewed-by: Nikolay Borisov <nborisov@suse.com>
Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: Omar Sandoval <osandov@fb.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: don't advance offset for compressed bios in btrfs_csum_one_bio()

btrfs_csum_one_bio() loops over each filesystem block in the bio while
keeping a cursor of its current logical position in the file in order to
look up the ordered extent to add the checksums to. However, this
doesn't make much sense for compressed extents, as a sector on disk does
not correspond to a sector of decompressed file data. It happens to work
because:

1) the compressed bio always covers one ordered extent
2) the size of the bio is always less than the size of the ordered
   extent

However, the second point will not always be true for encoded writes.

Let's add a boolean parameter to btrfs_csum_one_bio() to indicate that
it can assume that the bio only covers one ordered extent. Since we're
already changing the signature, let's get rid of the contig parameter
and make it implied by the offset parameter, similar to the change we
recently made to btrfs_lookup_bio_sums(). Additionally, let's rename
nr_sectors to blockcount to make it clear that it's the number of
filesystem blocks, not the number of 512-byte sectors.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: Nikolay Borisov <nborisov@suse.com>
Signed-off-by: Omar Sandoval <osandov@fb.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

fs: export variant of generic_write_checks without iov_iter

Encoded I/O in Btrfs needs to check a write with a given logical size
without an iov_iter that matches that size (because the iov_iter we have
is for the compressed data). So, factor out the parts of
generic_write_check() that don't need an iov_iter into a new
generic_write_checks_count() function and export that.

Reviewed-by: Nikolay Borisov <nborisov@suse.com>
Signed-off-by: Omar Sandoval <osandov@fb.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

fs: export rw_verify_area()

I'm adding btrfs ioctls to read and write compressed data, and rather
than duplicating the checks in rw_verify_area(), let's just export it.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: Omar Sandoval <osandov@fb.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: qgroup: remove outdated TODO comments

These comments are old, outdated and not very specific. It seems that it
doesn't help to inspire anybody to work on that.  So we remove them.

Reviewed-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Signed-off-by: Sidong Yang <realwakka@gmail.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: qgroup: remove duplicated check in adding qgroup relations

Removes duplicated check when adding qgroup relations.
btrfs_add_qgroup_relations function adds relations by calling
add_relation_rb(). add_relation_rb() checks that member/parentid exists
in current qgroup_tree. But it already checked before calling the
function. It seems that we don't need to double check.

Add new function __add_relation_rb() that adds relations with
qgroup structures and makes old function use the new one. And it makes
btrfs_add_qgroup_relation() function work without double checks by
calling the new function.

Signed-off-by: Sidong Yang <realwakka@gmail.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
[ add comments ]
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add lzo workspace buffer length constants

It makes it more readable for length checking and is be used repeatedly.

Signed-off-by: Dāvis Mosāns <davispuh@gmail.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: populate extent_map::generation when reading from disk

When btrfs_get_extent() tries to get some file extent from disk, it
never populates extent_map::generation, leaving the value to be 0.

On the other hand, for extent map generated by IO, it will get its
generation properly set at finish_ordered_io()

 finish_ordered_io()
 |- unpin_extent_cache(gen = trans->transid)
    |- em->generation = gen;

[CAUSE]
Since extent_map::generation is mostly used by fsync code, and for fsync
they only care about modified extents, which all have their
em::generation > 0.

Thus it's fine to not populate em read from disk for fsync.

[CORNER CASE]
However autodefrag also relies on em::generation to determine if one
extent needs to be defragged.

This unpopulated extent_map::generation can prevent the following
autodefrag case from working:

mkfs.btrfs -f $dev
mount $dev $mnt -o autodefrag

# initial write to queue the inode for autodefrag
xfs_io -f -c "pwrite 0 4k" $mnt/file
sync

# Real fragmented write
xfs_io -f -s -c "pwrite -b 4096 0 32k" $mnt/file
sync
echo "=== before autodefrag ==="
xfs_io -c "fiemap -v" $mnt/file

# Drop cache to force em to be read from disk
echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
mount -o remount,commit=1 $mnt
sleep 3
sync

echo "=== After autodefrag ==="
xfs_io -c "fiemap -v" $mnt/file
umount $mnt

The result looks like this:

  === before autodefrag ===
  /mnt/btrfs/file:
   EXT: FILE-OFFSET      BLOCK-RANGE      TOTAL FLAGS
     0: [0..15]:         26672..26687        16   0x0
     1: [16..31]:        26656..26671        16   0x0
     2: [32..47]:        26640..26655        16   0x0
     3: [48..63]:        26624..26639        16   0x1
  === After autodefrag ===
  /mnt/btrfs/file:
   EXT: FILE-OFFSET      BLOCK-RANGE      TOTAL FLAGS
     0: [0..15]:         26672..26687        16   0x0
     1: [16..31]:        26656..26671        16   0x0
     2: [32..47]:        26640..26655        16   0x0
     3: [48..63]:        26624..26639        16   0x1

This fragmented 32K will not be defragged by autodefrag.

[FIX]
To make things less weird, just populate extent_map::generation when
reading file extents from disk.

This would make above fragmented extents to be properly defragged:

  == before autodefrag ===
  /mnt/btrfs/file:
   EXT: FILE-OFFSET      BLOCK-RANGE      TOTAL FLAGS
     0: [0..15]:         26672..26687        16   0x0
     1: [16..31]:        26656..26671        16   0x0
     2: [32..47]:        26640..26655        16   0x0
     3: [48..63]:        26624..26639        16   0x1
  === After autodefrag ===
  /mnt/btrfs/file:
   EXT: FILE-OFFSET      BLOCK-RANGE      TOTAL FLAGS
     0: [0..63]:         26688..26751        64   0x1

Reviewed-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: assert we have a write lock when removing and replacing extent maps

Removing or replacing an extent map requires holding a write lock on the
extent map's tree. We currently do that everywhere, except in one of the
self tests, where it's harmless since there's no concurrency.

In order to catch possible races in the future, assert that we are holding
a write lock on the extent map tree before removing or replacing an extent
map in the tree, and update the self test to obtain a write lock before
removing extent maps.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove no longer used counter when reading data page

After commit 92082d40976ed0 ("btrfs: integrate page status update for
data read path into begin/end_page_read"), the 'nr' counter at
btrfs_do_readpage() is no longer used, we increment it but we never
read from it. So just remove it.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: fix lost error return value when reading a data page

At btrfs_do_readpage(), if we get an error when trying to lookup for an
extent map, we end up marking the page with the error bit, clearing
the uptodate bit on it, and doing everything else that should be done.
However we return success (0) to the caller, when we should return the
error encoded in the extent map pointer. So fix that by returning the
error encoded in the pointer.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: stop checking for NULL return from btrfs_get_extent()

At extent_io.c, in the read page and write page code paths, we are testing
if the return value from btrfs_get_extent() can be NULL. However that is
not possible, as btrfs_get_extent() always returns either an error pointer
or a (non-NULL) pointer to an extent map structure.

