btrfs: fix an error handling path in btrfs_defrag_leaves()

All error handling paths end to 'out', except this memory allocation
failure.

This is spurious. So branch to the error handling path also in this case.
It will add a call to:

memset(&root->defrag_progress, 0,
       sizeof(root->defrag_progress));

Fixes: 6702ed490ca0 ("Btrfs: Add run time btree defrag, and an ioctl to force btree defrag")
Signed-off-by: Christophe JAILLET <christophe.jaillet@wanadoo.fr>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: fix an error handling path in btrfs_rename()

If new_whiteout_inode() fails, some resources need to be freed.
Add the missing goto to the error handling path.

Fixes: ab3c5c18e8fa ("btrfs: setup qstr from dentrys using fscrypt helper")
Reviewed-by: Sweet Tea Dorminy <sweettea-kernel@dorminy.me>
Signed-off-by: Christophe JAILLET <christophe.jaillet@wanadoo.fr>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: print transaction aborted messages with an error level

Currently we print the transaction aborted message with a debug level, but
a transaction abort is an exceptional event that indicates something went
wrong and it's useful to have it printed with an error level as it helps
analysing problems in a production environment, where debug level messages
are typically not logged. For example reports from syzbot never include
the transaction aborted message, since the log level on the test machines
is above the debug level.

So change the log level from debug to error.

Reviewed-by: Anand Jain <anand.jain@oracle.com>
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: sync some cleanups from progs into uapi/btrfs.h

When syncing this code into btrfs-progs Dave noticed there's some things
we were losing in the sync that are needed.  This syncs those changes
into the kernel, which include a few comments that weren't in the
kernel, some whitespace changes, an attribute, and the cplusplus bit.

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 BUG_ON() on ENOMEM when dropping extent items for a range

If we get -ENOMEM while dropping file extent items in a given range, at
btrfs_drop_extents(), due to failure to allocate memory when attempting to
increment the reference count for an extent or drop the reference count,
we handle it with a BUG_ON(). This is excessive, instead we can simply
abort the transaction and return the error to the caller. In fact most
callers of btrfs_drop_extents(), directly or indirectly, already abort
the transaction if btrfs_drop_extents() returns any error.

Also, we already have error paths at btrfs_drop_extents() that may return
-ENOMEM and in those cases we abort the transaction, like for example
anything that changes the b+tree may return -ENOMEM due to a failure to
allocate a new extent buffer when COWing an existing extent buffer, such
as a call to btrfs_duplicate_item() for example.

So replace the BUG_ON() calls with proper logic to abort the transaction
and return the error.

Reported-by: syzbot+0b1fb6b0108c27419f9f@syzkaller.appspotmail.com
Link: https://lore.kernel.org/linux-btrfs/00000000000089773e05ee4b9cb4@google.com/
CC: stable@vger.kernel.org # 5.4+
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: fix extent map use-after-free when handling missing device in read_one_chunk

Store the error code before freeing the extent_map. Though it's
reference counted structure, in that function it's the first and last
allocation so this would lead to a potential use-after-free.

The error can happen eg. when chunk is stored on a missing device and
the degraded mount option is missing.

Bugzilla: https://bugzilla.kernel.org/show_bug.cgi?id=216721
Reported-by: eriri <1527030098@qq.com>
Fixes: adfb69af7d8c ("btrfs: add_missing_dev() should return the actual error")
CC: stable@vger.kernel.org # 4.9+
Signed-off-by: void0red <void0red@gmail.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove outdated logic from overwrite_item() and add assertion

As of commit 193df6245704 ("btrfs: search for last logged dir index if
it's not cached in the inode"), the overwrite_item() function is always
called for a root that is from a fs/subvolume tree. In other words, now
it's only used during log replay to modify a fs/subvolume tree. Therefore
we can remove the logic that checks if we are dealing with a log tree at
overwrite_item().

So remove that logic, replacing it with an assertion and document that if
we ever need to support a log root there, we will need to clone the leaf
from the fs/subvolume tree and then release it before modifying the log
tree, which is needed to avoid a potential deadlock, similar to the one
recently fixed by a patch with the subject:

  "btrfs: do not modify log tree while holding a leaf from fs tree locked"

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: unify overwrite_item() and do_overwrite_item()

After commit 193df6245704 ("btrfs: search for last logged dir index if
it's not cached in the inode"), there are no more callers of
do_overwrite_item(), except overwrite_item().

Originally both used to be the same function, but were split in
commit 086dcbfa50d3 ("btrfs: insert items in batches when logging a
directory when possible"), as there was the need to execute all logic
of overwrite_item() but skip the tree search, since in the context of
directory logging we already had a path with a leaf to copy data from.

So unify them again as there is no more need to have them split.

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: replace strncpy() with strscpy()

Using strncpy() on NUL-terminated strings are deprecated.  To avoid
possible forming of non-terminated string strscpy() should be used.

Found by Linux Verification Center (linuxtesting.org) with SVACE.

CC: stable@vger.kernel.org # 4.9+
Signed-off-by: Artem Chernyshev <artem.chernyshev@red-soft.ru>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: fix uninitialized variable in find_first_clear_extent_bit

This was caught when syncing extent-io-tree.c into btrfs-progs.  This
however isn't really a problem, the only way next would be uninitialized
is if we found the range we were looking for, and in this case we don't
care about next.  However it's a compile error, so fix it up.

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

btrfs: fix uninitialized parent in insert_state

I don't know how this isn't caught when we build this in the kernel, but
while syncing extent-io-tree.c into btrfs-progs I got an error because
parent could potentially be uninitialized when we link in a new node,
specifically when the extent_io_tree is empty.  This means we could have
garbage in the parent color.  I don't know what the ramifications are of
that, but it's probably not great, so fix this by initializing parent to
NULL.  I spot checked all of our other usages in btrfs and we appear to
be doing the correct thing everywhere else.

Fixes: c7e118cf98c7 ("btrfs: open code rbtree search in insert_state")
CC: stable@vger.kernel.org # 6.0+
Signed-off-by: Josef Bacik <josef@toxicpanda.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add might_sleep() annotations

Add annotations to functions that might sleep due to allocations or IO
and could be called from various contexts. In case of btrfs_search_slot
it's not obvious why it would sleep:

    btrfs_search_slot
      setup_nodes_for_search
        reada_for_balance
          btrfs_readahead_node_child
            btrfs_readahead_tree_block
              btrfs_find_create_tree_block
                alloc_extent_buffer
                  kmem_cache_zalloc
                    /* allocate memory non-atomically, might sleep */
                    kmem_cache_alloc(GFP_NOFS|__GFP_NOFAIL|__GFP_ZERO)
              read_extent_buffer_pages
                submit_extent_page
                  /* disk IO, might sleep */
                  submit_one_bio

Other examples where the sleeping could happen is in 3 places might
sleep in update_qgroup_limit_item(), as shown below:

  update_qgroup_limit_item
    btrfs_alloc_path
      /* allocate memory non-atomically, might sleep */
      kmem_cache_zalloc(btrfs_path_cachep, GFP_NOFS)

Signed-off-by: ChenXiaoSong <chenxiaosong2@huawei.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add stack helpers for a few btrfs items

We don't have these defined in the kernel because we don't have any
users of these helpers.  However we do use them in btrfs-progs, so
define them to make keeping accessors.h in sync between progs and the
kernel easier.

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

btrfs: add nr_global_roots to the super block definition

We already have this defined in btrfs-progs, add it to the kernel to
make it easier to sync these files into btrfs-progs.

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

btrfs: remove BTRFS_LEAF_DATA_OFFSET

This is simply the same thing as btrfs_item_nr_offset(leaf, 0), so
remove this helper and replace it's usage with the above statement.

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

btrfs: add helpers for manipulating leaf items and data

We have some gnarly memmove and copy_extent_buffer calls for leaf
manipulation.  This is because our item offsets aren't absolute, they're
based on 0 being where the items start in the leaf, which is after the
btrfs_header.  This means any manipulation of the data requires adding
sizeof(struct btrfs_header) to the offsets we pull from the items.
Moving the items themselves is easier as the helpers are absolute
offsets, however we of course have to call the helpers to get the
offsets for the item numbers.  This makes for
copy_extent_buffer/memmove_extent_buffer calls that are kind of hard to
reason about what's happening.

