sys/vfs/hammer/hammer_io.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2007 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  * $DragonFly: src/sys/vfs/hammer/hammer_io.c,v 1.6 2007/12/14 08:05:39 dillon Exp $
  35  */
  36 /*
  37  * IO Primitives and buffer cache management
  38  *
  39  * All major data-tracking structures in HAMMER contain a struct hammer_io
  40  * which is used to manage their backing store.  We use filesystem buffers
  41  * for backing store and we leave them passively associated with their
  42  * HAMMER structures.
  43  *
  44  * If the kernel tries to release a passively associated buf which we cannot
  45  * yet let go we set B_LOCKED in the buffer and then actively released it
  46  * later when we can.
  47  */
  48
  49 #include "hammer.h"
  50 #include <sys/fcntl.h>
  51 #include <sys/nlookup.h>
  52 #include <sys/buf.h>
  53 #include <sys/buf2.h>
  54
  55 /*
  56  * Helper routine to disassociate a buffer cache buffer from an I/O
  57  * structure.
  58  */
  59 static void
  60 hammer_io_disassociate(union hammer_io_structure *io)
  61 {
  62         struct buf *bp = io->io.bp;
  63
  64         LIST_INIT(&bp->b_dep);  /* clear the association */
  65         bp->b_ops = NULL;
  66         io->io.bp = NULL;
  67
  68         switch(io->io.type) {
  69         case HAMMER_STRUCTURE_VOLUME:
  70                 io->volume.ondisk = NULL;
  71                 io->volume.alist.meta = NULL;
  72                 break;
  73         case HAMMER_STRUCTURE_SUPERCL:
  74                 io->supercl.ondisk = NULL;
  75                 io->supercl.alist.meta = NULL;
  76                 break;
  77         case HAMMER_STRUCTURE_CLUSTER:
  78                 io->cluster.ondisk = NULL;
  79                 io->cluster.alist_master.meta = NULL;
  80                 io->cluster.alist_btree.meta = NULL;
  81                 io->cluster.alist_record.meta = NULL;
  82                 io->cluster.alist_mdata.meta = NULL;
  83                 break;
  84         case HAMMER_STRUCTURE_BUFFER:
  85                 io->buffer.ondisk = NULL;
  86                 io->buffer.alist.meta = NULL;
  87                 break;
  88         }
  89         io->io.modified = 0;
  90         io->io.released = 1;
  91 }
  92
  93 /*
  94  * Mark a cluster as being closed.  This is done as late as possible,
  95  * only when we are asked to flush the cluster
  96  */
  97 static void
  98 hammer_close_cluster(hammer_cluster_t cluster)
  99 {
 100         while (cluster->state == HAMMER_CLUSTER_ASYNC)
 101                 tsleep(cluster, 0, "hmrdep", 0);
 102         if (cluster->state == HAMMER_CLUSTER_OPEN) {
 103                 cluster->state = HAMMER_CLUSTER_IDLE;
 104                 cluster->ondisk->clu_flags &= ~HAMMER_CLUF_OPEN;
 105                 kprintf("CLOSE CLUSTER\n");
 106                 hammer_modify_cluster(cluster);
 107         }
 108 }
 109
 110
 111 /*
 112  * Load bp for a HAMMER structure.
 113  */
 114 int
 115 hammer_io_read(struct vnode *devvp, struct hammer_io *io)
 116 {
 117         struct buf *bp;
 118         int error;
 119
 120         if ((bp = io->bp) == NULL) {
 121                 error = bread(devvp, io->offset, HAMMER_BUFSIZE, &io->bp);
 122                 if (error == 0) {
 123                         bp = io->bp;
 124                         bp->b_ops = &hammer_bioops;
 125                         LIST_INSERT_HEAD(&bp->b_dep, &io->worklist, node);
 126                         BUF_KERNPROC(bp);
 127                 }
 128                 io->modified = 0;       /* no new modifications yet */
 129                 io->released = 0;       /* we hold an active lock on bp */
 130         } else {
 131                 error = 0;
 132         }
 133         return(error);
 134 }
 135
 136 /*
 137  * Similar to hammer_io_read() but returns a zero'd out buffer instead.