Everywhere else outside extent_io.c we never check for NULL, we always
treat any returned value as a non-NULL pointer if it does not encode an
error.

So check only for the IS_ERR() case at extent_io.c.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: prepare extents to be logged before locking a log tree path

When we want to log an extent, in the fast fsync path, we obtain a path
to the leaf that will hold the file extent item either through a deletion
search, via btrfs_drop_extents(), or through an insertion search using
btrfs_insert_empty_item(). After that we fill the file extent item's
fields one by one directly on the leaf.

Instead of doing that, we could prepare the file extent item before
obtaining a btree path, and then copy the prepared extent item with a
single operation once we get the path. This helps avoid some contention
on the log tree, since we are holding write locks for longer than
necessary, especially in the case where the path is obtained via
btrfs_drop_extents() through a deletion search, which always keeps a
write lock on the nodes at levels 1 and 2 (besides the leaf).

This change does that, we prepare the file extent item that is going to
be inserted before acquiring a path, and then copy it into a leaf using
a single copy operation once we get a path.

This change if part of a patchset that is comprised of the following
patches:

  1/6 btrfs: remove unnecessary leaf free space checks when pushing items
  2/6 btrfs: avoid unnecessary COW of leaves when deleting items from a leaf
  3/6 btrfs: avoid unnecessary computation when deleting items from a leaf
  4/6 btrfs: remove constraint on number of visited leaves when replacing extents
  5/6 btrfs: remove useless path release in the fast fsync path
  6/6 btrfs: prepare extents to be logged before locking a log tree path

The following test was run to measure the impact of the whole patchset:

  $ cat test.sh
  #!/bin/bash

  DEV=/dev/sdi
  MNT=/mnt/sdi
  MOUNT_OPTIONS="-o ssd"
  MKFS_OPTIONS="-R free-space-tree -O no-holes"

  NUM_JOBS=8
  FILE_SIZE=128M
  RUN_TIME=200

  cat <<EOF > /tmp/fio-job.ini
  [writers]
  rw=randwrite
  fsync=1
  fallocate=none
  group_reporting=1
  direct=0
  bssplit=4k/20:8k/20:16k/20:32k/10:64k/10:128k/5:256k/5:512k/5:1m/5
  ioengine=sync
  filesize=$FILE_SIZE
  runtime=$RUN_TIME
  time_based
  directory=$MNT
  numjobs=$NUM_JOBS
  thread
  EOF

  echo "performance" | \
      tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor

  echo
  echo "Using config:"
  echo
  cat /tmp/fio-job.ini
  echo

  umount $MNT &> /dev/null
  mkfs.btrfs -f $MKFS_OPTIONS $DEV
  mount $MOUNT_OPTIONS $DEV $MNT

  fio /tmp/fio-job.ini

  umount $MNT

The test ran inside a VM (8 cores, 32G of RAM) with the target disk
mapping to a raw NVMe device, and using a non-debug kernel config
(Debian's default config).

Before the patchset:

WRITE: bw=116MiB/s (122MB/s), 116MiB/s-116MiB/s (122MB/s-122MB/s), io=22.7GiB (24.4GB), run=200013-200013msec

After the patchset:

WRITE: bw=125MiB/s (131MB/s), 125MiB/s-125MiB/s (131MB/s-131MB/s), io=24.3GiB (26.1GB), run=200007-200007msec

A 7.8% gain on throughput and +7.0% more IO done in the same period of
time (200 seconds).

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove useless path release in the fast fsync path

There's no point in calling btrfs_release_path() after finishing the loop
that logs the modified extents, since log_one_extent() returns with the
path released. In case the list of extents is empty, the path is already
released, so there's no need for that case as well.
So just remove that unnecessary btrfs_release_path() call.

This change if part of a patchset that is comprised of the following
patches:

  1/6 btrfs: remove unnecessary leaf free space checks when pushing items
  2/6 btrfs: avoid unnecessary COW of leaves when deleting items from a leaf
  3/6 btrfs: avoid unnecessary computation when deleting items from a leaf
  4/6 btrfs: remove constraint on number of visited leaves when replacing extents
  5/6 btrfs: remove useless path release in the fast fsync path
  6/6 btrfs: prepare extents to be logged before locking a log tree path

The last patch in the series has some performance test result in its
changelog.

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove constraint on number of visited leaves when replacing extents

At btrfs_drop_extents(), we try to replace a range of file extent items
with a new file extent in a single btree search, to avoid the need to do
a search for deletion, followed by a path release and followed by yet
another search for insertion.

When I originally added that optimization, in commit 1acae57b161ef1
("Btrfs: faster file extent item replace operations"), I left a constraint
to do the fast replace only if we visited a single leaf. That was because
in the most common case we find all file extent items that need to be
deleted (or trimmed) in a single leaf, however it can work for other
common cases like when we need to delete a few file extent items located
at the end of a leaf and a few more located at the beginning of the next
leaf. The key for the new file extent item is greater than the key of
any deleted or trimmed file extent item from previous leaves, so we are
fine to use the last leaf that we found as long as we are holding a
write lock on it - even if the new key ends up at slot 0, as if that's
the case, the btree search has obtained a write lock on any upper nodes
that need to have a key pointer updated.

So removed the constraint that limits the optimization to the case where
we visited only a single leaf.

This change if part of a patchset that is comprised of the following
patches:

  1/6 btrfs: remove unnecessary leaf free space checks when pushing items
  2/6 btrfs: avoid unnecessary COW of leaves when deleting items from a leaf
  3/6 btrfs: avoid unnecessary computation when deleting items from a leaf
  4/6 btrfs: remove constraint on number of visited leaves when replacing extents
  5/6 btrfs: remove useless path release in the fast fsync path
  6/6 btrfs: prepare extents to be logged before locking a log tree path

The last patch in the series has some performance test result in its
changelog.

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: avoid unnecessary computation when deleting items from a leaf

When deleting items from a leaf, we always compute the sum of the data
sizes of the items that are going to be deleted. However we only use
that sum when the last item to delete is behind the last item in the
leaf. This unnecessarily wastes CPU time when we are deleting either
the whole leaf or from some slot > 0 up to the last item in the leaf,
and both of these cases are common (e.g. truncation operation, either
as a result of truncate(2) or when logging inodes, deleting checksums
after removing a large enough extent, etc).

So compute only the sum of the data sizes if the last item to be
deleted does not match the last item in the leaf.

This change if part of a patchset that is comprised of the following
patches:

  1/6 btrfs: remove unnecessary leaf free space checks when pushing items
  2/6 btrfs: avoid unnecessary COW of leaves when deleting items from a leaf
  3/6 btrfs: avoid unnecessary computation when deleting items from a leaf
  4/6 btrfs: remove constraint on number of visited leaves when replacing extents
  5/6 btrfs: remove useless path release in the fast fsync path
  6/6 btrfs: prepare extents to be logged before locking a log tree path

The last patch in the series has some performance test result in its
changelog.

