fs/btrfs/extent_map.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2
   3 #include <linux/err.h>
   4 #include <linux/slab.h>
   5 #include <linux/spinlock.h>
   6 #include "ctree.h"
   7 #include "volumes.h"
   8 #include "extent_map.h"
   9 #include "compression.h"
  10
  11
  12 static struct kmem_cache *extent_map_cache;
  13
  14 int __init extent_map_init(void)
  15 {
  16         extent_map_cache = kmem_cache_create("btrfs_extent_map",
  17                         sizeof(struct extent_map), 0,
  18                         SLAB_MEM_SPREAD, NULL);
  19         if (!extent_map_cache)
  20                 return -ENOMEM;
  21         return 0;
  22 }
  23
  24 void __cold extent_map_exit(void)
  25 {
  26         kmem_cache_destroy(extent_map_cache);
  27 }
  28
  29 /**
  30  * extent_map_tree_init - initialize extent map tree
  31  * @tree:               tree to initialize
  32  *
  33  * Initialize the extent tree @tree.  Should be called for each new inode
  34  * or other user of the extent_map interface.
  35  */
  36 void extent_map_tree_init(struct extent_map_tree *tree)
  37 {
  38         tree->map = RB_ROOT_CACHED;
  39         INIT_LIST_HEAD(&tree->modified_extents);
  40         rwlock_init(&tree->lock);
  41 }
  42
  43 /**
  44  * alloc_extent_map - allocate new extent map structure
  45  *
  46  * Allocate a new extent_map structure.  The new structure is
  47  * returned with a reference count of one and needs to be
  48  * freed using free_extent_map()
  49  */
  50 struct extent_map *alloc_extent_map(void)
  51 {
  52         struct extent_map *em;
  53         em = kmem_cache_zalloc(extent_map_cache, GFP_NOFS);
  54         if (!em)
  55                 return NULL;
  56         RB_CLEAR_NODE(&em->rb_node);
  57         em->flags = 0;
  58         em->compress_type = BTRFS_COMPRESS_NONE;
  59         em->generation = 0;
  60         refcount_set(&em->refs, 1);
  61         INIT_LIST_HEAD(&em->list);
  62         return em;
  63 }
  64
  65 /**
  66  * free_extent_map - drop reference count of an extent_map
  67  * @em:         extent map being released
  68  *
  69  * Drops the reference out on @em by one and free the structure
  70  * if the reference count hits zero.
  71  */
  72 void free_extent_map(struct extent_map *em)
  73 {
  74         if (!em)
  75                 return;
  76         WARN_ON(refcount_read(&em->refs) == 0);
  77         if (refcount_dec_and_test(&em->refs)) {
  78                 WARN_ON(extent_map_in_tree(em));
  79                 WARN_ON(!list_empty(&em->list));
  80                 if (test_bit(EXTENT_FLAG_FS_MAPPING, &em->flags))
  81                         kfree(em->map_lookup);
  82                 kmem_cache_free(extent_map_cache, em);
  83         }
  84 }
  85
  86 /* simple helper to do math around the end of an extent, handling wrap */
  87 static u64 range_end(u64 start, u64 len)
  88 {
  89         if (start + len < start)
  90                 return (u64)-1;
  91         return start + len;
  92 }
  93
  94 static int tree_insert(struct rb_root_cached *root, struct extent_map *em)
  95 {
  96         struct rb_node **p = &root->rb_root.rb_node;
  97         struct rb_node *parent = NULL;
  98         struct extent_map *entry = NULL;
  99         struct rb_node *orig_parent = NULL;
 100         u64 end = range_end(em->start, em->len);
 101         bool leftmost = true;
 102
 103         while (*p) {
 104                 parent = *p;
 105                 entry = rb_entry(parent, struct extent_map, rb_node);
 106
 107                 if (em->start < entry->start) {
 108                         p = &(*p)->rb_left;
 109                 } else if (em->start >= extent_map_end(entry)) {
 110                         p = &(*p)->rb_right;
 111                         leftmost = false;
 112                 } else {
