btrfs: fix unnecessary increment of read error stat on write error

Current btrfs_log_dev_io_error() increases the read error count even if the
erroneous IO is a WRITE request. This is because it forget to use "else
if", and all the error WRITE requests counts as READ error as there is (of
course) no REQ_RAHEAD bit set.

Fixes: c3a62baf21ad ("btrfs: use chained bios when cloning")
CC: stable@vger.kernel.org # 6.1+
Reviewed-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Naohiro Aota <naohiro.aota@wdc.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: handle btrfs_del_item errors in __btrfs_update_delayed_inode

Even if the slot is already read out, we may still need to re-balance
the tree, thus it can cause error in that btrfs_del_item() call and we
need to handle it properly.

Reviewed-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Signed-off-by: void0red <void0red@gmail.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: ioctl: return device fsid from DEV_INFO ioctl

Currently user space utilizes dev info ioctl to grab the info of a
certain devid, this includes its device uuid.  But the returned info is
not enough to determine if a device is a seed.

Commit a26d60dedf9a ("btrfs: sysfs: add devinfo/fsid to retrieve actual
fsid from the device") exports the same value in sysfs so this is for
parity with ioctl.  Add a new member, fsid, into
btrfs_ioctl_dev_info_args, and populate the member with fsid value.

This should not cause any compatibility problem, following the
combinations:

- Old user space, old kernel
- Old user space, new kernel
  User space tool won't even check the new member.

- New user space, old kernel
  The kernel won't touch the new member, and user space tool should
  zero out its argument, thus the new member is all zero.

  User space tool can then know the kernel doesn't support this fsid
  reporting, and falls back to whatever they can.

- New user space, new kernel
  Go as planned.

  Would find the fsid member is no longer zero, and trust its value.

Reviewed-by: Anand Jain <anand.jain@oracle.com>
Signed-off-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: fix potential dead lock in size class loading logic

As reported by Filipe, there's a potential deadlock caused by
using btrfs_search_forward on commit_root. The locking there is
unconditional, even if ->skip_locking and ->search_commit_root is set.
It's not meant to be used for commit roots, so it always needs to do
locking.

So if another task is COWing a child node of the same root node and
then needs to wait for block group caching to complete when trying to
allocate a metadata extent, it deadlocks.

For example:

[539604.239315] sysrq: Show Blocked State
[539604.240133] task:kworker/u16:6   state:D stack:0     pid:2119594 ppid:2      flags:0x00004000
[539604.241613] Workqueue: btrfs-cache btrfs_work_helper [btrfs]
[539604.242673] Call Trace:
[539604.243129]  <TASK>
[539604.243925]  __schedule+0x41d/0xee0
[539604.244797]  ? rcu_read_lock_sched_held+0x12/0x70
[539604.245399]  ? rwsem_down_read_slowpath+0x185/0x490
[539604.246111]  schedule+0x5d/0xf0
[539604.246593]  rwsem_down_read_slowpath+0x2da/0x490
[539604.247290]  ? rcu_barrier_tasks_trace+0x10/0x20
[539604.248090]  __down_read_common+0x3d/0x150
[539604.248702]  down_read_nested+0xc3/0x140
[539604.249280]  __btrfs_tree_read_lock+0x24/0x100 [btrfs]
[539604.250097]  btrfs_read_lock_root_node+0x48/0x60 [btrfs]
[539604.250915]  btrfs_search_forward+0x59/0x460 [btrfs]
[539604.251781]  ? btrfs_global_root+0x50/0x70 [btrfs]
[539604.252476]  caching_thread+0x1be/0x920 [btrfs]
[539604.253167]  btrfs_work_helper+0xf6/0x400 [btrfs]
[539604.253848]  process_one_work+0x24f/0x5a0
[539604.254476]  worker_thread+0x52/0x3b0
[539604.255166]  ? __pfx_worker_thread+0x10/0x10
[539604.256047]  kthread+0xf0/0x120
[539604.256591]  ? __pfx_kthread+0x10/0x10
[539604.257212]  ret_from_fork+0x29/0x50
[539604.257822]  </TASK>
[539604.258233] task:btrfs-transacti state:D stack:0     pid:2236474 ppid:2      flags:0x00004000
[539604.259802] Call Trace:
[539604.260243]  <TASK>
[539604.260615]  __schedule+0x41d/0xee0
[539604.261205]  ? rcu_read_lock_sched_held+0x12/0x70
[539604.262000]  ? rwsem_down_read_slowpath+0x185/0x490
[539604.262822]  schedule+0x5d/0xf0
[539604.263374]  rwsem_down_read_slowpath+0x2da/0x490
[539604.266228]  ? lock_acquire+0x160/0x310
[539604.266917]  ? rcu_read_lock_sched_held+0x12/0x70
[539604.267996]  ? lock_contended+0x19e/0x500
[539604.268720]  __down_read_common+0x3d/0x150
[539604.269400]  down_read_nested+0xc3/0x140
[539604.270057]  __btrfs_tree_read_lock+0x24/0x100 [btrfs]
[539604.271129]  btrfs_read_lock_root_node+0x48/0x60 [btrfs]
[539604.272372]  btrfs_search_slot+0x143/0xf70 [btrfs]
[539604.273295]  update_block_group_item+0x9e/0x190 [btrfs]
[539604.274282]  btrfs_start_dirty_block_groups+0x1c4/0x4f0 [btrfs]
[539604.275381]  ? __mutex_unlock_slowpath+0x45/0x280
[539604.276390]  btrfs_commit_transaction+0xee/0xed0 [btrfs]
[539604.277391]  ? lock_acquire+0x1a4/0x310
[539604.278080]  ? start_transaction+0xcb/0x6c0 [btrfs]
[539604.279099]  transaction_kthread+0x142/0x1c0 [btrfs]
[539604.279996]  ? __pfx_transaction_kthread+0x10/0x10 [btrfs]
[539604.280673]  kthread+0xf0/0x120
[539604.281050]  ? __pfx_kthread+0x10/0x10
[539604.281496]  ret_from_fork+0x29/0x50
[539604.281966]  </TASK>
[539604.282255] task:fsstress        state:D stack:0     pid:2236483 ppid:1      flags:0x00004006
[539604.283897] Call Trace:
[539604.284700]  <TASK>
[539604.285088]  __schedule+0x41d/0xee0
[539604.285660]  schedule+0x5d/0xf0
[539604.286175]  btrfs_wait_block_group_cache_progress+0xf2/0x170 [btrfs]
[539604.287342]  ? __pfx_autoremove_wake_function+0x10/0x10
[539604.288450]  find_free_extent+0xd93/0x1750 [btrfs]
[539604.289256]  ? _raw_spin_unlock+0x29/0x50
[539604.289911]  ? btrfs_get_alloc_profile+0x127/0x2a0 [btrfs]
[539604.290843]  btrfs_reserve_extent+0x147/0x290 [btrfs]
[539604.291943]  btrfs_alloc_tree_block+0xcb/0x3e0 [btrfs]
[539604.292903]  __btrfs_cow_block+0x138/0x580 [btrfs]
[539604.293773]  btrfs_cow_block+0x10e/0x240 [btrfs]
[539604.294595]  btrfs_search_slot+0x7f3/0xf70 [btrfs]
[539604.295585]  btrfs_update_device+0x71/0x1b0 [btrfs]
[539604.296459]  btrfs_chunk_alloc_add_chunk_item+0xe0/0x340 [btrfs]
[539604.297489]  btrfs_chunk_alloc+0x1bf/0x490 [btrfs]
[539604.298335]  find_free_extent+0x6fa/0x1750 [btrfs]
[539604.299174]  ? _raw_spin_unlock+0x29/0x50
[539604.299950]  ? btrfs_get_alloc_profile+0x127/0x2a0 [btrfs]
[539604.300918]  btrfs_reserve_extent+0x147/0x290 [btrfs]
[539604.301797]  btrfs_alloc_tree_block+0xcb/0x3e0 [btrfs]
[539604.303017]  ? lock_release+0x224/0x4a0
[539604.303855]  __btrfs_cow_block+0x138/0x580 [btrfs]
[539604.304789]  btrfs_cow_block+0x10e/0x240 [btrfs]
[539604.305611]  btrfs_search_slot+0x7f3/0xf70 [btrfs]
[539604.306682]  ? btrfs_global_root+0x50/0x70 [btrfs]
[539604.308198]  lookup_inline_extent_backref+0x17b/0x7a0 [btrfs]
[539604.309254]  lookup_extent_backref+0x43/0xd0 [btrfs]
[539604.310122]  __btrfs_free_extent+0xf8/0x810 [btrfs]
[539604.310874]  ? lock_release+0x224/0x4a0
[539604.311724]  ? btrfs_merge_delayed_refs+0x17b/0x1d0 [btrfs]
[539604.313023]  __btrfs_run_delayed_refs+0x2ba/0x1260 [btrfs]
[539604.314271]  btrfs_run_delayed_refs+0x8f/0x1c0 [btrfs]
[539604.315445]  ? rcu_read_lock_sched_held+0x12/0x70
[539604.316706]  btrfs_commit_transaction+0xa2/0xed0 [btrfs]
[539604.317855]  ? do_raw_spin_unlock+0x4b/0xa0
[539604.318544]  ? _raw_spin_unlock+0x29/0x50
[539604.319240]  create_subvol+0x53d/0x6e0 [btrfs]
[539604.320283]  btrfs_mksubvol+0x4f5/0x590 [btrfs]
[539604.321220]  __btrfs_ioctl_snap_create+0x11b/0x180 [btrfs]
[539604.322307]  btrfs_ioctl_snap_create_v2+0xc6/0x150 [btrfs]
[539604.323295]  btrfs_ioctl+0x9f7/0x33e0 [btrfs]
[539604.324331]  ? rcu_read_lock_sched_held+0x12/0x70
[539604.325137]  ? lock_release+0x224/0x4a0
[539604.325808]  ? __x64_sys_ioctl+0x87/0xc0
[539604.326467]  __x64_sys_ioctl+0x87/0xc0
[539604.327109]  do_syscall_64+0x38/0x90
[539604.327875]  entry_SYSCALL_64_after_hwframe+0x72/0xdc
[539604.328792] RIP: 0033:0x7f05a7babaeb

This needs to use regular btrfs_search_slot() with some skip and stop
logic.

Since we only consider five samples (five search slots), don't bother
with the complexity of looking for commit_root_sem contention. If
necessary, it can be added to the load function in between samples.

