fs/ext4/extents_status.c

   1 /*
   2  *  fs/ext4/extents_status.c
   3  *
   4  * Written by Yongqiang Yang <xiaoqiangnk@gmail.com>
   5  * Modified by
   6  *      Allison Henderson <achender@linux.vnet.ibm.com>
   7  *      Hugh Dickins <hughd@google.com>
   8  *      Zheng Liu <wenqing.lz@taobao.com>
   9  *
  10  * Ext4 extents status tree core functions.
  11  */
  12 #include <linux/rbtree.h>
  13 #include <linux/list_sort.h>
  14 #include "ext4.h"
  15 #include "extents_status.h"
  16 #include "ext4_extents.h"
  17
  18 #include <trace/events/ext4.h>
  19
  20 /*
  21  * According to previous discussion in Ext4 Developer Workshop, we
  22  * will introduce a new structure called io tree to track all extent
  23  * status in order to solve some problems that we have met
  24  * (e.g. Reservation space warning), and provide extent-level locking.
  25  * Delay extent tree is the first step to achieve this goal.  It is
  26  * original built by Yongqiang Yang.  At that time it is called delay
  27  * extent tree, whose goal is only track delayed extents in memory to
  28  * simplify the implementation of fiemap and bigalloc, and introduce
  29  * lseek SEEK_DATA/SEEK_HOLE support.  That is why it is still called
  30  * delay extent tree at the first commit.  But for better understand
  31  * what it does, it has been rename to extent status tree.
  32  *
  33  * Step1:
  34  * Currently the first step has been done.  All delayed extents are
  35  * tracked in the tree.  It maintains the delayed extent when a delayed
  36  * allocation is issued, and the delayed extent is written out or
  37  * invalidated.  Therefore the implementation of fiemap and bigalloc
  38  * are simplified, and SEEK_DATA/SEEK_HOLE are introduced.
  39  *
  40  * The following comment describes the implemenmtation of extent
  41  * status tree and future works.
  42  *
  43  * Step2:
  44  * In this step all extent status are tracked by extent status tree.
  45  * Thus, we can first try to lookup a block mapping in this tree before
  46  * finding it in extent tree.  Hence, single extent cache can be removed
  47  * because extent status tree can do a better job.  Extents in status
  48  * tree are loaded on-demand.  Therefore, the extent status tree may not
  49  * contain all of the extents in a file.  Meanwhile we define a shrinker
  50  * to reclaim memory from extent status tree because fragmented extent
  51  * tree will make status tree cost too much memory.  written/unwritten/-
  52  * hole extents in the tree will be reclaimed by this shrinker when we
  53  * are under high memory pressure.  Delayed extents will not be
  54  * reclimed because fiemap, bigalloc, and seek_data/hole need it.
  55  */
  56
  57 /*
  58  * Extent status tree implementation for ext4.
  59  *
  60  *
  61  * ==========================================================================
  62  * Extent status tree tracks all extent status.
  63  *
  64  * 1. Why we need to implement extent status tree?
  65  *
  66  * Without extent status tree, ext4 identifies a delayed extent by looking
  67  * up page cache, this has several deficiencies - complicated, buggy,
  68  * and inefficient code.
  69  *
  70  * FIEMAP, SEEK_HOLE/DATA, bigalloc, and writeout all need to know if a
  71  * block or a range of blocks are belonged to a delayed extent.
  72  *
  73  * Let us have a look at how they do without extent status tree.
  74  *   -- FIEMAP
  75  *      FIEMAP looks up page cache to identify delayed allocations from holes.
  76  *
  77  *   -- SEEK_HOLE/DATA
  78  *      SEEK_HOLE/DATA has the same problem as FIEMAP.
  79  *
  80  *   -- bigalloc
  81  *      bigalloc looks up page cache to figure out if a block is
  82  *      already under delayed allocation or not to determine whether
  83  *      quota reserving is needed for the cluster.
