sys/kern/vfs_vm.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2010 The DragonFly Project.  All rights reserved.
   3  *
   4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
   5  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  *
  11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
  15  *    the documentation and/or other materials provided with the
  16  *    distribution.
  17  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
  18  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
  19  *    from this software without specific, prior written permission.
  20  *
  21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  22  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  23  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
  24  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
  25  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  26  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
  27  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  28  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
  29  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
  30  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
  31  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  */
  34
  35 /*
  36  * Implements new VFS/VM coherency functions.  For conforming VFSs
  37  * we treat the backing VM object slightly differently.  Instead of
  38  * maintaining a number of pages to exactly fit the size of the file
  39  * we instead maintain pages to fit the entire contents of the last
  40  * buffer cache buffer used by the file.
  41  *
  42  * For VFSs like NFS and HAMMER which use (generally speaking) fixed
  43  * sized buffers this greatly reduces the complexity of VFS/VM interactions.
  44  *
  45  * Truncations no longer invalidate pages covered by the buffer cache
  46  * beyond the file EOF which still fit within the file's last buffer.
  47  * We simply unmap them and do not allow userland to fault them in.
  48  *
  49  * The VFS is no longer responsible for zero-filling buffers during a
  50  * truncation, the last buffer will be automatically zero-filled by
  51  * nvtruncbuf().
  52  *
  53  * This code is intended to (eventually) replace vtruncbuf() and
  54  * vnode_pager_setsize().
  55  */
  56
  57 #include <sys/param.h>
  58 #include <sys/systm.h>
  59 #include <sys/buf.h>
  60 #include <sys/conf.h>
  61 #include <sys/fcntl.h>
  62 #include <sys/file.h>
  63 #include <sys/kernel.h>
  64 #include <sys/malloc.h>
  65 #include <sys/mount.h>
  66 #include <sys/proc.h>
  67 #include <sys/socket.h>
  68 #include <sys/stat.h>
  69 #include <sys/sysctl.h>
  70 #include <sys/unistd.h>
  71 #include <sys/vmmeter.h>
  72 #include <sys/vnode.h>
  73
  74 #include <machine/limits.h>
  75
  76 #include <vm/vm.h>
  77 #include <vm/vm_object.h>
  78 #include <vm/vm_extern.h>
  79 #include <vm/vm_kern.h>
  80 #include <vm/pmap.h>
  81 #include <vm/vm_map.h>
  82 #include <vm/vm_page.h>
  83 #include <vm/vm_pager.h>
  84 #include <vm/vnode_pager.h>
  85 #include <vm/vm_zone.h>
  86
  87 #include <sys/buf2.h>
  88 #include <sys/thread2.h>
  89 #include <sys/sysref2.h>
  90 #include <sys/mplock2.h>
  91
  92 static int nvtruncbuf_bp_trunc_cmp(struct buf *bp, void *data);
  93 static int nvtruncbuf_bp_trunc(struct buf *bp, void *data);
  94 static int nvtruncbuf_bp_metasync_cmp(struct buf *bp, void *data);
  95 static int nvtruncbuf_bp_metasync(struct buf *bp, void *data);
  96
  97 /*
  98  * Truncate a file's buffer and pages to a specified length. The
  99  * byte-granular length of the file is specified along with the block
 100  * size of the buffer containing that offset.
 101  *
 102  * If the last buffer straddles the length its contents will be zero-filled
 103  * as appropriate.  All buffers and pages after the last buffer will be
 104  * destroyed.  The last buffer itself will be destroyed only if the length
 105  * is exactly aligned with it.
 106  *
 107  * UFS typically passes the old block size prior to the actual truncation,
 108  * then later resizes the block based on the new file size.  NFS uses a
 109  * fixed block size and doesn't care.  HAMMER uses a block size based on
 110  * the offset which is fixed for any particular offset.
 111  *
 112  * When zero-filling we must bdwrite() to avoid a window of opportunity
 113  * where the kernel might throw away a clean buffer and the filesystem
 114  * then attempts to bread() it again before completing (or as part of)
 115  * the extension.  The filesystem is still responsible for zero-filling
 116  * any remainder when writing to the media in the strategy function when
 117  * it is able to do so without the page being mapped.  The page may still
 118  * be mapped by userland here.
 119  *
 120  * When modifying a buffer we must clear any cached raw disk offset.
 121  * bdwrite() will call BMAP on it again.  Some filesystems, like HAMMER,
 122  * never overwrite existing data blocks.
