fs/nilfs2/mdt.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
   2 /*
   3  * Meta data file for NILFS
   4  *
   5  * Copyright (C) 2005-2008 Nippon Telegraph and Telephone Corporation.
   6  *
   7  * Written by Ryusuke Konishi.
   8  */
   9
  10 #include <linux/buffer_head.h>
  11 #include <linux/mpage.h>
  12 #include <linux/mm.h>
  13 #include <linux/writeback.h>
  14 #include <linux/backing-dev.h>
  15 #include <linux/swap.h>
  16 #include <linux/slab.h>
  17 #include "nilfs.h"
  18 #include "btnode.h"
  19 #include "segment.h"
  20 #include "page.h"
  21 #include "mdt.h"
  22 #include "alloc.h"              /* nilfs_palloc_destroy_cache() */
  23
  24 #include <trace/events/nilfs2.h>
  25
  26 #define NILFS_MDT_MAX_RA_BLOCKS         (16 - 1)
  27
  28
  29 static int
  30 nilfs_mdt_insert_new_block(struct inode *inode, unsigned long block,
  31                            struct buffer_head *bh,
  32                            void (*init_block)(struct inode *,
  33                                               struct buffer_head *, void *))
  34 {
  35         struct nilfs_inode_info *ii = NILFS_I(inode);
  36         void *kaddr;
  37         int ret;
  38
  39         /* Caller exclude read accesses using page lock */
  40
  41         /* set_buffer_new(bh); */
  42         bh->b_blocknr = 0;
  43
  44         ret = nilfs_bmap_insert(ii->i_bmap, block, (unsigned long)bh);
  45         if (unlikely(ret))
  46                 return ret;
  47
  48         set_buffer_mapped(bh);
  49
  50         kaddr = kmap_atomic(bh->b_page);
  51         memset(kaddr + bh_offset(bh), 0, i_blocksize(inode));
  52         if (init_block)
  53                 init_block(inode, bh, kaddr);
  54         flush_dcache_page(bh->b_page);
  55         kunmap_atomic(kaddr);
  56
  57         set_buffer_uptodate(bh);
  58         mark_buffer_dirty(bh);
  59         nilfs_mdt_mark_dirty(inode);
  60
  61         trace_nilfs2_mdt_insert_new_block(inode, inode->i_ino, block);
  62
  63         return 0;
  64 }
  65
  66 static int nilfs_mdt_create_block(struct inode *inode, unsigned long block,
  67                                   struct buffer_head **out_bh,
  68                                   void (*init_block)(struct inode *,
  69                                                      struct buffer_head *,
  70                                                      void *))
  71 {
  72         struct super_block *sb = inode->i_sb;
  73         struct nilfs_transaction_info ti;
  74         struct buffer_head *bh;
  75         int err;
  76
  77         nilfs_transaction_begin(sb, &ti, 0);
  78
  79         err = -ENOMEM;
  80         bh = nilfs_grab_buffer(inode, inode->i_mapping, block, 0);
  81         if (unlikely(!bh))
  82                 goto failed_unlock;
  83
  84         err = -EEXIST;
  85         if (buffer_uptodate(bh))
  86                 goto failed_bh;
  87
  88         wait_on_buffer(bh);
  89         if (buffer_uptodate(bh))
  90                 goto failed_bh;
  91
  92         bh->b_bdev = sb->s_bdev;
  93         err = nilfs_mdt_insert_new_block(inode, block, bh, init_block);
  94         if (likely(!err)) {
  95                 get_bh(bh);
  96                 *out_bh = bh;
  97         }
  98
  99  failed_bh:
 100         unlock_page(bh->b_page);
 101         put_page(bh->b_page);
 102         brelse(bh);
 103
 104  failed_unlock:
 105         if (likely(!err))
 106                 err = nilfs_transaction_commit(sb);
 107         else
 108                 nilfs_transaction_abort(sb);
 109
 110         return err;
 111 }
 112
 113 static int
 114 nilfs_mdt_submit_block(struct inode *inode, unsigned long blkoff, blk_opf_t opf,
 115                        struct buffer_head **out_bh)
 116 {
 117         struct buffer_head *bh;
 118         __u64 blknum = 0;
 119         int ret = -ENOMEM;
 120
 121         bh = nilfs_grab_buffer(inode, inode->i_mapping, blkoff, 0);
 122         if (unlikely(!bh))
 123                 goto failed;