 138  * vfs_bio_clrbuf() is kinda nasty, enforce serialization against background
 139  * I/O so we can call it.
 140  */
 141 int
 142 hammer_io_new(struct vnode *devvp, struct hammer_io *io)
 143 {
 144         struct buf *bp;
 145
 146         if ((bp = io->bp) == NULL) {
 147                 io->bp = getblk(devvp, io->offset, HAMMER_BUFSIZE, 0, 0);
 148                 bp = io->bp;
 149                 bp->b_ops = &hammer_bioops;
 150                 LIST_INSERT_HEAD(&bp->b_dep, &io->worklist, node);
 151                 io->released = 0;       /* we hold an active lock on bp */
 152                 BUF_KERNPROC(bp);
 153         } else {
 154                 if (io->released) {
 155                         regetblk(bp);
 156                         io->released = 0;
 157                         BUF_KERNPROC(bp);
 158                 }
 159         }
 160         io->modified = 1;
 161         vfs_bio_clrbuf(bp);
 162         return(0);
 163 }
 164
 165 /*
 166  * This routine is called when a buffer within a cluster is modified.  We
 167  * mark the cluster open and immediately initiate asynchronous I/O.  Any
 168  * related hammer_buffer write I/O blocks until our async write completes.
 169  * This guarentees (inasmuch as the OS can) that the cluster recovery code
 170  * will see a cluster marked open if a crash occured while the filesystem
 171  * still had dirty buffers associated with that cluster.
 172  */
 173 void
 174 hammer_io_notify_cluster(hammer_cluster_t cluster)
 175 {
 176         struct hammer_io *io = &cluster->io;
 177
 178         if (cluster->state == HAMMER_CLUSTER_IDLE) {
 179                 hammer_lock_ex(&cluster->io.lock);
 180                 if (cluster->state == HAMMER_CLUSTER_IDLE) {
 181                         if (io->released)
 182                                 regetblk(io->bp);
 183                         kprintf("MARK CLUSTER OPEN\n");
 184                         cluster->ondisk->clu_flags |= HAMMER_CLUF_OPEN;
 185                         cluster->state = HAMMER_CLUSTER_ASYNC;
 186                         hammer_modify_cluster(cluster);
 187                         bawrite(io->bp);
 188                         io->released = 1;
 189                         /* leave cluster marked as modified */
 190                 }
 191                 hammer_unlock(&cluster->io.lock);
 192         }
 193 }
 194
 195 /*
 196  * This routine is called on the last reference to a hammer structure.  If
 197  * flush is non-zero we have to completely disassociate the bp from the
 198  * structure (which may involve blocking).  Otherwise we can leave the bp
 199  * passively associated with the structure.
 200  *
 201  * The caller is holding io->lock exclusively.
 202  */
 203 void
 204 hammer_io_release(struct hammer_io *io, int flush)
 205 {
 206         union hammer_io_structure *iou = (void *)io;
 207         hammer_cluster_t cluster;
 208         struct buf *bp;
 209
 210         if ((bp = io->bp) != NULL) {
 211                 /*
 212                  * If neither we nor the kernel want to flush the bp, we can
 213                  * stop here.  Make sure the bp is passively released
 214                  * before returning.  Even though we are still holding it,
 215                  * we want to be notified when the kernel wishes to flush
 216                  * it out so make sure B_DELWRI is properly set if we had
 217                  * made modifications.
 218                  */
 219                 if (flush == 0 && (bp->b_flags & B_LOCKED) == 0) {
 220                         if ((bp->b_flags & B_DELWRI) == 0 && io->modified) {
 221                                 if (io->released)
 222                                         regetblk(bp);
 223                                 bdwrite(bp);
 224                                 io->released = 1;
 225                         } else if (io->released == 0) {
 226                                 bqrelse(bp);
 227                                 io->released = 1;
 228                         }
 229                         return;
 230                 }
 231
 232                 /*
 233                  * We've been asked to flush the buffer.