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: avoid unnecessary COW of leaves when deleting items from a leaf

When we delete items from a leaf, if we end up with more than two thirds
of unused leaf space, we try to delete the leaf by moving all its items
into its left and right neighbour leaves. Sometimes that is not possible
because there is not enough free space in the left and right leaves, and
in that case we end up not deleting our leaf.

The way we are doing this is not ideal and can be improved in the
following ways:

1) When we call push_leaf_left(), we pass a value of 1 byte to the data
   size parameter of push_leaf_left(). This is not realistic value because
   no item can have a size less than 25 bytes, which is the size of struct
   btrfs_item. This means that means that if the left leaf has not enough
   free space to push any item, we end up COWing it even if we end up not
   changing its content at all.

   COWing that leaf means allocating a new metadata extent, marking it
   dirty and doing more IO when committing a transaction or when syncing a
   log tree. For a log tree case, it's particularly more important to
   avoid the useless COW operation, as more IO can imply a higher latency
   for an fsync operation.

   So instead of passing 1 as the minimum data size for push_leaf_left(),
   pass the size of the first item in our leaf, as we don't want to COW
   the left leaf if we can't at least push the first item of our leaf;

2) When we call push_leaf_right(), we also pass a value of 1 byte as the
   data size parameter of push_leaf_right(). Like the previous case, it
   will also result in COWing the right leaf even if we are not able to
   move any items into it, since there can't be any item with a size
   smaller than 25 bytes (the size of struct btrfs_item).

   So instead of passing 1 as the minimum data size to push_leaf_right(),
   pass a size that corresponds to the sum of the size of all the
   remaining items in our leaf. We are not interested in moving less than
   that, because if we do, we are not able to delete our leaf and we have
   COWed the right leaf for nothing. Plus, moving only some of the items
   of our leaf, it means an even less balanced tree.

   Just like the previous case, we want to avoid the useless COW of the
   right leaf, this way we don't have to spend time allocating one new
   metadata extent, and doing more IO when committing a transaction or
   syncing a log tree. For the log tree case it's specially more important
   because more IO can result in a higher latency for a fsync operation.

So adjust the minimum data size passed to push_leaf_left() and
push_leaf_right() as mentioned above.

This change if part of a patchset that is comprised of the following
patches:

  1/6 btrfs: remove unnecessary leaf free space checks when pushing items
  2/6 btrfs: avoid unnecessary COW of leaves when deleting items from a leaf
  3/6 btrfs: avoid unnecessary computation when deleting items from a leaf
  4/6 btrfs: remove constraint on number of visited leaves when replacing extents
  5/6 btrfs: remove useless path release in the fast fsync path
  6/6 btrfs: prepare extents to be logged before locking a log tree path

Not being able to delete a leaf that became less than 1/3 full after
deleting items from it is actually common. For example, for the fio test
mentioned in the changelog of patch 6/6, we are only able to delete a
leaf at btrfs_del_items() about 5.3% of the time, due to its left and
right neighbour leaves not having enough free space to push all the
remaining items into them.

The last patch in the series has some performance test result in its
changelog.

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove unnecessary leaf free space checks when pushing items

When trying to push items from a leaf into its left and right neighbours,
we lock the left or right leaf, check if it has the required minimum free
space, COW the leaf and then check again if it has the minimum required
free space. This second check is pointless:

1) Most and foremost because it's not needed. We have a write lock on the
   leaf and on its parent node, so no one can come in and change either
   the pre-COW or post-COW version of the leaf for the whole duration of
   the push_leaf_left() and push_leaf_right() calls;

2) The call to btrfs_leaf_free_space() is not trivial, it has a fair
   amount of arithmetic operations and access to fields in the leaf's
   header and items, so it's not very cheap.

So remove the duplicated free space checks.

This change if part of a patchset that is comprised of the following
patches:

  1/6 btrfs: remove unnecessary leaf free space checks when pushing items
  2/6 btrfs: avoid unnecessary COW of leaves when deleting items from a leaf
  3/6 btrfs: avoid unnecessary computation when deleting items from a leaf
  4/6 btrfs: remove constraint on number of visited leaves when replacing extents
  5/6 btrfs: remove useless path release in the fast fsync path
  6/6 btrfs: prepare extents to be logged before locking a log tree path

The last patch in the series has some performance test result in its
changelog.

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: stop checking for NULL return from btrfs_get_extent_fiemap()

In get_extent_skip_holes() we're checking the return of
btrfs_get_extent_fiemap() for an error pointer or NULL, but
btrfs_get_extent_fiemap() will never return NULL, only error pointers or
a valid extent_map.

The other caller of btrfs_get_extent_fiemap(), find_desired_extent(),
correctly only checks for error-pointers.

Reviewed-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: zoned: remove redundant assignment in btrfs_check_zoned_mode

Remove the redundant assignment to zone_info variable in
btrfs_check_zoned_mode function.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Pankaj Raghav <p.raghav@samsung.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: replace BUILD_BUG_ON by static_assert

The static_assert introduced in 6bab69c65013 ("build_bug.h: add wrapper
for _Static_assert") has been supported by compilers for a long time
(gcc 4.6, clang 3.0) and can be used in header files. We don't need to
put BUILD_BUG_ON to random functions but rather keep it next to the
definition.

The exception here is the UAPI header btrfs_tree.h that could be
potentially included by userspace code and the static assert is not
defined (nor used in any other header).

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: zoned: allow DUP on meta-data block groups

Allow creating or reading block-groups on a zoned device with DUP as a
meta-data profile.

This works because we're using the zoned_meta_io_lock and REQ_OP_WRITE
operations for meta-data on zoned btrfs, so all writes to meta-data zones
are aligned to the zone's write-pointer.

Upon loading of the block-group, it is ensured both zones do have the same
zone capacity and write-pointer offsets, so no extra machinery is needed
to keep the write-pointers in sync for the meta-data zones. If this
prerequisite is not met, loading of the block-group is refused.

Signed-off-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: zoned: prepare for allowing DUP on zoned

Allow for a block-group to be placed on more than one physical zone.

This is a preparation for allowing DUP profiles for meta-data on a zoned
file-system.

Signed-off-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: zoned: make zone finishing multi stripe capable

Currently finishing of a zone only works if the block group isn't
spanning more than one zone.

This limitation is purely artificial and can be easily expanded to block
groups being places across multiple zones.

This is a preparation for allowing DUP and later more complex block-group
profiles on zoned btrfs.

Signed-off-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: zoned: make zone activation multi stripe capable

Currently activation of a zone only works if the block group isn't
spanning more than one zone.

This limitation is purely artificial and can be easily expanded to block
groups being places across multiple zones.

This is a preparation for allowing DUP and later more complex block-group
profiles on zoned btrfs.

Signed-off-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add support for multiple global roots

With extent tree v2 you will be able to create multiple csum, extent,
and free space trees.  They will be used based on the block group, which
will now use the block_group_item->chunk_objectid to point to the set of
global roots that it will use.  When allocating new block groups we'll
simply mod the gigabyte offset of the block group against the number of
global roots we have and that will be the block groups global id.