Reported-by: Filipe Manana <fdmanana@kernel.org>
Link: https://lore.kernel.org/linux-btrfs/CAL3q7H7eKMD44Z1+=Kb-1RFMMeZpAm2fwyO59yeBwCcSOU80Pg@mail.gmail.com/
Fixes: c7eec3d9aa95 ("btrfs: load block group size class when caching")
Signed-off-by: Boris Burkov <boris@bur.io>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: sysfs: add size class stats

Make it possible to see the distribution of size classes for block
groups. Helpful for testing and debugging the allocator w.r.t. to size
classes.

The new stats can be found at the path:

  /sys/fs/btrfs/<FSID>/allocation/<bg-type>/size_class

but they will only be non-zero for bg-type = data.

Signed-off-by: Boris Burkov <boris@bur.io>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: make kobj_type structures constant

Since commit ee6d3dd4ed48 ("driver core: make kobj_type constant.")
the driver core allows the usage of const struct kobj_type.

Take advantage of this to constify the structure definitions to prevent
modification at runtime.

Reviewed-by: Anand Jain <anand.jain@oracle.com>
Signed-off-by: Thomas Weißschuh <linux@weissschuh.net>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove the bdev argument to btrfs_rmap_block

The only user in the zoned remap code is gone now, so remove the argument.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: don't rely on unchanging ->bi_bdev for zone append remaps

btrfs_record_physical_zoned relies on a bio->bi_bdev samples in the
bio_end_io handler to find the reverse map for remapping the zone append
write, but stacked block device drivers can and usually do change bi_bdev
when sending on the bio to a lower device.  This can happen e.g. with the
nvme-multipath driver when a NVMe SSD sets the shared namespace bit.

But there is no real need for the bdev in btrfs_record_physical_zoned,
as it is only passed to btrfs_rmap_block, which uses it to pick the
mapping to report if there are multiple reverse mappings.  As zone
writes can only do simple non-mirror writes right now, and anything
more complex will use the stripe tree there is no chance of the multiple
mappings case actually happening.

Instead open code the subset of btrfs_rmap_block in
btrfs_record_physical_zoned, which also removes a memory allocation and
remove the bdev field in the ordered extent.

Fixes: d8e3fb106f39 ("btrfs: zoned: use ZONE_APPEND write for zoned mode")
Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: never return true for reads in btrfs_use_zone_append

Using Zone Append only makes sense for writes to the device, so check
that in btrfs_use_zone_append.  This avoids the possibility of
artificially limited read size on zoned file systems.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: pass a btrfs_bio to btrfs_use_append

struct btrfs_bio has all the information needed for btrfs_use_append, so
pass that instead of a btrfs_inode and file_offset.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: set bbio->file_offset in alloc_new_bio

Instead of digging into the bio_vec in submit_one_bio, set file_offset at
bio allocation time from the provided parameter.  This also ensures that
the file_offset is available all the time when building up the bio
payload.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: use file_offset to limit bios size in calc_bio_boundaries

btrfs_ordered_extent->disk_bytenr can be rewritten by the zoned I/O
completion handler, and thus in general is not a good idea to limit I/O
size.  But the maximum bio size calculation can easily be done using the
file_offset fields in the btrfs_ordered_extent and btrfs_bio structures,
so switch to that instead.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: do unsigned integer division in the extent buffer binary search loop

In the search loop of the binary search function, we are doing a division
by 2 of the sum of the high and low slots. Because the slots are integers,
the generated assembly code for it is the following on x86_64:

   0x00000000000141f1 <+145>: mov    %eax,%ebx
   0x00000000000141f3 <+147>: shr    $0x1f,%ebx
   0x00000000000141f6 <+150>: add    %eax,%ebx
   0x00000000000141f8 <+152>: sar    %ebx

It's a few more instructions than a simple right shift, because signed
integer division needs to round towards zero. However we know that slots
can never be negative (btrfs_header_nritems() returns an u32), so we
can instead use unsigned types for the low and high slots and therefore
use unsigned integer division, which results in a single instruction on
x86_64:

   0x00000000000141f0 <+144>: shr    %ebx

So use unsigned types for the slots and therefore unsigned division.

This is part of a small patchset comprised of the following two patches:

  btrfs: eliminate extra call when doing binary search on extent buffer
  btrfs: do unsigned integer division in the extent buffer binary search loop

The following fs_mark test was run on a non-debug kernel (Debian's default
kernel config) before and after applying the patchset:

  $ cat test.sh
  #!/bin/bash

  DEV=/dev/sdi
  MNT=/mnt/sdi
  MOUNT_OPTIONS="-o ssd"
  MKFS_OPTIONS="-O no-holes -R free-space-tree"
  FILES=100000
  THREADS=$(nproc --all)
  FILE_SIZE=0

  umount $DEV &> /dev/null
  mkfs.btrfs -f $MKFS_OPTIONS $DEV
  mount $MOUNT_OPTIONS $DEV $MNT

  OPTS="-S 0 -L 6 -n $FILES -s $FILE_SIZE -t $THREADS -k"
  for ((i = 1; i <= $THREADS; i++)); do
      OPTS="$OPTS -d $MNT/d$i"
  done

  fs_mark $OPTS

  umount $MNT

Results before applying patchset:

  FSUse%        Count         Size    Files/sec     App Overhead
       2      1200000            0     174472.0         11549868
       4      2400000            0     253503.0         11694618
       4      3600000            0     257833.1         11611508
       6      4800000            0     247089.5         11665983
       6      6000000            0     211296.1         12121244
      10      7200000            0     187330.6         12548565

Results after applying patchset:

  FSUse%        Count         Size    Files/sec     App Overhead
       2      1200000            0     207556.0         11393252
       4      2400000            0     266751.1         11347909
       4      3600000            0     274397.5         11270058
       6      4800000            0     259608.4         11442250
       6      6000000            0     238895.8         11635921
       8      7200000            0     211942.2         11873825

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: eliminate extra call when doing binary search on extent buffer

The function btrfs_bin_search() is just a wrapper around the function
generic_bin_search(), which passes the same arguments plus a default
low slot with a value of 0. This adds an unnecessary extra function
call, since btrfs_bin_search() is not static. So improve on this by
making btrfs_bin_search() an inline function that calls
generic_bin_search(), renaming the later to btrfs_generic_bin_search()
and exporting it.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: raid56: handle endio in scrub_rbio

The only caller of scrub_rbio calls rbio_orig_end_io right after it,
move it into scrub_rbio to match the other work item helpers.

Reviewed-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: raid56: handle endio in recover_rbio

Both callers of recover_rbio call rbio_orig_end_io right after it, so
move the call into the shared function.

Reviewed-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: raid56: handle endio in rmw_rbio

Both callers of rmv_rbio call rbio_orig_end_io right after it, so
move the call into the shared function.

Reviewed-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: raid56: submit the read bios from scrub_assemble_read_bios

Instead of filling in a bio_list and submitting the bios in the only
caller, do that in scrub_assemble_read_bios.  This removes the
need to pass the bio_list, and also makes it clear that the extra
bio_list cleanup in the caller is entirely pointless.  Rename the
function to scrub_read_bios to make it clear that the bios are not
only assembled.

Reviewed-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: raid56: fold rmw_read_wait_recover into rmw_read_bios

There is very little extra code in rmw_read_bios, and a large part of it
is the superfluous extra cleanup of the bio list.  Merge the two
functions, and only clean up the bio list after it has been added to
but before it has been emptied again by submit_read_wait_bio_list.

Reviewed-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: raid56: fold recover_assemble_read_bios into recover_rbio

There is very little extra code in recover_rbio, and a large part of it
is the superfluous extra cleanup of the bio list.  Merge the two
functions, and only clean up the bio list after it has been added to
but before it has been emptied again by submit_read_wait_bio_list.

Reviewed-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: raid56: add a bio_list_put helper

Add a helper to put all bios in a list. This does not need to be added
to block layer as there are no other users of such code.

Reviewed-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: raid56: wait for I/O completion in submit_read_bios

In addition to setting up the end_io handler and submitting the bios in
submit_read_bios, also wait for them to be completed instead of waiting
for the completion manually in all three callers.

Rename submit_read_bios to submit_read_wait_bio_list to make it clear
it waits for the bios as well.

Reviewed-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: raid56: simplify code flow in rmw_rbio

Remove the write goto label by moving the data page allocation and data
read into the branch.

Reviewed-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: raid56: simplify error handling and code flow in raid56_parity_write

Handle the error return on alloc_rbio failure directly instead of using
a goto and remove the queue_rbio goto label by moving the plugged
check into the if branch.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Reviewed-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: replace btrfs_wait_tree_block_writeback by wait_on_extent_buffer_writeback

This is used in the tree-log code and is a holdover from previous
iterations of extent buffer writeback.  We can simply use
wait_on_extent_buffer_writeback here, and remove
btrfs_wait_tree_block_writeback completely as it's equivalent (waiting
on page write writeback).

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: combine btrfs_clear_buffer_dirty and clear_extent_buffer_dirty

btrfs_clear_buffer_dirty just does the test_clear_bit() and then calls
clear_extent_buffer_dirty and does the dirty metadata accounting.
Combine this into clear_extent_buffer_dirty and make the result
btrfs_clear_buffer_dirty.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: rename btrfs_clean_tree_block to btrfs_clear_buffer_dirty

btrfs_clean_tree_block is a misnomer, it's just
clear_extent_buffer_dirty with some extra accounting around it.  Rename
this to btrfs_clear_buffer_dirty to make it more clear it belongs with
it's setter, btrfs_mark_buffer_dirty.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: do not increment dirty_metadata_bytes in set_btree_ioerr

We only add if we set the extent buffer dirty, and we subtract when we
clear the extent buffer dirty.  If we end up in set_btree_ioerr we have
already cleared the buffer dirty, and we aren't resetting dirty on the
extent buffer, so this is simply wrong.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: replace clearing extent buffer dirty bit with btrfs_clean_block

Now that we're passing in the trans into btrfs_clean_tree_block, we can
easily roll in the handling of the !trans case and replace all
occurrences of

if (test_and_clear_bit(EXTENT_BUFFER_DIRTY, &eb->bflags))
clear_extent_buffer_dirty(eb);

with

btrfs_tree_lock(eb);
btrfs_clean_tree_block(eb);
btrfs_tree_unlock(eb);

We need the lock because if we are actually dirty we need to make sure
we aren't racing with anything that's starting writeout currently.  This
also makes sure that we're accounting fs_info->dirty_metadata_bytes
appropriately.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add trans argument to btrfs_clean_tree_block

We check the header generation in the extent buffer against the current
running transaction id to see if it's safe to clear DIRTY on this
buffer.  Generally speaking if we're clearing the buffer dirty we're
holding the transaction open, but in the case of cleaning up an aborted
transaction we don't, so we have extra checks in that path to check the
transid.  To allow for a future cleanup go ahead and pass in the trans
handle so we don't have to rely on ->running_transaction being set.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: always lock the block before calling btrfs_clean_tree_block

We want to clean up the dirty handling for extent buffers so it's a
little more consistent, so skip the check for generation == transid and
simply always lock the extent buffer before calling btrfs_clean_tree_block.

Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

iomap: remove IOMAP_F_ZONE_APPEND

No users left now that btrfs takes REQ_OP_WRITE bios from iomap and
splits and converts them to REQ_OP_ZONE_APPEND internally.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: Damien Le Moal <damien.lemoal@opensource.wdc.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: split zone append bios in btrfs_submit_bio

The current btrfs zoned device support is a little cumbersome in the data
I/O path as it requires the callers to not issue I/O larger than the
supported ZONE_APPEND size of the underlying device.  This leads to a lot
of extra accounting.  Instead change btrfs_submit_bio so that it can take
write bios of arbitrary size and form from the upper layers, and just
split them internally to the ZONE_APPEND queue limits.  Then remove all
the upper layer warts catering to limited write sized on zoned devices,
including the extra refcount in the compressed_bio.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: calculate file system wide queue limit for zoned mode

To be able to split a write into properly sized zone append commands,
we need a queue_limits structure that contains the least common
denominator suitable for all devices.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove now spurious bio submission helpers

Call btrfs_submit_bio and btrfs_submit_compressed_read directly from
submit_one_bio now that all additional functionality has moved into
btrfs_submit_bio.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove the fs_info argument to btrfs_submit_bio

btrfs_submit_bio can derive it trivially from bbio->inode, so stop
bothering in the callers.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: open code submit_encoded_read_bio

Open code the functionality in the only caller and remove the now
superfluous error handling there.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove struct btrfs_io_geometry

Now that btrfs_get_io_geometry has a single caller, we can massage it
into a form that is more suitable for that caller and remove the
marshalling into and out of struct btrfs_io_geometry.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove stripe boundary calculation for encoded I/O

Stop looking at the stripe boundary in
btrfs_encoded_read_regular_fill_pages() now that btrfs_submit_bio can
split bios.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove stripe boundary calculation for compressed I/O

Stop looking at the stripe boundary in alloc_compressed_bio() now that
that btrfs_submit_bio can split bios, open code the now trivial code
from alloc_compressed_bio() in btrfs_submit_compressed_read and stop
maintaining the pending_ios count for reads as there is always just
a single bio now.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
[hch: remove more cruft in btrfs_submit_compressed_read,
      use btrfs_zoned_get_device in alloc_compressed_bio]
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove stripe boundary calculation for buffered I/O

Remove btrfs_bio_ctrl::len_to_stripe_boundary, so that buffer
I/O will no longer limit its bio size according to stripe length
now that btrfs_submit_bio can split bios at stripe boundaries.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
[hch: simplify calc_bio_boundaries a little more]
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: pass the iomap bio to btrfs_submit_bio

Now that btrfs_submit_bio splits the bio when crossing stripe boundaries,
there is no need for the higher level code to do that manually.

For direct I/O this is really helpful, as btrfs_submit_io can now simply
take the bio allocated by iomap and send it on to btrfs_submit_bio
instead of allocating clones.

For that to work, the bio embedded into struct btrfs_dio_private needs to
become a full btrfs_bio as expected by btrfs_submit_bio.

With this change there is a single work item to offload the entire iomap
bio so the heuristics to skip async processing for bios that were split
isn't needed anymore either.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: allow btrfs_submit_bio to split bios

Currently the I/O submitters have to split bios according to the chunk
stripe boundaries.  This leads to extra lookups in the extent trees and
a lot of boilerplate code.

To drop this requirement, split the bio when __btrfs_map_block returns a
mapping that is smaller than the requested size and keep a count of
pending bios in the original btrfs_bio so that the upper level
completion is only invoked when all clones have completed.

Based on a patch from Qu Wenruo.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Reviewed-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: support cloned bios in btree_csum_one_bio

To allow splitting bios in btrfs_submit_bio, btree_csum_one_bio needs to
be able to handle cloned bios.  As btree_csum_one_bio is always called
before handing the bio to the block layer that is trivially done by using
bio_for_each_segment instead of bio_for_each_segment_all.  Also switch
the function to take a btrfs_bio and use that to derive the fs_info.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: handle recording of zoned writes in the storage layer

Move the code that splits the ordered extents and records the physical
location for them to the storage layer so that the higher level consumers
don't have to care about physical block numbers at all.  This will also
allow to eventually remove accounting for the zone append write sizes in
the upper layer with a little bit more block layer work.

Reviewed-by: Naohiro Aota <naohiro.aota@wdc.com>
Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: handle checksum generation in the storage layer

Instead of letting the callers of btrfs_submit_bio deal with checksumming
the (meta)data in the bio and making decisions on when to offload the
checksumming to the bio, leave that to btrfs_submit_bio.  Do do so the
existing btrfs_submit_bio function is split into an upper and a lower
half, so that the lower half can be offloaded to a workqueue.

Note that this changes the behavior for direct writes to raid56 volumes so
that async checksum offloading is not skipped when more I/O is expected.
This runs counter to the argument explaining why it was done, although I
can't measure any affects of the change.  Commits later in this series
will make sure the entire direct writes is offloaded to the workqueue
at once and thus make sure it is sent to the raid56 code from a single
thread.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: simplify the btrfs_csum_one_bio calling convention

To prepare for further bio submission changes btrfs_csum_one_bio
should be able to take all it's arguments from the btrfs_bio structure.
It can always use the bbio->inode already, and once the compression code
is updated to set ->file_offset that one can be used unconditionally
as well instead of looking at the page mapping now that btrfs doesn't
allow ordered extents to span discontiguous data ranges.

The only slightly tricky bit is the one_ordered flag set by the
compressed writes.  Replace that one with the driver private bio
flag, which gets cleared before the bio is handed off to the block layer
so that we don't get in the way of driver use.

Note: this leaves an argument and a flag to btrfs_wq_submit_bio unused.
But that whole mechanism will be removed in its current form in the
next patch.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: open code the submit_bio_start helpers

The submit helpers are now trivial and can be called directly.  Note
that btree_csum_one_bio has to be moved up in the file a bit to avoid a
forward declaration.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove struct btrfs_bio::is_metadata flag

This flag is unused now, so remove it.  Re-expand the mirror_num field
to 8 bits, and move it to the I/O completion internal section of the
structure.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: rename btrfs_bio::iter field

Rename iter to saved_iter and move it next to the repair internals
and nothing outside of bio.c should be touching it.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove the io_failure_record infrastructure

struct io_failure_record and the io_failure_tree tree are unused now,
so remove them. This in turn makes struct btrfs_inode smaller by 16
bytes.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove struct btrfs_bio::device field

The device field is only used by the simple end I/O handler, and for
that it can simply be stored in the bi_private field of the bio,
which is currently used for the fs_info that can be retrieved through
bbio->inode as well.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove now unused checksumming helpers

Remove the unused btrfs_verify_data_csum helper, and fold
btrfs_check_data_csum into its only caller.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove btrfs_bio_for_each_sector

btrfs_bio_for_each_sector is unused now, so remove it.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: open code btrfs_bio_free_csum

btrfs_bio_free_csum has only one caller left, and that caller is always
for an data inode and doesn't need zeroing of the csum pointer as that
pointer will never be touched again.  Just open code the conditional
kfree there.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: handle checksum validation and repair at the storage layer

Currently btrfs handles checksum validation and repair in the end I/O
handler for the btrfs_bio.  This leads to a lot of duplicate code
plus issues with varying semantics or bugs, e.g.

- the until recently broken repair for compressed extents
- the fact that encoded reads validate the checksums but do not kick
  of read repair
- the inconsistent checking of the BTRFS_FS_STATE_NO_CSUMS flag

This commit revamps the checksum validation and repair code to instead
work below the btrfs_submit_bio interfaces.

In case of a checksum failure (or a plain old I/O error), the repair
is now kicked off before the upper level ->end_io handler is invoked.

Progress of an in-progress repair is tracked by a small structure
that is allocated using a mempool for each original bio with failed
sectors, which holds a reference to the original bio.   This new
structure is allocated using a mempool to guarantee forward progress
even under memory pressure.  The mempool will be replenished when
the repair completes, just as the mempools backing the bios.

There is one significant behavior change here:  If repair fails or
is impossible to start with, the whole bio will be failed to the
upper layer.  This is the behavior that all I/O submitters except
for buffered I/O already emulated in their end_io handler.  For
buffered I/O this now means that a large readahead request can
fail due to a single bad sector, but as readahead errors are ignored
the following readpage if the sector is actually accessed will
still be able to read.  This also matches the I/O failure handling
in other file systems.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add a btrfs_data_csum_ok helper

Add a new checksumming helper that wraps btrfs_check_data_csum and
does all the checks to if we're dealing with some form of nodatacsum
I/O.  This helper will be used by the new storage layer checksum
validation and repair code.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: pre-load data checksum for reads in btrfs_submit_bio

Instead of calling btrfs_lookup_bio_sums in every caller of
btrfs_submit_bio that reads data, do the call once in btrfs_submit_bio.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: save the bio iter for checksum validation in common code

All callers of btrfs_submit_bio that want to validate checksums
currently have to store a copy of the iter in the btrfs_bio.  Move
the assignment into common code.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: refactor error handling in btrfs_submit_bio

Add a bbio local variable and to prepare for calling functions that
return a blk_status_t, rename the existing int used for error handling
so that ret can be reused for the blk_status_t, and a label that can be
reused for failing the passed in bio.

Reviewed-by: Anand Jain <anand.jain@oracle.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: simplify parameters of btrfs_lookup_bio_sums

The csums argument is always NULL now, so remove it and always allocate
the csums array in the btrfs_bio.  Also pass the btrfs_bio instead of
inode + bio to document that this function requires a btrfs_bio and
not just any bio.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Reviewed-by: Anand Jain <anand.jain@oracle.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove the direct I/O read checksum lookup optimization

To prepare for pending changes drop the optimization to only look up
csums once per bio that is submitted from the iomap layer.  In the
short run this does cause additional lookups for fragmented direct
reads, but later in the series, the bio based lookup will be used on
the entire bio submitted from iomap, restoring the old behavior
in common code.

Reviewed-by: Anand Jain <anand.jain@oracle.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add a btrfs_inode pointer to struct btrfs_bio

All btrfs_bio I/Os are associated with an inode.  Add a pointer to that
inode, which will allow to simplify a lot of calling conventions, and
which will be needed in the I/O completion path in the future.

