fs/ext4/extents_status.c

   1 /*
   2  *  fs/ext4/extents_status.c
   3  *
   4  * Written by Yongqiang Yang <xiaoqiangnk@gmail.com>
   5  * Modified by
   6  *      Allison Henderson <achender@linux.vnet.ibm.com>
   7  *      Hugh Dickins <hughd@google.com>
   8  *      Zheng Liu <wenqing.lz@taobao.com>
   9  *
  10  * Ext4 extents status tree core functions.
  11  */
  12 #include <linux/rbtree.h>
  13 #include <linux/list_sort.h>
  14 #include "ext4.h"
  15 #include "extents_status.h"
  16
  17 #include <trace/events/ext4.h>
  18
  19 /*
  20  * According to previous discussion in Ext4 Developer Workshop, we
  21  * will introduce a new structure called io tree to track all extent
  22  * status in order to solve some problems that we have met
  23  * (e.g. Reservation space warning), and provide extent-level locking.
  24  * Delay extent tree is the first step to achieve this goal.  It is
  25  * original built by Yongqiang Yang.  At that time it is called delay
  26  * extent tree, whose goal is only track delayed extents in memory to
  27  * simplify the implementation of fiemap and bigalloc, and introduce
  28  * lseek SEEK_DATA/SEEK_HOLE support.  That is why it is still called
  29  * delay extent tree at the first commit.  But for better understand
  30  * what it does, it has been rename to extent status tree.
  31  *
  32  * Step1:
  33  * Currently the first step has been done.  All delayed extents are
  34  * tracked in the tree.  It maintains the delayed extent when a delayed
  35  * allocation is issued, and the delayed extent is written out or
  36  * invalidated.  Therefore the implementation of fiemap and bigalloc
  37  * are simplified, and SEEK_DATA/SEEK_HOLE are introduced.
  38  *
  39  * The following comment describes the implemenmtation of extent
  40  * status tree and future works.
  41  *
  42  * Step2:
  43  * In this step all extent status are tracked by extent status tree.
  44  * Thus, we can first try to lookup a block mapping in this tree before
  45  * finding it in extent tree.  Hence, single extent cache can be removed
  46  * because extent status tree can do a better job.  Extents in status
  47  * tree are loaded on-demand.  Therefore, the extent status tree may not
  48  * contain all of the extents in a file.  Meanwhile we define a shrinker
  49  * to reclaim memory from extent status tree because fragmented extent
  50  * tree will make status tree cost too much memory.  written/unwritten/-
  51  * hole extents in the tree will be reclaimed by this shrinker when we
  52  * are under high memory pressure.  Delayed extents will not be
  53  * reclimed because fiemap, bigalloc, and seek_data/hole need it.
  54  */
  55
  56 /*
  57  * Extent status tree implementation for ext4.
  58  *
  59  *
  60  * ==========================================================================
  61  * Extent status tree tracks all extent status.
  62  *
  63  * 1. Why we need to implement extent status tree?
  64  *
  65  * Without extent status tree, ext4 identifies a delayed extent by looking
  66  * up page cache, this has several deficiencies - complicated, buggy,
  67  * and inefficient code.
  68  *
  69  * FIEMAP, SEEK_HOLE/DATA, bigalloc, and writeout all need to know if a
  70  * block or a range of blocks are belonged to a delayed extent.
  71  *
  72  * Let us have a look at how they do without extent status tree.
  73  *   -- FIEMAP
  74  *      FIEMAP looks up page cache to identify delayed allocations from holes.
  75  *
  76  *   -- SEEK_HOLE/DATA
  77  *      SEEK_HOLE/DATA has the same problem as FIEMAP.
  78  *
  79  *   -- bigalloc
  80  *      bigalloc looks up page cache to figure out if a block is
  81  *      already under delayed allocation or not to determine whether
  82  *      quota reserving is needed for the cluster.
  83  *
  84  *   -- writeout
  85  *      Writeout looks up whole page cache to see if a buffer is
  86  *      mapped, If there are not very many delayed buffers, then it is
  87  *      time comsuming.
  88  *
  89  * With extent status tree implementation, FIEMAP, SEEK_HOLE/DATA,
  90  * bigalloc and writeout can figure out if a block or a range of
  91  * blocks is under delayed allocation(belonged to a delayed extent) or
  92  * not by searching the extent tree.
  93  *
  94  *
  95  * ==========================================================================
  96  * 2. Ext4 extent status tree impelmentation
  97  *
  98  *   -- extent
  99  *      A extent is a range of blocks which are contiguous logically and
 100  *      physically.  Unlike extent in extent tree, this extent in ext4 is
 101  *      a in-memory struct, there is no corresponding on-disk data.  There
 102  *      is no limit on length of extent, so an extent can contain as many
 103  *      blocks as they are contiguous logically and physically.
 104  *
 105  *   -- extent status tree
 106  *      Every inode has an extent status tree and all allocation blocks
 107  *      are added to the tree with different status.  The extent in the
 108  *      tree are ordered by logical block no.
 109  *
 110  *   -- operations on a extent status tree
 111  *      There are three important operations on a delayed extent tree: find
 112  *      next extent, adding a extent(a range of blocks) and removing a extent.
 113  *
 114  *   -- race on a extent status tree
 115  *      Extent status tree is protected by inode->i_es_lock.
 116  *
 117  *   -- memory consumption
 118  *      Fragmented extent tree will make extent status tree cost too much
 119  *      memory.  Hence, we will reclaim written/unwritten/hole extents from
 120  *      the tree under a heavy memory pressure.