 113                         return -EEXIST;
 114                 }
 115         }
 116
 117         orig_parent = parent;
 118         while (parent && em->start >= extent_map_end(entry)) {
 119                 parent = rb_next(parent);
 120                 entry = rb_entry(parent, struct extent_map, rb_node);
 121         }
 122         if (parent)
 123                 if (end > entry->start && em->start < extent_map_end(entry))
 124                         return -EEXIST;
 125
 126         parent = orig_parent;
 127         entry = rb_entry(parent, struct extent_map, rb_node);
 128         while (parent && em->start < entry->start) {
 129                 parent = rb_prev(parent);
 130                 entry = rb_entry(parent, struct extent_map, rb_node);
 131         }
 132         if (parent)
 133                 if (end > entry->start && em->start < extent_map_end(entry))
 134                         return -EEXIST;
 135
 136         rb_link_node(&em->rb_node, orig_parent, p);
 137         rb_insert_color_cached(&em->rb_node, root, leftmost);
 138         return 0;
 139 }
 140
 141 /*
 142  * search through the tree for an extent_map with a given offset.  If
 143  * it can't be found, try to find some neighboring extents
 144  */
 145 static struct rb_node *__tree_search(struct rb_root *root, u64 offset,
 146                                      struct rb_node **prev_ret,
 147                                      struct rb_node **next_ret)
 148 {
 149         struct rb_node *n = root->rb_node;
 150         struct rb_node *prev = NULL;
 151         struct rb_node *orig_prev = NULL;
 152         struct extent_map *entry;
 153         struct extent_map *prev_entry = NULL;
 154
 155         while (n) {
 156                 entry = rb_entry(n, struct extent_map, rb_node);
 157                 prev = n;
 158                 prev_entry = entry;
 159
 160                 if (offset < entry->start)
 161                         n = n->rb_left;
 162                 else if (offset >= extent_map_end(entry))
 163                         n = n->rb_right;
 164                 else
 165                         return n;
 166         }
 167
 168         if (prev_ret) {
 169                 orig_prev = prev;
 170                 while (prev && offset >= extent_map_end(prev_entry)) {
 171                         prev = rb_next(prev);
 172                         prev_entry = rb_entry(prev, struct extent_map, rb_node);
 173                 }
 174                 *prev_ret = prev;
 175                 prev = orig_prev;
 176         }
 177
 178         if (next_ret) {
 179                 prev_entry = rb_entry(prev, struct extent_map, rb_node);
 180                 while (prev && offset < prev_entry->start) {
 181                         prev = rb_prev(prev);
 182                         prev_entry = rb_entry(prev, struct extent_map, rb_node);
 183                 }
 184                 *next_ret = prev;
 185         }
 186         return NULL;
 187 }
 188
 189 /* check to see if two extent_map structs are adjacent and safe to merge */
 190 static int mergable_maps(struct extent_map *prev, struct extent_map *next)
 191 {
 192         if (test_bit(EXTENT_FLAG_PINNED, &prev->flags))
 193                 return 0;
 194
 195         /*
 196          * don't merge compressed extents, we need to know their
 197          * actual size
 198          */
 199         if (test_bit(EXTENT_FLAG_COMPRESSED, &prev->flags))
 200                 return 0;
 201
 202         if (test_bit(EXTENT_FLAG_LOGGING, &prev->flags) ||
 203             test_bit(EXTENT_FLAG_LOGGING, &next->flags))
 204                 return 0;
 205
 206         /*
 207          * We don't want to merge stuff that hasn't been written to the log yet
 208          * since it may not reflect exactly what is on disk, and that would be
 209          * bad.
