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
 265                         rb_erase_cached(&merge->rb_node, &tree->map);
 266                         RB_CLEAR_NODE(&merge->rb_node);
 267                         free_extent_map(merge);
 268                 }
 269         }
 270
 271         rb = rb_next(&em->rb_node);
 272         if (rb)
 273                 merge = rb_entry(rb, struct extent_map, rb_node);
 274         if (rb && mergable_maps(em, merge)) {
 275                 em->len += merge->len;
 276                 em->block_len += merge->block_len;
 277                 rb_erase_cached(&merge->rb_node, &tree->map);
 278                 RB_CLEAR_NODE(&merge->rb_node);
 279                 em->mod_len = (merge->mod_start + merge->mod_len) - em->mod_start;
 280                 em->generation = max(em->generation, merge->generation);
 281                 free_extent_map(merge);
 282         }
 283 }
 284
 285 /**
 286  * unpin_extent_cache - unpin an extent from the cache
 287  * @tree:       tree to unpin the extent in
 288  * @start:      logical offset in the file
 289  * @len:        length of the extent
 290  * @gen:        generation that this extent has been modified in
 291  *
 292  * Called after an extent has been written to disk properly.  Set the generation
 293  * to the generation that actually added the file item to the inode so we know
 294  * we need to sync this extent when we call fsync().
 295  */
 296 int unpin_extent_cache(struct extent_map_tree *tree, u64 start, u64 len,
 297                        u64 gen)
 298 {
 299         int ret = 0;
 300         struct extent_map *em;
 301         bool prealloc = false;
 302
 303         write_lock(&tree->lock);
 304         em = lookup_extent_mapping(tree, start, len);
 305
 306         WARN_ON(!em || em->start != start);
 307
 308         if (!em)
 309                 goto out;
 310
 311         em->generation = gen;
 312         clear_bit(EXTENT_FLAG_PINNED, &em->flags);
 313         em->mod_start = em->start;
 314         em->mod_len = em->len;
 315
 316         if (test_bit(EXTENT_FLAG_FILLING, &em->flags)) {
 317                 prealloc = true;
 318                 clear_bit(EXTENT_FLAG_FILLING, &em->flags);
 319         }
 320
 321         try_merge_map(tree, em);
 322
 323         if (prealloc) {
 324                 em->mod_start = em->start;
 325                 em->mod_len = em->len;
 326         }
 327
 328         free_extent_map(em);
 329 out:
 330         write_unlock(&tree->lock);
 331         return ret;
 332
 333 }
 334
 335 void clear_em_logging(struct extent_map_tree *tree, struct extent_map *em)
 336 {
 337         clear_bit(EXTENT_FLAG_LOGGING, &em->flags);
 338         if (extent_map_in_tree(em))
 339                 try_merge_map(tree, em);
 340 }
 341
 342 static inline void setup_extent_mapping(struct extent_map_tree *tree,
 343                                         struct extent_map *em,
 344                                         int modified)
 345 {
 346         refcount_inc(&em->refs);
 347         em->mod_start = em->start;
 348         em->mod_len = em->len;
 349
 350         if (modified)
 351                 list_move(&em->list, &tree->modified_extents);
 352         else
 353                 try_merge_map(tree, em);
 354 }
 355
 356 static void extent_map_device_set_bits(struct extent_map *em, unsigned bits)
 357 {
 358         struct map_lookup *map = em->map_lookup;
 359         u64 stripe_size = em->orig_block_len;
 360         int i;
 361
 362         for (i = 0; i < map->num_stripes; i++) {
 363                 struct btrfs_bio_stripe *stripe = &map->stripes[i];
 364                 struct btrfs_device *device = stripe->dev;
 365
 366                 set_extent_bits_nowait(&device->alloc_state, stripe->physical,
 367                                  stripe->physical + stripe_size - 1, bits);
 368         }
 369 }
 370
 371 static void extent_map_device_clear_bits(struct extent_map *em, unsigned bits)
 372 {
 373         struct map_lookup *map = em->map_lookup;
 374         u64 stripe_size = em->orig_block_len;
 375         int i;
 376
 377         for (i = 0; i < map->num_stripes; i++) {
 378                 struct btrfs_bio_stripe *stripe = &map->stripes[i];
 379                 struct btrfs_device *device = stripe->dev;
 380
 381                 __clear_extent_bit(&device->alloc_state, stripe->physical,
 382                                    stripe->physical + stripe_size - 1, bits,
 383                                    0, 0, NULL, GFP_NOWAIT, NULL);
 384         }
 385 }
 386
 387 /**
 388  * Add new extent map to the extent tree
 389  *
 390  * @tree:       tree to insert new map in
 391  * @em:         map to insert
 392  * @modified:   indicate whether the given @em should be added to the
 393  *              modified list, which indicates the extent needs to be logged
 394  *
 395  * Insert @em into @tree or perform a simple forward/backward merge with
 396  * existing mappings.  The extent_map struct passed in will be inserted
 397  * into the tree directly, with an additional reference taken, or a
 398  * reference dropped if the merge attempt was successful.