  84  *
  85  *   -- writeout
  86  *      Writeout looks up whole page cache to see if a buffer is
  87  *      mapped, If there are not very many delayed buffers, then it is
  88  *      time comsuming.
  89  *
  90  * With extent status tree implementation, FIEMAP, SEEK_HOLE/DATA,
  91  * bigalloc and writeout can figure out if a block or a range of
  92  * blocks is under delayed allocation(belonged to a delayed extent) or
  93  * not by searching the extent tree.
  94  *
  95  *
  96  * ==========================================================================
  97  * 2. Ext4 extent status tree impelmentation
  98  *
  99  *   -- extent
 100  *      A extent is a range of blocks which are contiguous logically and
 101  *      physically.  Unlike extent in extent tree, this extent in ext4 is
 102  *      a in-memory struct, there is no corresponding on-disk data.  There
 103  *      is no limit on length of extent, so an extent can contain as many
 104  *      blocks as they are contiguous logically and physically.
 105  *
 106  *   -- extent status tree
 107  *      Every inode has an extent status tree and all allocation blocks
 108  *      are added to the tree with different status.  The extent in the
 109  *      tree are ordered by logical block no.
 110  *
 111  *   -- operations on a extent status tree
 112  *      There are three important operations on a delayed extent tree: find
 113  *      next extent, adding a extent(a range of blocks) and removing a extent.
 114  *
 115  *   -- race on a extent status tree
 116  *      Extent status tree is protected by inode->i_es_lock.
 117  *
 118  *   -- memory consumption
 119  *      Fragmented extent tree will make extent status tree cost too much
 120  *      memory.  Hence, we will reclaim written/unwritten/hole extents from
 121  *      the tree under a heavy memory pressure.
 122  *
 123  *
 124  * ==========================================================================
 125  * 3. Performance analysis
 126  *
 127  *   -- overhead
 128  *      1. There is a cache extent for write access, so if writes are
 129  *      not very random, adding space operaions are in O(1) time.
 130  *
 131  *   -- gain
 132  *      2. Code is much simpler, more readable, more maintainable and
 133  *      more efficient.
 134  *
 135  *
 136  * ==========================================================================
 137  * 4. TODO list
 138  *
 139  *   -- Refactor delayed space reservation
 140  *
 141  *   -- Extent-level locking
 142  */
 143
 144 static struct kmem_cache *ext4_es_cachep;
 145
 146 static int __es_insert_extent(struct inode *inode, struct extent_status *newes);
 147 static int __es_remove_extent(struct inode *inode, ext4_lblk_t lblk,
 148                               ext4_lblk_t end);
 149 static int __es_try_to_reclaim_extents(struct ext4_inode_info *ei,
 150                                        int nr_to_scan);
 151
 152 int __init ext4_init_es(void)
 153 {
 154         ext4_es_cachep = kmem_cache_create("ext4_extent_status",
 155                                            sizeof(struct extent_status),
 156                                            0, (SLAB_RECLAIM_ACCOUNT), NULL);
 157         if (ext4_es_cachep == NULL)
 158                 return -ENOMEM;
 159         return 0;
 160 }
 161
 162 void ext4_exit_es(void)
 163 {
 164         if (ext4_es_cachep)
 165                 kmem_cache_destroy(ext4_es_cachep);
 166 }
 167
 168 void ext4_es_init_tree(struct ext4_es_tree *tree)
 169 {
 170         tree->root = RB_ROOT;
 171         tree->cache_es = NULL;
 172 }
 173
 174 #ifdef ES_DEBUG__
 175 static void ext4_es_print_tree(struct inode *inode)
 176 {
 177         struct ext4_es_tree *tree;
 178         struct rb_node *node;
 179
 180         printk(KERN_DEBUG "status extents for inode %lu:", inode->i_ino);
 181         tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 182         node = rb_first(&tree->root);
 183         while (node) {
 184                 struct extent_status *es;
 185                 es = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 186                 printk(KERN_DEBUG " [%u/%u) %llu %llx",
 187                        es->es_lblk, es->es_len,
 188                        ext4_es_pblock(es), ext4_es_status(es));
 189                 node = rb_next(node);
 190         }
 191         printk(KERN_DEBUG "\n");
 192 }
 193 #else
 194 #define ext4_es_print_tree(inode)
 195 #endif
 196
 197 static inline ext4_lblk_t ext4_es_end(struct extent_status *es)
 198 {
 199         BUG_ON(es->es_lblk + es->es_len < es->es_lblk);
 200         return es->es_lblk + es->es_len - 1;
 201 }
 202
 203 /*
 204  * search through the tree for an delayed extent with a given offset.  If
 205  * it can't be found, try to find next extent.