This grow the btrfs_bio structure by a pointer, but that grows will
be offset by the removal of the device pointer soon.

Reviewed-by: Anand Jain <anand.jain@oracle.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: better document struct btrfs_bio

Update the comments on btrfs_bio to better describe the structure.

Reviewed-by: Anand Jain <anand.jain@oracle.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

block: export bio_split_rw

bio_split_rw can be used by file systems to split and incoming write
bio into multiple bios fitting the hardware limit for use as ZONE_APPEND
bios.  Export it for initial use in btrfs.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: Chaitanya Kulkarni <kch@nvidia.com>
Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: raid56: reduce overhead to calculate the bio length

In rbio_update_error_bitmap(), we need to calculate the length of the
rbio.  As since it's called in the endio function, we can not directly
grab the length from bi_iter.

Currently we call bio_for_each_segment_all(), which will always return a
range inside a page.  But that's not necessary as we don't really care
about anything inside the page.

So use bio_for_each_bvec_all(), which can return a bvec across multiple
continuous pages thus reduce the loops.

Reviewed-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Signed-off-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: fix spelling mistakes found using codespell

There quite a few spelling mistakes as found using codespell. Fix them.

Signed-off-by: Colin Ian King <colin.i.king@gmail.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: skip backref walking during fiemap if we know the leaf is shared

During fiemap, when checking if a data extent is shared we are doing the
backref walking even if we already know the leaf is shared, which is a
waste of time since if the leaf shared then the data extent is also
shared. So skip the backref walking when we know we are in a shared leaf.

The following test was measures the gains for a case where all leaves
are shared due to a snapshot:

   $ cat test.sh
   #!/bin/bash

   DEV=/dev/sdj
   MNT=/mnt/sdj

   umount $DEV &> /dev/null
   mkfs.btrfs -f $DEV
   # Use compression to quickly create files with a lot of extents
   # (each with a size of 128K).
   mount -o compress=lzo $DEV $MNT

   # 40G gives 327680 extents, each with a size of 128K.
   xfs_io -f -c "pwrite -S 0xab -b 1M 0 40G" $MNT/foobar

   # Add some more files to increase the size of the fs and extent
   # trees (in the real world there's a lot of files and extents
   # from other files).
   xfs_io -f -c "pwrite -S 0xcd -b 1M 0 20G" $MNT/file1
   xfs_io -f -c "pwrite -S 0xef -b 1M 0 20G" $MNT/file2
   xfs_io -f -c "pwrite -S 0x73 -b 1M 0 20G" $MNT/file3

   # Create a snapshot so all the extents become indirectly shared
   # through subtrees, with a generation less than or equals to the
   # generation used to create the snapshot.
   btrfs subvolume snapshot -r $MNT $MNT/snap1

   # Unmount and mount again to clear cached metadata.
   umount $MNT
   mount -o compress=lzo $DEV $MNT

   start=$(date +%s%N)
   # The filefrag tool  uses the fiemap ioctl.
   filefrag $MNT/foobar
   end=$(date +%s%N)
   dur=$(( (end - start) / 1000000 ))
   echo "fiemap took $dur milliseconds (metadata not cached)"
   echo

   start=$(date +%s%N)
   filefrag $MNT/foobar
   end=$(date +%s%N)
   dur=$(( (end - start) / 1000000 ))
   echo "fiemap took $dur milliseconds (metadata cached)"

   umount $MNT

The results were the following on a non-debug kernel (Debian's default
kernel config).

Before this patch:

   (...)
   /mnt/sdi/foobar: 327680 extents found
   fiemap took 1821 milliseconds (metadata not cached)

   /mnt/sdi/foobar: 327680 extents found
   fiemap took 399 milliseconds (metadata cached)

After this patch:

   (...)
   /mnt/sdi/foobar: 327680 extents found
   fiemap took 591 milliseconds (metadata not cached)

   /mnt/sdi/foobar: 327680 extents found
   fiemap took 123 milliseconds (metadata cached)

That's a speedup of 3.1x and 3.2x.

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: assert commit root semaphore is held when accessing backref cache

During fiemap, when accessing the cache that stores the sharedness of an
extent, we need to either be holding a transaction handle or the commit
root semaphore. I left comments about this in the comment that precedes
store_backref_shared_cache() and lookup_backref_shared_cache(), but have
actually not enforced it through assertions. So assert that the commit
root semaphore is held if we are not holding a transaction handle.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: hold block group refcount during async discard

Async discard does not acquire the block group reference count while it
holds a reference on the discard list. This is generally OK, as the
paths which destroy block groups tend to try to synchronize on
cancelling async discard work. However, relying on cancelling work
requires careful analysis to be sure it is safe from races with
unpinning scheduling more work.

While I am unable to find a race with unpinning in the current code for
either the unused bgs or relocation paths, I believe we have one in an
older version of auto relocation in a Meta internal build. This suggests
that this is in fact an error prone model, and could be fragile to
future changes to these bg deletion paths.

To make this ownership more clear, add a refcount for async discard. If
work is queued for a block group, its refcount should be incremented,
and when work is completed or canceled, it should be decremented.

CC: stable@vger.kernel.org # 5.15+
Signed-off-by: Boris Burkov <boris@bur.io>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: send: cache utimes operations for directories if possible

Whenever we add or remove an entry to a directory, we issue an utimes
command for the directory. If we add 1000 entries to a directory (create
1000 files under it or move 1000 files to it), then we issue the same
utimes command 1000 times, which increases the send stream size, results
in more pipe IO, one search in the send b+tree, allocating one path for
the search, etc, as well as making the receiver do a system call for each
duplicated utimes command.

We also issue an utimes command when we create a new directory, but later
we might add entries to it corresponding to inodes with an higher inode
number, so it's pointless to issue the utimes command before we create
the last inode under the directory.

So use a lru cache to track directories for which we must send a utimes
command. When we need to remove an entry from the cache, we issue the
utimes command for the respective directory. When finishing the send
operation, we go over each cache element and issue the respective utimes
command. Finally the caching is entirely optional, just a performance
optimization, meaning that if we fail to cache (due to memory allocation
failure), we issue the utimes command right away, that is, we fallback
to the previous, unoptimized, behaviour.

This patch belongs to a patchset comprised of the following patches:

  btrfs: send: directly return from did_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid unnecessary generation search at did_overwrite_ref()
  btrfs: send: directly return from will_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid extra b+tree searches when checking reference overrides
  btrfs: send: remove send_progress argument from can_rmdir()
  btrfs: send: avoid duplicated orphan dir allocation and initialization
  btrfs: send: avoid unnecessary orphan dir rbtree search at can_rmdir()
  btrfs: send: reduce searches on parent root when checking if dir can be removed
  btrfs: send: iterate waiting dir move rbtree only once when processing refs
  btrfs: send: initialize all the red black trees earlier
  btrfs: send: genericize the backref cache to allow it to be reused
  btrfs: adapt lru cache to allow for 64 bits keys on 32 bits systems
  btrfs: send: cache information about created directories
  btrfs: allow a generation number to be associated with lru cache entries
  btrfs: add an api to delete a specific entry from the lru cache
  btrfs: send: use the lru cache to implement the name cache
  btrfs: send: update size of roots array for backref cache entries
  btrfs: send: cache utimes operations for directories if possible

The following test was run before and after applying the whole patchset,
and on a non-debug kernel (Debian's default kernel config):

   #!/bin/bash

   MNT=/mnt/sdi
   DEV=/dev/sdi

   mkfs.btrfs -f $DEV > /dev/null
   mount $DEV $MNT

   mkdir $MNT/A
   for ((i = 1; i <= 20000; i++)); do
       echo -n > $MNT/A/file_$i
   done

   btrfs subvolume snapshot -r $MNT $MNT/snap1

   mkdir $MNT/B
   for ((i = 20000; i <= 40000; i++)); do
       echo -n > $MNT/B/file_$i
   done

   mv $MNT/A/file_* $MNT/B/

   btrfs subvolume snapshot -r $MNT $MNT/snap2

   start=$(date +%s%N)
   btrfs send -p $MNT/snap1 $MNT/snap2 > /dev/null
   end=$(date +%s%N)

   dur=$(( (end - start) / 1000000 ))
   echo "Incremental send took $dur milliseconds"

   umount $MNT

Before the whole patchset: 18408 milliseconds
After the whole patchset:   1942 milliseconds  (9.5x speedup)

Using 60000 files instead of 40000:

Before the whole patchset: 39764 milliseconds
After the whole patchset:   3076 milliseconds  (12.9x speedup)

Using 20000 files instead of 40000:

Before the whole patchset:  5072 milliseconds
After the whole patchset:    916 milliseconds  (5.5x speedup)

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: send: update size of roots array for backref cache entries

Currently we limit the size of the roots array, for backref cache entries,
to 12 elements. This is because that number is enough for most cases and
to make the backref cache entry size to be exactly 128 bytes, so that
memory is allocated from the kmalloc-128 slab and no space is wasted.

However recent changes in the series refactored the backref cache to be
more generic and allow it to be reused for other purposes, which resulted
in increasing the size of the embedded structure btrfs_lru_cache_entry in
order to allow for supporting inode numbers as keys on 32 bits system and
allow multiple generations per key. This resulted in increasing the size
of struct backref_cache_entry from 128 bytes to 152 bytes. Since the cache
entries are allocated with kmalloc(), it means we end up using the slab
kmalloc-192, so we end up wasting 40 bytes of memory. So bump the size of
the roots array from 12 elements to 17 elements, so we end up using 192
bytes for each backref cache entry.

This patch is part of a larger patchset and the changelog of the last
patch in the series contains a sample performance test and results.
The patches that comprise the patchset are the following:

  btrfs: send: directly return from did_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid unnecessary generation search at did_overwrite_ref()
  btrfs: send: directly return from will_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid extra b+tree searches when checking reference overrides
  btrfs: send: remove send_progress argument from can_rmdir()
  btrfs: send: avoid duplicated orphan dir allocation and initialization
  btrfs: send: avoid unnecessary orphan dir rbtree search at can_rmdir()
  btrfs: send: reduce searches on parent root when checking if dir can be removed
  btrfs: send: iterate waiting dir move rbtree only once when processing refs
  btrfs: send: initialize all the red black trees earlier
  btrfs: send: genericize the backref cache to allow it to be reused
  btrfs: adapt lru cache to allow for 64 bits keys on 32 bits systems
  btrfs: send: cache information about created directories
  btrfs: allow a generation number to be associated with lru cache entries
  btrfs: add an api to delete a specific entry from the lru cache
  btrfs: send: use the lru cache to implement the name cache
  btrfs: send: update size of roots array for backref cache entries
  btrfs: send: cache utimes operations for directories if possible

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: send: use the lru cache to implement the name cache

The name cache in send is basically a lru cache implemented with a radix
tree and linked lists, very similar to the lru cache module which is used
for the send backref cache and the cache of previously created directories
during a send operation. So remove all the custom caching code for the
name cache and make it use the lru cache instead.