 399  */
 400 int add_extent_mapping(struct extent_map_tree *tree,
 401                        struct extent_map *em, int modified)
 402 {
 403         int ret = 0;
 404
 405         lockdep_assert_held_write(&tree->lock);
 406
 407         ret = tree_insert(&tree->map, em);
 408         if (ret)
 409                 goto out;
 410
 411         setup_extent_mapping(tree, em, modified);
 412         if (test_bit(EXTENT_FLAG_FS_MAPPING, &em->flags)) {
 413                 extent_map_device_set_bits(em, CHUNK_ALLOCATED);
 414                 extent_map_device_clear_bits(em, CHUNK_TRIMMED);
 415         }
 416 out:
 417         return ret;
 418 }
 419
 420 static struct extent_map *
 421 __lookup_extent_mapping(struct extent_map_tree *tree,
 422                         u64 start, u64 len, int strict)
 423 {
 424         struct extent_map *em;
 425         struct rb_node *rb_node;
 426         struct rb_node *prev = NULL;
 427         struct rb_node *next = NULL;
 428         u64 end = range_end(start, len);
 429
 430         rb_node = __tree_search(&tree->map.rb_root, start, &prev, &next);
 431         if (!rb_node) {
 432                 if (prev)
 433                         rb_node = prev;
 434                 else if (next)
 435                         rb_node = next;
 436                 else
 437                         return NULL;
 438         }
 439
 440         em = rb_entry(rb_node, struct extent_map, rb_node);
 441
 442         if (strict && !(end > em->start && start < extent_map_end(em)))
 443                 return NULL;
 444
 445         refcount_inc(&em->refs);
 446         return em;
 447 }
 448
 449 /**
 450  * lookup_extent_mapping - lookup extent_map
 451  * @tree:       tree to lookup in
 452  * @start:      byte offset to start the search
 453  * @len:        length of the lookup range
 454  *
 455  * Find and return the first extent_map struct in @tree that intersects the
 456  * [start, len] range.  There may be additional objects in the tree that
 457  * intersect, so check the object returned carefully to make sure that no
 458  * additional lookups are needed.
 459  */
 460 struct extent_map *lookup_extent_mapping(struct extent_map_tree *tree,
 461                                          u64 start, u64 len)
 462 {
 463         return __lookup_extent_mapping(tree, start, len, 1);
 464 }
 465
 466 /**
 467  * search_extent_mapping - find a nearby extent map
 468  * @tree:       tree to lookup in
 469  * @start:      byte offset to start the search
 470  * @len:        length of the lookup range
 471  *
 472  * Find and return the first extent_map struct in @tree that intersects the
 473  * [start, len] range.
 474  *
 475  * If one can't be found, any nearby extent may be returned
 476  */
 477 struct extent_map *search_extent_mapping(struct extent_map_tree *tree,
 478                                          u64 start, u64 len)
 479 {
 480         return __lookup_extent_mapping(tree, start, len, 0);
 481 }
 482
 483 /**
 484  * remove_extent_mapping - removes an extent_map from the extent tree
 485  * @tree:       extent tree to remove from
 486  * @em:         extent map being removed
 487  *
 488  * Removes @em from @tree.  No reference counts are dropped, and no checks
 489  * are done to see if the range is in use
 490  */
 491 void remove_extent_mapping(struct extent_map_tree *tree, struct extent_map *em)
 492 {
 493         WARN_ON(test_bit(EXTENT_FLAG_PINNED, &em->flags));
 494         rb_erase_cached(&em->rb_node, &tree->map);
 495         if (!test_bit(EXTENT_FLAG_LOGGING, &em->flags))
 496                 list_del_init(&em->list);
 497         if (test_bit(EXTENT_FLAG_FS_MAPPING, &em->flags))
 498                 extent_map_device_clear_bits(em, CHUNK_ALLOCATED);
 499         RB_CLEAR_NODE(&em->rb_node);
 500 }
 501
 502 void replace_extent_mapping(struct extent_map_tree *tree,
 503                             struct extent_map *cur,
 504                             struct extent_map *new,
 505                             int modified)
 506 {
 507         WARN_ON(test_bit(EXTENT_FLAG_PINNED, &cur->flags));
 508         ASSERT(extent_map_in_tree(cur));
 509         if (!test_bit(EXTENT_FLAG_LOGGING, &cur->flags))
 510                 list_del_init(&cur->list);
 511         rb_replace_node_cached(&cur->rb_node, &new->rb_node, &tree->map);
 512         RB_CLEAR_NODE(&cur->rb_node);
 513
 514         setup_extent_mapping(tree, new, modified);
 515 }
 516
 517 static struct extent_map *next_extent_map(struct extent_map *em)
 518 {
 519         struct rb_node *next;
 520
 521         next = rb_next(&em->rb_node);
 522         if (!next)
 523                 return NULL;
 524         return container_of(next, struct extent_map, rb_node);
 525 }
 526
 527 static struct extent_map *prev_extent_map(struct extent_map *em)
 528 {
 529         struct rb_node *prev;
 530
 531         prev = rb_prev(&em->rb_node);
 532         if (!prev)
 533                 return NULL;
 534         return container_of(prev, struct extent_map, rb_node);
 535 }
 536
 537 /*
 538  * Helper for btrfs_get_extent.  Given an existing extent in the tree,
 539  * the existing extent is the nearest extent to map_start,
 540  * and an extent that you want to insert, deal with overlap and insert
 541  * the best fitted new extent into the tree.
