perf cpumap: Add new map type for aggregation
[linux-2.6-microblaze.git] / fs / btrfs / delalloc-space.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2
3 #include "ctree.h"
4 #include "delalloc-space.h"
5 #include "block-rsv.h"
6 #include "btrfs_inode.h"
7 #include "space-info.h"
8 #include "transaction.h"
9 #include "qgroup.h"
10 #include "block-group.h"
11
12 /*
13  * HOW DOES THIS WORK
14  *
15  * There are two stages to data reservations, one for data and one for metadata
16  * to handle the new extents and checksums generated by writing data.
17  *
18  *
19  * DATA RESERVATION
20  *   The general flow of the data reservation is as follows
21  *
22  *   -> Reserve
23  *     We call into btrfs_reserve_data_bytes() for the user request bytes that
24  *     they wish to write.  We make this reservation and add it to
25  *     space_info->bytes_may_use.  We set EXTENT_DELALLOC on the inode io_tree
26  *     for the range and carry on if this is buffered, or follow up trying to
27  *     make a real allocation if we are pre-allocating or doing O_DIRECT.
28  *
29  *   -> Use
30  *     At writepages()/prealloc/O_DIRECT time we will call into
31  *     btrfs_reserve_extent() for some part or all of this range of bytes.  We
32  *     will make the allocation and subtract space_info->bytes_may_use by the
33  *     original requested length and increase the space_info->bytes_reserved by
34  *     the allocated length.  This distinction is important because compression
35  *     may allocate a smaller on disk extent than we previously reserved.
36  *
37  *   -> Allocation
38  *     finish_ordered_io() will insert the new file extent item for this range,
39  *     and then add a delayed ref update for the extent tree.  Once that delayed
40  *     ref is written the extent size is subtracted from
41  *     space_info->bytes_reserved and added to space_info->bytes_used.
42  *
43  *   Error handling
44  *
45  *   -> By the reservation maker
46  *     This is the simplest case, we haven't completed our operation and we know
47  *     how much we reserved, we can simply call
48  *     btrfs_free_reserved_data_space*() and it will be removed from
49  *     space_info->bytes_may_use.
50  *
51  *   -> After the reservation has been made, but before cow_file_range()
52  *     This is specifically for the delalloc case.  You must clear
53  *     EXTENT_DELALLOC with the EXTENT_CLEAR_DATA_RESV bit, and the range will
54  *     be subtracted from space_info->bytes_may_use.
55  *
56  * METADATA RESERVATION
57  *   The general metadata reservation lifetimes are discussed elsewhere, this
58  *   will just focus on how it is used for delalloc space.
59  *
60  *   We keep track of two things on a per inode bases
61  *
62  *   ->outstanding_extents
63  *     This is the number of file extent items we'll need to handle all of the
64  *     outstanding DELALLOC space we have in this inode.  We limit the maximum
65  *     size of an extent, so a large contiguous dirty area may require more than
66  *     one outstanding_extent, which is why count_max_extents() is used to
67  *     determine how many outstanding_extents get added.
68  *
69  *   ->csum_bytes
70  *     This is essentially how many dirty bytes we have for this inode, so we
71  *     can calculate the number of checksum items we would have to add in order
72  *     to checksum our outstanding data.
73  *
74  *   We keep a per-inode block_rsv in order to make it easier to keep track of
75  *   our reservation.  We use btrfs_calculate_inode_block_rsv_size() to
76  *   calculate the current theoretical maximum reservation we would need for the
77  *   metadata for this inode.  We call this and then adjust our reservation as
78  *   necessary, either by attempting to reserve more space, or freeing up excess
79  *   space.