 124
 125         ret = -EEXIST; /* internal code */
 126         if (buffer_uptodate(bh))
 127                 goto out;
 128
 129         if (opf & REQ_RAHEAD) {
 130                 if (!trylock_buffer(bh)) {
 131                         ret = -EBUSY;
 132                         goto failed_bh;
 133                 }
 134         } else /* opf == REQ_OP_READ */
 135                 lock_buffer(bh);
 136
 137         if (buffer_uptodate(bh)) {
 138                 unlock_buffer(bh);
 139                 goto out;
 140         }
 141
 142         ret = nilfs_bmap_lookup(NILFS_I(inode)->i_bmap, blkoff, &blknum);
 143         if (unlikely(ret)) {
 144                 unlock_buffer(bh);
 145                 goto failed_bh;
 146         }
 147         map_bh(bh, inode->i_sb, (sector_t)blknum);
 148
 149         bh->b_end_io = end_buffer_read_sync;
 150         get_bh(bh);
 151         submit_bh(opf, bh);
 152         ret = 0;
 153
 154         trace_nilfs2_mdt_submit_block(inode, inode->i_ino, blkoff,
 155                                       opf & REQ_OP_MASK);
 156  out:
 157         get_bh(bh);
 158         *out_bh = bh;
 159
 160  failed_bh:
 161         unlock_page(bh->b_page);
 162         put_page(bh->b_page);
 163         brelse(bh);
 164  failed:
 165         return ret;
 166 }
 167
 168 static int nilfs_mdt_read_block(struct inode *inode, unsigned long block,
 169                                 int readahead, struct buffer_head **out_bh)
 170 {
 171         struct buffer_head *first_bh, *bh;
 172         unsigned long blkoff;
 173         int i, nr_ra_blocks = NILFS_MDT_MAX_RA_BLOCKS;
 174         int err;
 175
 176         err = nilfs_mdt_submit_block(inode, block, REQ_OP_READ, &first_bh);
 177         if (err == -EEXIST) /* internal code */
 178                 goto out;
 179
 180         if (unlikely(err))
 181                 goto failed;
 182
 183         if (readahead) {
 184                 blkoff = block + 1;
 185                 for (i = 0; i < nr_ra_blocks; i++, blkoff++) {
 186                         err = nilfs_mdt_submit_block(inode, blkoff,
 187                                                 REQ_OP_READ | REQ_RAHEAD, &bh);
 188                         if (likely(!err || err == -EEXIST))
 189                                 brelse(bh);
 190                         else if (err != -EBUSY)
 191                                 break;
 192                                 /* abort readahead if bmap lookup failed */
 193                         if (!buffer_locked(first_bh))
 194                                 goto out_no_wait;
 195                 }
 196         }
 197
 198         wait_on_buffer(first_bh);
 199
 200  out_no_wait:
 201         err = -EIO;
 202         if (!buffer_uptodate(first_bh)) {
 203                 nilfs_err(inode->i_sb,
 204                           "I/O error reading meta-data file (ino=%lu, block-offset=%lu)",
 205                           inode->i_ino, block);
 206                 goto failed_bh;
 207         }
 208  out:
 209         *out_bh = first_bh;
 210         return 0;
 211
 212  failed_bh:
 213         brelse(first_bh);
 214  failed:
 215         return err;
 216 }
 217
 218 /**
 219  * nilfs_mdt_get_block - read or create a buffer on meta data file.
 220  * @inode: inode of the meta data file
 221  * @blkoff: block offset
 222  * @create: create flag
 223  * @init_block: initializer used for newly allocated block
 224  * @out_bh: output of a pointer to the buffer_head
 225  *
 226  * nilfs_mdt_get_block() looks up the specified buffer and tries to create
 227  * a new buffer if @create is not zero.  On success, the returned buffer is
 228  * assured to be either existing or formatted using a buffer lock on success.
 229  * @out_bh is substituted only when zero is returned.
 230  *
 231  * Return Value: On success, it returns 0. On error, the following negative
 232  * error code is returned.
 233  *
 234  * %-ENOMEM - Insufficient memory available.