 206  */
 207 static struct extent_status *__es_tree_search(struct rb_root *root,
 208                                               ext4_lblk_t lblk)
 209 {
 210         struct rb_node *node = root->rb_node;
 211         struct extent_status *es = NULL;
 212
 213         while (node) {
 214                 es = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 215                 if (lblk < es->es_lblk)
 216                         node = node->rb_left;
 217                 else if (lblk > ext4_es_end(es))
 218                         node = node->rb_right;
 219                 else
 220                         return es;
 221         }
 222
 223         if (es && lblk < es->es_lblk)
 224                 return es;
 225
 226         if (es && lblk > ext4_es_end(es)) {
 227                 node = rb_next(&es->rb_node);
 228                 return node ? rb_entry(node, struct extent_status, rb_node) :
 229                               NULL;
 230         }
 231
 232         return NULL;
 233 }
 234
 235 /*
 236  * ext4_es_find_delayed_extent_range: find the 1st delayed extent covering
 237  * @es->lblk if it exists, otherwise, the next extent after @es->lblk.
 238  *
 239  * @inode: the inode which owns delayed extents
 240  * @lblk: the offset where we start to search
 241  * @end: the offset where we stop to search
 242  * @es: delayed extent that we found
 243  */
 244 void ext4_es_find_delayed_extent_range(struct inode *inode,
 245                                  ext4_lblk_t lblk, ext4_lblk_t end,
 246                                  struct extent_status *es)
 247 {
 248         struct ext4_es_tree *tree = NULL;
 249         struct extent_status *es1 = NULL;
 250         struct rb_node *node;
 251
 252         BUG_ON(es == NULL);
 253         BUG_ON(end < lblk);
 254         trace_ext4_es_find_delayed_extent_range_enter(inode, lblk);
 255
 256         read_lock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 257         tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 258
 259         /* find extent in cache firstly */
 260         es->es_lblk = es->es_len = es->es_pblk = 0;
 261         if (tree->cache_es) {
 262                 es1 = tree->cache_es;
 263                 if (in_range(lblk, es1->es_lblk, es1->es_len)) {
 264                         es_debug("%u cached by [%u/%u) %llu %llx\n",
 265                                  lblk, es1->es_lblk, es1->es_len,
 266                                  ext4_es_pblock(es1), ext4_es_status(es1));
 267                         goto out;
 268                 }
 269         }
 270
 271         es1 = __es_tree_search(&tree->root, lblk);
 272
 273 out:
 274         if (es1 && !ext4_es_is_delayed(es1)) {
 275                 while ((node = rb_next(&es1->rb_node)) != NULL) {
 276                         es1 = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 277                         if (es1->es_lblk > end) {
 278                                 es1 = NULL;
 279                                 break;
 280                         }
 281                         if (ext4_es_is_delayed(es1))
 282                                 break;
 283                 }
 284         }
 285
 286         if (es1 && ext4_es_is_delayed(es1)) {
 287                 tree->cache_es = es1;
 288                 es->es_lblk = es1->es_lblk;
 289                 es->es_len = es1->es_len;
 290                 es->es_pblk = es1->es_pblk;
 291         }
 292
 293         read_unlock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 294
 295         trace_ext4_es_find_delayed_extent_range_exit(inode, es);
 296 }
 297
 298 static struct extent_status *
 299 ext4_es_alloc_extent(struct inode *inode, ext4_lblk_t lblk, ext4_lblk_t len,