One particular detail to note is that the current cache behaves a bit
differently when it comes to eviction of entries. Namely when after
inserting a new name in the cache, if the cache now has 256 entries, we
evict the last 128 LRU entries. The lru_cache.{c,h} module behaves a bit
differently in that once we reach the cache limit, we evict a single LRU
entry. In practice this doesn't make much difference, but it's actually
better to evict just one entry instead of half of the entries, as there's
always a chance we will need a name stored in one of that last 128 removed
entries.

This patch is part of a larger patchset and the changelog of the last
patch in the series contains a sample performance test and results.
The patches that comprise the patchset are the following:

  btrfs: send: directly return from did_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid unnecessary generation search at did_overwrite_ref()
  btrfs: send: directly return from will_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid extra b+tree searches when checking reference overrides
  btrfs: send: remove send_progress argument from can_rmdir()
  btrfs: send: avoid duplicated orphan dir allocation and initialization
  btrfs: send: avoid unnecessary orphan dir rbtree search at can_rmdir()
  btrfs: send: reduce searches on parent root when checking if dir can be removed
  btrfs: send: iterate waiting dir move rbtree only once when processing refs
  btrfs: send: initialize all the red black trees earlier
  btrfs: send: genericize the backref cache to allow it to be reused
  btrfs: adapt lru cache to allow for 64 bits keys on 32 bits systems
  btrfs: send: cache information about created directories
  btrfs: allow a generation number to be associated with lru cache entries
  btrfs: add an api to delete a specific entry from the lru cache
  btrfs: send: use the lru cache to implement the name cache
  btrfs: send: update size of roots array for backref cache entries
  btrfs: send: cache utimes operations for directories if possible

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add an api to delete a specific entry from the lru cache

In order to replace the open coded name cache in send with the lru cache,
we need an API for the lru cache to delete a specific entry for which we
did a previous lookup. This adds the API for it, and a next patch in the
series will use it.

This patch is part of a larger patchset and the changelog of the last
patch in the series contains a sample performance test and results.
The patches that comprise the patchset are the following:

  btrfs: send: directly return from did_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid unnecessary generation search at did_overwrite_ref()
  btrfs: send: directly return from will_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid extra b+tree searches when checking reference overrides
  btrfs: send: remove send_progress argument from can_rmdir()
  btrfs: send: avoid duplicated orphan dir allocation and initialization
  btrfs: send: avoid unnecessary orphan dir rbtree search at can_rmdir()
  btrfs: send: reduce searches on parent root when checking if dir can be removed
  btrfs: send: iterate waiting dir move rbtree only once when processing refs
  btrfs: send: initialize all the red black trees earlier
  btrfs: send: genericize the backref cache to allow it to be reused
  btrfs: adapt lru cache to allow for 64 bits keys on 32 bits systems
  btrfs: send: cache information about created directories
  btrfs: allow a generation number to be associated with lru cache entries
  btrfs: add an api to delete a specific entry from the lru cache
  btrfs: send: use the lru cache to implement the name cache
  btrfs: send: update size of roots array for backref cache entries
  btrfs: send: cache utimes operations for directories if possible

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: allow a generation number to be associated with lru cache entries

This allows an optional generation number to be associated to each entry
of the lru cache. Entries with the same key but different generations, are
stored in the linked list to which the maple tree points to. This is meant
to be used when there's a small number of different generations, so the
impact of searching a linked list is negligible. The goal is to get rid of
the open coded name cache in the send code (which uses a radix tree and
a similar linked list of values/entries) and use instead the lru cache
module. For that particular use case we have at most 2 generations that
are associated to each key (inode number): one generation for the send
root and another generation for the parent root. The actual migration of
the send name cache is done in the next patch in the series.

This patch is part of a larger patchset and the changelog of the last
patch in the series contains a sample performance test and results.
The patches that comprise the patchset are the following:

  btrfs: send: directly return from did_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid unnecessary generation search at did_overwrite_ref()
  btrfs: send: directly return from will_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid extra b+tree searches when checking reference overrides
  btrfs: send: remove send_progress argument from can_rmdir()
  btrfs: send: avoid duplicated orphan dir allocation and initialization
  btrfs: send: avoid unnecessary orphan dir rbtree search at can_rmdir()
  btrfs: send: reduce searches on parent root when checking if dir can be removed
  btrfs: send: iterate waiting dir move rbtree only once when processing refs
  btrfs: send: initialize all the red black trees earlier
  btrfs: send: genericize the backref cache to allow it to be reused
  btrfs: adapt lru cache to allow for 64 bits keys on 32 bits systems
  btrfs: send: cache information about created directories
  btrfs: allow a generation number to be associated with lru cache entries
  btrfs: add an api to delete a specific entry from the lru cache
  btrfs: send: use the lru cache to implement the name cache
  btrfs: send: update size of roots array for backref cache entries
  btrfs: send: cache utimes operations for directories if possible

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: send: cache information about created directories

During an incremental send, when processing the reference for an inode
we need to check if the directory where the new reference is located was
already created before creating the new reference. This check, which is
done by the helper did_create_dir(), can be expensive if the directory
has many entries, since it consists in searching the send root's b+tree
and visiting every single dir index key until we either find one which
points to an inode with a number smaller than the current inode's number
or until we visited all index keys. So it doesn't scale well for very
large directories.

So improve on this by caching created directories using a lru cache, and
limiting its size to 64 entries, which results in using at most 4096
bytes of memory. The caching is optional, if we fail to allocate memory,
we just proceed as before and use the existing slower path.

This patch is part of a larger patchset and the changelog of the last
patch in the series contains a sample performance test and results.
The patches that comprise the patchset are the following:

  btrfs: send: directly return from did_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid unnecessary generation search at did_overwrite_ref()
  btrfs: send: directly return from will_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid extra b+tree searches when checking reference overrides
  btrfs: send: remove send_progress argument from can_rmdir()
  btrfs: send: avoid duplicated orphan dir allocation and initialization
  btrfs: send: avoid unnecessary orphan dir rbtree search at can_rmdir()
  btrfs: send: reduce searches on parent root when checking if dir can be removed
  btrfs: send: iterate waiting dir move rbtree only once when processing refs
  btrfs: send: initialize all the red black trees earlier
  btrfs: send: genericize the backref cache to allow it to be reused
  btrfs: adapt lru cache to allow for 64 bits keys on 32 bits systems
  btrfs: send: cache information about created directories
  btrfs: allow a generation number to be associated with lru cache entries
  btrfs: add an api to delete a specific entry from the lru cache
  btrfs: send: use the lru cache to implement the name cache
  btrfs: send: update size of roots array for backref cache entries
  btrfs: send: cache utimes operations for directories if possible

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: adapt lru cache to allow for 64 bits keys on 32 bits systems

The lru cache is backed by a maple tree, which uses the unsigned long
type for keys, and that type has a width of 32 bits on 32 bits systems
and a width of 64 bits on 64 bits systems.

Currently there is only one user of the lru cache, the send backref cache,
which uses a sector number as a key, a logical address right shifted by
fs_info->sectorsize_bits, so a 32 bits width is not yet a problem (the
same happens with the radix tree we use to track extent buffers,
fs_info->buffer_radix).

However the next patches in the series will start using the lru cache for
cases where inode numbers are the keys, and the inode numbers are always
64 bits, even if we are running on a 32 bits system.

So adapt the lru cache to allow multiple values under the same key, by
having the maple tree store a head entry that points to a list of entries
instead of pointing to a single entry. This is a similar approach to what
we currently do for the name cache in send (which uses a radix tree that
has indexes with an unsigned long type as well), and will allow later to
use the lru cache for the send name cache as well.

This patch is part of a larger patchset and the changelog of the last
patch in the series contains a sample performance test and results.
The patches that comprise the patchset are the following:

  btrfs: send: directly return from did_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid unnecessary generation search at did_overwrite_ref()
  btrfs: send: directly return from will_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid extra b+tree searches when checking reference overrides
  btrfs: send: remove send_progress argument from can_rmdir()
  btrfs: send: avoid duplicated orphan dir allocation and initialization
  btrfs: send: avoid unnecessary orphan dir rbtree search at can_rmdir()
  btrfs: send: reduce searches on parent root when checking if dir can be removed
  btrfs: send: iterate waiting dir move rbtree only once when processing refs
  btrfs: send: initialize all the red black trees earlier
  btrfs: send: genericize the backref cache to allow it to be reused
  btrfs: adapt lru cache to allow for 64 bits keys on 32 bits systems
  btrfs: send: cache information about created directories
  btrfs: allow a generation number to be associated with lru cache entries
  btrfs: add an api to delete a specific entry from the lru cache
  btrfs: send: use the lru cache to implement the name cache
  btrfs: send: update size of roots array for backref cache entries
  btrfs: send: cache utimes operations for directories if possible

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: send: genericize the backref cache to allow it to be reused

The backref cache is a cache backed by a maple tree and a linked list to
keep track of temporal access to cached entries (the LRU entry always at
the head of the list). This type of caching method is going to be useful
in other scenarios, so make the cache implementation more generic and
move it into its own header and source files.

This patch is part of a larger patchset and the changelog of the last
patch in the series contains a sample performance test and results.
The patches that comprise the patchset are the following:

  btrfs: send: directly return from did_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid unnecessary generation search at did_overwrite_ref()
  btrfs: send: directly return from will_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid extra b+tree searches when checking reference overrides
  btrfs: send: remove send_progress argument from can_rmdir()
  btrfs: send: avoid duplicated orphan dir allocation and initialization
  btrfs: send: avoid unnecessary orphan dir rbtree search at can_rmdir()
  btrfs: send: reduce searches on parent root when checking if dir can be removed
  btrfs: send: iterate waiting dir move rbtree only once when processing refs
  btrfs: send: initialize all the red black trees earlier
  btrfs: send: genericize the backref cache to allow it to be reused
  btrfs: adapt lru cache to allow for 64 bits keys on 32 bits systems
  btrfs: send: cache information about created directories
  btrfs: allow a generation number to be associated with lru cache entries
  btrfs: add an api to delete a specific entry from the lru cache
  btrfs: send: use the lru cache to implement the name cache
  btrfs: send: update size of roots array for backref cache entries
  btrfs: send: cache utimes operations for directories if possible

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: send: initialize all the red black trees earlier

After we allocate the send context object and before we initialize all
the red black trees, we can jump to the 'out' label if some errors happen,
and then under the 'out' label we use RB_EMPTY_ROOT() against some of the
those trees, which we have not yet initialized. This happens to work out
ok because the send context object was initialized to zeroes with kzalloc
and the RB_ROOT initializer just happens to have the following definition:

    #define RB_ROOT (struct rb_root) { NULL, }

But it's really neither clean nor a good practice as RB_ROOT is supposed
to be opaque and in case it changes or we change those red black trees to
some other data structure, it leaves us in a precarious situation.