Fix this by pushing this logic into helpers.  For data we'll only use
the item provided offsets, and the helpers will use the
BTRFS_LEAF_DATA_OFFSET addition for the offsets.  Additionally for the
item manipulation simply pass in the item numbers, and then the helpers
will call the offset helper to get the actual offset into the leaf.

The diffstat makes this look like more code, but that's simply because I
added comments for the helpers, it's net negative for the amount of
code, and is easier to reason.

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

btrfs: add eb to btrfs_node_key_ptr_offset

This is a change needed for extent tree v2, as we will be growing the
header size.  This exists in btrfs-progs currently, and not having it
makes syncing accessors.[ch] more problematic.  So make this change to
set us up for extent tree v2 and match what btrfs-progs does to make
syncing easier.

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

btrfs: pass the extent buffer for the btrfs_item_nr helpers

This is actually a change for extent tree v2, but it exists in
btrfs-progs but not in the kernel.  This makes it annoying to sync
accessors.h with btrfs-progs, and since this is the way I need it for
extent-tree v2 simply update these helpers to take the extent buffer in
order to make syncing possible now, and make the extent tree v2 stuff
easier moving forward.

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

btrfs: move the csum helpers into ctree.h

These got moved because of copy+paste, but this code exists in ctree.c,
so move the declarations back into ctree.h.

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

btrfs: move eb offset helpers into extent_io.h

These are very specific to how the extent buffer is defined, so this
differs between btrfs-progs and the kernel.  Make things easier by
moving these helpers into extent_io.h so we don't have to worry about
this when syncing ctree.h.

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

btrfs: move file_extent_item helpers into file-item.h

These helpers use functions that are in multiple places, which makes it
tricky to sync them into btrfs-progs.  Move them to file-item.h and then
include file-item.h in places that use these helpers.

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

btrfs: move leaf_data_end into ctree.c

This is only used in ctree.c, with the exception of zero'ing out extent
buffers we're getting ready to write out.  In theory we shouldn't have
an extent buffer with 0 items that we're writing out, however I'd rather
be safe than sorry so open code it in extent_io.c, and then copy the
helper into ctree.c.  This will make it easier to sync accessors.[ch]
into btrfs-progs, as this requires a helper that isn't defined in
accessors.h.

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

btrfs: move root helpers back into ctree.h

These accidentally got brought into accessors.h, but belong with the
btrfs_root definitions which are currently in ctree.h.  Move these to
make it easier to sync accessors.[ch] into btrfs-progs.

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

btrfs: move repair_io_failure to bio.c

repair_io_failure ties directly into all the glory low-level details of
mapping a bio with a logic address to the actual physical location.
Move it right below btrfs_submit_bio to keep all the related logic
together.

Also move btrfs_repair_eb_io_failure to its caller in disk-io.c now that
repair_io_failure is available in a header.

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: split the bio submission path into a separate file

The code used by btrfs_submit_bio only interacts with the rest of
volumes.c through __btrfs_map_block (which itself is a more generic
version of two exported helpers) and does not really have anything
to do with volumes.c.  Create a new bio.c file and a bio.h header
going along with it for the btrfs_bio-based storage layer, which
will grow even more going forward.

Also update the file with my copyright notice given that a large
part of the moved code was written or rewritten by me.

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: move struct btrfs_tree_parent_check out of disk-io.h

Move struct btrfs_tree_parent_check out of disk-io.h so that volumes.h
an various .c files don't have to include disk-io.h just for it.

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>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
[ use tree-checker.h for the structure ]
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: raid56: do data csum verification during RMW cycle

[BUG]
For the following small script, btrfs will be unable to recover the
content of file1:

  mkfs.btrfs -f -m raid1 -d raid5 -b 1G $dev1 $dev2 $dev3

  mount $dev1 $mnt
  xfs_io -f -c "pwrite -S 0xff 0 64k" -c sync $mnt/file1
  md5sum $mnt/file1
  umount $mnt

  # Corrupt the above 64K data stripe.
  xfs_io -f -c "pwrite -S 0x00 323026944 64K" -c sync $dev3
  mount $dev1 $mnt

  # Write a new 64K, which should be in the other data stripe
  # And this is a sub-stripe write, which will cause RMW
  xfs_io -f -c "pwrite 0 64k" -c sync $mnt/file2
  md5sum $mnt/file1
  umount $mnt

Above md5sum would fail.

[CAUSE]
There is a long existing problem for raid56 (not limited to btrfs
raid56) that, if we already have some corrupted on-disk data, and then
trigger a sub-stripe write (which needs RMW cycle), it can cause further
damage into P/Q stripe.

  Disk 1: data 1 |0x000000000000| <- Corrupted
  Disk 2: data 2 |0x000000000000|
  Disk 2: parity |0xffffffffffff|

In above case, data 1 is already corrupted, the original data should be
64KiB of 0xff.

At this stage, if we read data 1, and it has data checksum, we can still
recovery going via the regular RAID56 recovery path.

But if now we decide to write some data into data 2, then we need to go
RMW.
Let's say we want to write 64KiB of '0x00' into data 2, then we read the
on-disk data of data 1, calculate the new parity, resulting the
following layout:

  Disk 1: data 1 |0x000000000000| <- Corrupted
  Disk 2: data 2 |0x000000000000| <- New '0x00' writes
  Disk 2: parity |0x000000000000| <- New Parity.

But the new parity is calculated using the *corrupted* data 1, we can
no longer recover the correct data of data1.  Thus the corruption is
forever there.

[FIX]
To solve above problem, this patch will do a full stripe data checksum
verification at RMW time.

This involves the following changes:

- Always read the full stripe (including data/P/Q) when doing RMW
  Before we only read the missing data sectors, but since we may do a
  data csum verification and recovery, we need to read everything out.

  Please note that, if we have a cached rbio, we don't need to read
  anything, and can treat it the same as full stripe write.

  As only stripe with all its csum matches can be cached.

- Verify the data csum during read.
  The goal is only the rbio stripe sectors, and only if the rbio
  already has csum_buf/csum_bitmap filled.

  And sectors which cannot pass csum verification will have their bit
  set in error_bitmap.

- Always call recovery_sectors() after we read out all the sectors
  Since error_bitmap will be updated during read, recover_sectors()
  can easily find out all the bad sectors and try to recover (if still
  under tolerance).

  And since recovery_sectors() is already migrated to use error_bitmap,
  it can skip vertical stripes which don't have any error.

- Verify the repaired sectors against its csum in recover_vertical()

- Rename rmw_read_and_wait() to rmw_read_wait_recover()
  Since we will always recover the sectors, the old name is no longer
  accurate.

  Furthermore since recovery is already done in rmw_read_wait_recover(),
  we no longer need to call recovery_sectors() inside rmw_rbio().

Obviously this will have a performance impact, as we are doing more
work during RMW cycle:

- Fetch the data checksums
- Do checksum verification for all data stripes
- Do checksum verification again after repair

But for full stripe write or cached rbio we won't have the overhead all,
thus for fully optimized RAID56 workload (always full stripe write),
there should be no extra overhead.

To me, the extra overhead looks reasonable, as data consistency is way
more important than performance.

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

btrfs: raid56: prepare data checksums for later RMW verification

This is for later data checksum verification at RMW time.

This patch will try to allocate the needed memory for a locked rbio if
the rbio is for data exclusively (we don't want to handle mixed bg yet).
The memory will be released when the rbio is finished.

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

btrfs: introduce a bitmap based csum range search function

Although we have an existing function, btrfs_lookup_csums_range(), to
find all data checksums for a range, it's based on a btrfs_ordered_sum
list.

For the incoming RAID56 data checksum verification at RMW time, we don't
want to waste time by allocating temporary memory.

So this patch will introduce a new helper, btrfs_lookup_csums_bitmap().
It will use bitmap based result, which will be a perfect fit for later
RAID56 usage.

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

btrfs: refactor checksum calculations in btrfs_lookup_csums_range()

The refactoring involves the following parts:

- Introduce bytes_to_csum_size() and csum_size_to_bytes() helpers
  As we have quite some open-coded calculations, some of them are even
  split into two assignments just to fit 80 chars limit.

- Remove the @csum_size parameter from max_ordered_sum_bytes()
  Csum size can be fetched from @fs_info.
  And we will use the csum_size_to_bytes() helper anyway.