80  *
81  * OUTSTANDING_EXTENTS HANDLING
82  *
83  *  ->outstanding_extents is used for keeping track of how many extents we will
84  *  need to use for this inode, and it will fluctuate depending on where you are
85  *  in the life cycle of the dirty data.  Consider the following normal case for
86  *  a completely clean inode, with a num_bytes < our maximum allowed extent size
87  *
88  *  -> reserve
89  *    ->outstanding_extents += 1 (current value is 1)
90  *
91  *  -> set_delalloc
92  *    ->outstanding_extents += 1 (currrent value is 2)
93  *
94  *  -> btrfs_delalloc_release_extents()
95  *    ->outstanding_extents -= 1 (current value is 1)
96  *
97  *    We must call this once we are done, as we hold our reservation for the
98  *    duration of our operation, and then assume set_delalloc will update the
99  *    counter appropriately.
100  *
101  *  -> add ordered extent
102  *    ->outstanding_extents += 1 (current value is 2)
103  *
104  *  -> btrfs_clear_delalloc_extent
105  *    ->outstanding_extents -= 1 (current value is 1)
106  *
107  *  -> finish_ordered_io/btrfs_remove_ordered_extent
108  *    ->outstanding_extents -= 1 (current value is 0)
109  *
110  *  Each stage is responsible for their own accounting of the extent, thus
111  *  making error handling and cleanup easier.
112  */
113
114 int btrfs_alloc_data_chunk_ondemand(struct btrfs_inode *inode, u64 bytes)
115 {
116         struct btrfs_root *root = inode->root;
117         struct btrfs_fs_info *fs_info = root->fs_info;
118         enum btrfs_reserve_flush_enum flush = BTRFS_RESERVE_FLUSH_DATA;
119
120         /* Make sure bytes are sectorsize aligned */
121         bytes = ALIGN(bytes, fs_info->sectorsize);
122
123         if (btrfs_is_free_space_inode(inode))
124                 flush = BTRFS_RESERVE_FLUSH_FREE_SPACE_INODE;
125
126         return btrfs_reserve_data_bytes(fs_info, bytes, flush);
127 }
128
129 int btrfs_check_data_free_space(struct btrfs_inode *inode,
130                         struct extent_changeset **reserved, u64 start, u64 len)
131 {
132         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
133         int ret;
134
135         /* align the range */
136         len = round_up(start + len, fs_info->sectorsize) -
137               round_down(start, fs_info->sectorsize);
138         start = round_down(start, fs_info->sectorsize);
139
140         ret = btrfs_alloc_data_chunk_ondemand(inode, len);
141         if (ret < 0)
142                 return ret;
143
144         /* Use new btrfs_qgroup_reserve_data to reserve precious data space. */
145         ret = btrfs_qgroup_reserve_data(inode, reserved, start, len);
146         if (ret < 0)
147                 btrfs_free_reserved_data_space_noquota(fs_info, len);
148         else
149                 ret = 0;
150         return ret;
151 }
152
153 /*
154  * Called if we need to clear a data reservation for this inode
155  * Normally in a error case.
156  *
157  * This one will *NOT* use accurate qgroup reserved space API, just for case
158  * which we can't sleep and is sure it won't affect qgroup reserved space.
159  * Like clear_bit_hook().
160  */
161 void btrfs_free_reserved_data_space_noquota(struct btrfs_fs_info *fs_info,
162                                             u64 len)
163 {
164         struct btrfs_space_info *data_sinfo;
165
166         ASSERT(IS_ALIGNED(len, fs_info->sectorsize));
167
168         data_sinfo = fs_info->data_sinfo;
169         btrfs_space_info_free_bytes_may_use(fs_info, data_sinfo, len);
170 }
171
172 /*
173  * Called if we need to clear a data reservation for this inode
174  * Normally in a error case.
175  *
176  * This one will handle the per-inode data rsv map for accurate reserved
177  * space framework.
178  */
179 void btrfs_free_reserved_data_space(struct btrfs_inode *inode,
180                         struct extent_changeset *reserved, u64 start, u64 len)
181 {
182         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
183
184         /* Make sure the range is aligned to sectorsize */
185         len = round_up(start + len, fs_info->sectorsize) -
186               round_down(start, fs_info->sectorsize);
187         start = round_down(start, fs_info->sectorsize);
188
189         btrfs_free_reserved_data_space_noquota(fs_info, len);
190         btrfs_qgroup_free_data(inode, reserved, start, len);
191 }
192
193 /**
194  * btrfs_inode_rsv_release - release any excessive reservation.