 300                      ext4_fsblk_t pblk)
 301 {
 302         struct extent_status *es;
 303         es = kmem_cache_alloc(ext4_es_cachep, GFP_ATOMIC);
 304         if (es == NULL)
 305                 return NULL;
 306         es->es_lblk = lblk;
 307         es->es_len = len;
 308         es->es_pblk = pblk;
 309
 310         /*
 311          * We don't count delayed extent because we never try to reclaim them
 312          */
 313         if (!ext4_es_is_delayed(es)) {
 314                 EXT4_I(inode)->i_es_lru_nr++;
 315                 percpu_counter_inc(&EXT4_SB(inode->i_sb)->s_extent_cache_cnt);
 316         }
 317
 318         return es;
 319 }
 320
 321 static void ext4_es_free_extent(struct inode *inode, struct extent_status *es)
 322 {
 323         /* Decrease the lru counter when this es is not delayed */
 324         if (!ext4_es_is_delayed(es)) {
 325                 BUG_ON(EXT4_I(inode)->i_es_lru_nr == 0);
 326                 EXT4_I(inode)->i_es_lru_nr--;
 327                 percpu_counter_dec(&EXT4_SB(inode->i_sb)->s_extent_cache_cnt);
 328         }
 329
 330         kmem_cache_free(ext4_es_cachep, es);
 331 }
 332
 333 /*
 334  * Check whether or not two extents can be merged
 335  * Condition:
 336  *  - logical block number is contiguous
 337  *  - physical block number is contiguous
 338  *  - status is equal
 339  */
 340 static int ext4_es_can_be_merged(struct extent_status *es1,
 341                                  struct extent_status *es2)
 342 {
 343         if (ext4_es_status(es1) != ext4_es_status(es2))
 344                 return 0;
 345
 346         if (((__u64) es1->es_len) + es2->es_len > 0xFFFFFFFFULL)
 347                 return 0;
 348
 349         if (((__u64) es1->es_lblk) + es1->es_len != es2->es_lblk)
 350                 return 0;
 351
 352         if ((ext4_es_is_written(es1) || ext4_es_is_unwritten(es1)) &&
 353             (ext4_es_pblock(es1) + es1->es_len == ext4_es_pblock(es2)))
 354                 return 1;
 355
 356         if (ext4_es_is_hole(es1))
 357                 return 1;
 358
 359         /* we need to check delayed extent is without unwritten status */
 360         if (ext4_es_is_delayed(es1) && !ext4_es_is_unwritten(es1))
 361                 return 1;
 362
 363         return 0;
 364 }
 365
 366 static struct extent_status *
 367 ext4_es_try_to_merge_left(struct inode *inode, struct extent_status *es)
 368 {
 369         struct ext4_es_tree *tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 370         struct extent_status *es1;
 371         struct rb_node *node;
 372
 373         node = rb_prev(&es->rb_node);
 374         if (!node)
 375                 return es;
 376
 377         es1 = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 378         if (ext4_es_can_be_merged(es1, es)) {
 379                 es1->es_len += es->es_len;
 380                 rb_erase(&es->rb_node, &tree->root);
 381                 ext4_es_free_extent(inode, es);
 382                 es = es1;
 383         }
 384
 385         return es;
 386 }
 387
 388 static struct extent_status *
 389 ext4_es_try_to_merge_right(struct inode *inode, struct extent_status *es)
 390 {
 391         struct ext4_es_tree *tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 392         struct extent_status *es1;
 393         struct rb_node *node;
 394
 395         node = rb_next(&es->rb_node);
 396         if (!node)
 397                 return es;
 398
 399         es1 = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 400         if (ext4_es_can_be_merged(es, es1)) {
 401                 es->es_len += es1->es_len;
 402                 rb_erase(node, &tree->root);
 403                 ext4_es_free_extent(inode, es1);
 404         }
 405
 406         return es;