 542  */
 543 static noinline int merge_extent_mapping(struct extent_map_tree *em_tree,
 544                                          struct extent_map *existing,
 545                                          struct extent_map *em,
 546                                          u64 map_start)
 547 {
 548         struct extent_map *prev;
 549         struct extent_map *next;
 550         u64 start;
 551         u64 end;
 552         u64 start_diff;
 553
 554         BUG_ON(map_start < em->start || map_start >= extent_map_end(em));
 555
 556         if (existing->start > map_start) {
 557                 next = existing;
 558                 prev = prev_extent_map(next);
 559         } else {
 560                 prev = existing;
 561                 next = next_extent_map(prev);
 562         }
 563
 564         start = prev ? extent_map_end(prev) : em->start;
 565         start = max_t(u64, start, em->start);
 566         end = next ? next->start : extent_map_end(em);
 567         end = min_t(u64, end, extent_map_end(em));
 568         start_diff = start - em->start;
 569         em->start = start;
 570         em->len = end - start;
 571         if (em->block_start < EXTENT_MAP_LAST_BYTE &&
 572             !test_bit(EXTENT_FLAG_COMPRESSED, &em->flags)) {
 573                 em->block_start += start_diff;
 574                 em->block_len = em->len;
 575         }
 576         return add_extent_mapping(em_tree, em, 0);
 577 }
 578
 579 /**
 580  * Add extent mapping into em_tree
 581  *
 582  * @fs_info:  the filesystem
 583  * @em_tree:  extent tree into which we want to insert the extent mapping
 584  * @em_in:    extent we are inserting
 585  * @start:    start of the logical range btrfs_get_extent() is requesting
 586  * @len:      length of the logical range btrfs_get_extent() is requesting
 587  *
 588  * Note that @em_in's range may be different from [start, start+len),
 589  * but they must be overlapped.
 590  *
 591  * Insert @em_in into @em_tree. In case there is an overlapping range, handle
 592  * the -EEXIST by either:
 593  * a) Returning the existing extent in @em_in if @start is within the
 594  *    existing em.
 595  * b) Merge the existing extent with @em_in passed in.
 596  *
 597  * Return 0 on success, otherwise -EEXIST.
 598  *
 599  */
 600 int btrfs_add_extent_mapping(struct btrfs_fs_info *fs_info,
 601                              struct extent_map_tree *em_tree,
 602                              struct extent_map **em_in, u64 start, u64 len)
 603 {
 604         int ret;
 605         struct extent_map *em = *em_in;
 606
 607         ret = add_extent_mapping(em_tree, em, 0);
 608         /* it is possible that someone inserted the extent into the tree
 609          * while we had the lock dropped.  It is also possible that
 610          * an overlapping map exists in the tree
 611          */
 612         if (ret == -EEXIST) {
 613                 struct extent_map *existing;
 614
 615                 ret = 0;
 616
 617                 existing = search_extent_mapping(em_tree, start, len);
 618
 619                 trace_btrfs_handle_em_exist(fs_info, existing, em, start, len);
 620
 621                 /*
 622                  * existing will always be non-NULL, since there must be
 623                  * extent causing the -EEXIST.
 624                  */
 625                 if (start >= existing->start &&
 626                     start < extent_map_end(existing)) {
 627                         free_extent_map(em);
 628                         *em_in = existing;
 629                         ret = 0;
 630                 } else {
 631                         u64 orig_start = em->start;
 632                         u64 orig_len = em->len;
 633
 634                         /*
 635                          * The existing extent map is the one nearest to
 636                          * the [start, start + len) range which overlaps
 637                          */
 638                         ret = merge_extent_mapping(em_tree, existing,
 639                                                    em, start);
 640                         if (ret) {
 641                                 free_extent_map(em);
 642                                 *em_in = NULL;
 643                                 WARN_ONCE(ret,
 644 "unexpected error %d: merge existing(start %llu len %llu) with em(start %llu len %llu)\n",
 645                                           ret, existing->start, existing->len,
 646                                           orig_start, orig_len);
 647                         }
 648                         free_extent_map(existing);
 649                 }
 650         }
 651
 652         ASSERT(ret == 0 || ret == -EEXIST);
 653         return ret;
 654 }