 210          */
 211         if (!list_empty(&prev->list) || !list_empty(&next->list))
 212                 return 0;
 213
 214         ASSERT(next->block_start != EXTENT_MAP_DELALLOC &&
 215                prev->block_start != EXTENT_MAP_DELALLOC);
 216
 217         if (prev->map_lookup || next->map_lookup)
 218                 ASSERT(test_bit(EXTENT_FLAG_FS_MAPPING, &prev->flags) &&
 219                        test_bit(EXTENT_FLAG_FS_MAPPING, &next->flags));
 220
 221         if (extent_map_end(prev) == next->start &&
 222             prev->flags == next->flags &&
 223             prev->map_lookup == next->map_lookup &&
 224             ((next->block_start == EXTENT_MAP_HOLE &&
 225               prev->block_start == EXTENT_MAP_HOLE) ||
 226              (next->block_start == EXTENT_MAP_INLINE &&
 227               prev->block_start == EXTENT_MAP_INLINE) ||
 228              (next->block_start < EXTENT_MAP_LAST_BYTE - 1 &&
 229               next->block_start == extent_map_block_end(prev)))) {
 230                 return 1;
 231         }
 232         return 0;
 233 }
 234
 235 static void try_merge_map(struct extent_map_tree *tree, struct extent_map *em)
 236 {
 237         struct extent_map *merge = NULL;
 238         struct rb_node *rb;
 239
 240         /*
 241          * We can't modify an extent map that is in the tree and that is being
 242          * used by another task, as it can cause that other task to see it in
 243          * inconsistent state during the merging. We always have 1 reference for
 244          * the tree and 1 for this task (which is unpinning the extent map or
 245          * clearing the logging flag), so anything > 2 means it's being used by
 246          * other tasks too.
 247          */
 248         if (refcount_read(&em->refs) > 2)
 249                 return;
 250
 251         if (em->start != 0) {
 252                 rb = rb_prev(&em->rb_node);
 253                 if (rb)
 254                         merge = rb_entry(rb, struct extent_map, rb_node);
 255                 if (rb && mergable_maps(merge, em)) {
 256                         em->start = merge->start;
 257                         em->orig_start = merge->orig_start;
 258                         em->len += merge->len;
 259                         em->block_len += merge->block_len;
 260                         em->block_start = merge->block_start;
 261                         em->mod_len = (em->mod_len + em->mod_start) - merge->mod_start;
 262                         em->mod_start = merge->mod_start;
 263                         em->generation = max(em->generation, merge->generation);
 264                         set_bit(EXTENT_FLAG_MERGED, &em->flags);
 265
 266                         rb_erase_cached(&merge->rb_node, &tree->map);
 267                         RB_CLEAR_NODE(&merge->rb_node);
 268                         free_extent_map(merge);
 269                 }
 270         }
 271
 272         rb = rb_next(&em->rb_node);
 273         if (rb)
 274                 merge = rb_entry(rb, struct extent_map, rb_node);
 275         if (rb && mergable_maps(em, merge)) {
 276                 em->len += merge->len;
 277                 em->block_len += merge->block_len;
 278                 rb_erase_cached(&merge->rb_node, &tree->map);
 279                 RB_CLEAR_NODE(&merge->rb_node);
 280                 em->mod_len = (merge->mod_start + merge->mod_len) - em->mod_start;
 281                 em->generation = max(em->generation, merge->generation);
 282                 set_bit(EXTENT_FLAG_MERGED, &em->flags);
 283                 free_extent_map(merge);
 284         }
 285 }
 286
 287 /**
 288  * unpin_extent_cache - unpin an extent from the cache
 289  * @tree:       tree to unpin the extent in
 290  * @start:      logical offset in the file
 291  * @len:        length of the extent
 292  * @gen:        generation that this extent has been modified in
 293  *
 294  * Called after an extent has been written to disk properly.  Set the generation
 295  * to the generation that actually added the file item to the inode so we know
 296  * we need to sync this extent when we call fsync().
