Documentation/filesystems/gfs2-glocks.txt

   1                    Glock internal locking rules
   2                   ------------------------------
   3
   4 This documents the basic principles of the glock state machine
   5 internals. Each glock (struct gfs2_glock in fs/gfs2/incore.h)
   6 has two main (internal) locks:
   7
   8  1. A spinlock (gl_spin) which protects the internal state such
   9     as gl_state, gl_target and the list of holders (gl_holders)
  10  2. A non-blocking bit lock, GLF_LOCK, which is used to prevent other
  11     threads from making calls to the DLM, etc. at the same time. If a
  12     thread takes this lock, it must then call run_queue (usually via the
  13     workqueue) when it releases it in order to ensure any pending tasks
  14     are completed.
  15
  16 The gl_holders list contains all the queued lock requests (not
  17 just the holders) associated with the glock. If there are any
  18 held locks, then they will be contiguous entries at the head
  19 of the list. Locks are granted in strictly the order that they
  20 are queued, except for those marked LM_FLAG_PRIORITY which are
  21 used only during recovery, and even then only for journal locks.
  22
  23 There are three lock states that users of the glock layer can request,
  24 namely shared (SH), deferred (DF) and exclusive (EX). Those translate
  25 to the following DLM lock modes:
  26
  27 Glock mode    | DLM lock mode
  28 ------------------------------
  29     UN        |    IV/NL  Unlocked (no DLM lock associated with glock) or NL
  30     SH        |    PR     (Protected read)
  31     DF        |    CW     (Concurrent write)
  32     EX        |    EX     (Exclusive)
  33
  34 Thus DF is basically a shared mode which is incompatible with the "normal"
  35 shared lock mode, SH. In GFS2 the DF mode is used exclusively for direct I/O
  36 operations. The glocks are basically a lock plus some routines which deal
  37 with cache management. The following rules apply for the cache:
  38
  39 Glock mode   |  Cache data | Cache Metadata | Dirty Data | Dirty Metadata
  40 --------------------------------------------------------------------------
  41     UN       |     No      |       No       |     No     |      No
  42     SH       |     Yes     |       Yes      |     No     |      No
  43     DF       |     No      |       Yes      |     No     |      No
  44     EX       |     Yes     |       Yes      |     Yes    |      Yes
  45
  46 These rules are implemented using the various glock operations which
  47 are defined for each type of glock. Not all types of glocks use
  48 all the modes. Only inode glocks use the DF mode for example.
  49
  50 Table of glock operations and per type constants:
  51
  52 Field            | Purpose
  53 ----------------------------------------------------------------------------
  54 go_xmote_th      | Called before remote state change (e.g. to sync dirty data)
  55 go_xmote_bh      | Called after remote state change (e.g. to refill cache)
  56 go_inval         | Called if remote state change requires invalidating the cache
  57 go_demote_ok     | Returns boolean value of whether its ok to demote a glock
  58                  | (e.g. checks timeout, and that there is no cached data)
  59 go_lock          | Called for the first local holder of a lock
  60 go_unlock        | Called on the final local unlock of a lock
  61 go_dump          | Called to print content of object for debugfs file, or on
  62                  | error to dump glock to the log.
  63 go_type          | The type of the glock, LM_TYPE_.....
  64 go_min_hold_time | The minimum hold time
  65
  66 The minimum hold time for each lock is the time after a remote lock
  67 grant for which we ignore remote demote requests. This is in order to
  68 prevent a situation where locks are being bounced around the cluster
  69 from node to node with none of the nodes making any progress. This
  70 tends to show up most with shared mmaped files which are being written
  71 to by multiple nodes. By delaying the demotion in response to a
  72 remote callback, that gives the userspace program time to make
  73 some progress before the pages are unmapped.
  74
  75 There is a plan to try and remove the go_lock and go_unlock callbacks
  76 if possible, in order to try and speed up the fast path though the locking.
  77 Also, eventually we hope to make the glock "EX" mode locally shared
  78 such that any local locking will be done with the i_mutex as required
  79 rather than via the glock.
  80
  81 Locking rules for glock operations:
  82
  83 Operation     |  GLF_LOCK bit lock held |  gl_spin spinlock held
  84 -----------------------------------------------------------------
  85 go_xmote_th   |       Yes               |       No
  86 go_xmote_bh   |       Yes               |       No
  87 go_inval      |       Yes               |       No
  88 go_demote_ok  |       Sometimes         |       Yes
  89 go_lock       |       Yes               |       No
  90 go_unlock     |       Yes               |       No
  91 go_dump       |       Sometimes         |       Yes
  92
  93 N.B. Operations must not drop either the bit lock or the spinlock
  94 if its held on entry. go_dump and do_demote_ok must never block.
  95 Note that go_dump will only be called if the glock's state
  96 indicates that it is caching uptodate data.
  97
  98 Glock locking order within GFS2:
  99
 100  1. i_mutex (if required)
 101  2. Rename glock (for rename only)
 102  3. Inode glock(s)
 103     (Parents before children, inodes at "same level" with same parent in
 104      lock number order)
 105  4. Rgrp glock(s) (for (de)allocation operations)
 106  5. Transaction glock (via gfs2_trans_begin) for non-read operations
 107  6. Page lock  (always last, very important!)
 108
 109 There are two glocks per inode. One deals with access to the inode
 110 itself (locking order as above), and the other, known as the iopen
 111 glock is used in conjunction with the i_nlink field in the inode to
 112 determine the lifetime of the inode in question. Locking of inodes
 113 is on a per-inode basis. Locking of rgrps is on a per rgrp basis.
 114