 407 }
 408
 409 #ifdef ES_AGGRESSIVE_TEST
 410 static void ext4_es_insert_extent_ext_check(struct inode *inode,
 411                                             struct extent_status *es)
 412 {
 413         struct ext4_ext_path *path = NULL;
 414         struct ext4_extent *ex;
 415         ext4_lblk_t ee_block;
 416         ext4_fsblk_t ee_start;
 417         unsigned short ee_len;
 418         int depth, ee_status, es_status;
 419
 420         path = ext4_ext_find_extent(inode, es->es_lblk, NULL);
 421         if (IS_ERR(path))
 422                 return;
 423
 424         depth = ext_depth(inode);
 425         ex = path[depth].p_ext;
 426
 427         if (ex) {
 428
 429                 ee_block = le32_to_cpu(ex->ee_block);
 430                 ee_start = ext4_ext_pblock(ex);
 431                 ee_len = ext4_ext_get_actual_len(ex);
 432
 433                 ee_status = ext4_ext_is_uninitialized(ex) ? 1 : 0;
 434                 es_status = ext4_es_is_unwritten(es) ? 1 : 0;
 435
 436                 /*
 437                  * Make sure ex and es are not overlap when we try to insert
 438                  * a delayed/hole extent.
 439                  */
 440                 if (!ext4_es_is_written(es) && !ext4_es_is_unwritten(es)) {
 441                         if (in_range(es->es_lblk, ee_block, ee_len)) {
 442                                 pr_warn("ES insert assertation failed for "
 443                                         "inode: %lu we can find an extent "
 444                                         "at block [%d/%d/%llu/%c], but we "
 445                                         "want to add an delayed/hole extent "
 446                                         "[%d/%d/%llu/%llx]\n",
 447                                         inode->i_ino, ee_block, ee_len,
 448                                         ee_start, ee_status ? 'u' : 'w',
 449                                         es->es_lblk, es->es_len,
 450                                         ext4_es_pblock(es), ext4_es_status(es));
 451                         }
 452                         goto out;
 453                 }
 454
 455                 /*
 456                  * We don't check ee_block == es->es_lblk, etc. because es
 457                  * might be a part of whole extent, vice versa.
 458                  */
 459                 if (es->es_lblk < ee_block ||
 460                     ext4_es_pblock(es) != ee_start + es->es_lblk - ee_block) {
 461                         pr_warn("ES insert assertation failed for inode: %lu "
 462                                 "ex_status [%d/%d/%llu/%c] != "
 463                                 "es_status [%d/%d/%llu/%c]\n", inode->i_ino,
 464                                 ee_block, ee_len, ee_start,
 465                                 ee_status ? 'u' : 'w', es->es_lblk, es->es_len,
 466                                 ext4_es_pblock(es), es_status ? 'u' : 'w');
 467                         goto out;
 468                 }
 469
 470                 if (ee_status ^ es_status) {
 471                         pr_warn("ES insert assertation failed for inode: %lu "
 472                                 "ex_status [%d/%d/%llu/%c] != "
 473                                 "es_status [%d/%d/%llu/%c]\n", inode->i_ino,
 474                                 ee_block, ee_len, ee_start,
 475                                 ee_status ? 'u' : 'w', es->es_lblk, es->es_len,
 476                                 ext4_es_pblock(es), es_status ? 'u' : 'w');
 477                 }
 478         } else {
 479                 /*
 480                  * We can't find an extent on disk.  So we need to make sure
 481                  * that we don't want to add an written/unwritten extent.