 235  *
 236  * %-EIO - I/O error
 237  *
 238  * %-ENOENT - the specified block does not exist (hole block)
 239  *
 240  * %-EROFS - Read only filesystem (for create mode)
 241  */
 242 int nilfs_mdt_get_block(struct inode *inode, unsigned long blkoff, int create,
 243                         void (*init_block)(struct inode *,
 244                                            struct buffer_head *, void *),
 245                         struct buffer_head **out_bh)
 246 {
 247         int ret;
 248
 249         /* Should be rewritten with merging nilfs_mdt_read_block() */
 250  retry:
 251         ret = nilfs_mdt_read_block(inode, blkoff, !create, out_bh);
 252         if (!create || ret != -ENOENT)
 253                 return ret;
 254
 255         ret = nilfs_mdt_create_block(inode, blkoff, out_bh, init_block);
 256         if (unlikely(ret == -EEXIST)) {
 257                 /* create = 0; */  /* limit read-create loop retries */
 258                 goto retry;
 259         }
 260         return ret;
 261 }
 262
 263 /**
 264  * nilfs_mdt_find_block - find and get a buffer on meta data file.
 265  * @inode: inode of the meta data file
 266  * @start: start block offset (inclusive)
 267  * @end: end block offset (inclusive)
 268  * @blkoff: block offset
 269  * @out_bh: place to store a pointer to buffer_head struct
 270  *
 271  * nilfs_mdt_find_block() looks up an existing block in range of
 272  * [@start, @end] and stores pointer to a buffer head of the block to
 273  * @out_bh, and block offset to @blkoff, respectively.  @out_bh and
 274  * @blkoff are substituted only when zero is returned.
 275  *
 276  * Return Value: On success, it returns 0. On error, the following negative
 277  * error code is returned.
 278  *
 279  * %-ENOMEM - Insufficient memory available.
 280  *
 281  * %-EIO - I/O error
 282  *
 283  * %-ENOENT - no block was found in the range
 284  */
 285 int nilfs_mdt_find_block(struct inode *inode, unsigned long start,
 286                          unsigned long end, unsigned long *blkoff,
 287                          struct buffer_head **out_bh)
 288 {
 289         __u64 next;
 290         int ret;
 291
 292         if (unlikely(start > end))
 293                 return -ENOENT;
 294
 295         ret = nilfs_mdt_read_block(inode, start, true, out_bh);
 296         if (!ret) {
 297                 *blkoff = start;
 298                 goto out;
 299         }
 300         if (unlikely(ret != -ENOENT || start == ULONG_MAX))
 301                 goto out;
 302
 303         ret = nilfs_bmap_seek_key(NILFS_I(inode)->i_bmap, start + 1, &next);
 304         if (!ret) {
 305                 if (next <= end) {
 306                         ret = nilfs_mdt_read_block(inode, next, true, out_bh);
 307                         if (!ret)
 308                                 *blkoff = next;
 309                 } else {
 310                         ret = -ENOENT;
 311                 }
 312         }
 313 out:
 314         return ret;
 315 }
 316
 317 /**
 318  * nilfs_mdt_delete_block - make a hole on the meta data file.
 319  * @inode: inode of the meta data file
 320  * @block: block offset
 321  *
 322  * Return Value: On success, zero is returned.
 323  * On error, one of the following negative error code is returned.
 324  *
 325  * %-ENOMEM - Insufficient memory available.
 326  *
 327  * %-EIO - I/O error
 328  */
 329 int nilfs_mdt_delete_block(struct inode *inode, unsigned long block)
 330 {
 331         struct nilfs_inode_info *ii = NILFS_I(inode);
 332         int err;
 333
 334         err = nilfs_bmap_delete(ii->i_bmap, block);
 335         if (!err || err == -ENOENT) {
 336                 nilfs_mdt_mark_dirty(inode);
 337                 nilfs_mdt_forget_block(inode, block);
 338         }
 339         return err;
 340 }
 341
 342 /**
 343  * nilfs_mdt_forget_block - discard dirty state and try to remove the page
 344  * @inode: inode of the meta data file
 345  * @block: block offset
 346  *
 347  * nilfs_mdt_forget_block() clears a dirty flag of the specified buffer, and
 348  * tries to release the page including the buffer from a page cache.
