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 (current value is 2)
  93  *
  94  *  -> btrfs_delalloc_release_extents()
  95  *    ->outstanding_extents -= 1 (current value is 1)
  96  *
  97  *    We must call this once we are done, as we hold our reservation for the
  98  *    duration of our operation, and then assume set_delalloc will update the
  99  *    counter appropriately.
 100  *
 101  *  -> add ordered extent
 102  *    ->outstanding_extents += 1 (current value is 2)
 103  *
 104  *  -> btrfs_clear_delalloc_extent
 105  *    ->outstanding_extents -= 1 (current value is 1)
 106  *
 107  *  -> finish_ordered_io/btrfs_remove_ordered_extent
 108  *    ->outstanding_extents -= 1 (current value is 0)
 109  *
 110  *  Each stage is responsible for their own accounting of the extent, thus
 111  *  making error handling and cleanup easier.
 112  */
 113
 114 int btrfs_alloc_data_chunk_ondemand(struct btrfs_inode *inode, u64 bytes)
 115 {
 116         struct btrfs_root *root = inode->root;
 117         struct btrfs_fs_info *fs_info = root->fs_info;
 118         enum btrfs_reserve_flush_enum flush = BTRFS_RESERVE_FLUSH_DATA;
 119
 120         /* Make sure bytes are sectorsize aligned */
 121         bytes = ALIGN(bytes, fs_info->sectorsize);
 122
 123         if (btrfs_is_free_space_inode(inode))
 124                 flush = BTRFS_RESERVE_FLUSH_FREE_SPACE_INODE;
 125
 126         return btrfs_reserve_data_bytes(fs_info, bytes, flush);
 127 }
 128
 129 int btrfs_check_data_free_space(struct btrfs_inode *inode,
 130                         struct extent_changeset **reserved, u64 start, 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                 extent_changeset_free(*reserved);
 149                 *reserved = NULL;
 150         } else {
 151                 ret = 0;
 152         }
 153         return ret;
 154 }
 155
 156 /*
 157  * Called if we need to clear a data reservation for this inode
 158  * Normally in a error case.
 159  *
 160  * This one will *NOT* use accurate qgroup reserved space API, just for case
 161  * which we can't sleep and is sure it won't affect qgroup reserved space.
 162  * Like clear_bit_hook().
 163  */
 164 void btrfs_free_reserved_data_space_noquota(struct btrfs_fs_info *fs_info,
 165                                             u64 len)
 166 {
 167         struct btrfs_space_info *data_sinfo;
 168
 169         ASSERT(IS_ALIGNED(len, fs_info->sectorsize));
 170
 171         data_sinfo = fs_info->data_sinfo;
 172         btrfs_space_info_free_bytes_may_use(fs_info, data_sinfo, len);
 173 }
 174
 175 /*
 176  * Called if we need to clear a data reservation for this inode
 177  * Normally in a error case.
 178  *
 179  * This one will handle the per-inode data rsv map for accurate reserved
 180  * space framework.
 181  */
 182 void btrfs_free_reserved_data_space(struct btrfs_inode *inode,
 183                         struct extent_changeset *reserved, u64 start, u64 len)
 184 {
 185         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
 186
 187         /* Make sure the range is aligned to sectorsize */
 188         len = round_up(start + len, fs_info->sectorsize) -
 189               round_down(start, fs_info->sectorsize);
 190         start = round_down(start, fs_info->sectorsize);
 191
 192         btrfs_free_reserved_data_space_noquota(fs_info, len);
 193         btrfs_qgroup_free_data(inode, reserved, start, len);
 194 }
 195
 196 /**
 197  * Release any excessive reservation
 198  *
 199  * @inode:       the inode we need to release from
 200  * @qgroup_free: free or convert qgroup meta. Unlike normal operation, qgroup
 201  *               meta reservation needs to know if we are freeing qgroup
 202  *               reservation or just converting it into per-trans.  Normally
 203  *               @qgroup_free is true for error handling, and false for normal
 204  *               release.
 205  *
 206  * This is the same as btrfs_block_rsv_release, except that it handles the
 207  * tracepoint for the reservation.