 123  */
 124
 125 struct truncbuf_info {
 126         struct vnode *vp;
 127         off_t truncloffset;     /* truncation point */
 128         int clean;              /* clean tree, else dirty tree */
 129 };
 130
 131 int
 132 nvtruncbuf(struct vnode *vp, off_t length, int blksize, int boff)
 133 {
 134         struct truncbuf_info info;
 135         off_t truncboffset;
 136         const char *filename;
 137         struct buf *bp;
 138         int count;
 139         int error;
 140
 141         /*
 142          * Round up to the *next* block, then destroy the buffers in question.
 143          * Since we are only removing some of the buffers we must rely on the
 144          * scan count to determine whether a loop is necessary.
 145          *
 146          * Destroy any pages beyond the last buffer.
 147          */
 148         if (boff < 0)
 149                 boff = (int)(length % blksize);
 150         if (boff)
 151                 info.truncloffset = length + (blksize - boff);
 152         else
 153                 info.truncloffset = length;
 154         info.vp = vp;
 155         lwkt_gettoken(&vp->v_token);
 156         do {
 157                 info.clean = 1;
 158                 count = RB_SCAN(buf_rb_tree, &vp->v_rbclean_tree,
 159                                 nvtruncbuf_bp_trunc_cmp,
 160                                 nvtruncbuf_bp_trunc, &info);
 161                 info.clean = 0;
 162                 count += RB_SCAN(buf_rb_tree, &vp->v_rbdirty_tree,
 163                                 nvtruncbuf_bp_trunc_cmp,
 164                                 nvtruncbuf_bp_trunc, &info);
 165         } while(count);
 166
 167         nvnode_pager_setsize(vp, length, blksize, boff);
 168
 169         /*
 170          * Zero-fill the area beyond the file EOF that still fits within
 171          * the last buffer.  We must mark the buffer as dirty even though
 172          * the modified area is beyond EOF to avoid races where the kernel
 173          * might flush the buffer before the filesystem is able to reallocate
 174          * the block.
 175          *
 176          * The VFS is responsible for dealing with the actual truncation.
 177          */
 178         if (boff) {
 179                 truncboffset = length - boff;
 180                 error = bread(vp, truncboffset, blksize, &bp);
 181                 if (error == 0) {
 182                         bzero(bp->b_data + boff, blksize - boff);
 183                         if (bp->b_flags & B_DELWRI) {
 184                                 if (bp->b_dirtyoff > boff)
 185                                         bp->b_dirtyoff = boff;
 186                                 if (bp->b_dirtyend > boff)
 187                                         bp->b_dirtyend = boff;
 188                         }
 189                         bp->b_bio2.bio_offset = NOOFFSET;
 190                         bdwrite(bp);
 191                 }
 192         } else {
 193                 error = 0;
 194         }
 195
 196         /*
 197          * For safety, fsync any remaining metadata if the file is not being
 198          * truncated to 0.  Since the metadata does not represent the entire
 199          * dirty list we have to rely on the hit count to ensure that we get
 200          * all of it.
 201          *
 202          * This is typically applicable only to UFS.  NFS and HAMMER do
 203          * not store indirect blocks in the per-vnode buffer cache.
 204          */
 205         if (length > 0) {
 206                 do {
 207                         count = RB_SCAN(buf_rb_tree, &vp->v_rbdirty_tree,
 208                                         nvtruncbuf_bp_metasync_cmp,
 209                                         nvtruncbuf_bp_metasync, &info);
 210                 } while (count);
 211         }
 212
 213         /*
 214          * It is possible to have in-progress I/O from buffers that were
 215          * not part of the truncation.  This should not happen if we
 216          * are truncating to 0-length.
 217          */
 218         bio_track_wait(&vp->v_track_write, 0, 0);
 219
 220         /*
 221          * Debugging only
 222          */
 223         spin_lock(&vp->v_spinlock);
 224         filename = TAILQ_FIRST(&vp->v_namecache) ?
 225                    TAILQ_FIRST(&vp->v_namecache)->nc_name : "?";
 226         spin_unlock(&vp->v_spinlock);
 227
 228         /*
 229          * Make sure no buffers were instantiated while we were trying
 230          * to clean out the remaining VM pages.  This could occur due
 231          * to busy dirty VM pages being flushed out to disk.
 232          */
 233         do {
 234                 info.clean = 1;
 235                 count = RB_SCAN(buf_rb_tree, &vp->v_rbclean_tree,
 236                                 nvtruncbuf_bp_trunc_cmp,
 237                                 nvtruncbuf_bp_trunc, &info);
 238                 info.clean = 0;
 239                 count += RB_SCAN(buf_rb_tree, &vp->v_rbdirty_tree,
 240                                 nvtruncbuf_bp_trunc_cmp,
 241                                 nvtruncbuf_bp_trunc, &info);
 242                 if (count) {
 243                         kprintf("Warning: vtruncbuf():  Had to re-clean %d "
 244                                "left over buffers in %s\n", count, filename);
 245                 }
 246         } while(count);
 247
 248         lwkt_reltoken(&vp->v_token);
 249
 250         return (error);
 251 }
 252
 253 /*
 254  * The callback buffer is beyond the new file EOF and must be destroyed.