 349  *
 350  * Return Value: On success, 0 is returned. On error, one of the following
 351  * negative error code is returned.
 352  *
 353  * %-EBUSY - page has an active buffer.
 354  *
 355  * %-ENOENT - page cache has no page addressed by the offset.
 356  */
 357 int nilfs_mdt_forget_block(struct inode *inode, unsigned long block)
 358 {
 359         pgoff_t index = (pgoff_t)block >>
 360                 (PAGE_SHIFT - inode->i_blkbits);
 361         struct page *page;
 362         unsigned long first_block;
 363         int ret = 0;
 364         int still_dirty;
 365
 366         page = find_lock_page(inode->i_mapping, index);
 367         if (!page)
 368                 return -ENOENT;
 369
 370         wait_on_page_writeback(page);
 371
 372         first_block = (unsigned long)index <<
 373                 (PAGE_SHIFT - inode->i_blkbits);
 374         if (page_has_buffers(page)) {
 375                 struct buffer_head *bh;
 376
 377                 bh = nilfs_page_get_nth_block(page, block - first_block);
 378                 nilfs_forget_buffer(bh);
 379         }
 380         still_dirty = PageDirty(page);
 381         unlock_page(page);
 382         put_page(page);
 383
 384         if (still_dirty ||
 385             invalidate_inode_pages2_range(inode->i_mapping, index, index) != 0)
 386                 ret = -EBUSY;
 387         return ret;
 388 }
 389
 390 int nilfs_mdt_fetch_dirty(struct inode *inode)
 391 {
 392         struct nilfs_inode_info *ii = NILFS_I(inode);
 393
 394         if (nilfs_bmap_test_and_clear_dirty(ii->i_bmap)) {
 395                 set_bit(NILFS_I_DIRTY, &ii->i_state);
 396                 return 1;
 397         }
 398         return test_bit(NILFS_I_DIRTY, &ii->i_state);
 399 }
 400
 401 static int
 402 nilfs_mdt_write_page(struct page *page, struct writeback_control *wbc)
 403 {
 404         struct inode *inode = page->mapping->host;
 405         struct super_block *sb;
 406         int err = 0;
 407
 408         if (inode && sb_rdonly(inode->i_sb)) {
 409                 /*
 410                  * It means that filesystem was remounted in read-only
 411                  * mode because of error or metadata corruption. But we
 412                  * have dirty pages that try to be flushed in background.
 413                  * So, here we simply discard this dirty page.
 414                  */
 415                 nilfs_clear_dirty_page(page, false);
 416                 unlock_page(page);
 417                 return -EROFS;
 418         }
 419
 420         redirty_page_for_writepage(wbc, page);
 421         unlock_page(page);
 422
 423         if (!inode)
 424                 return 0;
 425
 426         sb = inode->i_sb;
 427
 428         if (wbc->sync_mode == WB_SYNC_ALL)
 429                 err = nilfs_construct_segment(sb);
 430         else if (wbc->for_reclaim)
 431                 nilfs_flush_segment(sb, inode->i_ino);
 432
 433         return err;
 434 }
 435
 436
 437 static const struct address_space_operations def_mdt_aops = {
 438         .dirty_folio            = block_dirty_folio,
 439         .invalidate_folio       = block_invalidate_folio,
 440         .writepage              = nilfs_mdt_write_page,
 441 };
 442
 443 static const struct inode_operations def_mdt_iops;
 444 static const struct file_operations def_mdt_fops;
 445
 446
 447 int nilfs_mdt_init(struct inode *inode, gfp_t gfp_mask, size_t objsz)
 448 {
 449         struct nilfs_mdt_info *mi;
 450
 451         mi = kzalloc(max(sizeof(*mi), objsz), GFP_NOFS);
 452         if (!mi)
 453                 return -ENOMEM;
 454
 455         init_rwsem(&mi->mi_sem);
 456         inode->i_private = mi;
 457
 458         inode->i_mode = S_IFREG;