 208  */
 209 static void btrfs_inode_rsv_release(struct btrfs_inode *inode, bool qgroup_free)
 210 {
 211         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
 212         struct btrfs_block_rsv *block_rsv = &inode->block_rsv;
 213         u64 released = 0;
 214         u64 qgroup_to_release = 0;
 215
 216         /*
 217          * Since we statically set the block_rsv->size we just want to say we
 218          * are releasing 0 bytes, and then we'll just get the reservation over
 219          * the size free'd.
 220          */
 221         released = btrfs_block_rsv_release(fs_info, block_rsv, 0,
 222                                            &qgroup_to_release);
 223         if (released > 0)
 224                 trace_btrfs_space_reservation(fs_info, "delalloc",
 225                                               btrfs_ino(inode), released, 0);
 226         if (qgroup_free)
 227                 btrfs_qgroup_free_meta_prealloc(inode->root, qgroup_to_release);
 228         else
 229                 btrfs_qgroup_convert_reserved_meta(inode->root,
 230                                                    qgroup_to_release);
 231 }
 232
 233 static void btrfs_calculate_inode_block_rsv_size(struct btrfs_fs_info *fs_info,
 234                                                  struct btrfs_inode *inode)
 235 {
 236         struct btrfs_block_rsv *block_rsv = &inode->block_rsv;
 237         u64 reserve_size = 0;
 238         u64 qgroup_rsv_size = 0;
 239         u64 csum_leaves;
 240         unsigned outstanding_extents;
 241
 242         lockdep_assert_held(&inode->lock);
 243         outstanding_extents = inode->outstanding_extents;
 244
 245         /*
 246          * Insert size for the number of outstanding extents, 1 normal size for
 247          * updating the inode.
 248          */
 249         if (outstanding_extents) {
 250                 reserve_size = btrfs_calc_insert_metadata_size(fs_info,
 251                                                 outstanding_extents);
 252                 reserve_size += btrfs_calc_metadata_size(fs_info, 1);
 253         }
 254         csum_leaves = btrfs_csum_bytes_to_leaves(fs_info,
 255                                                  inode->csum_bytes);
 256         reserve_size += btrfs_calc_insert_metadata_size(fs_info,
 257                                                         csum_leaves);
 258         /*
 259          * For qgroup rsv, the calculation is very simple:
 260          * account one nodesize for each outstanding extent
 261          *
 262          * This is overestimating in most cases.
 263          */
 264         qgroup_rsv_size = (u64)outstanding_extents * fs_info->nodesize;
 265
 266         spin_lock(&block_rsv->lock);
 267         block_rsv->size = reserve_size;
 268         block_rsv->qgroup_rsv_size = qgroup_rsv_size;
 269         spin_unlock(&block_rsv->lock);
 270 }
 271
 272 static void calc_inode_reservations(struct btrfs_fs_info *fs_info,
 273                                     u64 num_bytes, u64 disk_num_bytes,
 274                                     u64 *meta_reserve, u64 *qgroup_reserve)
 275 {
 276         u64 nr_extents = count_max_extents(num_bytes);
 277         u64 csum_leaves = btrfs_csum_bytes_to_leaves(fs_info, disk_num_bytes);
 278         u64 inode_update = btrfs_calc_metadata_size(fs_info, 1);
 279
 280         *meta_reserve = btrfs_calc_insert_metadata_size(fs_info,
 281                                                 nr_extents + csum_leaves);
 282
 283         /*
 284          * finish_ordered_io has to update the inode, so add the space required
 285          * for an inode update.
 286          */
 287         *meta_reserve += inode_update;
 288         *qgroup_reserve = nr_extents * fs_info->nodesize;
 289 }
 290
 291 int btrfs_delalloc_reserve_metadata(struct btrfs_inode *inode, u64 num_bytes,
 292                                     u64 disk_num_bytes, bool noflush)
 293 {
 294         struct btrfs_root *root = inode->root;
 295         struct btrfs_fs_info *fs_info = root->fs_info;
 296         struct btrfs_block_rsv *block_rsv = &inode->block_rsv;
 297         u64 meta_reserve, qgroup_reserve;
 298         unsigned nr_extents;
 299         enum btrfs_reserve_flush_enum flush = BTRFS_RESERVE_FLUSH_ALL;
 300         int ret = 0;
 301
 302         /*
 303          * If we are a free space inode we need to not flush since we will be in
 304          * the middle of a transaction commit.  We also don't need the delalloc
 305          * mutex since we won't race with anybody.  We need this mostly to make
 306          * lockdep shut its filthy mouth.
