sys/vfs/hammer2/hammer2_freemap.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2011-2013 The DragonFly Project.  All rights reserved.
   3  *
   4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
   5  * by Matthew Dillon <dillon@dragonflybsd.org>
   6  * by Venkatesh Srinivas <vsrinivas@dragonflybsd.org>
   7  *
   8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   9  * modification, are permitted provided that the following conditions
  10  * are met:
  11  *
  12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  14  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
  16  *    the documentation and/or other materials provided with the
  17  *    distribution.
  18  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
  19  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
  20  *    from this software without specific, prior written permission.
  21  *
  22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  23  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  24  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
  25  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
  26  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  27  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
  28  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  29  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
  30  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
  31  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
  32  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  33  * SUCH DAMAGE.
  34  */
  35 #include <sys/param.h>
  36 #include <sys/systm.h>
  37 #include <sys/kernel.h>
  38 #include <sys/fcntl.h>
  39 #include <sys/buf.h>
  40 #include <sys/proc.h>
  41 #include <sys/namei.h>
  42 #include <sys/mount.h>
  43 #include <sys/vnode.h>
  44 #include <sys/mountctl.h>
  45
  46 #include "hammer2.h"
  47
  48 struct hammer2_fiterate {
  49         hammer2_off_t   bpref;
  50         hammer2_off_t   bnext;
  51         int             loops;
  52 };
  53
  54 typedef struct hammer2_fiterate hammer2_fiterate_t;
  55
  56 static int hammer2_freemap_try_alloc(hammer2_trans_t *trans,
  57                         hammer2_chain_t **parentp, hammer2_blockref_t *bref,
  58                         int radix, hammer2_fiterate_t *iter);
  59 static void hammer2_freemap_init(hammer2_trans_t *trans, hammer2_mount_t *hmp,
  60                         hammer2_key_t key, hammer2_chain_t *chain);
  61 static int hammer2_bmap_alloc(hammer2_trans_t *trans, hammer2_mount_t *hmp,
  62                         hammer2_bmap_data_t *bmap, uint16_t class,
  63                         int n, int radix, hammer2_key_t *basep);
  64 static int hammer2_freemap_iterate(hammer2_trans_t *trans,
  65                         hammer2_chain_t **parentp, hammer2_chain_t **chainp,
  66                         hammer2_fiterate_t *iter);
  67
  68 static __inline
  69 int
  70 hammer2_freemapradix(int radix)
  71 {
  72         return(radix);
  73 }
  74
  75 /*
  76  * Calculate the device offset for the specified FREEMAP_NODE or FREEMAP_LEAF
  77  * bref.  Return a combined media offset and physical size radix.  Freemap
  78  * chains use fixed storage offsets in the 4MB reserved area at the
  79  * beginning of each 2GB zone
  80  *
  81  * Rotate between four possibilities.  Theoretically this means we have three
  82  * good freemaps in case of a crash which we can use as a base for the fixup
  83  * scan at mount-time.
  84  */
  85 #define H2FMBASE(key, radix)    ((key) & ~(((hammer2_off_t)1 << (radix)) - 1))
  86 #define H2FMSHIFT(radix)        ((hammer2_off_t)1 << (radix))
  87
  88 static
  89 int
  90 hammer2_freemap_reserve(hammer2_mount_t *hmp, hammer2_blockref_t *bref,
  91                         int radix)
  92 {
  93         hammer2_off_t off;
  94         size_t bytes;
  95
  96         /*
  97          * Physical allocation size -> radix.  Typically either 256 for
  98          * a level 0 freemap leaf or 65536 for a level N freemap node.
  99          *
 100          * NOTE: A 256 byte bitmap represents 256 x 8 x 1024 = 2MB of storage.
 101          *       Do not use hammer2_allocsize() here as it has a min cap.
 102          */
 103         bytes = 1 << radix;
 104
 105         /*
 106          * Adjust by HAMMER2_ZONE_FREEMAP_{A,B,C,D} using the existing
 107          * offset as a basis.  Start in zone A if previously unallocated.