>From there we can take the bytenr that we're modifying in the respective
tree, look up the block group and get that block groups corresponding
global root id.  From there we can get to the appropriate global root
for that bytenr.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add code to support the block group root

This code adds the on disk structures for the block group root, which
will hold the block group items for extent tree v2.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: abstract out loading the tree root

We're going to be adding more roots that need to be loaded from the
super block, so abstract out the code to read the tree_root from the
super block, and use this helper for the chunk root as well.  This will
make it simpler to load the new trees in the future.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: tree-checker: don't fail on empty extent roots for extent tree v2

For extent tree v2 we can definitely have empty extent roots, so skip
this particular check if we have that set.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: disable space cache related mount options for extent tree v2

We cannot fall back on the slow caching for extent tree v2, which means
we can't just arbitrarily clear the free space trees at mount time.
Furthermore we can't do v1 space cache with extent tree v2.  Simply
ignore these mount options for extent tree v2 as they aren't relevant.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: disable snapshot creation/deletion for extent tree v2

When we stop tracking metadata blocks all of snapshotting will break, so
disable it until I add the snapshot root and drop tree support.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: disable scrub for extent-tree-v2

Scrub depends on extent references for every block, and with extent tree
v2 we won't have that, so disable scrub until we can add back the proper
code to handle extent-tree-v2.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: disable qgroups in extent tree v2

Backref lookups are going to be drastically different with extent tree
v2, disable qgroups until we do the work to add this support for extent
tree v2.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: disable device manipulation ioctl's EXTENT_TREE_V2

Device add, remove, and replace all require balance, which doesn't work
right now on extent tree v2, so disable these for now.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: disable balance for extent tree v2 for now

With global root id's it makes it problematic to do backref lookups for
balance.  This isn't hard to deal with, but future changes are going to
make it impossible to lookup backrefs on any COWonly roots, so go ahead
and disable balance for now on extent tree v2 until we can add balance
support back in future patches.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add definition for EXTENT_TREE_V2

This adds the initial definition of the EXTENT_TREE_V2 incompat feature
flag.  This also hides the support behind CONFIG_BTRFS_DEBUG.

THIS IS A IN DEVELOPMENT FORMAT CHANGE, DO NOT USE UNLESS YOU ARE A
DEVELOPER OR A TESTER.

The format is in flux and will be added in stages, any fs will need to
be re-made between updates to the format.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: use single variable to track return value at btrfs_log_inode()

At btrfs_log_inode(), we have two variables to track errors and the
return value of the function, named 'ret' and 'err'. In some places we
use 'ret' and if gets a non-zero value we assign its value to 'err'
and then jump to the 'out' label, while in other places we use 'err'
directly without 'ret' as an intermediary. This is inconsistent, error
prone and not necessary. So change that to use only the 'ret' variable,
making this consistent with most functions in btrfs.

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: avoid inode logging during rename and link when possible

During a rename or link operation, we need to determine if an inode was
previously logged or not, and if it was, do some update to the logged
inode. We used to rely exclusively on the logged_trans field of struct
btrfs_inode to determine that, but that was not reliable because the
value of that field is not persisted in the inode item, so it's lost
when an inode is evicted and loaded back again. That led to several
issues in the past, such as not persisting deletions (such as the case
fixed by commit 803f0f64d17769 ("Btrfs: fix fsync not persisting dentry
deletions due to inode evictions")), or resulting in losing a file
after an inode eviction followed by a rename (commit ecc64fab7d49c6
("btrfs: fix lost inode on log replay after mix of fsync, rename and
inode eviction")), besides other issues.

So the inode_logged() helper was introduced and used to determine if an
inode was possibly logged before in the current transaction, with the
caveat that it could return false positives, in the sense that even if an
inode was not logged before in the current transaction, it could still
return true, but never to return false in case the inode was logged.
>From a functional point of view that is fine, but from a performance
perspective it can introduce significant latencies to rename and link
operations, as they will end up doing inode logging even when it is not
necessary.

Recently on a 5.15 kernel, an openSUSE Tumbleweed user reported package
installations and upgrades, with the zypper tool, were often taking a
long time to complete. With strace it could be observed that zypper was
spending about 99% of its time on rename operations, and then with
further analysis we checked that directory logging was happening too
frequently. Taking into account that installation/upgrade of some of the
packages needed a few thousand file renames, the slowdown was very
noticeable for the user.

The issue was caused indirectly due to an excessive number of inode
evictions on a 5.15 kernel, about 100x more compared to a 5.13, 5.14 or
a 5.16-rc8 kernel. While triggering the inode evictions if something
outside btrfs' control, btrfs could still behave better by eliminating
the false positives from the inode_logged() helper.

So change inode_logged() to actually eliminate such false positives caused
by inode eviction and when an inode was never logged since the filesystem
was mounted, as both cases relate to when the logged_trans field of struct
btrfs_inode has a value of zero. When it can not determine if the inode
was logged based only on the logged_trans value, lookup for the existence
of the inode item in the log tree - if it's there then we known the inode
was logged, if it's not there then it can not have been logged in the
current transaction. Once we determine if the inode was logged, update
the logged_trans value to avoid future calls to have to search in the log
tree again.

Alternatively, we could start storing logged_trans in the on disk inode
item structure (struct btrfs_inode_item) in the unused space it still has,
but that would be a bit odd because:

1) We only care about logged_trans since the filesystem was mounted, we
   don't care about its value from a previous mount. Having it persisted
   in the inode item structure would not make the best use of the precious
   unused space;

2) In order to get logged_trans persisted before inode eviction, we would
   have to update the delayed inode when we finish logging the inode and
   update its logged_trans in struct btrfs_inode, which makes it a bit
   cumbersome since we need to check if the delayed inode exists, if not
   create it and populate it and deal with any errors (-ENOMEM mostly).

This change is part of a patchset comprised of the following patches:

  1/5 btrfs: add helper to delete a dir entry from a log tree
  2/5 btrfs: pass the dentry to btrfs_log_new_name() instead of the inode
  3/5 btrfs: avoid logging all directory changes during renames
  4/5 btrfs: stop doing unnecessary log updates during a rename
  5/5 btrfs: avoid inode logging during rename and link when possible

The following test script mimics part of what the zypper tool does during
package installations/upgrades. It does not triggers inode evictions, but
it's similar because it triggers false positives from the inode_logged()
helper, because the inodes have a logged_trans of 0, there's a log tree
due to a fsync of an unrelated file and the directory inode has its
last_trans field set to the current transaction:

  $ cat test.sh

  #!/bin/bash

  DEV=/dev/nvme0n1
  MNT=/mnt/nvme0n1

  NUM_FILES=10000

  mkfs.btrfs -f $DEV
  mount $DEV $MNT

  mkdir $MNT/testdir

  for ((i = 1; i <= $NUM_FILES; i++)); do
      echo -n > $MNT/testdir/file_$i
  done

  sync

  # Now do some change to an unrelated file and fsync it.
  # This is just to create a log tree to make sure that inode_logged()
  # does not return false when called against "testdir".
  xfs_io -f -c "pwrite 0 4K" -c "fsync" $MNT/foo