 121  *
 122  *
 123  * ==========================================================================
 124  * 3. Performance analysis
 125  *
 126  *   -- overhead
 127  *      1. There is a cache extent for write access, so if writes are
 128  *      not very random, adding space operaions are in O(1) time.
 129  *
 130  *   -- gain
 131  *      2. Code is much simpler, more readable, more maintainable and
 132  *      more efficient.
 133  *
 134  *
 135  * ==========================================================================
 136  * 4. TODO list
 137  *
 138  *   -- Refactor delayed space reservation
 139  *
 140  *   -- Extent-level locking
 141  */
 142
 143 static struct kmem_cache *ext4_es_cachep;
 144
 145 static int __es_insert_extent(struct inode *inode, struct extent_status *newes);
 146 static int __es_remove_extent(struct inode *inode, ext4_lblk_t lblk,
 147                               ext4_lblk_t end);
 148 static int __es_try_to_reclaim_extents(struct ext4_inode_info *ei,
 149                                        int nr_to_scan);
 150 static int __ext4_es_shrink(struct ext4_sb_info *sbi, int nr_to_scan,
 151                             struct ext4_inode_info *locked_ei);
 152
 153 int __init ext4_init_es(void)
 154 {
 155         ext4_es_cachep = kmem_cache_create("ext4_extent_status",
 156                                            sizeof(struct extent_status),
 157                                            0, (SLAB_RECLAIM_ACCOUNT), NULL);
 158         if (ext4_es_cachep == NULL)
 159                 return -ENOMEM;
 160         return 0;
 161 }
 162
 163 void ext4_exit_es(void)
 164 {
 165         if (ext4_es_cachep)
 166                 kmem_cache_destroy(ext4_es_cachep);
 167 }
 168
 169 void ext4_es_init_tree(struct ext4_es_tree *tree)
 170 {
 171         tree->root = RB_ROOT;
 172         tree->cache_es = NULL;
 173 }
 174
 175 #ifdef ES_DEBUG__
 176 static void ext4_es_print_tree(struct inode *inode)
 177 {
 178         struct ext4_es_tree *tree;
 179         struct rb_node *node;
 180
 181         printk(KERN_DEBUG "status extents for inode %lu:", inode->i_ino);
 182         tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 183         node = rb_first(&tree->root);
 184         while (node) {
 185                 struct extent_status *es;
 186                 es = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 187                 printk(KERN_DEBUG " [%u/%u) %llu %x",
 188                        es->es_lblk, es->es_len,
 189                        ext4_es_pblock(es), ext4_es_status(es));
 190                 node = rb_next(node);
 191         }
 192         printk(KERN_DEBUG "\n");
 193 }
 194 #else
 195 #define ext4_es_print_tree(inode)
 196 #endif
 197
 198 static inline ext4_lblk_t ext4_es_end(struct extent_status *es)
 199 {
 200         BUG_ON(es->es_lblk + es->es_len < es->es_lblk);
 201         return es->es_lblk + es->es_len - 1;
 202 }
 203
 204 /*
 205  * search through the tree for an delayed extent with a given offset.  If
 206  * it can't be found, try to find next extent.
 207  */
 208 static struct extent_status *__es_tree_search(struct rb_root *root,
 209                                               ext4_lblk_t lblk)
 210 {
 211         struct rb_node *node = root->rb_node;
 212         struct extent_status *es = NULL;
 213
 214         while (node) {
 215                 es = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 216                 if (lblk < es->es_lblk)
 217                         node = node->rb_left;
 218                 else if (lblk > ext4_es_end(es))
 219                         node = node->rb_right;
 220                 else
 221                         return es;
 222         }
 223
 224         if (es && lblk < es->es_lblk)
 225                 return es;
 226
 227         if (es && lblk > ext4_es_end(es)) {
 228                 node = rb_next(&es->rb_node);
 229                 return node ? rb_entry(node, struct extent_status, rb_node) :
 230                               NULL;
 231         }
 232
 233         return NULL;
 234 }
 235
 236 /*
 237  * ext4_es_find_delayed_extent_range: find the 1st delayed extent covering
 238  * @es->lblk if it exists, otherwise, the next extent after @es->lblk.