 108          */
 109         if ((bref->data_off & ~HAMMER2_OFF_MASK_RADIX) == 0) {
 110                 off = HAMMER2_ZONE_FREEMAP_A;
 111         } else {
 112                 off = bref->data_off & ~HAMMER2_OFF_MASK_RADIX &
 113                       (((hammer2_off_t)1 << HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX) - 1);
 114                 off = off / HAMMER2_PBUFSIZE;
 115                 KKASSERT(off >= HAMMER2_ZONE_FREEMAP_A);
 116                 KKASSERT(off < HAMMER2_ZONE_FREEMAP_D + 4);
 117
 118                 if (off >= HAMMER2_ZONE_FREEMAP_D)
 119                         off = HAMMER2_ZONE_FREEMAP_A;
 120                 else if (off >= HAMMER2_ZONE_FREEMAP_C)
 121                         off = HAMMER2_ZONE_FREEMAP_D;
 122                 else if (off >= HAMMER2_ZONE_FREEMAP_B)
 123                         off = HAMMER2_ZONE_FREEMAP_C;
 124                 else
 125                         off = HAMMER2_ZONE_FREEMAP_B;
 126         }
 127         off = off * HAMMER2_PBUFSIZE;
 128
 129         /*
 130          * Calculate the block offset of the reserved block.  This will
 131          * point into the 4MB reserved area at the base of the appropriate
 132          * 2GB zone, once added to the FREEMAP_x selection above.
 133          */
 134         switch(bref->keybits) {
 135         /* case HAMMER2_FREEMAP_LEVEL5_RADIX: not applicable */
 136         case HAMMER2_FREEMAP_LEVEL4_RADIX:      /* 2EB */
 137                 KKASSERT(bref->type == HAMMER2_BREF_TYPE_FREEMAP_NODE);
 138                 KKASSERT(bytes == HAMMER2_FREEMAP_LEVELN_PSIZE);
 139                 off += H2FMBASE(bref->key, HAMMER2_FREEMAP_LEVEL4_RADIX) +
 140                        HAMMER2_ZONEFM_LEVEL4 * HAMMER2_PBUFSIZE;
 141                 break;
 142         case HAMMER2_FREEMAP_LEVEL3_RADIX:      /* 2PB */
 143                 KKASSERT(bref->type == HAMMER2_BREF_TYPE_FREEMAP_NODE);
 144                 KKASSERT(bytes == HAMMER2_FREEMAP_LEVELN_PSIZE);
 145                 off += H2FMBASE(bref->key, HAMMER2_FREEMAP_LEVEL3_RADIX) +
 146                        HAMMER2_ZONEFM_LEVEL3 * HAMMER2_PBUFSIZE;
 147                 break;
 148         case HAMMER2_FREEMAP_LEVEL2_RADIX:      /* 2TB */
 149                 KKASSERT(bref->type == HAMMER2_BREF_TYPE_FREEMAP_NODE);
 150                 KKASSERT(bytes == HAMMER2_FREEMAP_LEVELN_PSIZE);
 151                 off += H2FMBASE(bref->key, HAMMER2_FREEMAP_LEVEL2_RADIX) +
 152                        HAMMER2_ZONEFM_LEVEL2 * HAMMER2_PBUFSIZE;
 153                 break;
 154         case HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX:      /* 2GB */
 155                 KKASSERT(bref->type == HAMMER2_BREF_TYPE_FREEMAP_LEAF);
 156                 KKASSERT(bytes == HAMMER2_FREEMAP_LEVELN_PSIZE);
 157                 off += H2FMBASE(bref->key, HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX) +
 158                        HAMMER2_ZONEFM_LEVEL1 * HAMMER2_PBUFSIZE;
 159                 break;
 160         default:
 161                 panic("freemap: bad radix(2) %p %d\n", bref, bref->keybits);
 162                 /* NOT REACHED */
 163                 break;
 164         }
 165         bref->data_off = off | radix;
 166         return (0);
 167 }
 168
 169 /*
 170  * Normal freemap allocator
 171  *
 172  * Use available hints to allocate space using the freemap.  Create missing
 173  * freemap infrastructure on-the-fly as needed (including marking initial
 174  * allocations using the iterator as allocated, instantiating new 2GB zones,
 175  * and dealing with the end-of-media edge case).
 176  *
 177  * ip and bpref are only used as a heuristic to determine locality of
 178  * reference.  bref->key may also be used heuristically.
 179  */
 180 int
 181 hammer2_freemap_alloc(hammer2_trans_t *trans, hammer2_mount_t *hmp,
 182                       hammer2_blockref_t *bref, size_t bytes)
 183 {
 184         hammer2_chain_t *parent;
 185         int radix;
 186         int error;
 187         unsigned int hindex;
 188         hammer2_fiterate_t iter;
 189
 190         /*
 191          * Validate the allocation size.  It must be a power of 2.
 192          *
 193          * For now require that the caller be aware of the minimum
 194          * allocation (1K).
 195          */
 196         radix = hammer2_getradix(bytes);
 197         KKASSERT((size_t)1 << radix == bytes);
 198
 199         /*
 200          * Freemap blocks themselves are simply assigned from the reserve
 201          * area, not allocated from the freemap.