 459         mapping_set_gfp_mask(inode->i_mapping, gfp_mask);
 460
 461         inode->i_op = &def_mdt_iops;
 462         inode->i_fop = &def_mdt_fops;
 463         inode->i_mapping->a_ops = &def_mdt_aops;
 464
 465         return 0;
 466 }
 467
 468 /**
 469  * nilfs_mdt_clear - do cleanup for the metadata file
 470  * @inode: inode of the metadata file
 471  */
 472 void nilfs_mdt_clear(struct inode *inode)
 473 {
 474         struct nilfs_mdt_info *mdi = NILFS_MDT(inode);
 475         struct nilfs_shadow_map *shadow = mdi->mi_shadow;
 476
 477         if (mdi->mi_palloc_cache)
 478                 nilfs_palloc_destroy_cache(inode);
 479
 480         if (shadow) {
 481                 struct inode *s_inode = shadow->inode;
 482
 483                 shadow->inode = NULL;
 484                 iput(s_inode);
 485                 mdi->mi_shadow = NULL;
 486         }
 487 }
 488
 489 /**
 490  * nilfs_mdt_destroy - release resources used by the metadata file
 491  * @inode: inode of the metadata file
 492  */
 493 void nilfs_mdt_destroy(struct inode *inode)
 494 {
 495         struct nilfs_mdt_info *mdi = NILFS_MDT(inode);
 496
 497         kfree(mdi->mi_bgl); /* kfree(NULL) is safe */
 498         kfree(mdi);
 499 }
 500
 501 void nilfs_mdt_set_entry_size(struct inode *inode, unsigned int entry_size,
 502                               unsigned int header_size)
 503 {
 504         struct nilfs_mdt_info *mi = NILFS_MDT(inode);
 505
 506         mi->mi_entry_size = entry_size;
 507         mi->mi_entries_per_block = i_blocksize(inode) / entry_size;
 508         mi->mi_first_entry_offset = DIV_ROUND_UP(header_size, entry_size);
 509 }
 510
 511 /**
 512  * nilfs_mdt_setup_shadow_map - setup shadow map and bind it to metadata file
 513  * @inode: inode of the metadata file
 514  * @shadow: shadow mapping
 515  */
 516 int nilfs_mdt_setup_shadow_map(struct inode *inode,
 517                                struct nilfs_shadow_map *shadow)
 518 {
 519         struct nilfs_mdt_info *mi = NILFS_MDT(inode);
 520         struct inode *s_inode;
 521
 522         INIT_LIST_HEAD(&shadow->frozen_buffers);
 523
 524         s_inode = nilfs_iget_for_shadow(inode);
 525         if (IS_ERR(s_inode))
 526                 return PTR_ERR(s_inode);
 527
 528         shadow->inode = s_inode;
 529         mi->mi_shadow = shadow;
 530         return 0;
 531 }
 532
 533 /**
 534  * nilfs_mdt_save_to_shadow_map - copy bmap and dirty pages to shadow map
 535  * @inode: inode of the metadata file
 536  */
 537 int nilfs_mdt_save_to_shadow_map(struct inode *inode)
 538 {
 539         struct nilfs_mdt_info *mi = NILFS_MDT(inode);
 540         struct nilfs_inode_info *ii = NILFS_I(inode);
 541         struct nilfs_shadow_map *shadow = mi->mi_shadow;
 542         struct inode *s_inode = shadow->inode;
 543         int ret;
 544
 545         ret = nilfs_copy_dirty_pages(s_inode->i_mapping, inode->i_mapping);
 546         if (ret)
 547                 goto out;
 548
 549         ret = nilfs_copy_dirty_pages(NILFS_I(s_inode)->i_assoc_inode->i_mapping,
 550                                      ii->i_assoc_inode->i_mapping);
 551         if (ret)
 552                 goto out;
 553
 554         nilfs_bmap_save(ii->i_bmap, &shadow->bmap_store);
 555  out:
 556         return ret;
 557 }
 558
 559 int nilfs_mdt_freeze_buffer(struct inode *inode, struct buffer_head *bh)
 560 {
 561         struct nilfs_shadow_map *shadow = NILFS_MDT(inode)->mi_shadow;
 562         struct buffer_head *bh_frozen;
 563         struct page *page;
 564         int blkbits = inode->i_blkbits;
 565
 566         page = grab_cache_page(shadow->inode->i_mapping, bh->b_page->index);
 567         if (!page)
 568                 return -ENOMEM;