  # Do some change to testdir. This is to make sure inode_logged()
  # will return true when called against "testdir", because its
  # logged_trans is 0, it was changed in the current transaction
  # and there's a log tree.
  echo -n > $MNT/testdir/file_$((NUM_FILES + 1))

  echo "Renaming $NUM_FILES files..."
  start=$(date +%s%N)
  for ((i = 1; i <= $NUM_FILES; i++)); do
      mv $MNT/testdir/file_$i $MNT/testdir/file_$i-RPMDELETE
  done
  end=$(date +%s%N)

  dur=$(( (end - start) / 1000000 ))
  echo "Renames took $dur milliseconds"

  umount $MNT

Testing this change on a box using a non-debug kernel (Debian's default
kernel config) gave the following results:

NUM_FILES=10000, before patchset:                   27837 ms
NUM_FILES=10000, after patches 1/5 to 4/5 applied:   9236 ms (-66.8%)
NUM_FILES=10000, after whole patchset applied:       8902 ms (-68.0%)

NUM_FILES=5000, before patchset:                     9127 ms
NUM_FILES=5000, after patches 1/5 to 4/5 applied:    4640 ms (-49.2%)
NUM_FILES=5000, after whole patchset applied:        4441 ms (-51.3%)

NUM_FILES=2000, before patchset:                     2528 ms
NUM_FILES=2000, after patches 1/5 to 4/5 applied:    1983 ms (-21.6%)
NUM_FILES=2000, after whole patchset applied:        1747 ms (-30.9%)

NUM_FILES=1000, before patchset:                     1085 ms
NUM_FILES=1000, after patches 1/5 to 4/5 applied:     893 ms (-17.7%)
NUM_FILES=1000, after whole patchset applied:         867 ms (-20.1%)

Running dbench on the same physical machine with the following script:

  $ cat run-dbench.sh
  #!/bin/bash

  NUM_JOBS=$(nproc --all)

  DEV=/dev/nvme0n1
  MNT=/mnt/nvme0n1
  MOUNT_OPTIONS="-o ssd"
  MKFS_OPTIONS="-O no-holes -R free-space-tree"

  echo "performance" | \
      tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor

  mkfs.btrfs -f $MKFS_OPTIONS $DEV
  mount $MOUNT_OPTIONS $DEV $MNT

  dbench -D $MNT -t 120 $NUM_JOBS

  umount $MNT

Before patchset:

 Operation      Count    AvgLat    MaxLat
 ----------------------------------------
 NTCreateX    3761352     0.032   143.843
 Close        2762770     0.002     2.273
 Rename        159304     0.291    67.037
 Unlink        759784     0.207   143.998
 Deltree           72     4.028    15.977
 Mkdir             36     0.003     0.006
 Qpathinfo    3409780     0.013     9.678
 Qfileinfo     596772     0.001     0.878
 Qfsinfo       625189     0.003     1.245
 Sfileinfo     306443     0.006     1.840
 Find         1318106     0.063    19.798
 WriteX       1871137     0.021     8.532
 ReadX        5897325     0.003     3.567
 LockX          12252     0.003     0.258
 UnlockX        12252     0.002     0.100
 Flush         263666     3.327   155.632

Throughput 980.047 MB/sec  12 clients  12 procs  max_latency=155.636 ms

After whole patchset applied:

 Operation      Count    AvgLat    MaxLat
 ----------------------------------------
 NTCreateX    4195584     0.033   107.742
 Close        3081932     0.002     1.935
 Rename        177641     0.218    14.905
 Unlink        847333     0.166   107.822
 Deltree          118     5.315    15.247
 Mkdir             59     0.004     0.048
 Qpathinfo    3802612     0.014    10.302
 Qfileinfo     666748     0.001     1.034
 Qfsinfo       697329     0.003     0.944
 Sfileinfo     341712     0.006     2.099
 Find         1470365     0.065     9.359
 WriteX       2093921     0.021     8.087
 ReadX        6576234     0.003     3.407
 LockX          13660     0.003     0.308
 UnlockX        13660     0.002     0.114
 Flush         294090     2.906   115.539

Throughput 1093.11 MB/sec  12 clients  12 procs  max_latency=115.544 ms

+11.5% throughput    -25.8% max latency   rename max latency -77.8%

Link: https://bugzilla.opensuse.org/show_bug.cgi?id=1193549
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: stop doing unnecessary log updates during a rename

During a rename, we call __btrfs_unlink_inode(), which will call
btrfs_del_inode_ref_in_log() and btrfs_del_dir_entries_in_log(), in order
to remove an inode reference and a directory entry from the log. These
are necessary when __btrfs_unlink_inode() is called from the unlink path,
but not necessary when it's called from a rename context, because:

1) For the btrfs_del_inode_ref_in_log() call, it's pointless to delete the
   inode reference related to the old name, because later in the rename
   path we call btrfs_log_new_name(), which will drop all inode references
   from the log and copy all inode references from the subvolume tree to
   the log tree. So we are doing one unnecessary btree operation which
   adds additional latency and lock contention in case there are other
   tasks accessing the log tree;

2) For the btrfs_del_dir_entries_in_log() call, we are now doing the
   equivalent at btrfs_log_new_name() since the previous patch in the
   series, that has the subject "btrfs: avoid logging all directory
   changes during renames". In fact, having __btrfs_unlink_inode() call
   this function not only adds additional latency and lock contention due
   to the extra btree operation, but also can make btrfs_log_new_name()
   unnecessarily log a range item to track the deletion of the old name,
   since it has no way to known that the directory entry related to the
   old name was previously logged and already deleted by
   __btrfs_unlink_inode() through its call to
   btrfs_del_dir_entries_in_log().

So skip those calls at __btrfs_unlink_inode() when we are doing a rename.
Skipping them also allows us now to reduce the duration of time we are
pinning a log transaction during renames, which is always beneficial as
it's not delaying so much other tasks trying to sync the log tree, in
particular we end up not holding the log transaction pinned while adding
the new name (adding inode ref, directory entry, etc).