 202          */
 203         if (bref->type == HAMMER2_BREF_TYPE_FREEMAP_NODE ||
 204             bref->type == HAMMER2_BREF_TYPE_FREEMAP_LEAF) {
 205                 return(hammer2_freemap_reserve(hmp, bref, radix));
 206         }
 207
 208         if (bref->data_off & ~HAMMER2_OFF_MASK_RADIX)
 209                 hammer2_freemap_free(trans, hmp, bref, 0);
 210
 211         /*
 212          * Normal allocations
 213          */
 214         KKASSERT(bytes >= HAMMER2_MIN_ALLOC && bytes <= HAMMER2_MAX_ALLOC);
 215
 216         /*
 217          * Calculate the starting point for our allocation search.
 218          *
 219          * Each freemap leaf is dedicated to a specific freemap_radix.
 220          * The freemap_radix can be more fine-grained than the device buffer
 221          * radix which results in inodes being grouped together in their
 222          * own segment, terminal-data (16K or less) and initial indirect
 223          * block being grouped together, and then full-indirect and full-data
 224          * blocks (64K) being grouped together.
 225          *
 226          * The single most important aspect of this is the inode grouping
 227          * because that is what allows 'find' and 'ls' and other filesystem
 228          * topology operations to run fast.
 229          */
 230 #if 0
 231         if (bref->data_off & ~HAMMER2_OFF_MASK_RADIX)
 232                 bpref = bref->data_off & ~HAMMER2_OFF_MASK_RADIX;
 233         else if (trans->tmp_bpref)
 234                 bpref = trans->tmp_bpref;
 235         else if (trans->tmp_ip)
 236                 bpref = trans->tmp_ip->chain->bref.data_off;
 237         else
 238 #endif
 239         /*
 240          * Heuristic tracking index.  We would like one for each distinct
 241          * bref type if possible.  heur_freemap[] has room for two classes
 242          * for each type.  At a minimum we have to break-up our heuristic
 243          * by device block sizes.
 244          */
 245         hindex = hammer2_devblkradix(radix) - HAMMER2_MINIORADIX;
 246         KKASSERT(hindex < HAMMER2_FREEMAP_HEUR_NRADIX);
 247         hindex += bref->type * HAMMER2_FREEMAP_HEUR_NRADIX;
 248         hindex &= HAMMER2_FREEMAP_HEUR_TYPES * HAMMER2_FREEMAP_HEUR_NRADIX - 1;
 249         KKASSERT(hindex < HAMMER2_FREEMAP_HEUR);
 250
 251         iter.bpref = hmp->heur_freemap[hindex];
 252
 253         /*
 254          * Make sure bpref is in-bounds.  It's ok if bpref covers a zone's
 255          * reserved area, the try code will iterate past it.
 256          */
 257         if (iter.bpref > hmp->voldata.volu_size)
 258                 iter.bpref = hmp->voldata.volu_size - 1;
 259
 260         /*
 261          * Iterate the freemap looking for free space before and after.
 262          */
 263         parent = &hmp->fchain;
 264         hammer2_chain_lock(parent, HAMMER2_RESOLVE_ALWAYS);
 265         error = EAGAIN;
 266         iter.bnext = iter.bpref;
 267         iter.loops = 0;
 268
 269         while (error == EAGAIN) {
 270                 error = hammer2_freemap_try_alloc(trans, &parent, bref,
 271                                                   radix, &iter);
 272         }
 273         hmp->heur_freemap[hindex] = iter.bnext;
 274         hammer2_chain_unlock(parent);
 275
 276         return (error);
 277 }
 278
 279 static int
 280 hammer2_freemap_try_alloc(hammer2_trans_t *trans, hammer2_chain_t **parentp,
 281                           hammer2_blockref_t *bref, int radix,
 282                           hammer2_fiterate_t *iter)
 283 {
 284         hammer2_mount_t *hmp = (*parentp)->hmp;
 285         hammer2_off_t l0size;
 286         hammer2_off_t l1size;
 287         hammer2_off_t l1mask;
 288         hammer2_chain_t *chain;
 289         hammer2_off_t key;
 290         size_t bytes;
 291         uint16_t class;
 292         int error = 0;
 293
 294
 295         /*
 296          * Calculate the number of bytes being allocated, the number
 297          * of contiguous bits of bitmap being allocated, and the bitmap
 298          * mask.
 299          *
 300          * WARNING! cpu hardware may mask bits == 64 -> 0 and blow up the
 301          *          mask calculation.