 307          *
 308          * If we have a transaction open (can happen if we call truncate_block
 309          * from truncate), then we need FLUSH_LIMIT so we don't deadlock.
 310          */
 311         if (noflush || btrfs_is_free_space_inode(inode)) {
 312                 flush = BTRFS_RESERVE_NO_FLUSH;
 313         } else {
 314                 if (current->journal_info)
 315                         flush = BTRFS_RESERVE_FLUSH_LIMIT;
 316
 317                 if (btrfs_transaction_in_commit(fs_info))
 318                         schedule_timeout(1);
 319         }
 320
 321         num_bytes = ALIGN(num_bytes, fs_info->sectorsize);
 322         disk_num_bytes = ALIGN(disk_num_bytes, fs_info->sectorsize);
 323
 324         /*
 325          * We always want to do it this way, every other way is wrong and ends
 326          * in tears.  Pre-reserving the amount we are going to add will always
 327          * be the right way, because otherwise if we have enough parallelism we
 328          * could end up with thousands of inodes all holding little bits of
 329          * reservations they were able to make previously and the only way to
 330          * reclaim that space is to ENOSPC out the operations and clear
 331          * everything out and try again, which is bad.  This way we just
 332          * over-reserve slightly, and clean up the mess when we are done.
 333          */
 334         calc_inode_reservations(fs_info, num_bytes, disk_num_bytes,
 335                                 &meta_reserve, &qgroup_reserve);
 336         ret = btrfs_qgroup_reserve_meta_prealloc(root, qgroup_reserve, true,
 337                                                  noflush);
 338         if (ret)
 339                 return ret;
 340         ret = btrfs_reserve_metadata_bytes(fs_info, block_rsv, meta_reserve, flush);
 341         if (ret) {
 342                 btrfs_qgroup_free_meta_prealloc(root, qgroup_reserve);
 343                 return ret;
 344         }
 345
 346         /*
 347          * Now we need to update our outstanding extents and csum bytes _first_
 348          * and then add the reservation to the block_rsv.  This keeps us from
 349          * racing with an ordered completion or some such that would think it
 350          * needs to free the reservation we just made.
 351          */
 352         spin_lock(&inode->lock);
 353         nr_extents = count_max_extents(num_bytes);
 354         btrfs_mod_outstanding_extents(inode, nr_extents);
 355         inode->csum_bytes += disk_num_bytes;
 356         btrfs_calculate_inode_block_rsv_size(fs_info, inode);
 357         spin_unlock(&inode->lock);
 358
 359         /* Now we can safely add our space to our block rsv */
 360         btrfs_block_rsv_add_bytes(block_rsv, meta_reserve, false);
 361         trace_btrfs_space_reservation(root->fs_info, "delalloc",
 362                                       btrfs_ino(inode), meta_reserve, 1);
 363
 364         spin_lock(&block_rsv->lock);
 365         block_rsv->qgroup_rsv_reserved += qgroup_reserve;
 366         spin_unlock(&block_rsv->lock);
 367
 368         return 0;
 369 }
 370
 371 /**
 372  * Release a metadata reservation for an inode
 373  *
 374  * @inode: the inode to release the reservation for.
 375  * @num_bytes: the number of bytes we are releasing.
 376  * @qgroup_free: free qgroup reservation or convert it to per-trans reservation
 377  *
 378  * This will release the metadata reservation for an inode.  This can be called
 379  * once we complete IO for a given set of bytes to release their metadata
 380  * reservations, or on error for the same reason.