So initialize all the red black trees immediately after allocating the
send context and before any jump into the 'out' label.

This patch is part of a larger patchset and the changelog of the last
patch in the series contains a sample performance test and results.
The patches that comprise the patchset are the following:

  btrfs: send: directly return from did_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid unnecessary generation search at did_overwrite_ref()
  btrfs: send: directly return from will_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid extra b+tree searches when checking reference overrides
  btrfs: send: remove send_progress argument from can_rmdir()
  btrfs: send: avoid duplicated orphan dir allocation and initialization
  btrfs: send: avoid unnecessary orphan dir rbtree search at can_rmdir()
  btrfs: send: reduce searches on parent root when checking if dir can be removed
  btrfs: send: iterate waiting dir move rbtree only once when processing refs
  btrfs: send: initialize all the red black trees earlier
  btrfs: send: genericize the backref cache to allow it to be reused
  btrfs: adapt lru cache to allow for 64 bits keys on 32 bits systems
  btrfs: send: cache information about created directories
  btrfs: allow a generation number to be associated with lru cache entries
  btrfs: add an api to delete a specific entry from the lru cache
  btrfs: send: use the lru cache to implement the name cache
  btrfs: send: update size of roots array for backref cache entries
  btrfs: send: cache utimes operations for directories if possible

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: send: iterate waiting dir move rbtree only once when processing refs

When processing the new references for an inode, we unnecessarily iterate
twice the waiting dir moves rbtree, once with is_waiting_for_move() and
if we found an entry in the rbtree, we iterate it again with a call to
get_waiting_dir_move(). This is pointless, we can make this simpler and
more efficient by calling only get_waiting_dir_move(), so just do that.

This patch is part of a larger patchset and the changelog of the last
patch in the series contains a sample performance test and results.
The patches that comprise the patchset are the following:

  btrfs: send: directly return from did_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid unnecessary generation search at did_overwrite_ref()
  btrfs: send: directly return from will_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid extra b+tree searches when checking reference overrides
  btrfs: send: remove send_progress argument from can_rmdir()
  btrfs: send: avoid duplicated orphan dir allocation and initialization
  btrfs: send: avoid unnecessary orphan dir rbtree search at can_rmdir()
  btrfs: send: reduce searches on parent root when checking if dir can be removed
  btrfs: send: iterate waiting dir move rbtree only once when processing refs
  btrfs: send: initialize all the red black trees earlier
  btrfs: send: genericize the backref cache to allow it to be reused
  btrfs: adapt lru cache to allow for 64 bits keys on 32 bits systems
  btrfs: send: cache information about created directories
  btrfs: allow a generation number to be associated with lru cache entries
  btrfs: add an api to delete a specific entry from the lru cache
  btrfs: send: use the lru cache to implement the name cache
  btrfs: send: update size of roots array for backref cache entries
  btrfs: send: cache utimes operations for directories if possible

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: send: reduce searches on parent root when checking if dir can be removed

During an incremental send, every time we remove a reference (dentry) for
an inode and the parent directory does not exists anymore in the send
root, we go check if we can remove the directory by making a call to
can_rmdir(). This helper can only return true (value 1) if all dentries
were already removed, and for that it always does a search on the parent
root for dir index keys - if it finds any dentry referring to an inode
with a number higher then the inode currently being processed, then the
directory can not be removed and it must return false (value 0).

However that means if a directory that was deleted had 1000 dentries, and
each one pointed to an inode with a number higher then the number of the
directory's inode, we end up doing 1000 searches on the parent root.
Typically files are created in a directory after the directory was created
and therefore they get an higher inode number than the directory. It's
also common to have the each dentry pointing to an inode with a higher
number then the inodes the previous dentries point to, for example when
creating a series of files inside a directory, a very common pattern.

So improve on that by having the first call to can_rmdir() for a directory
to check the number of the inode that the last dentry points to and cache
that inode number in the orphan dir structure. Then every subsequent call
to can_rmdir() can avoid doing a search on the parent root if the number
of the inode currently being processed is smaller than cached inode number
at the directory's orphan dir structure.

This patch is part of a larger patchset and the changelog of the last
patch in the series contains a sample performance test and results.
The patches that comprise the patchset are the following:

  btrfs: send: directly return from did_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid unnecessary generation search at did_overwrite_ref()
  btrfs: send: directly return from will_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid extra b+tree searches when checking reference overrides
  btrfs: send: remove send_progress argument from can_rmdir()
  btrfs: send: avoid duplicated orphan dir allocation and initialization
  btrfs: send: avoid unnecessary orphan dir rbtree search at can_rmdir()
  btrfs: send: reduce searches on parent root when checking if dir can be removed
  btrfs: send: iterate waiting dir move rbtree only once when processing refs
  btrfs: send: initialize all the red black trees earlier
  btrfs: send: genericize the backref cache to allow it to be reused
  btrfs: adapt lru cache to allow for 64 bits keys on 32 bits systems
  btrfs: send: cache information about created directories
  btrfs: allow a generation number to be associated with lru cache entries
  btrfs: add an api to delete a specific entry from the lru cache
  btrfs: send: use the lru cache to implement the name cache
  btrfs: send: update size of roots array for backref cache entries
  btrfs: send: cache utimes operations for directories if possible

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: send: avoid unnecessary orphan dir rbtree search at can_rmdir()

At can_rmdir() we start by searching the orphan dirs rbtree for an orphan
dir object for the target directory. Later when iterating over the dir
index keys, if we find that any dir entry points to inode for which there
is a pending dir move or the inode was not yet processed, we exit because
we can't remove the directory yet. However we end up always calling
add_orphan_dir_info(), which will iterate again the rbtree and if there is
already an orphan dir object (created by the first call to can_rmdir()),
it returns the existing object. This is unnecessary work because in case
there is already an existing orphan dir object, we got a reference to it
at the start of can_rmdir(). So skip the call to add_orphan_dir_info()
if we already have a reference for an orphan dir object.

This patch is part of a larger patchset and the changelog of the last
patch in the series contains a sample performance test and results.
The patches that comprise the patchset are the following:

  btrfs: send: directly return from did_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid unnecessary generation search at did_overwrite_ref()
  btrfs: send: directly return from will_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid extra b+tree searches when checking reference overrides
  btrfs: send: remove send_progress argument from can_rmdir()
  btrfs: send: avoid duplicated orphan dir allocation and initialization
  btrfs: send: avoid unnecessary orphan dir rbtree search at can_rmdir()
  btrfs: send: reduce searches on parent root when checking if dir can be removed
  btrfs: send: iterate waiting dir move rbtree only once when processing refs
  btrfs: send: initialize all the red black trees earlier
  btrfs: send: genericize the backref cache to allow it to be reused
  btrfs: adapt lru cache to allow for 64 bits keys on 32 bits systems
  btrfs: send: cache information about created directories
  btrfs: allow a generation number to be associated with lru cache entries
  btrfs: add an api to delete a specific entry from the lru cache
  btrfs: send: use the lru cache to implement the name cache
  btrfs: send: update size of roots array for backref cache entries
  btrfs: send: cache utimes operations for directories if possible

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: send: avoid duplicated orphan dir allocation and initialization

At can_rmdir() we are allocating and initializing an orphan dir object
twice. This can be deduplicated outside of the loop that iterates over
the dir index keys. So deduplicate that code, even because other patch
in the series will need to add more initialization code and another one
will add one more condition.

This patch is part of a larger patchset and the changelog of the last
patch in the series contains a sample performance test and results.
The patches that comprise the patchset are the following:

  btrfs: send: directly return from did_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid unnecessary generation search at did_overwrite_ref()
  btrfs: send: directly return from will_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid extra b+tree searches when checking reference overrides
  btrfs: send: remove send_progress argument from can_rmdir()
  btrfs: send: avoid duplicated orphan dir allocation and initialization
  btrfs: send: avoid unnecessary orphan dir rbtree search at can_rmdir()
  btrfs: send: reduce searches on parent root when checking if dir can be removed
  btrfs: send: iterate waiting dir move rbtree only once when processing refs
  btrfs: send: initialize all the red black trees earlier
  btrfs: send: genericize the backref cache to allow it to be reused
  btrfs: adapt lru cache to allow for 64 bits keys on 32 bits systems
  btrfs: send: cache information about created directories
  btrfs: allow a generation number to be associated with lru cache entries
  btrfs: add an api to delete a specific entry from the lru cache
  btrfs: send: use the lru cache to implement the name cache
  btrfs: send: update size of roots array for backref cache entries
  btrfs: send: cache utimes operations for directories if possible

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: send: remove send_progress argument from can_rmdir()

All callers of can_rmdir() pass sctx->cur_ino as the value for the
send_progress argument, so remove the argument and directly use
sctx->cur_ino.

This patch is part of a larger patchset and the changelog of the last
patch in the series contains a sample performance test and results.
The patches that comprise the patchset are the following:

  btrfs: send: directly return from did_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid unnecessary generation search at did_overwrite_ref()
  btrfs: send: directly return from will_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid extra b+tree searches when checking reference overrides
  btrfs: send: remove send_progress argument from can_rmdir()
  btrfs: send: avoid duplicated orphan dir allocation and initialization
  btrfs: send: avoid unnecessary orphan dir rbtree search at can_rmdir()
  btrfs: send: reduce searches on parent root when checking if dir can be removed
  btrfs: send: iterate waiting dir move rbtree only once when processing refs
  btrfs: send: initialize all the red black trees earlier
  btrfs: send: genericize the backref cache to allow it to be reused
  btrfs: adapt lru cache to allow for 64 bits keys on 32 bits systems
  btrfs: send: cache information about created directories
  btrfs: allow a generation number to be associated with lru cache entries
  btrfs: add an api to delete a specific entry from the lru cache
  btrfs: send: use the lru cache to implement the name cache
  btrfs: send: update size of roots array for backref cache entries
  btrfs: send: cache utimes operations for directories if possible

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: send: avoid extra b+tree searches when checking reference overrides

During an incremental send, when processing the new references of an inode
(either it's a new inode or an existing one renamed/moved), he will search
the b+tree of the send or parent roots in order to find out the inode item
of the parent directory and extract its generation. However we are doing
that search twice, once with is_inode_existent() -> get_cur_inode_state()
and then again at did_overwrite_ref() or will_overwrite_ref().