- Add a comment explaining how we handle the first search result

- Use newly introduced helpers to cleanup btrfs_lookup_csums_range()

- Move variables declaration to the minimal scope

- Never mix number of sectors with bytes
  There are several locations doing things like:

  size = min_t(size_t, csum_end - start,
     max_ordered_sum_bytes(fs_info));
...
size >>= fs_info->sectorsize_bits

  Or

offset = (start - key.offset) >> fs_info->sectorsize_bits;
offset *= csum_size;

  Make sure these variables can only represent BYTES inside the
  function, by using the above bytes_to_csum_size() helpers.

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

btrfs: allocate btrfs_io_context without GFP_NOFAIL

The __GFP_NOFAIL flag could loop indefinitely when allocation memory in
alloc_btrfs_io_context. The callers starting from __btrfs_map_block
already handle errors so it's safe to drop the flag.

Signed-off-by: Li zeming <zeming@nfschina.com>
Reviewed-by: David Sterba <dsterba@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: use btrfs_dev_name() helper to handle missing devices better

[BUG]
If dev-replace failed to re-construct its data/metadata, the kernel
message would be incorrect for the missing device:

 BTRFS info (device dm-1): dev_replace from <missing disk> (devid 2) to /dev/mapper/test-scratch2 started
 BTRFS error (device dm-1): failed to rebuild valid logical 38862848 for dev (efault)

Note the above "dev (efault)" of the second line.
While the first line is properly reporting "<missing disk>".

[CAUSE]
Although dev-replace is using btrfs_dev_name(), the heavy lifting work
is still done by scrub (scrub is reused by both dev-replace and regular
scrub).

Unfortunately scrub code never uses btrfs_dev_name() helper, as it's
only declared locally inside dev-replace.c.

[FIX]
Fix the output by:

- Move the btrfs_dev_name() helper to volumes.h

- Use btrfs_dev_name() to replace open-coded rcu_str_deref() calls
  Only zoned code is not touched, as I'm not familiar with degraded
  zoned code.

- Constify return value and parameter

Now the output looks pretty sane:

 BTRFS info (device dm-1): dev_replace from <missing disk> (devid 2) to /dev/mapper/test-scratch2 started
 BTRFS error (device dm-1): failed to rebuild valid logical 38862848 for dev <missing disk>

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: use cached state when looking for delalloc ranges with lseek

During lseek (SEEK_HOLE/DATA), whenever we find a hole or prealloc extent,
we will look for delalloc in that range, and one of the things we do for
that is to find out ranges in the inode's io_tree marked with
EXTENT_DELALLOC, using calls to count_range_bits().

Typically there's a single, or few, searches in the io_tree for delalloc
per lseek call. However it's common for applications to keep calling
lseek with SEEK_HOLE and SEEK_DATA to find where extents and holes are in
a file, read the extents and skip holes in order to avoid unnecessary IO
and save disk space by preserving holes.

One popular user is the cp utility from coreutils. Starting with coreutils
9.0, cp uses SEEK_HOLE and SEEK_DATA to iterate over the extents of a
file. Before 9.0, it used fiemap to figure out where holes and extents are
in the source file. Another popular user is the tar utility when used with
the --sparse / -S option to detect and preserve holes.

Given that the pattern is to keep calling lseek with a start offset that
matches the returned offset from the previous lseek call, we can benefit
from caching the last extent state visited in count_range_bits() and use
it for the next count_range_bits() from the next lseek call. Example,
the following strace excerpt from running tar:

   $ strace tar cJSvf foo.tar.xz qemu_disk_file.raw
   (...)
   lseek(5, 125019574272, SEEK_HOLE)       = 125024989184
   lseek(5, 125024989184, SEEK_DATA)       = 125024993280
   lseek(5, 125024993280, SEEK_HOLE)       = 125025239040
   lseek(5, 125025239040, SEEK_DATA)       = 125025255424
   lseek(5, 125025255424, SEEK_HOLE)       = 125025353728
   lseek(5, 125025353728, SEEK_DATA)       = 125025357824
   lseek(5, 125025357824, SEEK_HOLE)       = 125026766848
   lseek(5, 125026766848, SEEK_DATA)       = 125026770944
   lseek(5, 125026770944, SEEK_HOLE)       = 125027053568
   (...)

Shows that pattern, which is the same as with cp from coreutils 9.0+.

So start using a cached state for the delalloc searches in lseek, and
store it in struct file's private data so that it can be reused across
lseek calls.

This change is part of a patchset that is comprised of the following
patches:

  1/9 btrfs: remove leftover setting of EXTENT_UPTODATE state in an inode's io_tree
  2/9 btrfs: add an early exit when searching for delalloc range for lseek/fiemap
  3/9 btrfs: skip unnecessary delalloc searches during lseek/fiemap
  4/9 btrfs: search for delalloc more efficiently during lseek/fiemap
  5/9 btrfs: remove no longer used btrfs_next_extent_map()
  6/9 btrfs: allow passing a cached state record to count_range_bits()
  7/9 btrfs: update stale comment for count_range_bits()
  8/9 btrfs: use cached state when looking for delalloc ranges with fiemap
  9/9 btrfs: use cached state when looking for delalloc ranges with lseek

The following test was run before and after applying the whole patchset:

   $ cat test-cp.sh
   #!/bin/bash

   DEV=/dev/sdh
   MNT=/mnt/sdh

   # coreutils 8.32, cp uses fiemap to detect holes and extents
   #CP_PROG=/usr/bin/cp
   # coreutils 9.1, cp uses SEEK_HOLE/DATA to detect holes and extents
   CP_PROG=/home/fdmanana/git/hub/coreutils/src/cp

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

   FILE_SIZE=$((1024 * 1024 * 1024))
   echo "Creating file with a size of $((FILE_SIZE / 1024 / 1024))M"
   # Create a very sparse file, where each extent has a length of 4K and
   # is preceded by a 4K hole and followed by another 4K hole.
   start=$(date +%s%N)
   echo -n > $MNT/foobar
   for ((off = 0; off < $FILE_SIZE; off += 8192)); do
           xfs_io -c "pwrite -S 0xab $off 4K" $MNT/foobar > /dev/null
           echo -ne "\r$off / $FILE_SIZE ..."
   done
   end=$(date +%s%N)
   echo -e "\nFile created ($(( (end - start) / 1000000 )) milliseconds)"

   start=$(date +%s%N)
   $CP_PROG $MNT/foobar /dev/null
   end=$(date +%s%N)
   dur=$(( (end - start) / 1000000 ))
   echo "cp took $dur milliseconds with data/metadata cached and delalloc"

   # Flush all delalloc.
   sync

   start=$(date +%s%N)
   $CP_PROG $MNT/foobar /dev/null
   end=$(date +%s%N)
   dur=$(( (end - start) / 1000000 ))
   echo "cp took $dur milliseconds with data/metadata cached and no delalloc"

   # Unmount and mount again to test the case without any metadata
   # loaded in memory.
   umount $MNT
   mount $DEV $MNT

   start=$(date +%s%N)
   $CP_PROG $MNT/foobar /dev/null
   end=$(date +%s%N)
   dur=$(( (end - start) / 1000000 ))
   echo "cp took $dur milliseconds without data/metadata cached and no delalloc"

   umount $MNT

The results, running on a box with a non-debug kernel (Debian's default
kernel config), were the following:

128M file, before patchset:

   cp took 16574 milliseconds with data/metadata cached and delalloc
   cp took 122 milliseconds with data/metadata cached and no delalloc
   cp took 20144 milliseconds without data/metadata cached and no delalloc

128M file, after patchset:

   cp took 6277 milliseconds with data/metadata cached and delalloc
   cp took 109 milliseconds with data/metadata cached and no delalloc
   cp took 210 milliseconds without data/metadata cached and no delalloc

512M file, before patchset:

   cp took 14369 milliseconds with data/metadata cached and delalloc
   cp took 429 milliseconds with data/metadata cached and no delalloc
   cp took 88034 milliseconds without data/metadata cached and no delalloc

512M file, after patchset:

   cp took 12106 milliseconds with data/metadata cached and delalloc
   cp took 427 milliseconds with data/metadata cached and no delalloc
   cp took 824 milliseconds without data/metadata cached and no delalloc

1G file, before patchset:

   cp took 10074 milliseconds with data/metadata cached and delalloc
   cp took 886 milliseconds with data/metadata cached and no delalloc
   cp took 181261 milliseconds without data/metadata cached and no delalloc

1G file, after patchset:

   cp took 3320 milliseconds with data/metadata cached and delalloc
   cp took 880 milliseconds with data/metadata cached and no delalloc
   cp took 1801 milliseconds without data/metadata cached and no delalloc

Reported-by: Wang Yugui <wangyugui@e16-tech.com>
Link: https://lore.kernel.org/linux-btrfs/20221106073028.71F9.409509F4@e16-tech.com/
Link: https://lore.kernel.org/linux-btrfs/CAL3q7H5NSVicm7nYBJ7x8fFkDpno8z3PYt5aPU43Bajc1H0h1Q@mail.gmail.com/
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: use cached state when looking for delalloc ranges with fiemap

During fiemap, whenever we find a hole or prealloc extent, we will look
for delalloc in that range, and one of the things we do for that is to
find out ranges in the inode's io_tree marked with EXTENT_DELALLOC, using
calls to count_range_bits().