 302          */
 303         bytes = (size_t)1 << radix;
 304         class = (bref->type << 8) | hammer2_devblkradix(radix);
 305
 306         /*
 307          * Lookup the level1 freemap chain, creating and initializing one
 308          * if necessary.  Intermediate levels will be created automatically
 309          * when necessary by hammer2_chain_create().
 310          */
 311         key = H2FMBASE(iter->bnext, HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX);
 312         l0size = H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_RADIX);
 313         l1size = H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX);
 314         l1mask = l1size - 1;
 315
 316         chain = hammer2_chain_lookup(parentp, key, key + l1mask,
 317                                      HAMMER2_LOOKUP_FREEMAP |
 318                                      HAMMER2_LOOKUP_ALWAYS |
 319                                      HAMMER2_LOOKUP_MATCHIND/*XXX*/);
 320         if (chain == NULL) {
 321                 /*
 322                  * Create the missing leaf, be sure to initialize
 323                  * the auxillary freemap tracking information in
 324                  * the bref.check.freemap structure.
 325                  */
 326 #if 0
 327                 kprintf("freemap create L1 @ %016jx bpref %016jx\n",
 328                         key, iter->bpref);
 329 #endif
 330                 error = hammer2_chain_create(trans, parentp, &chain,
 331                                      key, HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX,
 332                                      HAMMER2_BREF_TYPE_FREEMAP_LEAF,
 333                                      HAMMER2_FREEMAP_LEVELN_PSIZE);
 334                 if (error == 0) {
 335                         hammer2_chain_modify(trans, &chain, 0);
 336                         bzero(&chain->data->bmdata[0],
 337                               HAMMER2_FREEMAP_LEVELN_PSIZE);
 338                         chain->bref.check.freemap.bigmask = (uint32_t)-1;
 339                         chain->bref.check.freemap.avail = l1size;
 340                         /* bref.methods should already be inherited */
 341
 342                         hammer2_freemap_init(trans, hmp, key, chain);
 343                 }
 344         } else if ((chain->bref.check.freemap.bigmask & (1 << radix)) == 0) {
 345                 /*
 346                  * Already flagged as not having enough space
 347                  */
 348                 error = ENOSPC;
 349         } else {
 350                 /*
 351                  * Modify existing chain to setup for adjustment.
 352                  */
 353                 hammer2_chain_modify(trans, &chain, 0);
 354         }
 355
 356         /*
 357          * Scan 2MB entries.
 358          */
 359         if (error == 0) {
 360                 hammer2_bmap_data_t *bmap;
 361                 hammer2_key_t base_key;
 362                 int count;
 363                 int start;
 364                 int n;
 365
 366                 start = (int)((iter->bnext - key) >>
 367                               HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_RADIX);
 368                 KKASSERT(start >= 0 && start < HAMMER2_FREEMAP_COUNT);
 369                 hammer2_chain_modify(trans, &chain, 0);
 370
 371                 error = ENOSPC;
 372                 for (count = 0; count < HAMMER2_FREEMAP_COUNT; ++count) {
 373                         if (start + count >= HAMMER2_FREEMAP_COUNT &&
 374                             start - count < 0) {
 375                                 break;
 376                         }
 377                         n = start + count;
 378                         bmap = &chain->data->bmdata[n];
 379                         if (n < HAMMER2_FREEMAP_COUNT && bmap->avail &&
 380                             (bmap->class == 0 || bmap->class == class)) {
 381                                 base_key = key + n * l0size;
 382                                 error = hammer2_bmap_alloc(trans, hmp, bmap,
 383                                                            class, n, radix,
 384                                                            &base_key);
 385                                 if (error != ENOSPC) {
 386                                         key = base_key;
 387                                         break;
 388                                 }
 389                         }
 390                         n = start - count;
 391                         bmap = &chain->data->bmdata[n];
 392                         if (n >= 0 && bmap->avail &&
 393                             (bmap->class == 0 || bmap->class == class)) {
 394                                 base_key = key + n * l0size;
 395                                 error = hammer2_bmap_alloc(trans, hmp, bmap,
 396                                                            class, n, radix,
 397                                                            &base_key);
 398                                 if (error != ENOSPC) {
 399                                         key = base_key;
 400                                         break;
 401                                 }
 402                         }
 403                 }
 404                 if (error == ENOSPC)
 405                         chain->bref.check.freemap.bigmask &= ~(1 << radix);
 406                 /* XXX also scan down from original count */
 407         }
 408
 409         if (error == 0) {
 410                 /*
 411                  * Assert validity.  Must be beyond the static allocator used
 412                  * by newfs_hammer2 (and thus also beyond the aux area),
 413                  * not go past the volume size, and must not be in the
 414                  * reserved segment area for a zone.