This change is part of a patchset comprised of the following patches:

  1/5 btrfs: add helper to delete a dir entry from a log tree
  2/5 btrfs: pass the dentry to btrfs_log_new_name() instead of the inode
  3/5 btrfs: avoid logging all directory changes during renames
  4/5 btrfs: stop doing unnecessary log updates during a rename
  5/5 btrfs: avoid inode logging during rename and link when possible

Just like the previous patch in the series, "btrfs: avoid logging all
directory changes during renames", the following script mimics part of
what a package installation/upgrade with zypper does, which is basically
renaming a lot of files, in some directory under /usr, to a name with a
suffix of "-RPMDELETE":

  $ cat test.sh
  #!/bin/bash

  DEV=/dev/nvme0n1
  MNT=/mnt/nvme0n1

  NUM_FILES=10000

  mkfs.btrfs -f $DEV
  mount $DEV $MNT

  mkdir $MNT/testdir

  for ((i = 1; i <= $NUM_FILES; i++)); do
      echo -n > $MNT/testdir/file_$i
  done

  sync

  # Do some change to testdir and fsync it.
  echo -n > $MNT/testdir/file_$((NUM_FILES + 1))
  xfs_io -c "fsync" $MNT/testdir

  echo "Renaming $NUM_FILES files..."
  start=$(date +%s%N)
  for ((i = 1; i <= $NUM_FILES; i++)); do
      mv $MNT/testdir/file_$i $MNT/testdir/file_$i-RPMDELETE
  done
  end=$(date +%s%N)

  dur=$(( (end - start) / 1000000 ))
  echo "Renames took $dur milliseconds"

  umount $MNT

Testing this change on box a using a non-debug kernel (Debian's default
kernel config) gave the following results:

NUM_FILES=10000, before patchset:                   27399 ms
NUM_FILES=10000, after patches 1/5 to 3/5 applied:   9093 ms (-66.8%)
NUM_FILES=10000, after patches 1/5 to 4/5 applied:   9016 ms (-67.1%)

NUM_FILES=5000, before patchset:                     9241 ms
NUM_FILES=5000, after patches 1/5 to 3/5 applied:    4642 ms (-49.8%)
NUM_FILES=5000, after patches 1/5 to 4/5 applied:    4553 ms (-50.7%)

NUM_FILES=2000, before patchset:                     2550 ms
NUM_FILES=2000, after patches 1/5 to 3/5 applied:    1788 ms (-29.9%)
NUM_FILES=2000, after patches 1/5 to 4/5 applied:    1767 ms (-30.7%)

NUM_FILES=1000, before patchset:                     1088 ms
NUM_FILES=1000, after patches 1/5 to 3/5 applied:     905 ms (-16.9%)
NUM_FILES=1000, after patches 1/5 to 4/5 applied:     883 ms (-18.8%)

The next patch in the series (5/5), also contains dbench results after
applying to whole patchset.

Link: https://bugzilla.opensuse.org/show_bug.cgi?id=1193549
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: avoid logging all directory changes during renames

When doing a rename of a file, if the file or its old parent directory
were logged before, we log the new name of the file and then make sure
we log the old parent directory, to ensure that after a log replay the
old name of the file is deleted and the new name added.

The logging of the old parent directory can take some time, because it
will scan all leaves modified in the current transaction, check which
directory entries were already logged, copy the ones that were not
logged before, etc. In this rename context all we need to do is make
sure that the old name of the file is deleted on log replay, so instead
of triggering a directory log operation, we can just delete the old
directory entry from the log if it's there, or in case it isn't there,
just log a range item to signal log replay that the old name must be
deleted. So change btrfs_log_new_name() to do that.

This scenario is actually not uncommon to trigger, and recently on a
5.15 kernel, an openSUSE Tumbleweed user reported package installations
and upgrades, with the zypper tool, were often taking a long time to
complete, much more than usual. With strace it could be observed that
zypper was spending over 99% of its time on rename operations, and then
with further analysis we checked that directory logging was happening
too frequently and causing high latencies for the rename operations.
Taking into account that installation/upgrade of some of these packages
needed about a few thousand file renames, the slowdown was very noticeable
for the user.

The issue was caused indirectly due to an excessive number of inode
evictions on a 5.15 kernel, about 100x more compared to a 5.13, 5.14
or a 5.16-rc8 kernel. After an inode eviction we can't tell for sure,
in an efficient way, if an inode was previously logged in the current
transaction, so we are pessimistic and assume it was, because in case
it was we need to update the logged inode. More details on that in one
of the patches in the same series (subject "btrfs: avoid inode logging
during rename and link when possible"). Either way, in case the parent
directory was logged before, we currently do more work then necessary
during a rename, and this change minimizes that amount of work.

The following script mimics part of what a package installation/upgrade
with zypper does, which is basically renaming a lot of files, in some
directory under /usr, to a name with a suffix of "-RPMDELETE":

  $ cat test.sh
  #!/bin/bash

  DEV=/dev/nvme0n1
  MNT=/mnt/nvme0n1

  NUM_FILES=10000

  mkfs.btrfs -f $DEV
  mount $DEV $MNT

  mkdir $MNT/testdir

  for ((i = 1; i <= $NUM_FILES; i++)); do
      echo -n > $MNT/testdir/file_$i
  done

  sync

  # Do some change to testdir and fsync it.
  echo -n > $MNT/testdir/file_$((NUM_FILES + 1))
  xfs_io -c "fsync" $MNT/testdir

  echo "Renaming $NUM_FILES files..."
  start=$(date +%s%N)
  for ((i = 1; i <= $NUM_FILES; i++)); do
      mv $MNT/testdir/file_$i $MNT/testdir/file_$i-RPMDELETE
  done
  end=$(date +%s%N)

  dur=$(( (end - start) / 1000000 ))
  echo "Renames took $dur milliseconds"

  umount $MNT

Testing this change on box using a non-debug kernel (Debian's default
kernel config) gave the following results:

NUM_FILES=10000, before this patch: 27399 ms
NUM_FILES=10000, after this patch:   9093 ms (-66.8%)

NUM_FILES=5000, before this patch:   9241 ms
NUM_FILES=5000, after this patch:    4642 ms (-49.8%)

NUM_FILES=2000, before this patch:   2550 ms
NUM_FILES=2000, after this patch:    1788 ms (-29.9%)

NUM_FILES=1000, before this patch:   1088 ms
NUM_FILES=1000, after this patch:     905 ms (-16.9%)

Link: https://bugzilla.opensuse.org/show_bug.cgi?id=1193549
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: pass the dentry to btrfs_log_new_name() instead of the inode

In the next patch in the series, there will be the need to access the old
name, and its length, of an inode when logging the inode during a rename.
So instead of passing the inode to btrfs_log_new_name() pass the dentry,
because from the dentry we can get the inode, the name and its length.

This will avoid passing 3 new parameters to btrfs_log_new_name() in the
next patch - the name, its length and an index number. This way we end
up passing only 1 new parameter, the index number.

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add helper to delete a dir entry from a log tree

Move the code that finds and deletes a logged dir entry out of
btrfs_del_dir_entries_in_log() into a helper function. This new helper
function will be used by another patch in the same series, and serves
to avoid having duplicated logic.

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: send: remove redundant ret variable in fs_path_copy

Return value from fs_path_add_path() directly instead of taking this in
another redundant variable.

Reported-by: Zeal Robot <zealci@zte.com.cn>
Reviewed-by: Nikolay Borisov <nborisov@suse.com>
Signed-off-by: Minghao Chi <chi.minghao@zte.com.cn>
Signed-off-by: CGEL ZTE <cgel.zte@gmail.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: move QUOTA_ENABLED check to rescan_should_stop from btrfs_qgroup_rescan_worker

Instead of having 2 places that short circuit the qgroup leaf scan have
everything in the qgroup_rescan_leaf function. In addition to that, also
ensure that the inconsistent qgroup flag is set when rescan_should_stop
returns true. This both retains the old behavior when -EINTR was set in
the body of the loop and at the same time also extends this behavior
when scanning is interrupted due to remount or unmount operations.