 234                  *
 235                  * If this is a hammer_buffer we may have to wait for the
 236                  * cluster header write to complete.
 237                  */
 238                 if (iou->io.type == HAMMER_STRUCTURE_BUFFER &&
 239                     (io->modified || (bp->b_flags & B_DELWRI))) {
 240                         cluster = iou->buffer.cluster;
 241                         while (cluster->state == HAMMER_CLUSTER_ASYNC)
 242                                 tsleep(iou->buffer.cluster, 0, "hmrdep", 0);
 243                 }
 244
 245                 /*
 246                  * If we have an open cluster header, close it
 247                  */
 248                 if (iou->io.type == HAMMER_STRUCTURE_CLUSTER) {
 249                         hammer_close_cluster(&iou->cluster);
 250                 }
 251
 252
 253                 /*
 254                  * Ok the dependancies are all gone.  Check for the simple
 255                  * disassociation case.
 256                  */
 257                 if (io->released && (bp->b_flags & B_LOCKED) == 0 &&
 258                     (io->modified == 0 || (bp->b_flags & B_DELWRI))) {
 259                         hammer_io_disassociate(iou);
 260                         return;
 261                 }
 262
 263                 /*
 264                  * Handle the more complex disassociation case.  Acquire the
 265                  * buffer, clean up B_LOCKED, and deal with the modified
 266                  * flag.
 267                  */
 268                 if (io->released)
 269                         regetblk(bp);
 270                 bp->b_flags &= ~B_LOCKED;
 271                 if (io->modified || (bp->b_flags & B_DELWRI))
 272                         bawrite(bp);
 273                 else
 274                         bqrelse(bp);
 275                 io->released = 1;
 276                 hammer_io_disassociate(iou);
 277         }
 278 }
 279
 280 /*
 281  * Flush dirty data, if any.
 282  */
 283 void
 284 hammer_io_flush(struct hammer_io *io, struct hammer_sync_info *info)
 285 {
 286         struct buf *bp;
 287         int error;
 288
 289         if ((bp = io->bp) == NULL)
 290                 return;
 291         if (bp->b_flags & B_DELWRI)
 292                 io->modified = 1;
 293         if (io->modified == 0)
 294                 return;
 295         kprintf("IO FLUSH BP %p TYPE %d REFS %d\n", bp, io->type, io->lock.refs);
 296         hammer_lock_ex(&io->lock);
 297
 298         if ((bp = io->bp) != NULL && io->modified) {
 299                 if (io->released)
 300                         regetblk(bp);
 301                 io->released = 1;
 302
 303                 /*
 304                  * We own the bp now
 305                  */
 306                 if (info->waitfor & MNT_WAIT) {
 307                         io->modified = 0;
 308                         error = bwrite(bp);
 309                         if (error)
 310                                 info->error = error;
 311                 } else if (io->lock.refs == 1) {
 312                         io->modified = 0;
 313                         bawrite(bp);
 314                 } else {
 315                         kprintf("can't flush, %d refs\n", io->lock.refs);
 316                         /* structure is in-use, don't race the write */
 317                         bqrelse(bp);
 318                 }
 319         }
 320         hammer_unlock(&io->lock);
 321 }
 322
 323
 324 /*
 325  * HAMMER_BIOOPS
 326  */
 327
 328 /*
 329  * Pre and post I/O callbacks.