So avoid that and get the generation at get_cur_inode_state() and then
propagate it up to did_overwrite_ref() and will_overwrite_ref().

This patch is part of a larger patchset and the changelog of the last
patch in the series contains a sample performance test and results.
The patches that comprise the patchset are the following:

  btrfs: send: directly return from did_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid unnecessary generation search at did_overwrite_ref()
  btrfs: send: directly return from will_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid extra b+tree searches when checking reference overrides
  btrfs: send: remove send_progress argument from can_rmdir()
  btrfs: send: avoid duplicated orphan dir allocation and initialization
  btrfs: send: avoid unnecessary orphan dir rbtree search at can_rmdir()
  btrfs: send: reduce searches on parent root when checking if dir can be removed
  btrfs: send: iterate waiting dir move rbtree only once when processing refs
  btrfs: send: initialize all the red black trees earlier
  btrfs: send: genericize the backref cache to allow it to be reused
  btrfs: adapt lru cache to allow for 64 bits keys on 32 bits systems
  btrfs: send: cache information about created directories
  btrfs: allow a generation number to be associated with lru cache entries
  btrfs: add an api to delete a specific entry from the lru cache
  btrfs: send: use the lru cache to implement the name cache
  btrfs: send: update size of roots array for backref cache entries
  btrfs: send: cache utimes operations for directories if possible

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: send: directly return from will_overwrite_ref() and simplify it

There are no resources to release before will_overwrite_ref() returns, so
we don't really need the 'out' label and jumping to it when conditions are
met - we can directly return and get rid of the label and jumps. Also we
can deal with -ENOENT and other errors in a single if-else logic, as it's
more straightforward.

This helps the next patch in the series to be more simple as well.

This patch is part of a larger patchset and the changelog of the last
patch in the series contains a sample performance test and results.
The patches that comprise the patchset are the following:

  btrfs: send: directly return from did_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid unnecessary generation search at did_overwrite_ref()
  btrfs: send: directly return from will_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid extra b+tree searches when checking reference overrides
  btrfs: send: remove send_progress argument from can_rmdir()
  btrfs: send: avoid duplicated orphan dir allocation and initialization
  btrfs: send: avoid unnecessary orphan dir rbtree search at can_rmdir()
  btrfs: send: reduce searches on parent root when checking if dir can be removed
  btrfs: send: iterate waiting dir move rbtree only once when processing refs
  btrfs: send: initialize all the red black trees earlier
  btrfs: send: genericize the backref cache to allow it to be reused
  btrfs: adapt lru cache to allow for 64 bits keys on 32 bits systems
  btrfs: send: cache information about created directories
  btrfs: allow a generation number to be associated with lru cache entries
  btrfs: add an api to delete a specific entry from the lru cache
  btrfs: send: use the lru cache to implement the name cache
  btrfs: send: update size of roots array for backref cache entries
  btrfs: send: cache utimes operations for directories if possible

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: send: avoid unnecessary generation search at did_overwrite_ref()

At did_overwrite_ref() we always call get_inode_gen() to find out the
generation of the inode 'ow_inode'. However we don't always need to use
that generation, and in fact it's very common to not use it, so we end
up doing a b+tree search on the send root, allocating a path, etc, for
nothing. So improve on this by getting the generation only if we need
to use it.

This patch is part of a larger patchset and the changelog of the last
patch in the series contains a sample performance test and results.
The patches that comprise the patchset are the following:

  btrfs: send: directly return from did_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid unnecessary generation search at did_overwrite_ref()
  btrfs: send: directly return from will_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid extra b+tree searches when checking reference overrides
  btrfs: send: remove send_progress argument from can_rmdir()
  btrfs: send: avoid duplicated orphan dir allocation and initialization
  btrfs: send: avoid unnecessary orphan dir rbtree search at can_rmdir()
  btrfs: send: reduce searches on parent root when checking if dir can be removed
  btrfs: send: iterate waiting dir move rbtree only once when processing refs
  btrfs: send: initialize all the red black trees earlier
  btrfs: send: genericize the backref cache to allow it to be reused
  btrfs: adapt lru cache to allow for 64 bits keys on 32 bits systems
  btrfs: send: cache information about created directories
  btrfs: allow a generation number to be associated with lru cache entries
  btrfs: add an api to delete a specific entry from the lru cache
  btrfs: send: use the lru cache to implement the name cache
  btrfs: send: update size of roots array for backref cache entries
  btrfs: send: cache utimes operations for directories if possible

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: send: directly return from did_overwrite_ref() and simplify it

There are no resources to release before did_overwrite_ref() returns, so
we don't really need the 'out' label and jumping to it when conditions are
met - we can directly return and get rid of the label and jumps. Also we
can deal with -ENOENT and other errors in a single if-else logic, as it's
more straightforward.

This helps the next patch in the series to be more simple as well.

This patch is part of a larger patchset and the changelog of the last
patch in the series contains a sample performance test and results.
The patches that comprise the patchset are the following:

  btrfs: send: directly return from did_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid unnecessary generation search at did_overwrite_ref()
  btrfs: send: directly return from will_overwrite_ref() and simplify it
  btrfs: send: avoid extra b+tree searches when checking reference overrides
  btrfs: send: remove send_progress argument from can_rmdir()
  btrfs: send: avoid duplicated orphan dir allocation and initialization
  btrfs: send: avoid unnecessary orphan dir rbtree search at can_rmdir()
  btrfs: send: reduce searches on parent root when checking if dir can be removed
  btrfs: send: iterate waiting dir move rbtree only once when processing refs
  btrfs: send: initialize all the red black trees earlier
  btrfs: send: genericize the backref cache to allow it to be reused
  btrfs: adapt lru cache to allow for 64 bits keys on 32 bits systems
  btrfs: send: cache information about created directories
  btrfs: allow a generation number to be associated with lru cache entries
  btrfs: add an api to delete a specific entry from the lru cache
  btrfs: send: use the lru cache to implement the name cache
  btrfs: send: update size of roots array for backref cache entries
  btrfs: send: cache utimes operations for directories if possible

Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: sysfs: update fs features directory asynchronously

[BUG]
Since the introduction of per-fs feature sysfs interface
(/sys/fs/btrfs/<UUID>/features/), the content of that directory is never
updated.

Thus for the following case, that directory will not show the new
features like RAID56:

  # mkfs.btrfs -f $dev1 $dev2 $dev3
  # mount $dev1 $mnt
  # btrfs balance start -f -mconvert=raid5 $mnt
  # ls /sys/fs/btrfs/$uuid/features/
  extended_iref  free_space_tree  no_holes  skinny_metadata

While after unmount and mount, we got the correct features:

  # umount $mnt
  # mount $dev1 $mnt
  # ls /sys/fs/btrfs/$uuid/features/
  extended_iref  free_space_tree  no_holes  raid56 skinny_metadata

[CAUSE]
Because we never really try to update the content of per-fs features/
directory.

We had an attempt to update the features directory dynamically in commit
14e46e04958d ("btrfs: synchronize incompat feature bits with sysfs
files"), but unfortunately it get reverted in commit e410e34fad91
("Revert "btrfs: synchronize incompat feature bits with sysfs files"").
The problem in the original patch is, in the context of
btrfs_create_chunk(), we can not afford to update the sysfs group.

The exported but never utilized function, btrfs_sysfs_feature_update()
is the leftover of such attempt.  As even if we go sysfs_update_group(),
new files will need extra memory allocation, and we have no way to
specify the sysfs update to go GFP_NOFS.

[FIX]
This patch will address the old problem by doing asynchronous sysfs
update in the cleaner thread.

This involves the following changes:

- Make __btrfs_(set|clear)_fs_(incompat|compat_ro) helpers to set
  BTRFS_FS_FEATURE_CHANGED flag when needed

- Update btrfs_sysfs_feature_update() to use sysfs_update_group()
  And drop unnecessary arguments.

- Call btrfs_sysfs_feature_update() in cleaner_kthread
  If we have the BTRFS_FS_FEATURE_CHANGED flag set.

- Wake up cleaner_kthread in btrfs_commit_transaction if we have
  BTRFS_FS_FEATURE_CHANGED flag

By this, all the previously dangerous call sites like
btrfs_create_chunk() need no new changes, as above helpers would
have already set the BTRFS_FS_FEATURE_CHANGED flag.

The real work happens at cleaner_kthread, thus we pay the cost of
delaying the update to sysfs directory, but the delayed time should be
small enough that end user can not distinguish though it might get
delayed if the cleaner thread is busy with removing subvolumes or
defrag.

CC: stable@vger.kernel.org # 4.14+
Reviewed-by: Anand Jain <anand.jain@oracle.com>
Signed-off-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove duplicate include header in extent-tree.c

extent-tree.h is included more than once, added in a0231804affe ("btrfs:
move extent-tree helpers into their own header file").

Signed-off-by: ye xingchen <ye.xingchen@zte.com.cn>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: scrub: improve tree block error reporting

[BUG]
When debugging a scrub related metadata error, it turns out that our
metadata error reporting is not ideal.

The only 3 error messages are:

- BTRFS error (device dm-2): bdev /dev/mapper/test-scratch1 errs: wr 0, rd 0, flush 0, corrupt 0, gen 1
  Showing we have metadata generation mismatch errors.

- BTRFS error (device dm-2): unable to fixup (regular) error at logical 7110656 on dev /dev/mapper/test-scratch1
  Showing which tree blocks are corrupted.

- BTRFS warning (device dm-2): checksum/header error at logical 24772608 on dev /dev/mapper/test-scratch2, physical 3801088: metadata node (level 1) in tree 5
  Showing which physical range the corrupted metadata is at.

We have to combine the above 3 to know we have a corrupted metadata with
generation mismatch.

And this is already the better case, if we have other problems, like
fsid mismatch, we can not even know the cause.

[CAUSE]
The problem is caused by the fact that, scrub_checksum_tree_block()
never outputs any error message.

It just return two bits for scrub: sblock->header_error, and
sblock->generation_error.

And later we report error in scrub_print_warning(), but unfortunately we
only have two bits, there is not really much thing we can done to print
any detailed errors.

[FIX]
This patch will do the following to enhance the error reporting of
metadata scrub:

- Add extra warning (ratelimited) for every error we hit
  This can help us to distinguish the different types of errors.
  Some errors can help us to know what's going wrong immediately,
  like bytenr mismatch.

- Re-order the checks
  Currently we check bytenr first, then immediately generation.
  This can lead to false generation mismatch reports, while the fsid
  mismatches.