Since we process file extents from left to right, if we have a file with
several holes or prealloc extents, we benefit from keeping a cached extent
state record for calls to count_range_bits(). Most of the time the last
extent state record we visited in one call to count_range_bits() matches
the first extent state record we will use in the next call to
count_range_bits(), so there's a benefit here. So use an extent state
record to cache results from count_range_bits() calls during fiemap.

This change is part of a patchset that has the goal to make performance
better for applications that use lseek's SEEK_HOLE and SEEK_DATA modes to
iterate over the extents of a file. Two examples are the cp program from
coreutils 9.0+ and the tar program (when using its --sparse / -S option).
A sample test and results are listed in the changelog of the last patch
in the series:

  1/9 btrfs: remove leftover setting of EXTENT_UPTODATE state in an inode's io_tree
  2/9 btrfs: add an early exit when searching for delalloc range for lseek/fiemap
  3/9 btrfs: skip unnecessary delalloc searches during lseek/fiemap
  4/9 btrfs: search for delalloc more efficiently during lseek/fiemap
  5/9 btrfs: remove no longer used btrfs_next_extent_map()
  6/9 btrfs: allow passing a cached state record to count_range_bits()
  7/9 btrfs: update stale comment for count_range_bits()
  8/9 btrfs: use cached state when looking for delalloc ranges with fiemap
  9/9 btrfs: use cached state when looking for delalloc ranges with lseek

Reported-by: Wang Yugui <wangyugui@e16-tech.com>
Link: https://lore.kernel.org/linux-btrfs/20221106073028.71F9.409509F4@e16-tech.com/
Link: https://lore.kernel.org/linux-btrfs/CAL3q7H5NSVicm7nYBJ7x8fFkDpno8z3PYt5aPU43Bajc1H0h1Q@mail.gmail.com/
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: update stale comment for count_range_bits()

The comment for count_range_bits() mentions that the search is fast if we
are asking for a range with the EXTENT_DIRTY bit set. However that is no
longer true since we don't use that bit and the optimization for that was
removed in:

  commit 71528e9e16c7 ("btrfs: get rid of extent_io_tree::dirty_bytes")

So remove that part of the comment mentioning the no longer existing
optimized case, and, while at it, add proper documentation describing the
purpose, arguments and return value of the function.

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

btrfs: allow passing a cached state record to count_range_bits()

An inode's io_tree can be quite large and there are cases where due to
delalloc it can have thousands of extent state records, which makes the
red black tree have a depth of 10 or more, making the operation of
count_range_bits() slow if we repeatedly call it for a range that starts
where, or after, the previous one we called it for. Such use cases are
when searching for delalloc in a file range that corresponds to a hole or
a prealloc extent, which is done during lseek SEEK_HOLE/DATA and fiemap.

So introduce a cached state parameter to count_range_bits() which we use
to store the last extent state record we visited, and then allow the
caller to pass it again on its next call to count_range_bits(). The next
patches in the series will make fiemap and lseek use the new parameter.

This change is part of a patchset that has the goal to make performance
better for applications that use lseek's SEEK_HOLE and SEEK_DATA modes to
iterate over the extents of a file. Two examples are the cp program from
coreutils 9.0+ and the tar program (when using its --sparse / -S option).
A sample test and results are listed in the changelog of the last patch
in the series:

  1/9 btrfs: remove leftover setting of EXTENT_UPTODATE state in an inode's io_tree
  2/9 btrfs: add an early exit when searching for delalloc range for lseek/fiemap
  3/9 btrfs: skip unnecessary delalloc searches during lseek/fiemap
  4/9 btrfs: search for delalloc more efficiently during lseek/fiemap
  5/9 btrfs: remove no longer used btrfs_next_extent_map()
  6/9 btrfs: allow passing a cached state record to count_range_bits()
  7/9 btrfs: update stale comment for count_range_bits()
  8/9 btrfs: use cached state when looking for delalloc ranges with fiemap
  9/9 btrfs: use cached state when looking for delalloc ranges with lseek

Reported-by: Wang Yugui <wangyugui@e16-tech.com>
Link: https://lore.kernel.org/linux-btrfs/20221106073028.71F9.409509F4@e16-tech.com/
Link: https://lore.kernel.org/linux-btrfs/CAL3q7H5NSVicm7nYBJ7x8fFkDpno8z3PYt5aPU43Bajc1H0h1Q@mail.gmail.com/
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove no longer used btrfs_next_extent_map()

There are no more users of btrfs_next_extent_map(), the previous patch
in the series ("btrfs: search for delalloc more efficiently during
lseek/fiemap") removed the last usage of the function, so delete it.

This change is part of a patchset that has the goal to make performance
better for applications that use lseek's SEEK_HOLE and SEEK_DATA modes to
iterate over the extents of a file. Two examples are the cp program from
coreutils 9.0+ and the tar program (when using its --sparse / -S option).
A sample test and results are listed in the changelog of the last patch
in the series:

  1/9 btrfs: remove leftover setting of EXTENT_UPTODATE state in an inode's io_tree
  2/9 btrfs: add an early exit when searching for delalloc range for lseek/fiemap
  3/9 btrfs: skip unnecessary delalloc searches during lseek/fiemap
  4/9 btrfs: search for delalloc more efficiently during lseek/fiemap
  5/9 btrfs: remove no longer used btrfs_next_extent_map()
  6/9 btrfs: allow passing a cached state record to count_range_bits()
  7/9 btrfs: update stale comment for count_range_bits()
  8/9 btrfs: use cached state when looking for delalloc ranges with fiemap
  9/9 btrfs: use cached state when looking for delalloc ranges with lseek

Reported-by: Wang Yugui <wangyugui@e16-tech.com>
Link: https://lore.kernel.org/linux-btrfs/20221106073028.71F9.409509F4@e16-tech.com/
Link: https://lore.kernel.org/linux-btrfs/CAL3q7H5NSVicm7nYBJ7x8fFkDpno8z3PYt5aPU43Bajc1H0h1Q@mail.gmail.com/
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: search for delalloc more efficiently during lseek/fiemap

During lseek (SEEK_HOLE/DATA) and fiemap, when processing a file range
that corresponds to a hole or a prealloc extent, we have to check if
there's any delalloc in the range. We do it by searching for delalloc
ranges in the inode's io_tree (for unflushed delalloc) and in the inode's
extent map tree (for delalloc that is flushing).

We avoid searching the extent map tree if the number of outstanding
extents is 0, as in that case we can't have extent maps for our search
range in the tree that correspond to delalloc that is flushing. However
if we have any unflushed delalloc, due to buffered writes or mmap writes,
then the outstanding extents counter is not 0 and we'll search the extent
map tree. The tree may be large because it can have lots of extent maps
that were loaded by reads or created by previous writes, therefore taking
a significant time to search the tree, specially if have a file with a
lot of holes and/or prealloc extents.

We can improve on this by instead of searching the extent map tree,
searching the ordered extents tree of the inode, since when delalloc is
flushing we create an ordered extent along with the new extent map, while
holding the respective file range locked in the inode's io_tree. The
ordered extents tree is typically much smaller, since ordered extents have
a short life and get removed from the tree once they are completed, while
extent maps can stay for a very long time in the extent map tree, either
created by previous writes or loaded by read operations.