 330  */
 331 static void hammer_io_deallocate(struct buf *bp);
 332
 333 static void
 334 hammer_io_start(struct buf *bp)
 335 {
 336 #if 0
 337         union hammer_io_structure *io = (void *)LIST_FIRST(&bp->b_dep);
 338
 339         if (io->io.type == HAMMER_STRUCTURE_BUFFER) {
 340                 while (io->buffer.cluster->io_in_progress) {
 341                         kprintf("hammer_io_start: wait for cluster\n");
 342                         tsleep(io->buffer.cluster, 0, "hmrdep", 0);
 343                         kprintf("hammer_io_start: wait for cluster done\n");
 344                 }
 345         }
 346 #endif
 347 }
 348
 349 static void
 350 hammer_io_complete(struct buf *bp)
 351 {
 352         union hammer_io_structure *io = (void *)LIST_FIRST(&bp->b_dep);
 353
 354         if (io->io.type == HAMMER_STRUCTURE_CLUSTER) {
 355                 if (io->cluster.state == HAMMER_CLUSTER_ASYNC) {
 356                         kprintf("cluster write complete flags %08x\n",
 357                                 io->cluster.ondisk->clu_flags);
 358                         io->cluster.state = HAMMER_CLUSTER_OPEN;
 359                         wakeup(&io->cluster);
 360                 }
 361         }
 362 }
 363
 364 /*
 365  * Callback from kernel when it wishes to deallocate a passively
 366  * associated structure.  This can only occur if the buffer is
 367  * passively associated with the structure.  The kernel has locked
 368  * the buffer.
 369  *
 370  * If we cannot disassociate we set B_LOCKED to prevent the buffer
 371  * from getting reused.
 372  */
 373 static void
 374 hammer_io_deallocate(struct buf *bp)
 375 {
 376         union hammer_io_structure *io = (void *)LIST_FIRST(&bp->b_dep);
 377
 378         /* XXX memory interlock, spinlock to sync cpus */
 379
 380         /*
 381          * Since the kernel is passing us a locked buffer, the HAMMER
 382          * structure had better not believe it has a lock on the buffer.
 383          */
 384         KKASSERT(io->io.released);
 385         crit_enter();
 386
 387         /*
 388          * First, ref the structure to prevent either the buffer or the
 389          * structure from going away or being unexpectedly flushed.
 390          */
 391         hammer_ref(&io->io.lock);
 392
 393         /*
 394          * Buffers can have active references from cached hammer_node's,
 395          * even if those nodes are themselves passively cached.  Attempt
 396          * to clean them out.  This may not succeed.
 397          */
 398         if (io->io.type == HAMMER_STRUCTURE_BUFFER &&
 399             hammer_lock_ex_try(&io->io.lock) == 0) {
 400                 hammer_flush_buffer_nodes(&io->buffer);
 401                 hammer_unlock(&io->io.lock);
 402         }
 403
 404         if (hammer_islastref(&io->io.lock)) {
 405                 /*
 406                  * If we are the only ref left we can disassociate the I/O.
 407                  * It had better still be in a released state because the
 408                  * kernel is holding a lock on the buffer.  Any passive
 409                  * modifications should have already been synchronized with
 410                  * the buffer.
 411                  */
 412                 KKASSERT(io->io.released);
 413                 hammer_io_disassociate(io);
 414                 bp->b_flags &= ~B_LOCKED;
 415                 KKASSERT (io->io.modified == 0 || (bp->b_flags & B_DELWRI));
 416
 417                 /*
 418                  * Perform final rights on the structure.  This can cause
 419                  * a chain reaction - e.g. last buffer -> last cluster ->
 420                  * last supercluster -> last volume.
 421                  */
 422                 switch(io->io.type) {
 423                 case HAMMER_STRUCTURE_VOLUME:
 424                         hammer_rel_volume(&io->volume, 1);
 425                         break;
 426                 case HAMMER_STRUCTURE_SUPERCL:
 427                         hammer_rel_supercl(&io->supercl, 1);
 428                         break;
 429                 case HAMMER_STRUCTURE_CLUSTER:
 430                         hammer_rel_cluster(&io->cluster, 1);
 431                         break;
 432                 case HAMMER_STRUCTURE_BUFFER:
 433                         hammer_rel_buffer(&io->buffer, 1);
 434                         break;
 435                 }
 436         } else {
 437                 /*
 438                  * Otherwise tell the kernel not to destroy the buffer.
 439                  *
 440                  * We have to unref the structure without performing any
 441                  * final rights to it to avoid a deadlock.