 239  *
 240  * @inode: the inode which owns delayed extents
 241  * @lblk: the offset where we start to search
 242  * @end: the offset where we stop to search
 243  * @es: delayed extent that we found
 244  */
 245 void ext4_es_find_delayed_extent_range(struct inode *inode,
 246                                  ext4_lblk_t lblk, ext4_lblk_t end,
 247                                  struct extent_status *es)
 248 {
 249         struct ext4_es_tree *tree = NULL;
 250         struct extent_status *es1 = NULL;
 251         struct rb_node *node;
 252
 253         BUG_ON(es == NULL);
 254         BUG_ON(end < lblk);
 255         trace_ext4_es_find_delayed_extent_range_enter(inode, lblk);
 256
 257         read_lock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 258         tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 259
 260         /* find extent in cache firstly */
 261         es->es_lblk = es->es_len = es->es_pblk = 0;
 262         if (tree->cache_es) {
 263                 es1 = tree->cache_es;
 264                 if (in_range(lblk, es1->es_lblk, es1->es_len)) {
 265                         es_debug("%u cached by [%u/%u) %llu %x\n",
 266                                  lblk, es1->es_lblk, es1->es_len,
 267                                  ext4_es_pblock(es1), ext4_es_status(es1));
 268                         goto out;
 269                 }
 270         }
 271
 272         es1 = __es_tree_search(&tree->root, lblk);
 273
 274 out:
 275         if (es1 && !ext4_es_is_delayed(es1)) {
 276                 while ((node = rb_next(&es1->rb_node)) != NULL) {
 277                         es1 = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 278                         if (es1->es_lblk > end) {
 279                                 es1 = NULL;
 280                                 break;
 281                         }
 282                         if (ext4_es_is_delayed(es1))
 283                                 break;
 284                 }
 285         }
 286
 287         if (es1 && ext4_es_is_delayed(es1)) {
 288                 tree->cache_es = es1;
 289                 es->es_lblk = es1->es_lblk;
 290                 es->es_len = es1->es_len;
 291                 es->es_pblk = es1->es_pblk;
 292         }
 293
 294         read_unlock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 295
 296         trace_ext4_es_find_delayed_extent_range_exit(inode, es);
 297 }
 298
 299 static struct extent_status *
 300 ext4_es_alloc_extent(struct inode *inode, ext4_lblk_t lblk, ext4_lblk_t len,
 301                      ext4_fsblk_t pblk)
 302 {
 303         struct extent_status *es;
 304         es = kmem_cache_alloc(ext4_es_cachep, GFP_ATOMIC);
 305         if (es == NULL)
 306                 return NULL;
 307         es->es_lblk = lblk;
 308         es->es_len = len;
 309         es->es_pblk = pblk;
 310
 311         /*
 312          * We don't count delayed extent because we never try to reclaim them
 313          */
 314         if (!ext4_es_is_delayed(es)) {
 315                 EXT4_I(inode)->i_es_lru_nr++;
 316                 percpu_counter_inc(&EXT4_SB(inode->i_sb)->s_extent_cache_cnt);
 317         }
 318
 319         return es;
 320 }
 321
 322 static void ext4_es_free_extent(struct inode *inode, struct extent_status *es)
 323 {
 324         /* Decrease the lru counter when this es is not delayed */
 325         if (!ext4_es_is_delayed(es)) {
 326                 BUG_ON(EXT4_I(inode)->i_es_lru_nr == 0);
 327                 EXT4_I(inode)->i_es_lru_nr--;
 328                 percpu_counter_dec(&EXT4_SB(inode->i_sb)->s_extent_cache_cnt);
 329         }
 330
 331         kmem_cache_free(ext4_es_cachep, es);
 332 }
 333
 334 /*
 335  * Check whether or not two extents can be merged
 336  * Condition:
 337  *  - logical block number is contiguous
 338  *  - physical block number is contiguous
 339  *  - status is equal
 340  */
 341 static int ext4_es_can_be_merged(struct extent_status *es1,
 342                                  struct extent_status *es2)
 343 {
 344         if (ext4_es_status(es1) != ext4_es_status(es2))
 345                 return 0;
 346
 347         if (((__u64) es1->es_len) + es2->es_len > EXT_MAX_BLOCKS) {
 348                 pr_warn("ES assertion failed when merging extents. "
 349                         "The sum of lengths of es1 (%d) and es2 (%d) "
 350                         "is bigger than allowed file size (%d)\n",
 351                         es1->es_len, es2->es_len, EXT_MAX_BLOCKS);
 352                 WARN_ON(1);
 353                 return 0;
 354         }
 355
 356         if (((__u64) es1->es_lblk) + es1->es_len != es2->es_lblk)
 357                 return 0;
 358
 359         if ((ext4_es_is_written(es1) || ext4_es_is_unwritten(es1)) &&
 360             (ext4_es_pblock(es1) + es1->es_len == ext4_es_pblock(es2)))
 361                 return 1;
 362
 363         if (ext4_es_is_hole(es1))
 364                 return 1;
 365
 366         /* we need to check delayed extent is without unwritten status */
 367         if (ext4_es_is_delayed(es1) && !ext4_es_is_unwritten(es1))
 368                 return 1;
 369
 370         return 0;
 371 }
 372
 373 static struct extent_status *
 374 ext4_es_try_to_merge_left(struct inode *inode, struct extent_status *es)
 375 {
 376         struct ext4_es_tree *tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 377         struct extent_status *es1;
 378         struct rb_node *node;
 379
 380         node = rb_prev(&es->rb_node);
 381         if (!node)
 382                 return es;
 383
 384         es1 = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 385         if (ext4_es_can_be_merged(es1, es)) {
 386                 es1->es_len += es->es_len;
 387                 rb_erase(&es->rb_node, &tree->root);
 388                 ext4_es_free_extent(inode, es);
 389                 es = es1;
 390         }
 391
 392         return es;
 393 }
 394
 395 static struct extent_status *
 396 ext4_es_try_to_merge_right(struct inode *inode, struct extent_status *es)
 397 {
 398         struct ext4_es_tree *tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 399         struct extent_status *es1;
 400         struct rb_node *node;
 401
 402         node = rb_next(&es->rb_node);
 403         if (!node)
 404                 return es;
 405
 406         es1 = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 407         if (ext4_es_can_be_merged(es, es1)) {
 408                 es->es_len += es1->es_len;
 409                 rb_erase(node, &tree->root);
 410                 ext4_es_free_extent(inode, es1);
 411         }
 412
 413         return es;
 414 }
 415
 416 #ifdef ES_AGGRESSIVE_TEST
 417 #include "ext4_extents.h"       /* Needed when ES_AGGRESSIVE_TEST is defined */
 418
 419 static void ext4_es_insert_extent_ext_check(struct inode *inode,
 420                                             struct extent_status *es)
 421 {
 422         struct ext4_ext_path *path = NULL;
 423         struct ext4_extent *ex;
 424         ext4_lblk_t ee_block;
 425         ext4_fsblk_t ee_start;
 426         unsigned short ee_len;
 427         int depth, ee_status, es_status;
 428
 429         path = ext4_ext_find_extent(inode, es->es_lblk, NULL, EXT4_EX_NOCACHE);
 430         if (IS_ERR(path))
 431                 return;
 432
 433         depth = ext_depth(inode);
 434         ex = path[depth].p_ext;
 435
 436         if (ex) {
 437
 438                 ee_block = le32_to_cpu(ex->ee_block);
 439                 ee_start = ext4_ext_pblock(ex);
 440                 ee_len = ext4_ext_get_actual_len(ex);
 441
 442                 ee_status = ext4_ext_is_unwritten(ex) ? 1 : 0;
 443                 es_status = ext4_es_is_unwritten(es) ? 1 : 0;
 444
 445                 /*
 446                  * Make sure ex and es are not overlap when we try to insert
 447                  * a delayed/hole extent.