 415                  */
 416                 KKASSERT(key >= hmp->voldata.allocator_beg &&
 417                          key + bytes <= hmp->voldata.volu_size);
 418                 KKASSERT((key & HAMMER2_ZONE_MASK64) >= HAMMER2_ZONE_SEG);
 419                 bref->data_off = key | radix;
 420
 421 #if 0
 422                 kprintf("alloc cp=%p %016jx %016jx using %016jx\n",
 423                         chain,
 424                         bref->key, bref->data_off, chain->bref.data_off);
 425 #endif
 426         } else if (error == ENOSPC) {
 427                 /*
 428                  * Return EAGAIN with next iteration in iter->bnext, or
 429                  * return ENOSPC if the allocation map has been exhausted.
 430                  */
 431                 error = hammer2_freemap_iterate(trans, parentp, &chain, iter);
 432         }
 433
 434         /*
 435          * Cleanup
 436          */
 437         if (chain)
 438                 hammer2_chain_unlock(chain);
 439         return (error);
 440 }
 441
 442 /*
 443  * Allocate (1<<radix) bytes from the bmap whos base data offset is (*basep).
 444  *
 445  * If the linear iterator is mid-block we use it directly (the bitmap should
 446  * already be marked allocated), otherwise we search for a block in the bitmap
 447  * that fits the allocation request.
 448  *
 449  * A partial bitmap allocation sets the minimum bitmap granularity (16KB)
 450  * to fully allocated and adjusts the linear allocator to allow the
 451  * remaining space to be allocated.
 452  */
 453 static
 454 int
 455 hammer2_bmap_alloc(hammer2_trans_t *trans, hammer2_mount_t *hmp,
 456                    hammer2_bmap_data_t *bmap,
 457                    uint16_t class, int n, int radix, hammer2_key_t *basep)
 458 {
 459         struct buf *bp;
 460         size_t size;
 461         size_t bsize;
 462         int bmradix;
 463         uint32_t bmmask;
 464         int offset;
 465         int i;
 466         int j;
 467
 468         /*
 469          * Take into account 2-bits per block when calculating bmradix.
 470          */
 471         size = (size_t)1 << radix;
 472
 473         if (radix <= HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_RADIX) {
 474                 bmradix = 2;
 475                 bsize = HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_SIZE;
 476                 /* (16K) 2 bits per allocation block */
 477         } else {
 478                 bmradix = 2 << (radix - HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_RADIX);
 479                 bsize = size;
 480                 /* (32K-256K) 4, 8, 16, 32 bits per allocation block */
 481         }
 482
 483         /*
 484          * Use the linear iterator to pack small allocations, otherwise
 485          * fall-back to finding a free 16KB chunk.  The linear iterator
 486          * is only valid when *NOT* on a freemap chunking boundary (16KB).
 487          * If it is the bitmap must be scanned.  It can become invalid
 488          * once we pack to the boundary.  We adjust it after a bitmap
 489          * allocation only for sub-16KB allocations (so the perfectly good
 490          * previous value can still be used for fragments when 16KB+
 491          * allocations are made).
 492          *
 493          * Beware of hardware artifacts when bmradix == 32 (intermediate
 494          * result can wind up being '1' instead of '0' if hardware masks
 495          * bit-count & 31).
 496          *
 497          * NOTE: j needs to be even in the j= calculation.  As an artifact
 498          *       of the /2 division, our bitmask has to clear bit 0.
 499          *
 500          * NOTE: TODO this can leave little unallocatable fragments lying
 501          *       around.
 502          */
 503         if (((uint32_t)bmap->linear & HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_MASK) + size <=
 504             HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_SIZE &&
 505             bmap->linear < HAMMER2_SEGSIZE) {
 506                 KKASSERT(bmap->linear >= 0 &&
 507                          bmap->linear + size <= HAMMER2_SEGSIZE &&
 508                          (bmap->linear & (HAMMER2_MIN_ALLOC - 1)) == 0);
 509                 offset = bmap->linear;
 510                 i = offset / (HAMMER2_SEGSIZE / 8);
 511                 j = (offset / (HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_SIZE / 2)) & 30;
 512                 bmmask = (bmradix == 32) ?
 513                          0xFFFFFFFFU : (1 << bmradix) - 1;
 514                 bmmask <<= j;
 515                 bmap->linear = offset + size;
 516         } else {
 517                 for (i = 0; i < 8; ++i) {
 518                         bmmask = (bmradix == 32) ?