 297  */
 298 int unpin_extent_cache(struct extent_map_tree *tree, u64 start, u64 len,
 299                        u64 gen)
 300 {
 301         int ret = 0;
 302         struct extent_map *em;
 303         bool prealloc = false;
 304
 305         write_lock(&tree->lock);
 306         em = lookup_extent_mapping(tree, start, len);
 307
 308         WARN_ON(!em || em->start != start);
 309
 310         if (!em)
 311                 goto out;
 312
 313         em->generation = gen;
 314         clear_bit(EXTENT_FLAG_PINNED, &em->flags);
 315         em->mod_start = em->start;
 316         em->mod_len = em->len;
 317
 318         if (test_bit(EXTENT_FLAG_FILLING, &em->flags)) {
 319                 prealloc = true;
 320                 clear_bit(EXTENT_FLAG_FILLING, &em->flags);
 321         }
 322
 323         try_merge_map(tree, em);
 324
 325         if (prealloc) {
 326                 em->mod_start = em->start;
 327                 em->mod_len = em->len;
 328         }
 329
 330         free_extent_map(em);
 331 out:
 332         write_unlock(&tree->lock);
 333         return ret;
 334
 335 }
 336
 337 void clear_em_logging(struct extent_map_tree *tree, struct extent_map *em)
 338 {
 339         clear_bit(EXTENT_FLAG_LOGGING, &em->flags);
 340         if (extent_map_in_tree(em))
 341                 try_merge_map(tree, em);
 342 }
 343
 344 static inline void setup_extent_mapping(struct extent_map_tree *tree,
 345                                         struct extent_map *em,
 346                                         int modified)
 347 {
 348         refcount_inc(&em->refs);
 349         em->mod_start = em->start;
 350         em->mod_len = em->len;
 351
 352         if (modified)
 353                 list_move(&em->list, &tree->modified_extents);
 354         else
 355                 try_merge_map(tree, em);
 356 }
 357
 358 static void extent_map_device_set_bits(struct extent_map *em, unsigned bits)
 359 {
 360         struct map_lookup *map = em->map_lookup;
 361         u64 stripe_size = em->orig_block_len;
 362         int i;
 363
 364         for (i = 0; i < map->num_stripes; i++) {
 365                 struct btrfs_io_stripe *stripe = &map->stripes[i];
 366                 struct btrfs_device *device = stripe->dev;
 367
 368                 set_extent_bits_nowait(&device->alloc_state, stripe->physical,
 369                                  stripe->physical + stripe_size - 1, bits);
 370         }
 371 }
 372
 373 static void extent_map_device_clear_bits(struct extent_map *em, unsigned bits)
 374 {
 375         struct map_lookup *map = em->map_lookup;
 376         u64 stripe_size = em->orig_block_len;
 377         int i;
 378
 379         for (i = 0; i < map->num_stripes; i++) {
 380                 struct btrfs_io_stripe *stripe = &map->stripes[i];
 381                 struct btrfs_device *device = stripe->dev;
 382
 383                 __clear_extent_bit(&device->alloc_state, stripe->physical,
 384                                    stripe->physical + stripe_size - 1, bits,
 385                                    0, 0, NULL, GFP_NOWAIT, NULL);
 386         }
 387 }
 388
 389 /**
 390  * Add new extent map to the extent tree
 391  *
 392  * @tree:       tree to insert new map in
 393  * @em:         map to insert
 394  * @modified:   indicate whether the given @em should be added to the
 395  *              modified list, which indicates the extent needs to be logged
 396  *
 397  * Insert @em into @tree or perform a simple forward/backward merge with
 398  * existing mappings.  The extent_map struct passed in will be inserted
 399  * into the tree directly, with an additional reference taken, or a
 400  * reference dropped if the merge attempt was successful.
 401  */
 402 int add_extent_mapping(struct extent_map_tree *tree,
 403                        struct extent_map *em, int modified)
 404 {
 405         int ret = 0;
 406
 407         lockdep_assert_held_write(&tree->lock);
 408
 409         ret = tree_insert(&tree->map, em);
 410         if (ret)
 411                 goto out;
 412
 413         setup_extent_mapping(tree, em, modified);
 414         if (test_bit(EXTENT_FLAG_FS_MAPPING, &em->flags)) {
 415                 extent_map_device_set_bits(em, CHUNK_ALLOCATED);
 416                 extent_map_device_clear_bits(em, CHUNK_TRIMMED);
 417         }
 418 out:
 419         return ret;
 420 }
 421
 422 static struct extent_map *
 423 __lookup_extent_mapping(struct extent_map_tree *tree,
 424                         u64 start, u64 len, int strict)
 425 {
 426         struct extent_map *em;
 427         struct rb_node *rb_node;
 428         struct rb_node *prev = NULL;
 429         struct rb_node *next = NULL;
 430         u64 end = range_end(start, len);
 431
 432         rb_node = __tree_search(&tree->map.rb_root, start, &prev, &next);
 433         if (!rb_node) {
 434                 if (prev)
 435                         rb_node = prev;
 436                 else if (next)
 437                         rb_node = next;
 438                 else
 439                         return NULL;
 440         }
 441
 442         em = rb_entry(rb_node, struct extent_map, rb_node);
 443
 444         if (strict && !(end > em->start && start < extent_map_end(em)))
 445                 return NULL;
 446
 447         refcount_inc(&em->refs);
 448         return em;
 449 }
 450
 451 /**
 452  * lookup_extent_mapping - lookup extent_map
 453  * @tree:       tree to lookup in
 454  * @start:      byte offset to start the search
 455  * @len:        length of the lookup range
 456  *
 457  * Find and return the first extent_map struct in @tree that intersects the
 458  * [start, len] range.  There may be additional objects in the tree that
 459  * intersect, so check the object returned carefully to make sure that no
 460  * additional lookups are needed.