So use the ordered extents tree instead of the extent maps tree.

This change is part of a patchset that has the goal to make performance
better for applications that use lseek's SEEK_HOLE and SEEK_DATA modes to
iterate over the extents of a file. Two examples are the cp program from
coreutils 9.0+ and the tar program (when using its --sparse / -S option).
A sample test and results are listed in the changelog of the last patch
in the series:

  1/9 btrfs: remove leftover setting of EXTENT_UPTODATE state in an inode's io_tree
  2/9 btrfs: add an early exit when searching for delalloc range for lseek/fiemap
  3/9 btrfs: skip unnecessary delalloc searches during lseek/fiemap
  4/9 btrfs: search for delalloc more efficiently during lseek/fiemap
  5/9 btrfs: remove no longer used btrfs_next_extent_map()
  6/9 btrfs: allow passing a cached state record to count_range_bits()
  7/9 btrfs: update stale comment for count_range_bits()
  8/9 btrfs: use cached state when looking for delalloc ranges with fiemap
  9/9 btrfs: use cached state when looking for delalloc ranges with lseek

Reported-by: Wang Yugui <wangyugui@e16-tech.com>
Link: https://lore.kernel.org/linux-btrfs/20221106073028.71F9.409509F4@e16-tech.com/
Link: https://lore.kernel.org/linux-btrfs/CAL3q7H5NSVicm7nYBJ7x8fFkDpno8z3PYt5aPU43Bajc1H0h1Q@mail.gmail.com/
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: skip unnecessary delalloc searches during lseek/fiemap

During lseek (SEEK_HOLE/DATA) and fiemap, when processing a file range
that corresponds to a hole or a prealloc extent, if we find that there is
no delalloc marked in the inode's io_tree but there is delalloc due to
an extent map in the io tree, then on the next iteration that calls
find_delalloc_subrange() we can skip searching the io tree again, since
on the first call we had no delalloc in the io tree for the whole range.

This change is part of a patchset that has the goal to make performance
better for applications that use lseek's SEEK_HOLE and SEEK_DATA modes to
iterate over the extents of a file. Two examples are the cp program from
coreutils 9.0+ and the tar program (when using its --sparse / -S option).
A sample test and results are listed in the changelog of the last patch
in the series:

  1/9 btrfs: remove leftover setting of EXTENT_UPTODATE state in an inode's io_tree
  2/9 btrfs: add an early exit when searching for delalloc range for lseek/fiemap
  3/9 btrfs: skip unnecessary delalloc searches during lseek/fiemap
  4/9 btrfs: search for delalloc more efficiently during lseek/fiemap
  5/9 btrfs: remove no longer used btrfs_next_extent_map()
  6/9 btrfs: allow passing a cached state record to count_range_bits()
  7/9 btrfs: update stale comment for count_range_bits()
  8/9 btrfs: use cached state when looking for delalloc ranges with fiemap
  9/9 btrfs: use cached state when looking for delalloc ranges with lseek

Reported-by: Wang Yugui <wangyugui@e16-tech.com>
Link: https://lore.kernel.org/linux-btrfs/20221106073028.71F9.409509F4@e16-tech.com/
Link: https://lore.kernel.org/linux-btrfs/CAL3q7H5NSVicm7nYBJ7x8fFkDpno8z3PYt5aPU43Bajc1H0h1Q@mail.gmail.com/
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: add an early exit when searching for delalloc range for lseek/fiemap

During fiemap and lseek (SEEK_HOLE/DATA), when looking for delalloc in a
range corresponding to a hole or a prealloc extent, if we found the whole
range marked as delalloc in the inode's io_tree, then we can terminate
immediately and avoid searching the extent map tree. If not, and if the
found delalloc starts at the same offset of our search start but ends
before our search range's end, then we can adjust the search range for
the search in the extent map tree. So implement those changes.

This change is part of a patchset that has the goal to make performance
better for applications that use lseek's SEEK_HOLE and SEEK_DATA modes to
iterate over the extents of a file. Two examples are the cp program from
coreutils 9.0+ and the tar program (when using its --sparse / -S option).
A sample test and results are listed in the changelog of the last patch
in the series:

  1/9 btrfs: remove leftover setting of EXTENT_UPTODATE state in an inode's io_tree
  2/9 btrfs: add an early exit when searching for delalloc range for lseek/fiemap
  3/9 btrfs: skip unnecessary delalloc searches during lseek/fiemap
  4/9 btrfs: search for delalloc more efficiently during lseek/fiemap
  5/9 btrfs: remove no longer used btrfs_next_extent_map()
  6/9 btrfs: allow passing a cached state record to count_range_bits()
  7/9 btrfs: update stale comment for count_range_bits()
  8/9 btrfs: use cached state when looking for delalloc ranges with fiemap
  9/9 btrfs: use cached state when looking for delalloc ranges with lseek

Reported-by: Wang Yugui <wangyugui@e16-tech.com>
Link: https://lore.kernel.org/linux-btrfs/20221106073028.71F9.409509F4@e16-tech.com/
Link: https://lore.kernel.org/linux-btrfs/CAL3q7H5NSVicm7nYBJ7x8fFkDpno8z3PYt5aPU43Bajc1H0h1Q@mail.gmail.com/
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: remove leftover setting of EXTENT_UPTODATE state in an inode's io_tree

We don't need to set the EXTENT_UPDATE bit in an inode's io_tree to mark a
range as uptodate, we rely on the pages themselves being uptodate - page
reading is not triggered for already uptodate pages. Recently we removed
most use of the EXTENT_UPTODATE for buffered IO with commit 52b029f42751
("btrfs: remove unnecessary EXTENT_UPTODATE state in buffered I/O path"),
but there were a few leftovers, namely when reading from holes and
successfully finishing read repair.

These leftovers are unnecessarily making an inode's tree larger and deeper,
slowing down searches on it. So remove all the leftovers.

This change is part of a patchset that has the goal to make performance
better for applications that use lseek's SEEK_HOLE and SEEK_DATA modes to
iterate over the extents of a file. Two examples are the cp program from
coreutils 9.0+ and the tar program (when using its --sparse / -S option).
A sample test and results are listed in the changelog of the last patch
in the series:

  1/9 btrfs: remove leftover setting of EXTENT_UPTODATE state in an inode's io_tree
  2/9 btrfs: add an early exit when searching for delalloc range for lseek/fiemap
  3/9 btrfs: skip unnecessary delalloc searches during lseek/fiemap
  4/9 btrfs: search for delalloc more efficiently during lseek/fiemap
  5/9 btrfs: remove no longer used btrfs_next_extent_map()
  6/9 btrfs: allow passing a cached state record to count_range_bits()
  7/9 btrfs: update stale comment for count_range_bits()
  8/9 btrfs: use cached state when looking for delalloc ranges with fiemap
  9/9 btrfs: use cached state when looking for delalloc ranges with lseek

Reported-by: Wang Yugui <wangyugui@e16-tech.com>
Link: https://lore.kernel.org/linux-btrfs/20221106073028.71F9.409509F4@e16-tech.com/
Link: https://lore.kernel.org/linux-btrfs/CAL3q7H5NSVicm7nYBJ7x8fFkDpno8z3PYt5aPU43Bajc1H0h1Q@mail.gmail.com/
Signed-off-by: Filipe Manana <fdmanana@suse.com>
Signed-off-by: David Sterba <dsterba@suse.com>

btrfs: move tree block parentness check into validate_extent_buffer()

[BACKGROUND]
Although both btrfs metadata and data has their read time verification
done at endio time (btrfs_validate_metadata_buffer() and
btrfs_verify_data_csum()), metadata has extra verification, mostly
parentness check including first key/transid/owner_root/level, done at
read_tree_block() and btrfs_read_extent_buffer().

On the other hand, all the data verification is done at endio context.

[ENHANCEMENT]
This patch will make a new union in btrfs_bio, taking the space of the
old data checksums, thus it will not increase the memory usage.

With that extra btrfs_tree_parent_check inside btrfs_bio, we can just
pass the check parameter into read_extent_buffer_pages(), and before
submitting the bio, we can copy the check structure into btrfs_bio.