 448                  */
 449                 if (!ext4_es_is_written(es) && !ext4_es_is_unwritten(es)) {
 450                         if (in_range(es->es_lblk, ee_block, ee_len)) {
 451                                 pr_warn("ES insert assertion failed for "
 452                                         "inode: %lu we can find an extent "
 453                                         "at block [%d/%d/%llu/%c], but we "
 454                                         "want to add a delayed/hole extent "
 455                                         "[%d/%d/%llu/%x]\n",
 456                                         inode->i_ino, ee_block, ee_len,
 457                                         ee_start, ee_status ? 'u' : 'w',
 458                                         es->es_lblk, es->es_len,
 459                                         ext4_es_pblock(es), ext4_es_status(es));
 460                         }
 461                         goto out;
 462                 }
 463
 464                 /*
 465                  * We don't check ee_block == es->es_lblk, etc. because es
 466                  * might be a part of whole extent, vice versa.
 467                  */
 468                 if (es->es_lblk < ee_block ||
 469                     ext4_es_pblock(es) != ee_start + es->es_lblk - ee_block) {
 470                         pr_warn("ES insert assertion failed for inode: %lu "
 471                                 "ex_status [%d/%d/%llu/%c] != "
 472                                 "es_status [%d/%d/%llu/%c]\n", inode->i_ino,
 473                                 ee_block, ee_len, ee_start,
 474                                 ee_status ? 'u' : 'w', es->es_lblk, es->es_len,
 475                                 ext4_es_pblock(es), es_status ? 'u' : 'w');
 476                         goto out;
 477                 }
 478
 479                 if (ee_status ^ es_status) {
 480                         pr_warn("ES insert assertion failed for inode: %lu "
 481                                 "ex_status [%d/%d/%llu/%c] != "
 482                                 "es_status [%d/%d/%llu/%c]\n", inode->i_ino,
 483                                 ee_block, ee_len, ee_start,
 484                                 ee_status ? 'u' : 'w', es->es_lblk, es->es_len,
 485                                 ext4_es_pblock(es), es_status ? 'u' : 'w');
 486                 }
 487         } else {
 488                 /*
 489                  * We can't find an extent on disk.  So we need to make sure
 490                  * that we don't want to add an written/unwritten extent.
 491                  */
 492                 if (!ext4_es_is_delayed(es) && !ext4_es_is_hole(es)) {
 493                         pr_warn("ES insert assertion failed for inode: %lu "
 494                                 "can't find an extent at block %d but we want "
 495                                 "to add a written/unwritten extent "
 496                                 "[%d/%d/%llu/%x]\n", inode->i_ino,
 497                                 es->es_lblk, es->es_lblk, es->es_len,
 498                                 ext4_es_pblock(es), ext4_es_status(es));
 499                 }
 500         }
 501 out:
 502         ext4_ext_drop_refs(path);
 503         kfree(path);
 504 }
 505
 506 static void ext4_es_insert_extent_ind_check(struct inode *inode,
 507                                             struct extent_status *es)
 508 {
 509         struct ext4_map_blocks map;
 510         int retval;
 511
 512         /*
 513          * Here we call ext4_ind_map_blocks to lookup a block mapping because
 514          * 'Indirect' structure is defined in indirect.c.  So we couldn't
 515          * access direct/indirect tree from outside.  It is too dirty to define
 516          * this function in indirect.c file.
 517          */
 518
 519         map.m_lblk = es->es_lblk;
 520         map.m_len = es->es_len;
 521
 522         retval = ext4_ind_map_blocks(NULL, inode, &map, 0);
 523         if (retval > 0) {
 524                 if (ext4_es_is_delayed(es) || ext4_es_is_hole(es)) {
 525                         /*
 526                          * We want to add a delayed/hole extent but this
 527                          * block has been allocated.
 528                          */
 529                         pr_warn("ES insert assertion failed for inode: %lu "
 530                                 "We can find blocks but we want to add a "
 531                                 "delayed/hole extent [%d/%d/%llu/%x]\n",
 532                                 inode->i_ino, es->es_lblk, es->es_len,
 533                                 ext4_es_pblock(es), ext4_es_status(es));
 534                         return;
 535                 } else if (ext4_es_is_written(es)) {
 536                         if (retval != es->es_len) {
 537                                 pr_warn("ES insert assertion failed for "
 538                                         "inode: %lu retval %d != es_len %d\n",
 539                                         inode->i_ino, retval, es->es_len);
 540                                 return;
 541                         }
 542                         if (map.m_pblk != ext4_es_pblock(es)) {
 543                                 pr_warn("ES insert assertion failed for "
 544                                         "inode: %lu m_pblk %llu != "
 545                                         "es_pblk %llu\n",
 546                                         inode->i_ino, map.m_pblk,
 547                                         ext4_es_pblock(es));
 548                                 return;
 549                         }
 550                 } else {
 551                         /*
 552                          * We don't need to check unwritten extent because
 553                          * indirect-based file doesn't have it.