 519                                  0xFFFFFFFFU : (1 << bmradix) - 1;
 520                         for (j = 0; j < 32; j += bmradix) {
 521                                 if ((bmap->bitmap[i] & bmmask) == 0)
 522                                         goto success;
 523                                 bmmask <<= bmradix;
 524                         }
 525                 }
 526                 /*fragments might remain*/
 527                 /*KKASSERT(bmap->avail == 0);*/
 528                 return (ENOSPC);
 529 success:
 530                 offset = i * (HAMMER2_SEGSIZE / 8) +
 531                          (j * (HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_SIZE / 2));
 532                 if (size & HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_MASK)
 533                         bmap->linear = offset + size;
 534         }
 535
 536         KKASSERT(i >= 0 && i < 8);      /* 8 x 16 -> 128 x 16K -> 2MB */
 537
 538         /*
 539          * Optimize the buffer cache to avoid unnecessary read-before-write
 540          * operations.
 541          *
 542          * The device block size could be larger than the allocation size
 543          * so the actual bitmap test is somewhat more involved.  We have
 544          * to use a compatible buffer size for this operation.
 545          */
 546         if (radix < HAMMER2_MINIORADIX && (bmap->bitmap[i] & bmmask) == 0) {
 547                 size_t psize = hammer2_devblksize(size);
 548                 hammer2_off_t pmask = (hammer2_off_t)psize - 1;
 549                 int pbmradix = 2 << (hammer2_devblkradix(radix) -
 550                                      HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_RADIX);
 551                 uint32_t pbmmask;
 552
 553                 pbmmask = (pbmradix == 32) ? 0xFFFFFFFFU : (1 << pbmradix) - 1;
 554                 while ((pbmmask & bmmask) == 0)
 555                         pbmmask <<= pbmradix;
 556
 557                 if ((bmap->bitmap[i] & pbmmask) == 0) {
 558                         bp = getblk(hmp->devvp, *basep + (offset & ~pmask),
 559                                     psize, GETBLK_NOWAIT, 0);
 560                         if (bp) {
 561                                 if ((bp->b_flags & B_CACHE) == 0)
 562                                         vfs_bio_clrbuf(bp);
 563                                 bqrelse(bp);
 564                         }
 565                 }
 566         }
 567
 568 #if 0
 569         /*
 570          * When initializing a new inode segment also attempt to initialize
 571          * an adjacent segment.  Be careful not to index beyond the array
 572          * bounds.
 573          *
 574          * We do this to try to localize inode accesses to improve
 575          * directory scan rates.  XXX doesn't improve scan rates.
 576          */
 577         if (size == HAMMER2_INODE_BYTES) {
 578                 if (n & 1) {
 579                         if (bmap[-1].radix == 0 && bmap[-1].avail)
 580                                 bmap[-1].radix = radix;
 581                 } else {
 582                         if (bmap[1].radix == 0 && bmap[1].avail)
 583                                 bmap[1].radix = radix;
 584                 }
 585         }
 586 #endif
 587
 588         /*
 589          * Adjust the linear iterator, set the radix if necessary (might as
 590          * well just set it unconditionally), adjust *basep to return the
 591          * allocated data offset.
 592          */
 593         bmap->bitmap[i] |= bmmask;
 594         bmap->class = class;
 595         bmap->avail -= size;
 596         *basep += offset;
 597
 598         return(0);
 599 }
 600
 601 static
 602 void
 603 hammer2_freemap_init(hammer2_trans_t *trans, hammer2_mount_t *hmp,
 604                      hammer2_key_t key, hammer2_chain_t *chain)
 605 {
 606         hammer2_off_t l1size;
 607         hammer2_off_t lokey;
 608         hammer2_off_t hikey;
 609         hammer2_bmap_data_t *bmap;
 610         int count;
 611
 612         l1size = H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX);
 613
 614         /*
 615          * Calculate the portion of the 2GB map that should be initialized
 616          * as free.  Portions below or after will be initialized as allocated.
 617          * SEGMASK-align the areas so we don't have to worry about sub-scans
 618          * or endianess when using memset.
 619          *
 620          * (1) Ensure that all statically allocated space from newfs_hammer2
 621          *     is marked allocated.
 622          *
 623          * (2) Ensure that the reserved area is marked allocated (typically
 624          *     the first 4MB of the 2GB area being represented).
 625          *
 626          * (3) Ensure that any trailing space at the end-of-volume is marked
 627          *     allocated.
 628          *
 629          * WARNING! It is possible for lokey to be larger than hikey if the
 630          *          entire 2GB segment is within the static allocation.