And finally at endio time, we can grab btrfs_bio::parent_check and pass
it to validate_extent_buffer(), to move the remaining checks into it.

This brings the following benefits:

- Much simpler btrfs_read_extent_buffer()
  Now it only needs to iterate through all mirrors.

- Simpler read-time transid check
  Previously we go verify_parent_transid() after reading out the extent
  buffer.
  Now the transid check is done inside the endio function, no other
  code can modify the content.
  Thus no need to use the extent lock anymore.

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

btrfs: concentrate all tree block parentness check parameters into one structure

There are several different tree block parentness check parameters used
across several helpers:

- level
  Mandatory

- transid
  Under most cases it's mandatory, but there are several backref cases
  which skips this check.

- owner_root
- first_key
  Utilized by most top-down tree search routine. Otherwise can be
  skipped.

Those four members are not always mandatory checks, and some of them are
the same u64, which means if some arguments got swapped compiler will
not catch it.

Furthermore if we're going to further expand the parentness check, we
need to modify quite some helpers just to add one more parameter.

This patch will concentrate all these members into a structure called
btrfs_tree_parent_check, and pass that structure for the following
helpers:

- btrfs_read_extent_buffer()
- read_tree_block()

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

btrfs: move device->name RCU allocation and assign to btrfs_alloc_device()

There is a repeating code section in the parent function after calling
btrfs_alloc_device(), as below:

      name = rcu_string_strdup(path, GFP_...);
      if (!name) {
              btrfs_free_device(device);
              return ERR_PTR(-ENOMEM);
      }
      rcu_assign_pointer(device->name, name);

Except in add_missing_dev() for obvious reasons.

This patch consolidates that repeating code into the btrfs_alloc_device()
itself so that the parent function doesn't have to duplicate code.
This consolidation also helps to review issues regarding RCU lock
violation with device->name.

Parent function device_list_add() and add_missing_dev() use GFP_NOFS for
the allocation, whereas the rest of the parent functions use GFP_KERNEL,
so bring the NOFS allocation context using memalloc_nofs_save() in the
function device_list_add() and add_missing_dev() is already doing it.

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

btrfs: constify input buffer parameter in compression code

The input buffers passed down to compression must never be changed,
switch type to u8 as it's a raw byte buffer and use const.

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

btrfs: raid56: remove the old error tracking system

Since all the recovery paths have been migrated to the new error bitmap
based system, we can remove the old stripe number based system.

This cleanup involves one behavior change:

- Rebuild rbio can no longer be merged
  Previously a rebuild rbio (caused by retry after data csum mismatch)
  can be merged, if the error happens in the same stripe.

  But with the new error bitmap based solution, it's much harder to
  compare error bitmaps.

  So here we just don't merge rebuild rbio at all.
  This may introduce some performance impact at extreme corner cases,
  but we're willing to take it.

Other than that, this patch will cleanup the following members:

- rbio::faila
- rbio::failb
  They will be replaced by per-vertical stripe check, which is more
  accurate.

- rbio::error
  It will be replace by per-vertical stripe error bitmap check.

- Allow get_rbio_vertical_errors() to accept NULL pointers for
  @faila and @failb
  Some call sites only want to check if we have errors beyond the
  tolerance.

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

btrfs: raid56: migrate recovery and scrub recovery path to use error_bitmap

Since we have rbio::error_bitmap to indicate exactly where the errors
are (including read error and csum mismatch error), we can make recovery
path more accurate.

For example:

             0        32K       64K
     Data 1  |XXXXXXXX|         |
     Data 2  |        |XXXXXXXXX|
     Parity  |        |         |

1) Get csum mismatch when reading data 1 [0, 32K)

2) Mark corresponding range error
   The old code will mark the whole data 1 stripe as error.
   While the new code will only mark data 1 [0, 32K) as error.

3) Recovery path
   The old code will recover data 1 [0, 64K), all using Data 2 and
   parity.

   This means, Data 1 [32K, 64K) will be corrupted data, as data 2
   [32K, 64K) is already corrupted.

   While the new code will only recover data 1 [0, 32K), as only
   that range has error so far.

This new behavior can avoid populating rbio cache with incorrect data.

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

btrfs: raid56: introduce btrfs_raid_bio::error_bitmap

Currently btrfs raid56 uses btrfs_raid_bio::faila and failb to indicate
which stripe(s) had IO errors.

But that has some problems:

- If one sector failed csum check, the whole stripe where the corruption
  is will be marked error.
  This can reduce the chance we do recover, like this:

          0  4K 8K
  Data 1  |XX|  |
  Data 2  |  |XX|
  Parity  |  |  |

  In above case, 0~4K in data 1 should be recovered using data 2 and
  parity, while 4K~8K in data 2 should be recovered using data 1 and
  parity.

  Currently if we trigger read on 0~4K of data 1, we will also recover
  4K~8K of data 1 using corrupted data 2 and parity, causing wrong
  result in rbio cache.

- Harder to expand for future M-N scheme
  As we're limited to just faila/b, two corruptions.

- Harder to expand to handle extra csum errors
  This can be problematic if we start to do csum verification.

This patch will introduce an extra @error_bitmap, where one bit
represents error that happened for that sector.

The choice to introduce a new error bitmap other than reusing
sector_ptr, is to avoid extra search between rbio::stripe_sectors[] and
rbio::bio_sectors[].

Since we can submit bio using sectors from both sectors, doing proper
search on both array will more complex.

Although the new bitmap will take extra memory, later we can remove
things like @error and faila/b to save some memory.

Currently the new error bitmap and failab mechanism coexists, the error
bitmap is only updated at endio time and recover entrance.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_add_delayed_iput

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: use btrfs_inode inside btrfs_verify_data_csum

The function is mostly using internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: use btrfs_inode inside compress_file_range

The function is mostly using internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: switch async_chunk::inode to btrfs_inode

The async_chunk::inode structure is for internal interfaces so we should
use the btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_inherit_iflags

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to inode_tree_add

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to fixup_tree_root_location

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_inode_by_name

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_unlink_subvol

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_clear_delalloc_extent

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_split_delalloc_extent

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_set_delalloc_extent

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_merge_delalloc_extent

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: switch extent_io_tree::private_data to btrfs_inode and rename

The extent_io_tree::private_data was meant to be a preparatory work for
the metadata inode rework but that never materialized. Now it's used
only for an inode so it's better to change the appropriate type and
rename it.

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

btrfs: drop private_data parameter from extent_io_tree_init

All callers except one pass NULL, so the parameter can be dropped and
the inode::io_tree initialization can be open coded.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_delete_subvolume

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to __unlink_start_trans

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_check_data_csum

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: switch btrfs_writepage_fixup::inode to btrfs_inode

The btrfs_writepage_fixup structure is for internal interfaces so we
should use the btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_add_delalloc_inodes

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_dirty_inode

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_inode_unlock

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_inode_lock

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_truncate

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_submit_dio_bio

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: switch btrfs_dio_private::inode to btrfs_inode

The btrfs_dio_private structure is for internal interfaces so we should
use the btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_repair_one_sector

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to submit_one_bio

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_submit_dio_repair_bio

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_submit_data_read_bio

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_submit_data_write_bio

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_submit_metadata_bio

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_wq_submit_bio

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_submit_bio_start_direct_io

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: pass btrfs_inode to btrfs_submit_bio_start

The function is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: switch async_submit_bio::inode to btrfs_inode

The async bio submit is for internal interfaces so we should use the
btrfs_inode.

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

btrfs: simplify btree_submit_bio_start and btrfs_submit_bio_start parameters

After previous patches the unused parameters can be removed from
btree_submit_bio_start and btrfs_submit_bio_start as they don't need to
conform to the extent_submit_bio_start_t typedef.

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

btrfs: change how submit bio callback is passed to btrfs_wq_submit_bio

There's a callback function parameter for btrfs_wq_submit_bio that can
be one of: metadata, buffered data, direct io data. The callback
abstraction is unnecessary as we have all functions available.

Replace the parameter with a command that leads to a direct call in
run_one_async_start. The called functions can be then simplified and we
can also remove the extent_submit_bio_start_t typedef.

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

btrfs: drop parameter compression_type from btrfs_submit_dio_repair_bio

Compression and direct io don't work together so the compression
parameter can be dropped after previous patch that changed the call
to direct.