 554                          */
 555                         BUG_ON(1);
 556                 }
 557         } else if (retval == 0) {
 558                 if (ext4_es_is_written(es)) {
 559                         pr_warn("ES insert assertion failed for inode: %lu "
 560                                 "We can't find the block but we want to add "
 561                                 "a written extent [%d/%d/%llu/%x]\n",
 562                                 inode->i_ino, es->es_lblk, es->es_len,
 563                                 ext4_es_pblock(es), ext4_es_status(es));
 564                         return;
 565                 }
 566         }
 567 }
 568
 569 static inline void ext4_es_insert_extent_check(struct inode *inode,
 570                                                struct extent_status *es)
 571 {
 572         /*
 573          * We don't need to worry about the race condition because
 574          * caller takes i_data_sem locking.
 575          */
 576         BUG_ON(!rwsem_is_locked(&EXT4_I(inode)->i_data_sem));
 577         if (ext4_test_inode_flag(inode, EXT4_INODE_EXTENTS))
 578                 ext4_es_insert_extent_ext_check(inode, es);
 579         else
 580                 ext4_es_insert_extent_ind_check(inode, es);
 581 }
 582 #else
 583 static inline void ext4_es_insert_extent_check(struct inode *inode,
 584                                                struct extent_status *es)
 585 {
 586 }
 587 #endif
 588
 589 static int __es_insert_extent(struct inode *inode, struct extent_status *newes)
 590 {
 591         struct ext4_es_tree *tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 592         struct rb_node **p = &tree->root.rb_node;
 593         struct rb_node *parent = NULL;
 594         struct extent_status *es;
 595
 596         while (*p) {
 597                 parent = *p;
 598                 es = rb_entry(parent, struct extent_status, rb_node);
 599
 600                 if (newes->es_lblk < es->es_lblk) {
 601                         if (ext4_es_can_be_merged(newes, es)) {
 602                                 /*
 603                                  * Here we can modify es_lblk directly
 604                                  * because it isn't overlapped.
 605                                  */
 606                                 es->es_lblk = newes->es_lblk;
 607                                 es->es_len += newes->es_len;
 608                                 if (ext4_es_is_written(es) ||
 609                                     ext4_es_is_unwritten(es))
 610                                         ext4_es_store_pblock(es,
 611                                                              newes->es_pblk);
 612                                 es = ext4_es_try_to_merge_left(inode, es);
 613                                 goto out;
 614                         }
 615                         p = &(*p)->rb_left;
 616                 } else if (newes->es_lblk > ext4_es_end(es)) {
 617                         if (ext4_es_can_be_merged(es, newes)) {
 618                                 es->es_len += newes->es_len;
 619                                 es = ext4_es_try_to_merge_right(inode, es);
 620                                 goto out;
 621                         }
 622                         p = &(*p)->rb_right;
 623                 } else {
 624                         BUG_ON(1);
 625                         return -EINVAL;
 626                 }
 627         }
 628
 629         es = ext4_es_alloc_extent(inode, newes->es_lblk, newes->es_len,
 630                                   newes->es_pblk);
 631         if (!es)
 632                 return -ENOMEM;
 633         rb_link_node(&es->rb_node, parent, p);
 634         rb_insert_color(&es->rb_node, &tree->root);
 635
 636 out:
 637         tree->cache_es = es;
 638         return 0;
 639 }
 640
 641 /*
 642  * ext4_es_insert_extent() adds information to an inode's extent
 643  * status tree.
 644  *
 645  * Return 0 on success, error code on failure.
 646  */
 647 int ext4_es_insert_extent(struct inode *inode, ext4_lblk_t lblk,
 648                           ext4_lblk_t len, ext4_fsblk_t pblk,
 649                           unsigned int status)
 650 {
 651         struct extent_status newes;
 652         ext4_lblk_t end = lblk + len - 1;
 653         int err = 0;
 654
 655         es_debug("add [%u/%u) %llu %x to extent status tree of inode %lu\n",
 656                  lblk, len, pblk, status, inode->i_ino);
 657
 658         if (!len)
 659                 return 0;
 660
 661         BUG_ON(end < lblk);
 662
 663         newes.es_lblk = lblk;
 664         newes.es_len = len;
 665         ext4_es_store_pblock_status(&newes, pblk, status);
 666         trace_ext4_es_insert_extent(inode, &newes);
 667
 668         ext4_es_insert_extent_check(inode, &newes);
 669
 670         write_lock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 671         err = __es_remove_extent(inode, lblk, end);
 672         if (err != 0)
 673                 goto error;
 674 retry:
 675         err = __es_insert_extent(inode, &newes);
 676         if (err == -ENOMEM && __ext4_es_shrink(EXT4_SB(inode->i_sb), 1,
 677                                                EXT4_I(inode)))
 678                 goto retry;
 679         if (err == -ENOMEM && !ext4_es_is_delayed(&newes))
 680                 err = 0;
 681
 682 error:
 683         write_unlock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 684
 685         ext4_es_print_tree(inode);
 686
 687         return err;
 688 }
 689
 690 /*
 691  * ext4_es_cache_extent() inserts information into the extent status
 692  * tree if and only if there isn't information about the range in
 693  * question already.