 442                  */
 443                 bp->b_flags |= B_LOCKED;
 444                 hammer_unref(&io->io.lock);
 445         }
 446
 447         crit_exit();
 448 }
 449
 450 static int
 451 hammer_io_fsync(struct vnode *vp)
 452 {
 453         return(0);
 454 }
 455
 456 /*
 457  * NOTE: will not be called unless we tell the kernel about the
 458  * bioops.  Unused... we use the mount's VFS_SYNC instead.
 459  */
 460 static int
 461 hammer_io_sync(struct mount *mp)
 462 {
 463         return(0);
 464 }
 465
 466 static void
 467 hammer_io_movedeps(struct buf *bp1, struct buf *bp2)
 468 {
 469 }
 470
 471 /*
 472  * I/O pre-check for reading and writing.  HAMMER only uses this for
 473  * B_CACHE buffers so checkread just shouldn't happen, but if it does
 474  * allow it.
 475  *
 476  * Writing is a different case.  We don't want the kernel to try to write
 477  * out a buffer that HAMMER may be modifying passively or which has a
 478  * dependancy.
 479  *
 480  * This code enforces the following write ordering: buffers, then cluster
 481  * headers, then volume headers.
 482  */
 483 static int
 484 hammer_io_checkread(struct buf *bp)
 485 {
 486         return(0);
 487 }
 488
 489 static int
 490 hammer_io_checkwrite(struct buf *bp)
 491 {
 492         union hammer_io_structure *iou = (void *)LIST_FIRST(&bp->b_dep);
 493
 494         if (iou->io.type == HAMMER_STRUCTURE_BUFFER &&
 495             iou->buffer.cluster->state == HAMMER_CLUSTER_ASYNC) {
 496                 /*
 497                  * Cannot write out a cluster buffer if the cluster header
 498                  * I/O opening the cluster has not completed.
 499                  */
 500                 kprintf("hammer_io_checkwrite: w/ depend - delayed\n");
 501                 bp->b_flags |= B_LOCKED;
 502                 return(-1);
 503         } else if (iou->io.lock.refs) {
 504                 /*
 505                  * Cannot write out a bp if its associated buffer has active
 506                  * references.
 507                  */
 508                 kprintf("hammer_io_checkwrite: w/ refs - delayed\n");
 509                 bp->b_flags |= B_LOCKED;
 510                 return(-1);
 511         } else {
 512                 /*
 513                  * We're good, but before we can let the kernel proceed we
 514                  * may have to make some adjustments.
 515                  */
 516                 if (iou->io.type == HAMMER_STRUCTURE_CLUSTER)
 517                         hammer_close_cluster(&iou->cluster);
 518                 kprintf("hammer_io_checkwrite: ok\n");
 519                 KKASSERT(iou->io.released);
 520                 hammer_io_disassociate(iou);
 521                 return(0);
 522         }
 523 }
 524
 525 /*
 526  * Return non-zero if the caller should flush the structure associated
 527  * with this io sub-structure.
 528  */
 529 int
 530 hammer_io_checkflush(struct hammer_io *io)
 531 {
 532         if (io->bp == NULL || (io->bp->b_flags & B_LOCKED))
 533                 return(1);
 534         return(0);
 535 }
 536
 537 /*
 538  * Return non-zero if we wish to delay the kernel's attempt to flush
 539  * this buffer to disk.
 540  */
 541 static int
 542 hammer_io_countdeps(struct buf *bp, int n)
 543 {
 544         return(0);
 545 }
 546
 547 struct bio_ops hammer_bioops = {
 548         .io_start       = hammer_io_start,
 549         .io_complete    = hammer_io_complete,
 550         .io_deallocate  = hammer_io_deallocate,
 551         .io_fsync       = hammer_io_fsync,
 552         .io_sync        = hammer_io_sync,
 553         .io_movedeps    = hammer_io_movedeps,
 554         .io_countdeps   = hammer_io_countdeps,
 555         .io_checkread   = hammer_io_checkread,
 556         .io_checkwrite  = hammer_io_checkwrite,
 557 };
 558