 482                  */
 483                 if (!ext4_es_is_delayed(es) && !ext4_es_is_hole(es)) {
 484                         pr_warn("ES insert assertation failed for inode: %lu "
 485                                 "can't find an extent at block %d but we want "
 486                                 "to add an written/unwritten extent "
 487                                 "[%d/%d/%llu/%llx]\n", inode->i_ino,
 488                                 es->es_lblk, es->es_lblk, es->es_len,
 489                                 ext4_es_pblock(es), ext4_es_status(es));
 490                 }
 491         }
 492 out:
 493         if (path) {
 494                 ext4_ext_drop_refs(path);
 495                 kfree(path);
 496         }
 497 }
 498
 499 static void ext4_es_insert_extent_ind_check(struct inode *inode,
 500                                             struct extent_status *es)
 501 {
 502         struct ext4_map_blocks map;
 503         int retval;
 504
 505         /*
 506          * Here we call ext4_ind_map_blocks to lookup a block mapping because
 507          * 'Indirect' structure is defined in indirect.c.  So we couldn't
 508          * access direct/indirect tree from outside.  It is too dirty to define
 509          * this function in indirect.c file.
 510          */
 511
 512         map.m_lblk = es->es_lblk;
 513         map.m_len = es->es_len;
 514
 515         retval = ext4_ind_map_blocks(NULL, inode, &map, 0);
 516         if (retval > 0) {
 517                 if (ext4_es_is_delayed(es) || ext4_es_is_hole(es)) {
 518                         /*
 519                          * We want to add a delayed/hole extent but this
 520                          * block has been allocated.
 521                          */
 522                         pr_warn("ES insert assertation failed for inode: %lu "
 523                                 "We can find blocks but we want to add a "
 524                                 "delayed/hole extent [%d/%d/%llu/%llx]\n",
 525                                 inode->i_ino, es->es_lblk, es->es_len,
 526                                 ext4_es_pblock(es), ext4_es_status(es));
 527                         return;
 528                 } else if (ext4_es_is_written(es)) {
 529                         if (retval != es->es_len) {
 530                                 pr_warn("ES insert assertation failed for "
 531                                         "inode: %lu retval %d != es_len %d\n",
 532                                         inode->i_ino, retval, es->es_len);
 533                                 return;
 534                         }
 535                         if (map.m_pblk != ext4_es_pblock(es)) {
 536                                 pr_warn("ES insert assertation failed for "
 537                                         "inode: %lu m_pblk %llu != "
 538                                         "es_pblk %llu\n",
 539                                         inode->i_ino, map.m_pblk,
 540                                         ext4_es_pblock(es));
 541                                 return;
 542                         }
 543                 } else {
 544                         /*
 545                          * We don't need to check unwritten extent because
 546                          * indirect-based file doesn't have it.
 547                          */
 548                         BUG_ON(1);
 549                 }
 550         } else if (retval == 0) {
 551                 if (ext4_es_is_written(es)) {
 552                         pr_warn("ES insert assertation failed for inode: %lu "
 553                                 "We can't find the block but we want to add "
 554                                 "an written extent [%d/%d/%llu/%llx]\n",
 555                                 inode->i_ino, es->es_lblk, es->es_len,
 556                                 ext4_es_pblock(es), ext4_es_status(es));
 557                         return;
 558                 }
 559         }
 560 }
 561
 562 static inline void ext4_es_insert_extent_check(struct inode *inode,
 563                                                struct extent_status *es)
 564 {
 565         /*
 566          * We don't need to worry about the race condition because
 567          * caller takes i_data_sem locking.