Signed-off-by: Nikolay Borisov <nborisov@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: scrub: remove redundant initialization of increment

increment is being initialized to map->stripe_len but this is never
read as increment is overwritten later on. Remove the redundant
initialization.

Cleans up the following clang-analyzer warning:

fs/btrfs/scrub.c:3193:6: warning: Value stored to 'increment' during its
initialization is never read [clang-analyzer-deadcode.DeadStores].

Reported-by: Abaci Robot <abaci@linux.alibaba.com>
Signed-off-by: Jiapeng Chong <jiapeng.chong@linux.alibaba.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: zoned: remove redundant initialization of to_add

to_add is being initialized to len but this is never read as to_add is
overwritten later on. Remove the redundant initialization.

Cleans up the following clang-analyzer warning:

fs/btrfs/extent-tree.c:2769:8: warning: Value stored to 'to_add' during
its initialization is never read [clang-analyzer-deadcode.DeadStores].

Reported-by: Abaci Robot <abaci@linux.alibaba.com>
Reviewed-by: Nikolay Borisov <nborisov@suse.com>
Signed-off-by: Jiapeng Chong <jiapeng.chong@linux.alibaba.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: cleanup temporary variables when finding rotational device status

The pointer to struct request_queue is used only to get device type
rotating or the non-rotating. So use it directly.

Signed-off-by: Anand Jain <anand.jain@oracle.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: use dev_t to match device in device_matched

Commit "btrfs: add device major-minor info in the struct btrfs_device"
saved the device major-minor number in the struct btrfs_device upon
discovering it.

So no need to lookup_bdev() again just match, which means
device_matched() can go away.

Signed-off-by: Anand Jain <anand.jain@oracle.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add device major-minor info in the struct btrfs_device

Internally it is common to use the major-minor number to identify a
device and, at a few locations in btrfs, we use the major-minor number
to match the device.

So when we identify a new btrfs device through device add or device
replace or device-scan/ready save the device's major-minor (dev_t) in the
struct btrfs_device so that we don't have to call lookup_bdev() again.

Signed-off-by: Anand Jain <anand.jain@oracle.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: match stale devices by dev_t

After the commit "btrfs: harden identification of the stale device", we
don't have to match the device path anymore. Instead, we match the dev_t.
So pass in the dev_t instead of the device path, in the call chain
btrfs_forget_devices()->btrfs_free_stale_devices().

Signed-off-by: Anand Jain <anand.jain@oracle.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: harden identification of a stale device

Identifying and removing the stale device from the fs_uuids list is done
by btrfs_free_stale_devices().  btrfs_free_stale_devices() in turn
depends on device_path_matched() to check if the device appears in more
than one btrfs_device structure.

The matching of the device happens by its path, the device path. However,
when device mapper is in use, the dm device paths are nothing but a link
to the actual block device, which leads to the device_path_matched()
failing to match.

Fix this by matching the dev_t as provided by lookup_bdev() instead of
plain string compare of the device paths.

Reported-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: Anand Jain <anand.jain@oracle.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: simplify fs_devices member access in btrfs_init_dev_replace_tgtdev

In btrfs_init_dev_replace_tgtdev() we dereference fs_info to get
fs_devices many times, instead save a point to the fs_devices.

Signed-off-by: Anand Jain <anand.jain@oracle.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: reuse existing inode from btrfs_ioctl

btrfs_ioctl extracts inode from file so we can pass that into the
callbacks.

Signed-off-by: Sahil Kang <sahil.kang@asilaycomputing.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: move missing device handling in a dedicate function

This simplifies the code flow in read_one_chunk and makes error handling
when handling missing devices a bit simpler by reducing it to a single
check if something went wrong. No functional changes.

Reviewed-by: Su Yue <l@damenly.su>
Signed-off-by: Nikolay Borisov <nborisov@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: stop trying to log subdirectories created in past transactions

When logging a directory we are trying to log subdirectories that were
changed in the current transaction and created in a past transaction.
This type of behaviour was introduced by commit 2f2ff0ee5e4303 ("Btrfs:
fix metadata inconsistencies after directory fsync"), to fix some metadata
inconsistencies that in the meanwhile no longer need this behaviour due to
numerous other changes that happened throughout the years.

This behaviour, besides not needed anymore, it's also undesirable because:

1) It's not reliable because it's only triggered for the directories
   of dentries (dir items) that happen to be present on a leaf that
   was changed in the current transaction. If a dentry that points to
   a directory resides on a leaf that was not changed in the current
   transaction, then it's not logged, as at log_dir_items() and
   log_new_dir_dentries() we use btrfs_search_forward();

2) It's not required by posix or any standard, it's undefined territory.
   The only way to guarantee a subdirectory is logged, it to explicitly
   fsync it;

Making the behaviour guaranteed would require scanning all directory
items, check which point to a directory, and then fsync each subdirectory
which was modified in the current transaction. This could be very
expensive for large directories with many subdirectories and/or large
subdirectories.

So remove that obsolete logic.

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: stop copying old dir items when logging a directory

When logging a directory, we go over every leaf of the subvolume tree that
was changed in the current transaction and copy all its dir index keys to
the log tree.

That includes copying dir index keys created in past transactions. This is
done mostly for simplicity, as after logging the keys we log an item that
specifies the start and end ranges of the keys we logged. That item is
then used during log replay to figure out which keys need to be deleted -
every key in that range that we find in the subvolume tree and is not in
the log tree, needs to be deleted.

Now that we log only dir index keys, and not dir item keys anymore, when
we remove dentries from a directory (due to unlink and rename operations),
we can get entire leaves that we changed only for deleting old dir index
keys, or that have few dir index keys that are new - this is due to the
fact that the offset for new index keys comes from a monotonically
increasing counter.

We can avoid logging dir index keys from past transactions, and in order
to track the deletions, only log range items (BTRFS_DIR_LOG_INDEX_KEY key
type) when we find gaps between consecutive index keys. This massively
reduces the amount of logged metadata when we have deleted directory
entries, even if it's a small percentage of the total number of entries.
The reduction comes from both less items that are logged and instead of
logging many dir index items (struct btrfs_dir_item), which have a size
of 30 bytes plus a file name, we typically log just a few range items
(struct btrfs_dir_log_item), which take only 8 bytes each.

Even if no entries were deleted from a directory and only new entries
were added, we typically still get a reduction on the amount of logged
metadata, because it's very likely the first leaf that got the new
dir index entries also has several old dir index entries.

So change the logging logic to not log dir index keys created in past
transactions and log a range item for every gap it finds between each
pair of consecutive index keys, to ensure deletions are tracked and
replayed on log replay.