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

btrfs: change how repair action is passed to btrfs_repair_one_sector

There's a function pointer passed to btrfs_repair_one_sector that will
submit the right bio for repair. However there are only two callbacks,
for buffered and for direct IO. This can be simplified to a bool-based
switch and call either function, indirect calls in this case is an
unnecessary abstraction. This allows to remove the submit_bio_hook_t
typedef.

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

btrfs: convert btrfs_block_group::seq_zone to runtime flag

In zoned mode the sequential status of zone can be also tracked in the
runtime flags of block group.

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

btrfs: convert btrfs_block_group::needs_free_space to runtime flag

We already have flags in block group to track various status bits,
convert needs_free_space as well and reduce size of btrfs_block_group.

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

btrfs: zoned: use helper to check a power of two zone size

We have a 64bit compatible helper to check if a value is a power of two,
use it instead of open coding it.

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

btrfs: zlib: use copy_page for full page copy

The copy_page helper may use an optimized version for full page copy
(eg. on s390 there's a special instruction for that), there's one more
left to convert.

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

btrfs: send: bump the extent reference count limit for backref walking

After the previous patchset which is comprised of the following patches:

  01/17 btrfs: fix inode list leak during backref walking at resolve_indirect_refs()
  02/17 btrfs: fix inode list leak during backref walking at find_parent_nodes()
  03/17 btrfs: fix ulist leaks in error paths of qgroup self tests
  04/17 btrfs: remove pointless and double ulist frees in error paths of qgroup tests
  05/17 btrfs: send: avoid unnecessary path allocations when finding extent clone
  06/17 btrfs: send: update comment at find_extent_clone()
  07/17 btrfs: send: drop unnecessary backref context field initializations
  08/17 btrfs: send: avoid unnecessary backref lookups when finding clone source
  09/17 btrfs: send: optimize clone detection to increase extent sharing
  10/17 btrfs: use a single argument for extent offset in backref walking functions
  11/17 btrfs: use a structure to pass arguments to backref walking functions
  12/17 btrfs: reuse roots ulist on each leaf iteration for iterate_extent_inodes()
  13/17 btrfs: constify ulist parameter of ulist_next()
  14/17 btrfs: send: cache leaf to roots mapping during backref walking
  15/17 btrfs: send: skip unnecessary backref iterations
  16/17 btrfs: send: avoid double extent tree search when finding clone source
  17/17 btrfs: send: skip resolution of our own backref when finding clone source

we have now much better performance when doing backref walking in the send
code, so we can increase the current limit from 64 to 1024 references.
This limit is still a bit conservative because there are still edge cases
where backref walking will be too slow and spend a lot of cpu time, some IO
reading b+tree nodes/leaves and memory. The goal is to eventually get rid
of any limit, but for now bump it as it benefits users with extents shared
more than 64 times and up to 1024 times, allowing for more deduplication
at the destination without having to run a dedupe tool after a receive.

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

btrfs: send: skip resolution of our own backref when finding clone source

When doing backref walking to determine a source range to clone from, it
is worthless to collect and resolve our own data backref, as we can't
obviously use it as a clone source and it represents the range we want to
clone into. Collecting the backref implies doing the extra work to resolve
it, doing the search for a file extent item in a subvolume tree, etc.
Skipping the data backref is valid as long as we only have the send root
as the single clone root, otherwise the leaf with the file extent item may
be accessible from another clone root due to shared subtrees created by
snapshots, and therefore we have to collect the backref and resolve it.

So add a callback to the backref walking code to guide it to skip data
backrefs.

This change is part of a patchset comprised of the following patches:

  01/17 btrfs: fix inode list leak during backref walking at resolve_indirect_refs()
  02/17 btrfs: fix inode list leak during backref walking at find_parent_nodes()
  03/17 btrfs: fix ulist leaks in error paths of qgroup self tests
  04/17 btrfs: remove pointless and double ulist frees in error paths of qgroup tests
  05/17 btrfs: send: avoid unnecessary path allocations when finding extent clone
  06/17 btrfs: send: update comment at find_extent_clone()
  07/17 btrfs: send: drop unnecessary backref context field initializations
  08/17 btrfs: send: avoid unnecessary backref lookups when finding clone source
  09/17 btrfs: send: optimize clone detection to increase extent sharing
  10/17 btrfs: use a single argument for extent offset in backref walking functions
  11/17 btrfs: use a structure to pass arguments to backref walking functions
  12/17 btrfs: reuse roots ulist on each leaf iteration for iterate_extent_inodes()
  13/17 btrfs: constify ulist parameter of ulist_next()
  14/17 btrfs: send: cache leaf to roots mapping during backref walking
  15/17 btrfs: send: skip unnecessary backref iterations
  16/17 btrfs: send: avoid double extent tree search when finding clone source
  17/17 btrfs: send: skip resolution of our own backref when finding clone source

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

   $ cat test-send-many-shared-extents.sh
   #!/bin/bash

   DEV=/dev/sdh
   MNT=/mnt/sdh

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

   num_files=50000
   num_clones_per_file=50

   for ((i = 1; i <= $num_files; i++)); do
       xfs_io -f -c "pwrite 0 64K" $MNT/file_$i > /dev/null
       echo -ne "\r$i files created..."
   done
   echo

   btrfs subvolume snapshot -r $MNT $MNT/snap1

   cloned=0
   for ((i = 1; i <= $num_clones_per_file; i++)); do
       for ((j = 1; j <= $num_files; j++)); do
           cp --reflink=always $MNT/file_$j $MNT/file_${j}_clone_${i}
           cloned=$((cloned + 1))
           echo -ne "\r$cloned / $((num_files * num_clones_per_file)) clone operations"
       done
   done
   echo

   btrfs subvolume snapshot -r $MNT $MNT/snap2

   # Unmount and mount again to clear all cached metadata (and data).
   umount $DEV
   mount $DEV $MNT

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

   dur=$(( (end - start) / 1000000000 ))
   echo -e "\nFull send took $dur seconds"

   # Unmount and mount again to clear all cached metadata (and data).
   umount $DEV
   mount $DEV $MNT

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

   dur=$(( (end - start) / 1000000000 ))
   echo -e "\nIncremental send took $dur seconds"

   umount $MNT

Before applying the patchset:

   (...)
   Full send took 1108 seconds
   (...)
   Incremental send took 1135 seconds

After applying the whole patchset:

   (...)
   Full send took 268 seconds            (-75.8%)
   (...)
   Incremental send took 316 seconds     (-72.2%)

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

btrfs: send: avoid double extent tree search when finding clone source

At find_extent_clone() we search twice for the extent item corresponding
to the data extent that the current file extent items points to:

1) Once with a call to extent_from_logical();

2) Once again during backref walking, through iterate_extent_inodes()
   which eventually leads to find_parent_nodes() where we will search
   again the extent tree for the same extent item.

The extent tree can be huge, so doing this one extra search for every
extent we want to send adds up and it's expensive.

The first call is there since the send code was introduced and it
accomplishes two things:

1) Check that the extent is flagged as a data extent in the extent tree.
   But it can not be anything else, otherwise we wouldn't have a file
   extent item in the send root pointing to it.
   This was probably added to catch bugs in the early days where send was
   yet too young and the interaction with everything else was far from
   perfect;

2) Check how many direct references there are on the extent, and if
   there's too many (more than SEND_MAX_EXTENT_REFS), avoid doing the
   backred walking as it may take too long and slowdown send.

So improve on this by having a callback in the backref walking code that
is called when it finds the extent item in the extent tree, and have those
checks done in the callback. When the callback returns anything different
from 0, it stops the backref walking code. This way we do a single search
on the extent tree for the extent item of our data extent.

Also, before this change we were only checking the number of references on
the data extent against SEND_MAX_EXTENT_REFS, but after starting backref
walking we will end up resolving backrefs for extent buffers in the path
from a leaf having a file extent item pointing to our data extent, up to
roots of trees from which the extent buffer is accessible from, due to
shared subtrees resulting from snapshoting. We were therefore allowing for
the possibility for send taking too long due to some node in the path from
the leaf to a root node being shared too many times. After this change we
check for reference counts being greater than SEND_MAX_EXTENT_REFS for
both data extents and metadata extents.