 694  */
 695 void ext4_es_cache_extent(struct inode *inode, ext4_lblk_t lblk,
 696                           ext4_lblk_t len, ext4_fsblk_t pblk,
 697                           unsigned int status)
 698 {
 699         struct extent_status *es;
 700         struct extent_status newes;
 701         ext4_lblk_t end = lblk + len - 1;
 702
 703         newes.es_lblk = lblk;
 704         newes.es_len = len;
 705         ext4_es_store_pblock_status(&newes, pblk, status);
 706         trace_ext4_es_cache_extent(inode, &newes);
 707
 708         if (!len)
 709                 return;
 710
 711         BUG_ON(end < lblk);
 712
 713         write_lock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 714
 715         es = __es_tree_search(&EXT4_I(inode)->i_es_tree.root, lblk);
 716         if (!es || es->es_lblk > end)
 717                 __es_insert_extent(inode, &newes);
 718         write_unlock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 719 }
 720
 721 /*
 722  * ext4_es_lookup_extent() looks up an extent in extent status tree.
 723  *
 724  * ext4_es_lookup_extent is called by ext4_map_blocks/ext4_da_map_blocks.
 725  *
 726  * Return: 1 on found, 0 on not
 727  */
 728 int ext4_es_lookup_extent(struct inode *inode, ext4_lblk_t lblk,
 729                           struct extent_status *es)
 730 {
 731         struct ext4_es_tree *tree;
 732         struct extent_status *es1 = NULL;
 733         struct rb_node *node;
 734         int found = 0;
 735
 736         trace_ext4_es_lookup_extent_enter(inode, lblk);
 737         es_debug("lookup extent in block %u\n", lblk);
 738
 739         tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 740         read_lock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 741
 742         /* find extent in cache firstly */
 743         es->es_lblk = es->es_len = es->es_pblk = 0;
 744         if (tree->cache_es) {
 745                 es1 = tree->cache_es;
 746                 if (in_range(lblk, es1->es_lblk, es1->es_len)) {
 747                         es_debug("%u cached by [%u/%u)\n",
 748                                  lblk, es1->es_lblk, es1->es_len);
 749                         found = 1;
 750                         goto out;
 751                 }
 752         }
 753
 754         node = tree->root.rb_node;
 755         while (node) {
 756                 es1 = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 757                 if (lblk < es1->es_lblk)
 758                         node = node->rb_left;
 759                 else if (lblk > ext4_es_end(es1))
 760                         node = node->rb_right;
 761                 else {
 762                         found = 1;
 763                         break;
 764                 }
 765         }
 766
 767 out:
 768         if (found) {
 769                 BUG_ON(!es1);
 770                 es->es_lblk = es1->es_lblk;
 771                 es->es_len = es1->es_len;
 772                 es->es_pblk = es1->es_pblk;
 773         }
 774
 775         read_unlock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 776
 777         trace_ext4_es_lookup_extent_exit(inode, es, found);
 778         return found;
 779 }
 780
 781 static int __es_remove_extent(struct inode *inode, ext4_lblk_t lblk,
 782                               ext4_lblk_t end)
 783 {
 784         struct ext4_es_tree *tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 785         struct rb_node *node;
 786         struct extent_status *es;
 787         struct extent_status orig_es;
 788         ext4_lblk_t len1, len2;
 789         ext4_fsblk_t block;
 790         int err;
 791
 792 retry:
 793         err = 0;
 794         es = __es_tree_search(&tree->root, lblk);
 795         if (!es)
 796                 goto out;
 797         if (es->es_lblk > end)
 798                 goto out;
 799
 800         /* Simply invalidate cache_es. */
 801         tree->cache_es = NULL;
 802
 803         orig_es.es_lblk = es->es_lblk;
 804         orig_es.es_len = es->es_len;
 805         orig_es.es_pblk = es->es_pblk;
 806
 807         len1 = lblk > es->es_lblk ? lblk - es->es_lblk : 0;
 808         len2 = ext4_es_end(es) > end ? ext4_es_end(es) - end : 0;
 809         if (len1 > 0)
 810                 es->es_len = len1;
 811         if (len2 > 0) {
 812                 if (len1 > 0) {
 813                         struct extent_status newes;
 814
 815                         newes.es_lblk = end + 1;
 816                         newes.es_len = len2;
 817                         block = 0x7FDEADBEEFULL;
 818                         if (ext4_es_is_written(&orig_es) ||
 819                             ext4_es_is_unwritten(&orig_es))
 820                                 block = ext4_es_pblock(&orig_es) +
 821                                         orig_es.es_len - len2;
 822                         ext4_es_store_pblock_status(&newes, block,
 823                                                     ext4_es_status(&orig_es));
 824                         err = __es_insert_extent(inode, &newes);
 825                         if (err) {
 826                                 es->es_lblk = orig_es.es_lblk;
 827                                 es->es_len = orig_es.es_len;
 828                                 if ((err == -ENOMEM) &&
 829                                     __ext4_es_shrink(EXT4_SB(inode->i_sb), 1,
 830                                                      EXT4_I(inode)))
 831                                         goto retry;
 832                                 goto out;
 833                         }
 834                 } else {
 835                         es->es_lblk = end + 1;
 836                         es->es_len = len2;
 837                         if (ext4_es_is_written(es) ||
 838                             ext4_es_is_unwritten(es)) {
 839                                 block = orig_es.es_pblk + orig_es.es_len - len2;
 840                                 ext4_es_store_pblock(es, block);
 841                         }
 842                 }
 843                 goto out;
 844         }
 845
 846         if (len1 > 0) {
 847                 node = rb_next(&es->rb_node);
 848                 if (node)
 849                         es = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 850                 else
 851                         es = NULL;
 852         }
 853
 854         while (es && ext4_es_end(es) <= end) {
 855                 node = rb_next(&es->rb_node);
 856                 rb_erase(&es->rb_node, &tree->root);
 857                 ext4_es_free_extent(inode, es);
 858                 if (!node) {
 859                         es = NULL;
 860                         break;
 861                 }
 862                 es = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 863         }
 864
 865         if (es && es->es_lblk < end + 1) {
 866                 ext4_lblk_t orig_len = es->es_len;
 867
 868                 len1 = ext4_es_end(es) - end;
 869                 es->es_lblk = end + 1;
 870                 es->es_len = len1;
 871                 if (ext4_es_is_written(es) || ext4_es_is_unwritten(es)) {
 872                         block = es->es_pblk + orig_len - len1;
 873                         ext4_es_store_pblock(es, block);
 874                 }
 875         }
 876
 877 out:
 878         return err;
 879 }
 880
 881 /*
 882  * ext4_es_remove_extent() removes a space from a extent status tree.