 568          */
 569         BUG_ON(!rwsem_is_locked(&EXT4_I(inode)->i_data_sem));
 570         if (ext4_test_inode_flag(inode, EXT4_INODE_EXTENTS))
 571                 ext4_es_insert_extent_ext_check(inode, es);
 572         else
 573                 ext4_es_insert_extent_ind_check(inode, es);
 574 }
 575 #else
 576 static inline void ext4_es_insert_extent_check(struct inode *inode,
 577                                                struct extent_status *es)
 578 {
 579 }
 580 #endif
 581
 582 static int __es_insert_extent(struct inode *inode, struct extent_status *newes)
 583 {
 584         struct ext4_es_tree *tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 585         struct rb_node **p = &tree->root.rb_node;
 586         struct rb_node *parent = NULL;
 587         struct extent_status *es;
 588
 589         while (*p) {
 590                 parent = *p;
 591                 es = rb_entry(parent, struct extent_status, rb_node);
 592
 593                 if (newes->es_lblk < es->es_lblk) {
 594                         if (ext4_es_can_be_merged(newes, es)) {
 595                                 /*
 596                                  * Here we can modify es_lblk directly
 597                                  * because it isn't overlapped.
 598                                  */
 599                                 es->es_lblk = newes->es_lblk;
 600                                 es->es_len += newes->es_len;
 601                                 if (ext4_es_is_written(es) ||
 602                                     ext4_es_is_unwritten(es))
 603                                         ext4_es_store_pblock(es,
 604                                                              newes->es_pblk);
 605                                 es = ext4_es_try_to_merge_left(inode, es);
 606                                 goto out;
 607                         }
 608                         p = &(*p)->rb_left;
 609                 } else if (newes->es_lblk > ext4_es_end(es)) {
 610                         if (ext4_es_can_be_merged(es, newes)) {
 611                                 es->es_len += newes->es_len;
 612                                 es = ext4_es_try_to_merge_right(inode, es);
 613                                 goto out;
 614                         }
 615                         p = &(*p)->rb_right;
 616                 } else {
 617                         BUG_ON(1);
 618                         return -EINVAL;
 619                 }
 620         }
 621
 622         es = ext4_es_alloc_extent(inode, newes->es_lblk, newes->es_len,
 623                                   newes->es_pblk);
 624         if (!es)
 625                 return -ENOMEM;
 626         rb_link_node(&es->rb_node, parent, p);
 627         rb_insert_color(&es->rb_node, &tree->root);
 628
 629 out:
 630         tree->cache_es = es;
 631         return 0;
 632 }
 633
 634 /*
 635  * ext4_es_insert_extent() adds a space to a extent status tree.
 636  *
 637  * ext4_es_insert_extent is called by ext4_da_write_begin and
 638  * ext4_es_remove_extent.
 639  *
 640  * Return 0 on success, error code on failure.
 641  */
 642 int ext4_es_insert_extent(struct inode *inode, ext4_lblk_t lblk,
 643                           ext4_lblk_t len, ext4_fsblk_t pblk,
 644                           unsigned long long status)
 645 {
 646         struct extent_status newes;
 647         ext4_lblk_t end = lblk + len - 1;
 648         int err = 0;
 649
 650         es_debug("add [%u/%u) %llu %llx to extent status tree of inode %lu\n",
 651                  lblk, len, pblk, status, inode->i_ino);
 652
 653         if (!len)
 654                 return 0;
 655
 656         BUG_ON(end < lblk);
 657
 658         newes.es_lblk = lblk;
 659         newes.es_len = len;
 660         ext4_es_store_pblock(&newes, pblk);
 661         ext4_es_store_status(&newes, status);
 662         trace_ext4_es_insert_extent(inode, &newes);
 663
 664         ext4_es_insert_extent_check(inode, &newes);
 665
 666         write_lock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 667         err = __es_remove_extent(inode, lblk, end);
 668         if (err != 0)
 669                 goto error;
 670         err = __es_insert_extent(inode, &newes);
 671
 672 error:
 673         write_unlock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 674
 675         ext4_es_print_tree(inode);
 676
 677         return err;
 678 }
 679
 680 /*
 681  * ext4_es_lookup_extent() looks up an extent in extent status tree.