 255  * Note that the compare function must conform to the RB_SCAN's requirements.
 256  */
 257 static
 258 int
 259 nvtruncbuf_bp_trunc_cmp(struct buf *bp, void *data)
 260 {
 261         struct truncbuf_info *info = data;
 262
 263         if (bp->b_loffset >= info->truncloffset)
 264                 return(0);
 265         return(-1);
 266 }
 267
 268 static
 269 int
 270 nvtruncbuf_bp_trunc(struct buf *bp, void *data)
 271 {
 272         struct truncbuf_info *info = data;
 273
 274         /*
 275          * Do not try to use a buffer we cannot immediately lock,
 276          * but sleep anyway to prevent a livelock.  The code will
 277          * loop until all buffers can be acted upon.
 278          */
 279         if (BUF_LOCK(bp, LK_EXCLUSIVE | LK_NOWAIT)) {
 280                 atomic_add_int(&bp->b_refs, 1);
 281                 if (BUF_LOCK(bp, LK_EXCLUSIVE|LK_SLEEPFAIL) == 0)
 282                         BUF_UNLOCK(bp);
 283                 atomic_subtract_int(&bp->b_refs, 1);
 284         } else if ((info->clean && (bp->b_flags & B_DELWRI)) ||
 285                    (info->clean == 0 && (bp->b_flags & B_DELWRI) == 0) ||
 286                    bp->b_vp != info->vp ||
 287                    nvtruncbuf_bp_trunc_cmp(bp, data)) {
 288                 BUF_UNLOCK(bp);
 289         } else {
 290                 bremfree(bp);
 291                 bp->b_flags |= (B_INVAL | B_RELBUF | B_NOCACHE);
 292                 brelse(bp);
 293         }
 294         return(1);
 295 }
 296
 297 /*
 298  * Fsync all meta-data after truncating a file to be non-zero.  Only metadata
 299  * blocks (with a negative loffset) are scanned.
 300  * Note that the compare function must conform to the RB_SCAN's requirements.
 301  */
 302 static int
 303 nvtruncbuf_bp_metasync_cmp(struct buf *bp, void *data __unused)
 304 {
 305         if (bp->b_loffset < 0)
 306                 return(0);
 307         return(1);
 308 }
 309
 310 static int
 311 nvtruncbuf_bp_metasync(struct buf *bp, void *data)
 312 {
 313         struct truncbuf_info *info = data;
 314
 315         /*
 316          * Do not try to use a buffer we cannot immediately lock,
 317          * but sleep anyway to prevent a livelock.  The code will
 318          * loop until all buffers can be acted upon.
 319          */
 320         if (BUF_LOCK(bp, LK_EXCLUSIVE | LK_NOWAIT)) {
 321                 atomic_add_int(&bp->b_refs, 1);
 322                 if (BUF_LOCK(bp, LK_EXCLUSIVE|LK_SLEEPFAIL) == 0)
 323                         BUF_UNLOCK(bp);
 324                 atomic_subtract_int(&bp->b_refs, 1);
 325         } else if ((bp->b_flags & B_DELWRI) == 0 ||
 326                    bp->b_vp != info->vp ||
 327                    nvtruncbuf_bp_metasync_cmp(bp, data)) {
 328                 BUF_UNLOCK(bp);
 329         } else {
 330                 bremfree(bp);
 331                 bawrite(bp);
 332         }
 333         return(1);
 334 }
 335
 336 /*
 337  * Extend a file's buffer and pages to a new, larger size.  The block size
 338  * at both the old and new length must be passed, but buffer cache operations
 339  * will only be performed on the old block.  The new nlength/nblksize will
 340  * be used to properly set the VM object size.
 341  *
 342  * To make this explicit we require the old length to passed even though
 343  * we can acquire it from vp->v_filesize, which also avoids potential
 344  * corruption if the filesystem and vp get desynchronized somehow.
 345  *
 346  * If the caller intends to immediately write into the newly extended
 347  * space pass trivial == 1.  If trivial is 0 the original buffer will be
 348  * zero-filled as necessary to clean out any junk in the extended space.
 349  *
 350  * When zero-filling we must bdwrite() to avoid a window of opportunity
 351  * where the kernel might throw away a clean buffer and the filesystem
 352  * then attempts to bread() it again before completing (or as part of)
 353  * the extension.  The filesystem is still responsible for zero-filling
 354  * any remainder when writing to the media in the strategy function when
 355  * it is able to do so without the page being mapped.  The page may still
 356  * be mapped by userland here.