195  * @inode - the inode we need to release from.
196  * @qgroup_free - free or convert qgroup meta.
197  *   Unlike normal operation, qgroup meta reservation needs to know if we are
198  *   freeing qgroup reservation or just converting it into per-trans.  Normally
199  *   @qgroup_free is true for error handling, and false for normal release.
200  *
201  * This is the same as btrfs_block_rsv_release, except that it handles the
202  * tracepoint for the reservation.
203  */
204 static void btrfs_inode_rsv_release(struct btrfs_inode *inode, bool qgroup_free)
205 {
206         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
207         struct btrfs_block_rsv *block_rsv = &inode->block_rsv;
208         u64 released = 0;
209         u64 qgroup_to_release = 0;
210
211         /*
212          * Since we statically set the block_rsv->size we just want to say we
213          * are releasing 0 bytes, and then we'll just get the reservation over
214          * the size free'd.
215          */
216         released = btrfs_block_rsv_release(fs_info, block_rsv, 0,
217                                            &qgroup_to_release);
218         if (released > 0)
219                 trace_btrfs_space_reservation(fs_info, "delalloc",
220                                               btrfs_ino(inode), released, 0);
221         if (qgroup_free)
222                 btrfs_qgroup_free_meta_prealloc(inode->root, qgroup_to_release);
223         else
224                 btrfs_qgroup_convert_reserved_meta(inode->root,
225                                                    qgroup_to_release);
226 }
227
228 static void btrfs_calculate_inode_block_rsv_size(struct btrfs_fs_info *fs_info,
229                                                  struct btrfs_inode *inode)
230 {
231         struct btrfs_block_rsv *block_rsv = &inode->block_rsv;
232         u64 reserve_size = 0;
233         u64 qgroup_rsv_size = 0;
234         u64 csum_leaves;
235         unsigned outstanding_extents;
236
237         lockdep_assert_held(&inode->lock);
238         outstanding_extents = inode->outstanding_extents;
239
240         /*
241          * Insert size for the number of outstanding extents, 1 normal size for
242          * updating the inode.
243          */
244         if (outstanding_extents) {
245                 reserve_size = btrfs_calc_insert_metadata_size(fs_info,
246                                                 outstanding_extents);
247                 reserve_size += btrfs_calc_metadata_size(fs_info, 1);
248         }
249         csum_leaves = btrfs_csum_bytes_to_leaves(fs_info,
250                                                  inode->csum_bytes);
251         reserve_size += btrfs_calc_insert_metadata_size(fs_info,
252                                                         csum_leaves);
253         /*
254          * For qgroup rsv, the calculation is very simple:
255          * account one nodesize for each outstanding extent
256          *
257          * This is overestimating in most cases.
258          */
259         qgroup_rsv_size = (u64)outstanding_extents * fs_info->nodesize;
260
261         spin_lock(&block_rsv->lock);
262         block_rsv->size = reserve_size;
263         block_rsv->qgroup_rsv_size = qgroup_rsv_size;
264         spin_unlock(&block_rsv->lock);
265 }
266
267 static void calc_inode_reservations(struct btrfs_fs_info *fs_info,
268                                     u64 num_bytes, u64 *meta_reserve,
269                                     u64 *qgroup_reserve)
270 {
271         u64 nr_extents = count_max_extents(num_bytes);
272         u64 csum_leaves = btrfs_csum_bytes_to_leaves(fs_info, num_bytes);
273         u64 inode_update = btrfs_calc_metadata_size(fs_info, 1);
274
275         *meta_reserve = btrfs_calc_insert_metadata_size(fs_info,
276                                                 nr_extents + csum_leaves);
277
278         /*
279          * finish_ordered_io has to update the inode, so add the space required
280          * for an inode update.