Here is the new output for the bug I'm debugging (we forgot to
writeback tree blocks for commit roots):

 BTRFS warning (device dm-2): tree block 24117248 mirror 1 has bad fsid, has b77cd862-f150-4c71-90ec-7baf0544d83f want 17df6abf-23cd-445f-b350-5b3e40bfd2fc
 BTRFS warning (device dm-2): tree block 24117248 mirror 0 has bad fsid, has b77cd862-f150-4c71-90ec-7baf0544d83f want 17df6abf-23cd-445f-b350-5b3e40bfd2fc

Now we can immediately know it's some tree blocks didn't even get written
back, other than the original confusing generation mismatch.

Signed-off-by: Qu Wenruo <wqu@suse.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: don't use size classes for zoned file systems

When a file system has ZNS devices which are constrained by a maximum
number of active block groups, then not being able to use all the block
groups for every allocation is not ideal, and could cause us to loop a
ton with mixed size allocations.

In general, since zoned doesn't write into gaps behind where block
groups are writing, it is not susceptible to the same sort of
fragmentation that size classes are designed to solve, so we can skip
size classes for zoned file systems in general, even though there would
probably be no harm for SMR devices.

Signed-off-by: Boris Burkov <boris@bur.io>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: load block group size class when caching

Since the size class is an artifact of an arbitrary anti fragmentation
strategy, it doesn't really make sense to persist it. Furthermore, most
of the size class logic assumes fresh block groups. That is of course
not a reasonable assumption -- we will be upgrading kernels with
existing filesystems whose block groups are not classified.

To work around those issues, implement logic to compute the size class
of the block groups as we cache them in. To perfectly assess the state
of a block group, we would have to read the entire extent tree (since
the free space cache mashes together contiguous extent items) which
would be prohibitively expensive for larger file systems with more
extents.

We can do it relatively cheaply by implementing a simple heuristic of
sampling a handful of extents and picking the smallest one we see. In
the happy case where the block group was classified, we will only see
extents of the correct size. In the unhappy case, we will hopefully find
one of the smaller extents, but there is no perfect answer anyway.
Autorelocation will eventually churn up the block group if there is
significant freeing anyway.

There was no regression in mount performance at end state of the fsperf
test suite, and the delay until the block group is marked cached is
minimized by the constant number of extent samples.

Signed-off-by: Boris Burkov <boris@bur.io>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: introduce size class to block group allocator

The aim of this patch is to reduce the fragmentation of block groups
under certain unhappy workloads. It is particularly effective when the
size of extents correlates with their lifetime, which is something we
have observed causing fragmentation in the fleet at Meta.

This patch categorizes extents into size classes:

- x < 128KiB: "small"
- 128KiB < x < 8MiB: "medium"
- x > 8MiB: "large"

and as much as possible reduces allocations of extents into block groups
that don't match the size class. This takes advantage of any (possible)
correlation between size and lifetime and also leaves behind predictable
re-usable gaps when extents are freed; small writes don't gum up bigger
holes.

Size classes are implemented in the following way:

- Mark each new block group with a size class of the first allocation
  that goes into it.

- Add two new passes to ffe: "unset size class" and "wrong size class".
  First, try only matching block groups, then try unset ones, then allow
  allocation of new ones, and finally allow mismatched block groups.

- Filtering is done just by skipping inappropriate ones, there is no
  special size class indexing.

Other solutions I considered were:

- A best fit allocator with an rb-tree. This worked well, as small
  writes didn't leak big holes from large freed extents, but led to
  regressions in ffe and write performance due to lock contention on
  the rb-tree with every allocation possibly updating it in parallel.
  Perhaps something clever could be done to do the updates in the
  background while being "right enough".

- A fixed size "working set". This prevents freeing an extent
  drastically changing where writes currently land, and seems like a
  good option too. Doesn't take advantage of size in any way.

- The same size class idea, but implemented with xarray marks. This
  turned out to be slower than looping the linked list and skipping
  wrong block groups, and is also less flexible since we must have only
  3 size classes (max #marks). With the current approach we can have as
  many as we like.

Performance testing was done via: https://github.com/josefbacik/fsperf
Of particular relevance are the new fragmentation specific tests.

A brief summary of the testing results:

- Neutral results on existing tests. There are some minor regressions
  and improvements here and there, but nothing that truly stands out as
  notable.
- Improvement on new tests where size class and extent lifetime are
  correlated. Fragmentation in these cases is completely eliminated
  and write performance is generally a little better. There is also
  significant improvement where extent sizes are just a bit larger than
  the size class boundaries.
- Regression on one new tests: where the allocations are sized
  intentionally a hair under the borders of the size classes. Results
  are neutral on the test that intentionally attacks this new scheme by
  mixing extent size and lifetime.

The full dump of the performance results can be found here:
https://bur.io/fsperf/size-class-2022-11-15.txt
(there are ANSI escape codes, so best to curl and view in terminal)

Here is a snippet from the full results for a new test which mixes
buffered writes appending to a long lived set of files and large short
lived fallocates:

bufferedappendvsfallocate results
         metric             baseline       current        stdev            diff
======================================================================================
avg_commit_ms                    31.13         29.20          2.67     -6.22%
bg_count                            14         15.60             0     11.43%
commits                          11.10         12.20          0.32      9.91%
elapsed                          27.30         26.40          2.98     -3.30%
end_state_mount_ns         11122551.90   10635118.90     851143.04     -4.38%
end_state_umount_ns           1.36e+09      1.35e+09   12248056.65     -1.07%
find_free_extent_calls       116244.30     114354.30        964.56     -1.63%
find_free_extent_ns_max      599507.20    1047168.20     103337.08     74.67%
find_free_extent_ns_mean       3607.19       3672.11        101.20      1.80%
find_free_extent_ns_min            500           512          6.67      2.40%
find_free_extent_ns_p50           2848          2876         37.65      0.98%
find_free_extent_ns_p95           4916          5000         75.45      1.71%
find_free_extent_ns_p99       20734.49      20920.48       1670.93      0.90%
frag_pct_max                     61.67             0          8.05   -100.00%
frag_pct_mean                    43.59             0          6.10   -100.00%
frag_pct_min                     25.91             0         16.60   -100.00%
frag_pct_p50                     42.53             0          7.25   -100.00%
frag_pct_p95                     61.67             0          8.05   -100.00%
frag_pct_p99                     61.67             0          8.05   -100.00%
fragmented_bg_count               6.10             0          1.45   -100.00%
max_commit_ms                    49.80            46          5.37     -7.63%
sys_cpu                           2.59          2.62          0.29      1.39%
write_bw_bytes                1.62e+08      1.68e+08   17975843.50      3.23%
write_clat_ns_mean            57426.39      54475.95       2292.72     -5.14%
write_clat_ns_p50             46950.40      42905.60       2101.35     -8.62%
write_clat_ns_p99            148070.40     143769.60       2115.17     -2.90%
write_io_kbytes                4194304       4194304             0      0.00%
write_iops                     2476.15       2556.10        274.29      3.23%
write_lat_ns_max            2101667.60    2251129.50     370556.59      7.11%
write_lat_ns_mean             59374.91      55682.00       2523.09     -6.22%
write_lat_ns_min              17353.10         16250       1646.08     -6.36%

There are some mixed improvements/regressions in most metrics along with
an elimination of fragmentation in this workload.

On the balance, the drastic 1->0 improvement in the happy cases seems
worth the mix of regressions and improvements we do observe.

Some considerations for future work:

- Experimenting with more size classes
- More hinting/search ordering work to approximate a best-fit allocator

Signed-off-by: Boris Burkov <boris@bur.io>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add more find_free_extent tracepoints

find_free_extent is a complicated function. It consists (at least) of:

- a hint that jumps into the middle of a for loop macro
- a middle loop trying every raid level
- an outer loop ascending through ffe loop levels
- complicated logic for skipping some of those ffe loop levels
- multiple underlying in-bg allocators (zoned, cluster, no cluster)

Which is all to say that more tracing is helpful for debugging its
behavior. Add two new tracepoints: at the entrance to the block_groups
loop (hit for every raid level and every ffe_ctl loop) and at the point
we seriously consider a block_group for allocation. This way we can see
the whole path through the algorithm, including hints, multiple loops,
etc.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Boris Burkov <boris@bur.io>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: pass find_free_extent_ctl to allocator tracepoints

The allocator tracepoints currently have a pile of values from ffe_ctl.
In modifying the allocator and adding more tracepoints, I found myself
adding to the already long argument list of the tracepoints. It makes it
a lot simpler to just send in the ffe_ctl itself.

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Reviewed-by: Anand Jain <anand.jain@oracle.com>
Signed-off-by: Boris Burkov <boris@bur.io>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove the wait argument to btrfs_start_ordered_extent

Given that wait is always set to 1, so remove the argument.
Last use of wait with 0 was in 0c304304feab ("Btrfs: remove
csum_bytes_left").

Reviewed-by: Johannes Thumshirn <johannes.thumshirn@wdc.com>
Signed-off-by: Christoph Hellwig <hch@lst.de>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: use a single variable to track return value for log_dir_items()

We currently use 'ret' and 'err' to track the return value for
log_dir_items(), which is confusing and likely the cause for previous
bugs where log_dir_items() did not return an error when it should, fixed
in previous patches.

So change this and use only a single variable, 'ret', to track the return
value. This is simpler and makes it similar to most of the existing code.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: use a negative value for BTRFS_LOG_FORCE_COMMIT

Currently we use the value 1 for BTRFS_LOG_FORCE_COMMIT, but that value
has a few inconveniences:

1) If it's ever used by btrfs_log_inode(), or any function down the call
   chain, we have to remember to btrfs_set_log_full_commit(), which is
   repetitive and has a chance to be forgotten in future use cases.
   btrfs_log_inode_parent() only calls btrfs_set_log_full_commit() when
   it gets a negative value from btrfs_log_inode();

2) Down the call chain of btrfs_log_inode(), we may have functions that
   need to force a log commit, but can return either an error (negative
   value), false (0) or true (1). So they are forced to return some
   random negative to force a log commit - using BTRFS_LOG_FORCE_COMMIT
   would make the intention more clear. Currently the only example is
   flush_dir_items_batch().

So turn BTRFS_LOG_FORCE_COMMIT into a negative value. The chosen value
is -(MAX_ERRNO + 1), so that it does not overlap any errno value and makes
it easier to debug.

Reviewed-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: use PAGE_{ALIGN, ALIGNED, ALIGN_DOWN} macro

The header file linux/mm.h provides PAGE_ALIGN, PAGE_ALIGNED,
PAGE_ALIGN_DOWN macros. Use these macros to make code more
concise.

Signed-off-by: Yushan Zhou <katrinzhou@tencent.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>