This change is part of a patchset comprised of the following patches:

  01/17 btrfs: fix inode list leak during backref walking at resolve_indirect_refs()
  02/17 btrfs: fix inode list leak during backref walking at find_parent_nodes()
  03/17 btrfs: fix ulist leaks in error paths of qgroup self tests
  04/17 btrfs: remove pointless and double ulist frees in error paths of qgroup tests
  05/17 btrfs: send: avoid unnecessary path allocations when finding extent clone
  06/17 btrfs: send: update comment at find_extent_clone()
  07/17 btrfs: send: drop unnecessary backref context field initializations
  08/17 btrfs: send: avoid unnecessary backref lookups when finding clone source
  09/17 btrfs: send: optimize clone detection to increase extent sharing
  10/17 btrfs: use a single argument for extent offset in backref walking functions
  11/17 btrfs: use a structure to pass arguments to backref walking functions
  12/17 btrfs: reuse roots ulist on each leaf iteration for iterate_extent_inodes()
  13/17 btrfs: constify ulist parameter of ulist_next()
  14/17 btrfs: send: cache leaf to roots mapping during backref walking
  15/17 btrfs: send: skip unnecessary backref iterations
  16/17 btrfs: send: avoid double extent tree search when finding clone source
  17/17 btrfs: send: skip resolution of our own backref when finding clone source

Performance test results are in the changelog of patch 17/17.

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

btrfs: send: skip unnecessary backref iterations

When looking for a clone source for an extent, we are iterating over all
the backreferences for an extent. This is often a waste of time, because
once we find a good clone source we could stop immediately instead of
continuing backref walking, which is expensive.

Basically what happens currently is this:

1) Call iterate_extent_inodes() to iterate over all the backreferences;

2) It calls btrfs_find_all_leafs() which in turn calls the main function
   to walk over backrefs and collect them - find_parent_nodes();

3) Then we collect all the references for our target data extent from the
   extent tree (and delayed refs if any), add them to the rb trees,
   resolve all the indirect backreferences and search for all the file
   extent items in fs trees, building a list of inodes for each one of
   them (struct extent_inode_elem);

4) Then back at iterate_extent_inodes() we find all the roots associated
   to each found leaf, and call the callback __iterate_backrefs defined
   at send.c for each inode in the inode list associated to each leaf.

Some times one the first backreferences we find in a fs tree is optimal
to satisfy the clone operation that send wants to perform, and in that
case we could stop immediately and avoid resolving all the remaining
indirect backreferences (search fs trees for the respective file extent
items, etc). This possibly if when we find a fs tree leaf with a file
extent item we are able to know what are all the roots that can lead to
the leaf - this is now possible after the previous patch in the series
that adds a cache that maps leaves to a list of roots. So we can now
shortcircuit backref walking during send, by having the callback we
pass to iterate_extent_inodes() to be called when we find a file extent
item for an indirect backreference, and have it return a special value
when it found a suitable backreference and it does not need to look for
more backreferences. This change does that.

This change is part of a patchset comprised of the following patches:

  01/17 btrfs: fix inode list leak during backref walking at resolve_indirect_refs()
  02/17 btrfs: fix inode list leak during backref walking at find_parent_nodes()
  03/17 btrfs: fix ulist leaks in error paths of qgroup self tests
  04/17 btrfs: remove pointless and double ulist frees in error paths of qgroup tests
  05/17 btrfs: send: avoid unnecessary path allocations when finding extent clone
  06/17 btrfs: send: update comment at find_extent_clone()
  07/17 btrfs: send: drop unnecessary backref context field initializations
  08/17 btrfs: send: avoid unnecessary backref lookups when finding clone source
  09/17 btrfs: send: optimize clone detection to increase extent sharing
  10/17 btrfs: use a single argument for extent offset in backref walking functions
  11/17 btrfs: use a structure to pass arguments to backref walking functions
  12/17 btrfs: reuse roots ulist on each leaf iteration for iterate_extent_inodes()
  13/17 btrfs: constify ulist parameter of ulist_next()
  14/17 btrfs: send: cache leaf to roots mapping during backref walking
  15/17 btrfs: send: skip unnecessary backref iterations
  16/17 btrfs: send: avoid double extent tree search when finding clone source
  17/17 btrfs: send: skip resolution of our own backref when finding clone source

Performance test results are in the changelog of patch 17/17.

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

btrfs: send: cache leaf to roots mapping during backref walking

During a send operation, when doing backref walking to determine which
inodes/offsets/roots we can clone from, the most repetitive and expensive
step is to map each leaf that has file extent items pointing to the target
data extent to the IDs of the roots from which the leaves are accessible,
which happens at iterate_extent_inodes(). That step requires finding every
parent node of a leaf, then the parent of each parent, and so on until we
reach a root node. So it's a naturally expensive operation, and repetitive
because each leaf can have hundreds of file extent items (for a nodesize
of 16K, that can be slightly over 200 file extent items). There's also
temporal locality, as we process all file extent items from a leave before
moving the next leaf.

This change caches the mapping of leaves to root IDs, to avoid repeating
those computations over and over again. The cache is limited to a maximum
of 128 entries, with each entry being a struct with a size of 128 bytes,
so the maximum cache size is 16K plus any nodes internally allocated by
the maple tree that is used to index pointers to those structs. The cache
is invalidated whenever we detect relocation happened since we started
filling the cache, because if relocation happened then extent buffers for
leaves and nodes of the trees used by a send operation may have been
reallocated.

This cache also allows for another important optimization that is
introduced in the next patch in the series.

This change is part of a patchset comprised of the following patches:

  01/17 btrfs: fix inode list leak during backref walking at resolve_indirect_refs()
  02/17 btrfs: fix inode list leak during backref walking at find_parent_nodes()
  03/17 btrfs: fix ulist leaks in error paths of qgroup self tests
  04/17 btrfs: remove pointless and double ulist frees in error paths of qgroup tests
  05/17 btrfs: send: avoid unnecessary path allocations when finding extent clone
  06/17 btrfs: send: update comment at find_extent_clone()
  07/17 btrfs: send: drop unnecessary backref context field initializations
  08/17 btrfs: send: avoid unnecessary backref lookups when finding clone source
  09/17 btrfs: send: optimize clone detection to increase extent sharing
  10/17 btrfs: use a single argument for extent offset in backref walking functions
  11/17 btrfs: use a structure to pass arguments to backref walking functions
  12/17 btrfs: reuse roots ulist on each leaf iteration for iterate_extent_inodes()
  13/17 btrfs: constify ulist parameter of ulist_next()
  14/17 btrfs: send: cache leaf to roots mapping during backref walking
  15/17 btrfs: send: skip unnecessary backref iterations
  16/17 btrfs: send: avoid double extent tree search when finding clone source
  17/17 btrfs: send: skip resolution of our own backref when finding clone source

Performance test results are in the changelog of patch 17/17.

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

btrfs: constify ulist parameter of ulist_next()

The ulist_next() iterator function does not need to change the given ulist
so make it const. This will allow the next patch in the series to pass a
ulist to a function that does not need, and should not, modify the ulist.

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

btrfs: reuse roots ulist on each leaf iteration for iterate_extent_inodes()

At iterate_extent_inodes() we collect a ulist of leaves for a given extent
with a call to btrfs_find_all_leafs() and then we enter a loop where we
iterate over all the collected leaves. Each iteration of that loop does a
call to btrfs_find_all_roots_safe(), to determine all roots from which a
leaf is accessible, and that results in allocating and releasing a ulist
to store the root IDs.

Instead of allocating and releasing the roots ulist on every iteration,
allocate a ulist before entering the loop and keep using it on each
iteration, reinitializing the ulist at the end of each iteration.

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

btrfs: use a structure to pass arguments to backref walking functions

The public backref walking functions have quite a lot of arguments that
are passed down the call stack to find_parent_nodes(), the core function
of the backref walking code.

The next patches in series will need to add even arguments to these
functions that should be passed not only to find_parent_nodes(), but also
to other functions used by the later (directly or even lower in the call
stack).

So create a structure to hold all these arguments and state used by the
main backref walking function, find_parent_nodes(), and use it as the
argument for the public backref walking functions iterate_extent_inodes(),
btrfs_find_all_leafs() and btrfs_find_all_roots().

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