 883  *
 884  * Return 0 on success, error code on failure.
 885  */
 886 int ext4_es_remove_extent(struct inode *inode, ext4_lblk_t lblk,
 887                           ext4_lblk_t len)
 888 {
 889         ext4_lblk_t end;
 890         int err = 0;
 891
 892         trace_ext4_es_remove_extent(inode, lblk, len);
 893         es_debug("remove [%u/%u) from extent status tree of inode %lu\n",
 894                  lblk, len, inode->i_ino);
 895
 896         if (!len)
 897                 return err;
 898
 899         end = lblk + len - 1;
 900         BUG_ON(end < lblk);
 901
 902         write_lock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 903         err = __es_remove_extent(inode, lblk, end);
 904         write_unlock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 905         ext4_es_print_tree(inode);
 906         return err;
 907 }
 908
 909 static int ext4_inode_touch_time_cmp(void *priv, struct list_head *a,
 910                                      struct list_head *b)
 911 {
 912         struct ext4_inode_info *eia, *eib;
 913         eia = list_entry(a, struct ext4_inode_info, i_es_lru);
 914         eib = list_entry(b, struct ext4_inode_info, i_es_lru);
 915
 916         if (ext4_test_inode_state(&eia->vfs_inode, EXT4_STATE_EXT_PRECACHED) &&
 917             !ext4_test_inode_state(&eib->vfs_inode, EXT4_STATE_EXT_PRECACHED))
 918                 return 1;
 919         if (!ext4_test_inode_state(&eia->vfs_inode, EXT4_STATE_EXT_PRECACHED) &&
 920             ext4_test_inode_state(&eib->vfs_inode, EXT4_STATE_EXT_PRECACHED))
 921                 return -1;
 922         if (eia->i_touch_when == eib->i_touch_when)
 923                 return 0;
 924         if (time_after(eia->i_touch_when, eib->i_touch_when))
 925                 return 1;
 926         else
 927                 return -1;
 928 }
 929
 930 static int __ext4_es_shrink(struct ext4_sb_info *sbi, int nr_to_scan,
 931                             struct ext4_inode_info *locked_ei)
 932 {
 933         struct ext4_inode_info *ei;
 934         struct list_head *cur, *tmp;
 935         LIST_HEAD(skipped);
 936         int nr_shrunk = 0;
 937         int retried = 0, skip_precached = 1, nr_skipped = 0;
 938
 939         spin_lock(&sbi->s_es_lru_lock);
 940
 941 retry:
 942         list_for_each_safe(cur, tmp, &sbi->s_es_lru) {
 943                 int shrunk;
 944
 945                 /*
 946                  * If we have already reclaimed all extents from extent
 947                  * status tree, just stop the loop immediately.
 948                  */
 949                 if (percpu_counter_read_positive(&sbi->s_extent_cache_cnt) == 0)
 950                         break;
 951
 952                 ei = list_entry(cur, struct ext4_inode_info, i_es_lru);
 953
 954                 /*
 955                  * Skip the inode that is newer than the last_sorted
 956                  * time.  Normally we try hard to avoid shrinking
 957                  * precached inodes, but we will as a last resort.
 958                  */
 959                 if ((sbi->s_es_last_sorted < ei->i_touch_when) ||
 960                     (skip_precached && ext4_test_inode_state(&ei->vfs_inode,
 961                                                 EXT4_STATE_EXT_PRECACHED))) {
 962                         nr_skipped++;
 963                         list_move_tail(cur, &skipped);
 964                         continue;
 965                 }
 966
 967                 if (ei->i_es_lru_nr == 0 || ei == locked_ei ||
 968                     !write_trylock(&ei->i_es_lock))
 969                         continue;
 970
 971                 shrunk = __es_try_to_reclaim_extents(ei, nr_to_scan);
 972                 if (ei->i_es_lru_nr == 0)
 973                         list_del_init(&ei->i_es_lru);
 974                 write_unlock(&ei->i_es_lock);
 975
 976                 nr_shrunk += shrunk;
 977                 nr_to_scan -= shrunk;
 978                 if (nr_to_scan == 0)
 979                         break;
 980         }
 981
 982         /* Move the newer inodes into the tail of the LRU list. */
 983         list_splice_tail(&skipped, &sbi->s_es_lru);
 984         INIT_LIST_HEAD(&skipped);
 985
 986         /*
 987          * If we skipped any inodes, and we weren't able to make any
 988          * forward progress, sort the list and try again.