281          */
282         *meta_reserve += inode_update;
283         *qgroup_reserve = nr_extents * fs_info->nodesize;
284 }
285
286 int btrfs_delalloc_reserve_metadata(struct btrfs_inode *inode, u64 num_bytes)
287 {
288         struct btrfs_root *root = inode->root;
289         struct btrfs_fs_info *fs_info = root->fs_info;
290         struct btrfs_block_rsv *block_rsv = &inode->block_rsv;
291         u64 meta_reserve, qgroup_reserve;
292         unsigned nr_extents;
293         enum btrfs_reserve_flush_enum flush = BTRFS_RESERVE_FLUSH_ALL;
294         int ret = 0;
295
296         /*
297          * If we are a free space inode we need to not flush since we will be in
298          * the middle of a transaction commit.  We also don't need the delalloc
299          * mutex since we won't race with anybody.  We need this mostly to make
300          * lockdep shut its filthy mouth.
301          *
302          * If we have a transaction open (can happen if we call truncate_block
303          * from truncate), then we need FLUSH_LIMIT so we don't deadlock.
304          */
305         if (btrfs_is_free_space_inode(inode)) {
306                 flush = BTRFS_RESERVE_NO_FLUSH;
307         } else {
308                 if (current->journal_info)
309                         flush = BTRFS_RESERVE_FLUSH_LIMIT;
310
311                 if (btrfs_transaction_in_commit(fs_info))
312                         schedule_timeout(1);
313         }
314
315         num_bytes = ALIGN(num_bytes, fs_info->sectorsize);
316
317         /*
318          * We always want to do it this way, every other way is wrong and ends
319          * in tears.  Pre-reserving the amount we are going to add will always
320          * be the right way, because otherwise if we have enough parallelism we
321          * could end up with thousands of inodes all holding little bits of
322          * reservations they were able to make previously and the only way to
323          * reclaim that space is to ENOSPC out the operations and clear
324          * everything out and try again, which is bad.  This way we just
325          * over-reserve slightly, and clean up the mess when we are done.
326          */
327         calc_inode_reservations(fs_info, num_bytes, &meta_reserve,
328                                 &qgroup_reserve);
329         ret = btrfs_qgroup_reserve_meta_prealloc(root, qgroup_reserve, true);
330         if (ret)
331                 return ret;
332         ret = btrfs_reserve_metadata_bytes(root, block_rsv, meta_reserve, flush);
333         if (ret) {
334                 btrfs_qgroup_free_meta_prealloc(root, qgroup_reserve);
335                 return ret;
336         }
337
338         /*
339          * Now we need to update our outstanding extents and csum bytes _first_
340          * and then add the reservation to the block_rsv.  This keeps us from
341          * racing with an ordered completion or some such that would think it
342          * needs to free the reservation we just made.
343          */
344         spin_lock(&inode->lock);
345         nr_extents = count_max_extents(num_bytes);
346         btrfs_mod_outstanding_extents(inode, nr_extents);
347         inode->csum_bytes += num_bytes;
348         btrfs_calculate_inode_block_rsv_size(fs_info, inode);
349         spin_unlock(&inode->lock);
350
351         /* Now we can safely add our space to our block rsv */
352         btrfs_block_rsv_add_bytes(block_rsv, meta_reserve, false);
353         trace_btrfs_space_reservation(root->fs_info, "delalloc",
354                                       btrfs_ino(inode), meta_reserve, 1);
355
356         spin_lock(&block_rsv->lock);
357         block_rsv->qgroup_rsv_reserved += qgroup_reserve;
358         spin_unlock(&block_rsv->lock);
359
360         return 0;
361 }
362
363 /**
364  * btrfs_delalloc_release_metadata - release a metadata reservation for an inode
365  * @inode: the inode to release the reservation for.
366  * @num_bytes: the number of bytes we are releasing.
367  * @qgroup_free: free qgroup reservation or convert it to per-trans reservation
368  *
369  * This will release the metadata reservation for an inode.  This can be called
370  * once we complete IO for a given set of bytes to release their metadata
371  * reservations, or on error for the same reason.