 461  */
 462 struct extent_map *lookup_extent_mapping(struct extent_map_tree *tree,
 463                                          u64 start, u64 len)
 464 {
 465         return __lookup_extent_mapping(tree, start, len, 1);
 466 }
 467
 468 /**
 469  * search_extent_mapping - find a nearby extent map
 470  * @tree:       tree to lookup in
 471  * @start:      byte offset to start the search
 472  * @len:        length of the lookup range
 473  *
 474  * Find and return the first extent_map struct in @tree that intersects the
 475  * [start, len] range.
 476  *
 477  * If one can't be found, any nearby extent may be returned
 478  */
 479 struct extent_map *search_extent_mapping(struct extent_map_tree *tree,
 480                                          u64 start, u64 len)
 481 {
 482         return __lookup_extent_mapping(tree, start, len, 0);
 483 }
 484
 485 /**
 486  * remove_extent_mapping - removes an extent_map from the extent tree
 487  * @tree:       extent tree to remove from
 488  * @em:         extent map being removed
 489  *
 490  * Removes @em from @tree.  No reference counts are dropped, and no checks
 491  * are done to see if the range is in use
 492  */
 493 void remove_extent_mapping(struct extent_map_tree *tree, struct extent_map *em)
 494 {
 495         lockdep_assert_held_write(&tree->lock);
 496
 497         WARN_ON(test_bit(EXTENT_FLAG_PINNED, &em->flags));
 498         rb_erase_cached(&em->rb_node, &tree->map);
 499         if (!test_bit(EXTENT_FLAG_LOGGING, &em->flags))
 500                 list_del_init(&em->list);
 501         if (test_bit(EXTENT_FLAG_FS_MAPPING, &em->flags))
 502                 extent_map_device_clear_bits(em, CHUNK_ALLOCATED);
 503         RB_CLEAR_NODE(&em->rb_node);
 504 }
 505
 506 void replace_extent_mapping(struct extent_map_tree *tree,
 507                             struct extent_map *cur,
 508                             struct extent_map *new,
 509                             int modified)
 510 {
 511         lockdep_assert_held_write(&tree->lock);
 512
 513         WARN_ON(test_bit(EXTENT_FLAG_PINNED, &cur->flags));
 514         ASSERT(extent_map_in_tree(cur));
 515         if (!test_bit(EXTENT_FLAG_LOGGING, &cur->flags))
 516                 list_del_init(&cur->list);
 517         rb_replace_node_cached(&cur->rb_node, &new->rb_node, &tree->map);
 518         RB_CLEAR_NODE(&cur->rb_node);
 519
 520         setup_extent_mapping(tree, new, modified);
 521 }
 522
 523 static struct extent_map *next_extent_map(struct extent_map *em)
 524 {
 525         struct rb_node *next;
 526
 527         next = rb_next(&em->rb_node);
 528         if (!next)
 529                 return NULL;
 530         return container_of(next, struct extent_map, rb_node);
 531 }
 532
 533 static struct extent_map *prev_extent_map(struct extent_map *em)
 534 {
 535         struct rb_node *prev;
 536
 537         prev = rb_prev(&em->rb_node);
 538         if (!prev)
 539                 return NULL;
 540         return container_of(prev, struct extent_map, rb_node);
 541 }
 542
 543 /*
 544  * Helper for btrfs_get_extent.  Given an existing extent in the tree,
 545  * the existing extent is the nearest extent to map_start,
 546  * and an extent that you want to insert, deal with overlap and insert
 547  * the best fitted new extent into the tree.