 989          */
 990         if ((nr_shrunk == 0) && nr_skipped && !retried) {
 991                 retried++;
 992                 list_sort(NULL, &sbi->s_es_lru, ext4_inode_touch_time_cmp);
 993                 sbi->s_es_last_sorted = jiffies;
 994                 ei = list_first_entry(&sbi->s_es_lru, struct ext4_inode_info,
 995                                       i_es_lru);
 996                 /*
 997                  * If there are no non-precached inodes left on the
 998                  * list, start releasing precached extents.
 999                  */
1000                 if (ext4_test_inode_state(&ei->vfs_inode,
1001                                           EXT4_STATE_EXT_PRECACHED))
1002                         skip_precached = 0;
1003                 goto retry;
1004         }
1005
1006         spin_unlock(&sbi->s_es_lru_lock);
1007
1008         if (locked_ei && nr_shrunk == 0)
1009                 nr_shrunk = __es_try_to_reclaim_extents(locked_ei, nr_to_scan);
1010
1011         return nr_shrunk;
1012 }
1013
1014 static unsigned long ext4_es_count(struct shrinker *shrink,
1015                                    struct shrink_control *sc)
1016 {
1017         unsigned long nr;
1018         struct ext4_sb_info *sbi;
1019
1020         sbi = container_of(shrink, struct ext4_sb_info, s_es_shrinker);
1021         nr = percpu_counter_read_positive(&sbi->s_extent_cache_cnt);
1022         trace_ext4_es_shrink_enter(sbi->s_sb, sc->nr_to_scan, nr);
1023         return nr;
1024 }
1025
1026 static unsigned long ext4_es_scan(struct shrinker *shrink,
1027                                   struct shrink_control *sc)
1028 {
1029         struct ext4_sb_info *sbi = container_of(shrink,
1030                                         struct ext4_sb_info, s_es_shrinker);
1031         int nr_to_scan = sc->nr_to_scan;
1032         int ret, nr_shrunk;
1033
1034         ret = percpu_counter_read_positive(&sbi->s_extent_cache_cnt);
1035         trace_ext4_es_shrink_enter(sbi->s_sb, nr_to_scan, ret);
1036
1037         if (!nr_to_scan)
1038                 return ret;
1039
1040         nr_shrunk = __ext4_es_shrink(sbi, nr_to_scan, NULL);
1041
1042         trace_ext4_es_shrink_exit(sbi->s_sb, nr_shrunk, ret);
1043         return nr_shrunk;
1044 }
1045
1046 void ext4_es_register_shrinker(struct ext4_sb_info *sbi)
1047 {
1048         INIT_LIST_HEAD(&sbi->s_es_lru);
1049         spin_lock_init(&sbi->s_es_lru_lock);
1050         sbi->s_es_last_sorted = 0;
1051         sbi->s_es_shrinker.scan_objects = ext4_es_scan;
1052         sbi->s_es_shrinker.count_objects = ext4_es_count;
1053         sbi->s_es_shrinker.seeks = DEFAULT_SEEKS;
1054         register_shrinker(&sbi->s_es_shrinker);
1055 }
1056
1057 void ext4_es_unregister_shrinker(struct ext4_sb_info *sbi)
1058 {
1059         unregister_shrinker(&sbi->s_es_shrinker);
1060 }
1061
1062 void ext4_es_lru_add(struct inode *inode)
1063 {
1064         struct ext4_inode_info *ei = EXT4_I(inode);
1065         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(inode->i_sb);
1066
1067         ei->i_touch_when = jiffies;
1068
1069         if (!list_empty(&ei->i_es_lru))
1070                 return;
1071
1072         spin_lock(&sbi->s_es_lru_lock);
1073         if (list_empty(&ei->i_es_lru))
1074                 list_add_tail(&ei->i_es_lru, &sbi->s_es_lru);
1075         spin_unlock(&sbi->s_es_lru_lock);
1076 }
1077
1078 void ext4_es_lru_del(struct inode *inode)
1079 {
1080         struct ext4_inode_info *ei = EXT4_I(inode);
1081         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(inode->i_sb);
1082
1083         spin_lock(&sbi->s_es_lru_lock);
1084         if (!list_empty(&ei->i_es_lru))
1085                 list_del_init(&ei->i_es_lru);
1086         spin_unlock(&sbi->s_es_lru_lock);
1087 }
1088
1089 static int __es_try_to_reclaim_extents(struct ext4_inode_info *ei,
1090                                        int nr_to_scan)
1091 {
1092         struct inode *inode = &ei->vfs_inode;
1093         struct ext4_es_tree *tree = &ei->i_es_tree;
1094         struct rb_node *node;
1095         struct extent_status *es;
1096         unsigned long nr_shrunk = 0;
1097         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
1098                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
1099
1100         if (ei->i_es_lru_nr == 0)
1101                 return 0;
1102
1103         if (ext4_test_inode_state(inode, EXT4_STATE_EXT_PRECACHED) &&
1104             __ratelimit(&_rs))
1105                 ext4_warning(inode->i_sb, "forced shrink of precached extents");
1106
1107         node = rb_first(&tree->root);
1108         while (node != NULL) {
1109                 es = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
1110                 node = rb_next(&es->rb_node);
1111                 /*
1112                  * We can't reclaim delayed extent from status tree because
1113                  * fiemap, bigallic, and seek_data/hole need to use it.
1114                  */
1115                 if (!ext4_es_is_delayed(es)) {
1116                         rb_erase(&es->rb_node, &tree->root);
1117                         ext4_es_free_extent(inode, es);
1118                         nr_shrunk++;
1119                         if (--nr_to_scan == 0)
1120                                 break;
1121                 }
1122         }
1123         tree->cache_es = NULL;
1124         return nr_shrunk;
1125 }