 357  *
 358  * When modifying a buffer we must clear any cached raw disk offset.
 359  * bdwrite() will call BMAP on it again.  Some filesystems, like HAMMER,
 360  * never overwrite existing data blocks.
 361  */
 362 int
 363 nvextendbuf(struct vnode *vp, off_t olength, off_t nlength,
 364             int oblksize, int nblksize, int oboff, int nboff, int trivial)
 365 {
 366         off_t truncboffset;
 367         struct buf *bp;
 368         int error;
 369
 370         error = 0;
 371         nvnode_pager_setsize(vp, nlength, nblksize, nboff);
 372         if (trivial == 0) {
 373                 if (oboff < 0)
 374                         oboff = (int)(olength % oblksize);
 375                 truncboffset = olength - oboff;
 376
 377                 if (oboff) {
 378                         error = bread(vp, truncboffset, oblksize, &bp);
 379                         if (error == 0) {
 380                                 bzero(bp->b_data + oboff, oblksize - oboff);
 381                                 bp->b_bio2.bio_offset = NOOFFSET;
 382                                 bdwrite(bp);
 383                         }
 384                 }
 385         }
 386         return (error);
 387 }
 388
 389 /*
 390  * Set vp->v_filesize and vp->v_object->size, destroy pages beyond
 391  * the last buffer when truncating.
 392  *
 393  * This function does not do any zeroing or invalidating of partially
 394  * overlapping pages.  Zeroing is the responsibility of nvtruncbuf().
 395  * However, it does unmap VM pages from the user address space on a
 396  * page-granular (verses buffer cache granular) basis.
 397  *
 398  * If boff is passed as -1 the base offset of the buffer cache buffer is
 399  * calculated from length and blksize.  Filesystems such as UFS which deal
 400  * with fragments have to specify a boff >= 0 since the base offset cannot
 401  * be calculated from length and blksize.
 402  *
 403  * For UFS blksize is the 'new' blocksize, used only to determine how large
 404  * the VM object must become.
 405  */
 406 void
 407 nvnode_pager_setsize(struct vnode *vp, off_t length, int blksize, int boff)
 408 {
 409         vm_pindex_t nobjsize;
 410         vm_pindex_t oobjsize;
 411         vm_pindex_t pi;
 412         vm_object_t object;
 413         vm_page_t m;
 414         off_t truncboffset;
 415
 416         /*
 417          * Degenerate conditions
 418          */
 419         if ((object = vp->v_object) == NULL)
 420                 return;
 421         if (length == vp->v_filesize)
 422                 return;
 423
 424         /*
 425          * Calculate the size of the VM object, coverage includes
 426          * the buffer straddling EOF.  If EOF is buffer-aligned
 427          * we don't bother.
 428          *
 429          * Buffers do not have to be page-aligned.  Make sure
 430          * nobjsize is beyond the last page of the buffer.
 431          */
 432         if (boff < 0)
 433                 boff = (int)(length % blksize);
 434         truncboffset = length - boff;
 435         oobjsize = object->size;
 436         if (boff)
 437                 nobjsize = OFF_TO_IDX(truncboffset + blksize + PAGE_MASK);
 438         else
 439                 nobjsize = OFF_TO_IDX(truncboffset + PAGE_MASK);
 440         object->size = nobjsize;
 441
 442         if (length < vp->v_filesize) {
 443                 /*
 444                  * File has shrunk, toss any cached pages beyond
 445                  * the end of the buffer (blksize aligned) for the
 446                  * new EOF.
 447                  */
 448                 vp->v_filesize = length;
 449                 if (nobjsize < oobjsize) {
 450                         vm_object_page_remove(object, nobjsize, oobjsize,
 451                                               FALSE);
 452                 }
 453
 454                 /*
 455                  * Unmap any pages (page aligned) beyond the new EOF.
 456                  * The pages remain part of the (last) buffer and are not
 457                  * invalidated.
 458                  */
 459                 pi = OFF_TO_IDX(length + PAGE_MASK);
 460                 lwkt_gettoken(&vm_token);
 461                 while (pi < nobjsize) {
 462                         do {
 463                                 m = vm_page_lookup(object, pi);
 464                         } while (m && vm_page_sleep_busy(m, TRUE, "vsetsz"));
 465                         if (m) {
 466                                 vm_page_busy(m);
 467                                 vm_page_protect(m, VM_PROT_NONE);
 468                                 vm_page_wakeup(m);
 469                         }
 470                         ++pi;
 471                 }
 472                 lwkt_reltoken(&vm_token);
 473         } else {
 474                 /*
 475                  * File has expanded.
 476                  */
 477                 vp->v_filesize = length;
 478         }
 479 }