This patch is part of a patchset comprised of the following patches:

 1/4 btrfs: don't log unnecessary boundary keys when logging directory
 2/4 btrfs: put initial index value of a directory in a constant
 3/4 btrfs: stop copying old dir items when logging a directory
 4/4 btrfs: stop trying to log subdirectories created in past transactions

The following test was run on a branch without this patchset and on a
branch with the first three patches applied:

  $ cat test.sh
  #!/bin/bash

  DEV=/dev/nvme0n1
  MNT=/mnt/nvme0n1

  NUM_FILES=1000000
  NUM_FILE_DELETES=10000

  MKFS_OPTIONS="-O no-holes -R free-space-tree"
  MOUNT_OPTIONS="-o ssd"

  mkfs.btrfs -f $MKFS_OPTIONS $DEV
  mount $MOUNT_OPTIONS $DEV $MNT

  mkdir $MNT/testdir
  for ((i = 1; i <= $NUM_FILES; i++)); do
      echo -n > $MNT/testdir/file_$i
  done

  sync

  del_inc=$(( $NUM_FILES / $NUM_FILE_DELETES ))
  for ((i = 1; i <= $NUM_FILES; i += $del_inc)); do
      rm -f $MNT/testdir/file_$i
  done

  start=$(date +%s%N)
  xfs_io -c "fsync" $MNT/testdir
  end=$(date +%s%N)

  dur=$(( (end - start) / 1000000 ))
  echo "dir fsync took $dur ms after deleting $NUM_FILE_DELETES files"
  echo

  umount $MNT

The test was run on a non-debug kernel (Debian's default kernel config),
and the results were the following for various values of NUM_FILES and
NUM_FILE_DELETES:

** before, NUM_FILES = 1 000 000, NUM_FILE_DELETES = 10 000 **

dir fsync took 585 ms after deleting 10000 files

** after, NUM_FILES = 1 000 000, NUM_FILE_DELETES = 10 000 **

dir fsync took 34 ms after deleting 10000 files   (-94.2%)

** before, NUM_FILES = 100 000, NUM_FILE_DELETES = 1 000 **

dir fsync took 50 ms after deleting 1000 files

** after, NUM_FILES = 100 000, NUM_FILE_DELETES = 1 000 **

dir fsync took 7 ms after deleting 1000 files    (-86.0%)

** before, NUM_FILES = 10 000, NUM_FILE_DELETES = 100 **

dir fsync took 9 ms after deleting 100 files

** after, NUM_FILES = 10 000, NUM_FILE_DELETES = 100 **

dir fsync took 5 ms after deleting 100 files     (-44.4%)

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: put initial index value of a directory in a constant

At btrfs_set_inode_index_count() we refer twice to the number 2 as the
initial index value for a directory (when it's empty), with a proper
comment explaining the reason for that value. In the next patch I'll
have to use that magic value in the directory logging code, so put
the value in a #define at btrfs_inode.h, to avoid hardcoding the
magic value again at tree-log.c.

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: don't log unnecessary boundary keys when logging directory

Before we start to log dir index keys from a leaf, we check if there is a
previous index key, which normally is at the end of a leaf that was not
changed in the current transaction. Then we log that key and set the start
of logged range (item of type BTRFS_DIR_LOG_INDEX_KEY) to the offset of
that key. This is to ensure that if there were deleted index keys between
that key and the first key we are going to log, those deletions are
replayed in case we need to replay to the log after a power failure.
However we really don't need to log that previous key, we can just set the
start of the logged range to that key's offset plus 1. This achieves the
same and avoids logging one dir index key.

The same logic is performed when we finish logging the index keys of a
leaf and we find that the next leaf has index keys and was not changed in
the current transaction. We are logging the first key of that next leaf
and use its offset as the end of range we log. This is just to ensure that
if there were deleted index keys between the last index key we logged and
the first key of that next leaf, those index keys are deleted if we end
up replaying the log. However that is not necessary, we can avoid logging
that first index key of the next leaf and instead set the end of the
logged range to match the offset of that index key minus 1.

So avoid logging those index keys at the boundaries and adjust the start
and end offsets of the logged ranges as described above.

This patch is part of a patchset comprised of the following patches:

  1/4 btrfs: don't log unnecessary boundary keys when logging directory
  2/4 btrfs: put initial index value of a directory in a constant
  3/4 btrfs: stop copying old dir items when logging a directory
  4/4 btrfs: stop trying to log subdirectories created in past transactions

Performance test results are listed in the changelog of patch 3/4.

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: reuse existing pointers from btrfs_ioctl

btrfs_ioctl already contains pointers to the inode and btrfs_root
structs, so we can pass them into the subfunctions instead of the
toplevel struct file.

Signed-off-by: Sahil Kang <sahil.kang@asilaycomputing.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove write and wait of struct walk_control

The ->write and ->wait fields of struct walk_control, used for log trees,
are not used since 2008, more specifically since commit d0c803c4049c5c
("Btrfs: Record dirty pages tree-log pages in an extent_io tree") and
since commit d0c803c4049c5c ("Btrfs: Record dirty pages tree-log pages in
an extent_io tree"). So just remove them, along with the function
btrfs_write_tree_block(), which is also not used anymore after removing
the ->write member.

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

Linux 5.17-rc8

Merge tag 'x86_urgent_for_v5.17_rc8' of git://git./linux/kernel/git/tip/tip

Pull x86 fixes from Borislav Petkov:

 - Free shmem backing storage for SGX enclave pages when those are
   swapped back into EPC memory

 - Prevent do_int3() from being kprobed, to avoid recursion

 - Remap setup_data and setup_indirect structures properly when
   accessing their members

 - Correct the alternatives patching order for modules too

* tag 'x86_urgent_for_v5.17_rc8' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/tip/tip:
  x86/sgx: Free backing memory after faulting the enclave page
  x86/traps: Mark do_int3() NOKPROBE_SYMBOL
  x86/boot: Add setup_indirect support in early_memremap_is_setup_data()
  x86/boot: Fix memremap of setup_indirect structures
  x86/module: Fix the paravirt vs alternative order

Merge tag 'perf-tools-fixes-for-v5.17-2022-03-12' of git://git./linux/kernel/git/acme/linux

Pull perf tools fixes from Arnaldo Carvalho de Melo:

 - Fix event parser error for hybrid systems

 - Fix NULL check against wrong variable in 'perf bench' and in the
   parsing code

 - Update arm64 KVM headers from the kernel sources

 - Sync cpufeatures header with the kernel sources

* tag 'perf-tools-fixes-for-v5.17-2022-03-12' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/acme/linux:
  perf parse: Fix event parser error for hybrid systems
  perf bench: Fix NULL check against wrong variable
  perf parse-events: Fix NULL check against wrong variable
  tools headers cpufeatures: Sync with the kernel sources
  tools kvm headers arm64: Update KVM headers from the kernel sources

Merge tag 'drm-fixes-2022-03-12' of git://anongit.freedesktop.org/drm/drm

Pull drm kconfig fix from Dave Airlie:
 "Thorsten pointed out this had fallen down the cracks and was in -next
  only, I've picked it out, fixed up it's Fixes: line.

   - fix regression in Kconfig"

* tag 'drm-fixes-2022-03-12' of git://anongit.freedesktop.org/drm/drm:
  drm/panel: Select DRM_DP_HELPER for DRM_PANEL_EDP