372  */
373 void btrfs_delalloc_release_metadata(struct btrfs_inode *inode, u64 num_bytes,
374                                      bool qgroup_free)
375 {
376         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
377
378         num_bytes = ALIGN(num_bytes, fs_info->sectorsize);
379         spin_lock(&inode->lock);
380         inode->csum_bytes -= num_bytes;
381         btrfs_calculate_inode_block_rsv_size(fs_info, inode);
382         spin_unlock(&inode->lock);
383
384         if (btrfs_is_testing(fs_info))
385                 return;
386
387         btrfs_inode_rsv_release(inode, qgroup_free);
388 }
389
390 /**
391  * btrfs_delalloc_release_extents - release our outstanding_extents
392  * @inode: the inode to balance the reservation for.
393  * @num_bytes: the number of bytes we originally reserved with
394  *
395  * When we reserve space we increase outstanding_extents for the extents we may
396  * add.  Once we've set the range as delalloc or created our ordered extents we
397  * have outstanding_extents to track the real usage, so we use this to free our
398  * temporarily tracked outstanding_extents.  This _must_ be used in conjunction
399  * with btrfs_delalloc_reserve_metadata.
400  */
401 void btrfs_delalloc_release_extents(struct btrfs_inode *inode, u64 num_bytes)
402 {
403         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
404         unsigned num_extents;
405
406         spin_lock(&inode->lock);
407         num_extents = count_max_extents(num_bytes);
408         btrfs_mod_outstanding_extents(inode, -num_extents);
409         btrfs_calculate_inode_block_rsv_size(fs_info, inode);
410         spin_unlock(&inode->lock);
411
412         if (btrfs_is_testing(fs_info))
413                 return;
414
415         btrfs_inode_rsv_release(inode, true);
416 }
417
418 /**
419  * btrfs_delalloc_reserve_space - reserve data and metadata space for
420  * delalloc
421  * @inode: inode we're writing to
422  * @start: start range we are writing to
423  * @len: how long the range we are writing to
424  * @reserved: mandatory parameter, record actually reserved qgroup ranges of
425  *            current reservation.
426  *
427  * This will do the following things
428  *
429  * - reserve space in data space info for num bytes
430  *   and reserve precious corresponding qgroup space
431  *   (Done in check_data_free_space)
432  *
433  * - reserve space for metadata space, based on the number of outstanding
434  *   extents and how much csums will be needed
435  *   also reserve metadata space in a per root over-reserve method.
436  * - add to the inodes->delalloc_bytes
437  * - add it to the fs_info's delalloc inodes list.
438  *   (Above 3 all done in delalloc_reserve_metadata)
439  *
440  * Return 0 for success
441  * Return <0 for error(-ENOSPC or -EQUOT)
442  */
443 int btrfs_delalloc_reserve_space(struct btrfs_inode *inode,
444                         struct extent_changeset **reserved, u64 start, u64 len)
445 {
446         int ret;
447
448         ret = btrfs_check_data_free_space(inode, reserved, start, len);
449         if (ret < 0)
450                 return ret;
451         ret = btrfs_delalloc_reserve_metadata(inode, len);
452         if (ret < 0)
453                 btrfs_free_reserved_data_space(inode, *reserved, start, len);
454         return ret;
455 }
456
457 /**
458  * btrfs_delalloc_release_space - release data and metadata space for delalloc
459  * @inode: inode we're releasing space for
460  * @start: start position of the space already reserved
461  * @len: the len of the space already reserved
462  * @release_bytes: the len of the space we consumed or didn't use
463  *
464  * This function will release the metadata space that was not used and will
465  * decrement ->delalloc_bytes and remove it from the fs_info delalloc_inodes
466  * list if there are no delalloc bytes left.
467  * Also it will handle the qgroup reserved space.
468  */
469 void btrfs_delalloc_release_space(struct btrfs_inode *inode,
470                                   struct extent_changeset *reserved,
471                                   u64 start, u64 len, bool qgroup_free)
472 {
473         btrfs_delalloc_release_metadata(inode, len, qgroup_free);
474         btrfs_free_reserved_data_space(inode, reserved, start, len);
475 }