 548  */
 549 static noinline int merge_extent_mapping(struct extent_map_tree *em_tree,
 550                                          struct extent_map *existing,
 551                                          struct extent_map *em,
 552                                          u64 map_start)
 553 {
 554         struct extent_map *prev;
 555         struct extent_map *next;
 556         u64 start;
 557         u64 end;
 558         u64 start_diff;
 559
 560         BUG_ON(map_start < em->start || map_start >= extent_map_end(em));
 561
 562         if (existing->start > map_start) {
 563                 next = existing;
 564                 prev = prev_extent_map(next);
 565         } else {
 566                 prev = existing;
 567                 next = next_extent_map(prev);
 568         }
 569
 570         start = prev ? extent_map_end(prev) : em->start;
 571         start = max_t(u64, start, em->start);
 572         end = next ? next->start : extent_map_end(em);
 573         end = min_t(u64, end, extent_map_end(em));
 574         start_diff = start - em->start;
 575         em->start = start;
 576         em->len = end - start;
 577         if (em->block_start < EXTENT_MAP_LAST_BYTE &&
 578             !test_bit(EXTENT_FLAG_COMPRESSED, &em->flags)) {
 579                 em->block_start += start_diff;
 580                 em->block_len = em->len;
 581         }
 582         return add_extent_mapping(em_tree, em, 0);
 583 }
 584
 585 /**
 586  * Add extent mapping into em_tree
 587  *
 588  * @fs_info:  the filesystem
 589  * @em_tree:  extent tree into which we want to insert the extent mapping
 590  * @em_in:    extent we are inserting
 591  * @start:    start of the logical range btrfs_get_extent() is requesting
 592  * @len:      length of the logical range btrfs_get_extent() is requesting
 593  *
 594  * Note that @em_in's range may be different from [start, start+len),
 595  * but they must be overlapped.
 596  *
 597  * Insert @em_in into @em_tree. In case there is an overlapping range, handle
 598  * the -EEXIST by either:
 599  * a) Returning the existing extent in @em_in if @start is within the
 600  *    existing em.
 601  * b) Merge the existing extent with @em_in passed in.
 602  *
 603  * Return 0 on success, otherwise -EEXIST.
 604  *
 605  */
 606 int btrfs_add_extent_mapping(struct btrfs_fs_info *fs_info,
 607                              struct extent_map_tree *em_tree,
 608                              struct extent_map **em_in, u64 start, u64 len)
 609 {
 610         int ret;
 611         struct extent_map *em = *em_in;
 612
 613         ret = add_extent_mapping(em_tree, em, 0);
 614         /* it is possible that someone inserted the extent into the tree
 615          * while we had the lock dropped.  It is also possible that
 616          * an overlapping map exists in the tree
 617          */
 618         if (ret == -EEXIST) {
 619                 struct extent_map *existing;
 620
 621                 ret = 0;
 622
 623                 existing = search_extent_mapping(em_tree, start, len);
 624
 625                 trace_btrfs_handle_em_exist(fs_info, existing, em, start, len);
 626
 627                 /*
 628                  * existing will always be non-NULL, since there must be
 629                  * extent causing the -EEXIST.
 630                  */
 631                 if (start >= existing->start &&
 632                     start < extent_map_end(existing)) {
 633                         free_extent_map(em);
 634                         *em_in = existing;
 635                         ret = 0;
 636                 } else {
 637                         u64 orig_start = em->start;
 638                         u64 orig_len = em->len;
 639
 640                         /*
 641                          * The existing extent map is the one nearest to
 642                          * the [start, start + len) range which overlaps
 643                          */
 644                         ret = merge_extent_mapping(em_tree, existing,
 645                                                    em, start);
 646                         if (ret) {
 647                                 free_extent_map(em);
 648                                 *em_in = NULL;
 649                                 WARN_ONCE(ret,
 650 "unexpected error %d: merge existing(start %llu len %llu) with em(start %llu len %llu)\n",
 651                                           ret, existing->start, existing->len,
 652                                           orig_start, orig_len);
 653                         }
 654                         free_extent_map(existing);
 655                 }
 656         }
 657
 658         ASSERT(ret == 0 || ret == -EEXIST);
 659         return ret;
 660 }