 631          */
 632         lokey = (hmp->voldata.allocator_beg + HAMMER2_SEGMASK64) &
 633                 ~HAMMER2_SEGMASK64;
 634
 635         if (lokey < H2FMBASE(key, HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX) +
 636                   HAMMER2_ZONE_SEG64) {
 637                 lokey = H2FMBASE(key, HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX) +
 638                         HAMMER2_ZONE_SEG64;
 639         }
 640
 641         hikey = key + H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX);
 642         if (hikey > hmp->voldata.volu_size) {
 643                 hikey = hmp->voldata.volu_size & ~HAMMER2_SEGMASK64;
 644         }
 645
 646         chain->bref.check.freemap.avail =
 647                 H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX);
 648         bmap = &chain->data->bmdata[0];
 649
 650         for (count = 0; count < HAMMER2_FREEMAP_COUNT; ++count) {
 651                 if (key < lokey || key >= hikey) {
 652                         memset(bmap->bitmap, -1,
 653                                sizeof(bmap->bitmap));
 654                         bmap->avail = 0;
 655                         chain->bref.check.freemap.avail -=
 656                                 H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_RADIX);
 657                 } else {
 658                         bmap->avail = H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_RADIX);
 659                 }
 660                 key += H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_RADIX);
 661                 ++bmap;
 662         }
 663 }
 664
 665 /*
 666  * The current Level 1 freemap has been exhausted, iterate to the next
 667  * one, return ENOSPC if no freemaps remain.
 668  *
 669  * XXX this should rotate back to the beginning to handle freed-up space
 670  * XXX or use intermediate entries to locate free space. TODO
 671  */
 672 static int
 673 hammer2_freemap_iterate(hammer2_trans_t *trans, hammer2_chain_t **parentp,
 674                         hammer2_chain_t **chainp, hammer2_fiterate_t *iter)
 675 {
 676         hammer2_mount_t *hmp = (*parentp)->hmp;
 677
 678         iter->bnext &= ~(H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX) - 1);
 679         iter->bnext += H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX);
 680         if (iter->bnext >= hmp->voldata.volu_size) {
 681                 iter->bnext = 0;
 682                 if (++iter->loops == 2)
 683                         return (ENOSPC);
 684         }
 685         return(EAGAIN);
 686 }
 687
 688 /*
 689  * Free the specified blockref.  This code is only able to fully free
 690  * blocks when (how) is non-zero, otherwise the block is marked for
 691  * the bulk freeing pass to check.
 692  *
 693  * Normal use is to only mark inodes as possibly being free.  The underlying
 694  * file blocks are not necessarily marked.  The bulk freescan can
 695  * theoretically handle the case.
 696  *
 697  * XXX currently disabled when how == 0 (the normal real-time case).  At
 698  * the moment we depend on the bulk freescan to actually free blocks.  It
 699  * will still call this routine with a non-zero how to stage possible frees
 700  * and to do the actual free.
 701  */
 702 void
 703 hammer2_freemap_free(hammer2_trans_t *trans, hammer2_mount_t *hmp,
 704                      hammer2_blockref_t *bref, int how)
 705 {
 706         hammer2_off_t data_off = bref->data_off;
 707         hammer2_chain_t *chain;
 708         hammer2_chain_t *parent;
 709         hammer2_bmap_data_t *bmap;
 710         hammer2_key_t key;
 711         hammer2_off_t l0size;
 712         hammer2_off_t l1size;
 713         hammer2_off_t l1mask;
 714         uint32_t *bitmap;
 715         const uint32_t bmmask00 = 0;
 716         uint32_t bmmask01;
 717         uint32_t bmmask10;
 718         uint32_t bmmask11;
 719         size_t bytes;
 720         uint16_t class;
 721         int radix;
 722         int start;
 723         int count;
 724         int modified = 0;
 725
 726         radix = (int)data_off & HAMMER2_OFF_MASK_RADIX;
 727         data_off &= ~HAMMER2_OFF_MASK_RADIX;
 728         KKASSERT(radix <= HAMMER2_MAX_RADIX);
 729
 730         bytes = (size_t)1 << radix;
 731         class = (bref->type << 8) | hammer2_devblkradix(radix);
 732
 733         /*
 734          * Lookup the level1 freemap chain.  The chain must exist.