 569
 570         if (!page_has_buffers(page))
 571                 create_empty_buffers(page, 1 << blkbits, 0);
 572
 573         bh_frozen = nilfs_page_get_nth_block(page, bh_offset(bh) >> blkbits);
 574
 575         if (!buffer_uptodate(bh_frozen))
 576                 nilfs_copy_buffer(bh_frozen, bh);
 577         if (list_empty(&bh_frozen->b_assoc_buffers)) {
 578                 list_add_tail(&bh_frozen->b_assoc_buffers,
 579                               &shadow->frozen_buffers);
 580                 set_buffer_nilfs_redirected(bh);
 581         } else {
 582                 brelse(bh_frozen); /* already frozen */
 583         }
 584
 585         unlock_page(page);
 586         put_page(page);
 587         return 0;
 588 }
 589
 590 struct buffer_head *
 591 nilfs_mdt_get_frozen_buffer(struct inode *inode, struct buffer_head *bh)
 592 {
 593         struct nilfs_shadow_map *shadow = NILFS_MDT(inode)->mi_shadow;
 594         struct buffer_head *bh_frozen = NULL;
 595         struct page *page;
 596         int n;
 597
 598         page = find_lock_page(shadow->inode->i_mapping, bh->b_page->index);
 599         if (page) {
 600                 if (page_has_buffers(page)) {
 601                         n = bh_offset(bh) >> inode->i_blkbits;
 602                         bh_frozen = nilfs_page_get_nth_block(page, n);
 603                 }
 604                 unlock_page(page);
 605                 put_page(page);
 606         }
 607         return bh_frozen;
 608 }
 609
 610 static void nilfs_release_frozen_buffers(struct nilfs_shadow_map *shadow)
 611 {
 612         struct list_head *head = &shadow->frozen_buffers;
 613         struct buffer_head *bh;
 614
 615         while (!list_empty(head)) {
 616                 bh = list_first_entry(head, struct buffer_head,
 617                                       b_assoc_buffers);
 618                 list_del_init(&bh->b_assoc_buffers);
 619                 brelse(bh); /* drop ref-count to make it releasable */
 620         }
 621 }
 622
 623 /**
 624  * nilfs_mdt_restore_from_shadow_map - restore dirty pages and bmap state
 625  * @inode: inode of the metadata file
 626  */
 627 void nilfs_mdt_restore_from_shadow_map(struct inode *inode)
 628 {
 629         struct nilfs_mdt_info *mi = NILFS_MDT(inode);
 630         struct nilfs_inode_info *ii = NILFS_I(inode);
 631         struct nilfs_shadow_map *shadow = mi->mi_shadow;
 632
 633         down_write(&mi->mi_sem);
 634
 635         if (mi->mi_palloc_cache)
 636                 nilfs_palloc_clear_cache(inode);
 637
 638         nilfs_clear_dirty_pages(inode->i_mapping, true);
 639         nilfs_copy_back_pages(inode->i_mapping, shadow->inode->i_mapping);
 640
 641         nilfs_clear_dirty_pages(ii->i_assoc_inode->i_mapping, true);
 642         nilfs_copy_back_pages(ii->i_assoc_inode->i_mapping,
 643                               NILFS_I(shadow->inode)->i_assoc_inode->i_mapping);
 644
 645         nilfs_bmap_restore(ii->i_bmap, &shadow->bmap_store);
 646
 647         up_write(&mi->mi_sem);
 648 }
 649
 650 /**
 651  * nilfs_mdt_clear_shadow_map - truncate pages in shadow map caches
 652  * @inode: inode of the metadata file
 653  */
 654 void nilfs_mdt_clear_shadow_map(struct inode *inode)
 655 {
 656         struct nilfs_mdt_info *mi = NILFS_MDT(inode);
 657         struct nilfs_shadow_map *shadow = mi->mi_shadow;
 658         struct inode *shadow_btnc_inode = NILFS_I(shadow->inode)->i_assoc_inode;
 659
 660         down_write(&mi->mi_sem);
 661         nilfs_release_frozen_buffers(shadow);
 662         truncate_inode_pages(shadow->inode->i_mapping, 0);
 663         truncate_inode_pages(shadow_btnc_inode->i_mapping, 0);
 664         up_write(&mi->mi_sem);
 665 }