 381  */
 382 void btrfs_delalloc_release_metadata(struct btrfs_inode *inode, u64 num_bytes,
 383                                      bool qgroup_free)
 384 {
 385         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
 386
 387         num_bytes = ALIGN(num_bytes, fs_info->sectorsize);
 388         spin_lock(&inode->lock);
 389         inode->csum_bytes -= num_bytes;
 390         btrfs_calculate_inode_block_rsv_size(fs_info, inode);
 391         spin_unlock(&inode->lock);
 392
 393         if (btrfs_is_testing(fs_info))
 394                 return;
 395
 396         btrfs_inode_rsv_release(inode, qgroup_free);
 397 }
 398
 399 /**
 400  * btrfs_delalloc_release_extents - release our outstanding_extents
 401  * @inode: the inode to balance the reservation for.
 402  * @num_bytes: the number of bytes we originally reserved with
 403  *
 404  * When we reserve space we increase outstanding_extents for the extents we may
 405  * add.  Once we've set the range as delalloc or created our ordered extents we
 406  * have outstanding_extents to track the real usage, so we use this to free our
 407  * temporarily tracked outstanding_extents.  This _must_ be used in conjunction
 408  * with btrfs_delalloc_reserve_metadata.
 409  */
 410 void btrfs_delalloc_release_extents(struct btrfs_inode *inode, u64 num_bytes)
 411 {
 412         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
 413         unsigned num_extents;
 414
 415         spin_lock(&inode->lock);
 416         num_extents = count_max_extents(num_bytes);
 417         btrfs_mod_outstanding_extents(inode, -num_extents);
 418         btrfs_calculate_inode_block_rsv_size(fs_info, inode);
 419         spin_unlock(&inode->lock);
 420
 421         if (btrfs_is_testing(fs_info))
 422                 return;
 423
 424         btrfs_inode_rsv_release(inode, true);
 425 }
 426
 427 /**
 428  * btrfs_delalloc_reserve_space - reserve data and metadata space for
 429  * delalloc
 430  * @inode: inode we're writing to
 431  * @start: start range we are writing to
 432  * @len: how long the range we are writing to
 433  * @reserved: mandatory parameter, record actually reserved qgroup ranges of
 434  *            current reservation.
 435  *
 436  * This will do the following things
 437  *
 438  * - reserve space in data space info for num bytes
 439  *   and reserve precious corresponding qgroup space
 440  *   (Done in check_data_free_space)
 441  *
 442  * - reserve space for metadata space, based on the number of outstanding
 443  *   extents and how much csums will be needed
 444  *   also reserve metadata space in a per root over-reserve method.
 445  * - add to the inodes->delalloc_bytes
 446  * - add it to the fs_info's delalloc inodes list.
 447  *   (Above 3 all done in delalloc_reserve_metadata)
 448  *
 449  * Return 0 for success
 450  * Return <0 for error(-ENOSPC or -EQUOT)
 451  */
 452 int btrfs_delalloc_reserve_space(struct btrfs_inode *inode,
 453                         struct extent_changeset **reserved, u64 start, u64 len)
 454 {
 455         int ret;
 456
 457         ret = btrfs_check_data_free_space(inode, reserved, start, len);
 458         if (ret < 0)
 459                 return ret;
 460         ret = btrfs_delalloc_reserve_metadata(inode, len, len, false);
 461         if (ret < 0) {
 462                 btrfs_free_reserved_data_space(inode, *reserved, start, len);
 463                 extent_changeset_free(*reserved);
 464                 *reserved = NULL;
 465         }
 466         return ret;
 467 }
 468
 469 /**
 470  * Release data and metadata space for delalloc
 471  *
 472  * @inode:       inode we're releasing space for
 473  * @reserved:    list of changed/reserved ranges
 474  * @start:       start position of the space already reserved
 475  * @len:         length of the space already reserved
 476  * @qgroup_free: should qgroup reserved-space also be freed
 477  *
 478  * This function will release the metadata space that was not used and will
 479  * decrement ->delalloc_bytes and remove it from the fs_info delalloc_inodes
 480  * list if there are no delalloc bytes left.
 481  * Also it will handle the qgroup reserved space.
 482  */
 483 void btrfs_delalloc_release_space(struct btrfs_inode *inode,
 484                                   struct extent_changeset *reserved,
 485                                   u64 start, u64 len, bool qgroup_free)
 486 {
 487         btrfs_delalloc_release_metadata(inode, len, qgroup_free);
 488         btrfs_free_reserved_data_space(inode, reserved, start, len);
 489 }