 735          */
 736         key = H2FMBASE(data_off, HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX);
 737         l0size = H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_RADIX);
 738         l1size = H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX);
 739         l1mask = l1size - 1;
 740
 741         parent = &hmp->fchain;
 742         hammer2_chain_lock(parent, HAMMER2_RESOLVE_ALWAYS);
 743
 744         chain = hammer2_chain_lookup(&parent, key, key + l1mask,
 745                                      HAMMER2_LOOKUP_FREEMAP |
 746                                      HAMMER2_LOOKUP_ALWAYS |
 747                                      HAMMER2_LOOKUP_MATCHIND/*XXX*/);
 748         if (chain == NULL) {
 749                 kprintf("hammer2_freemap_free: %016jx: no chain\n",
 750                         (intmax_t)bref->data_off);
 751                 hammer2_chain_unlock(parent);
 752                 return;
 753         }
 754         KKASSERT(chain->bref.type == HAMMER2_BREF_TYPE_FREEMAP_LEAF);
 755
 756         /*
 757          * Find the bmap entry (covering a 2MB swath)
 758          * Find the bitmap array index
 759          * Find the bitmap bit index (runs in 2-bit pairs)
 760          */
 761         bmap = &chain->data->bmdata[(int)(data_off >> HAMMER2_SEGRADIX) &
 762                                     (HAMMER2_FREEMAP_COUNT - 1)];
 763         bitmap = &bmap->bitmap[(int)(data_off >> (HAMMER2_SEGRADIX - 3)) & 7];
 764
 765         start = ((int)(data_off >> HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_RADIX) & 15) * 2;
 766         bmmask01 = 1 << start;
 767         bmmask10 = 2 << start;
 768         bmmask11 = 3 << start;
 769
 770         /*
 771          * Fixup the bitmap
 772          */
 773         if (radix < HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_RADIX) {
 774                 count = 1;
 775                 how = 0;        /* partial block, cannot set to 00 */
 776         } else {
 777                 count = 1 << (radix - HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_RADIX);
 778         }
 779
 780         while (count) {
 781                 KKASSERT(bmmask11);
 782                 KKASSERT((*bitmap & bmmask11) != bmmask00);
 783                 if ((*bitmap & bmmask11) == bmmask11) {
 784                         if (!modified) {
 785                                 hammer2_chain_modify(trans, &chain, 0);
 786                                 modified = 1;
 787         bmap = &chain->data->bmdata[(int)(data_off >> HAMMER2_SEGRADIX) &
 788                                     (HAMMER2_FREEMAP_COUNT - 1)];
 789         bitmap = &bmap->bitmap[(int)(data_off >> (HAMMER2_SEGRADIX - 3)) & 7];
 790                         }
 791                         if (how)
 792                                 *bitmap &= ~bmmask11;
 793                         else
 794                                 *bitmap = (*bitmap & ~bmmask11) | bmmask10;
 795                 } else if ((*bitmap & bmmask11) == bmmask10) {
 796                         if (how) {
 797                                 if (!modified) {
 798                                         hammer2_chain_modify(trans, &chain, 0);
 799                                         modified = 1;
 800         bmap = &chain->data->bmdata[(int)(data_off >> HAMMER2_SEGRADIX) &
 801                                     (HAMMER2_FREEMAP_COUNT - 1)];
 802         bitmap = &bmap->bitmap[(int)(data_off >> (HAMMER2_SEGRADIX - 3)) & 7];
 803                                 }
 804                                 *bitmap &= ~bmmask11;
 805                         }
 806                 } else if ((*bitmap & bmmask11) == bmmask01) {
 807                         KKASSERT(0);
 808                 }
 809                 --count;
 810                 bmmask01 <<= 2;
 811                 bmmask10 <<= 2;
 812                 bmmask11 <<= 2;
 813         }
 814         if (how && modified) {
 815                 bmap->avail += 1 << radix;
 816                 KKASSERT(bmap->avail <= HAMMER2_SEGSIZE);
 817                 if (bmap->avail == HAMMER2_SEGSIZE &&
 818                     bmap->bitmap[0] == 0 &&
 819                     bmap->bitmap[1] == 0 &&
 820                     bmap->bitmap[2] == 0 &&
 821                     bmap->bitmap[3] == 0 &&
 822                     bmap->bitmap[4] == 0 &&
 823                     bmap->bitmap[5] == 0 &&
 824                     bmap->bitmap[6] == 0 &&
 825                     bmap->bitmap[7] == 0) {
 826                         key = H2FMBASE(data_off, HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_RADIX);
 827                         kprintf("Freeseg %016jx\n", (intmax_t)key);
 828                         bmap->class = 0;
 829                 }
 830         }
 831
 832         /*
 833          * chain->bref.check.freemap.bigmask (XXX)
 834          */
 835         if (modified)
 836                 chain->bref.check.freemap.bigmask |= 1 << radix;
 837
 838         hammer2_chain_unlock(chain);
 839         hammer2_chain_unlock(parent);
 840 }