 682  *
 683  * ext4_es_lookup_extent is called by ext4_map_blocks/ext4_da_map_blocks.
 684  *
 685  * Return: 1 on found, 0 on not
 686  */
 687 int ext4_es_lookup_extent(struct inode *inode, ext4_lblk_t lblk,
 688                           struct extent_status *es)
 689 {
 690         struct ext4_es_tree *tree;
 691         struct extent_status *es1 = NULL;
 692         struct rb_node *node;
 693         int found = 0;
 694
 695         trace_ext4_es_lookup_extent_enter(inode, lblk);
 696         es_debug("lookup extent in block %u\n", lblk);
 697
 698         tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 699         read_lock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 700
 701         /* find extent in cache firstly */
 702         es->es_lblk = es->es_len = es->es_pblk = 0;
 703         if (tree->cache_es) {
 704                 es1 = tree->cache_es;
 705                 if (in_range(lblk, es1->es_lblk, es1->es_len)) {
 706                         es_debug("%u cached by [%u/%u)\n",
 707                                  lblk, es1->es_lblk, es1->es_len);
 708                         found = 1;
 709                         goto out;
 710                 }
 711         }
 712
 713         node = tree->root.rb_node;
 714         while (node) {
 715                 es1 = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 716                 if (lblk < es1->es_lblk)
 717                         node = node->rb_left;
 718                 else if (lblk > ext4_es_end(es1))
 719                         node = node->rb_right;
 720                 else {
 721                         found = 1;
 722                         break;
 723                 }
 724         }
 725
 726 out:
 727         if (found) {
 728                 BUG_ON(!es1);
 729                 es->es_lblk = es1->es_lblk;
 730                 es->es_len = es1->es_len;
 731                 es->es_pblk = es1->es_pblk;
 732         }
 733
 734         read_unlock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 735
 736         trace_ext4_es_lookup_extent_exit(inode, es, found);
 737         return found;
 738 }
 739
 740 static int __es_remove_extent(struct inode *inode, ext4_lblk_t lblk,
 741                               ext4_lblk_t end)
 742 {
 743         struct ext4_es_tree *tree = &EXT4_I(inode)->i_es_tree;
 744         struct rb_node *node;
 745         struct extent_status *es;
 746         struct extent_status orig_es;
 747         ext4_lblk_t len1, len2;
 748         ext4_fsblk_t block;
 749         int err = 0;
 750
 751         es = __es_tree_search(&tree->root, lblk);
 752         if (!es)
 753                 goto out;
 754         if (es->es_lblk > end)
 755                 goto out;
 756
 757         /* Simply invalidate cache_es. */
 758         tree->cache_es = NULL;
 759
 760         orig_es.es_lblk = es->es_lblk;
 761         orig_es.es_len = es->es_len;
 762         orig_es.es_pblk = es->es_pblk;
 763
 764         len1 = lblk > es->es_lblk ? lblk - es->es_lblk : 0;
 765         len2 = ext4_es_end(es) > end ? ext4_es_end(es) - end : 0;
 766         if (len1 > 0)
 767                 es->es_len = len1;
 768         if (len2 > 0) {
 769                 if (len1 > 0) {
 770                         struct extent_status newes;
 771
 772                         newes.es_lblk = end + 1;
 773                         newes.es_len = len2;
 774                         if (ext4_es_is_written(&orig_es) ||
 775                             ext4_es_is_unwritten(&orig_es)) {
 776                                 block = ext4_es_pblock(&orig_es) +
 777                                         orig_es.es_len - len2;
 778                                 ext4_es_store_pblock(&newes, block);
 779                         }
 780                         ext4_es_store_status(&newes, ext4_es_status(&orig_es));
 781                         err = __es_insert_extent(inode, &newes);
 782                         if (err) {
 783                                 es->es_lblk = orig_es.es_lblk;
 784                                 es->es_len = orig_es.es_len;
 785                                 goto out;
 786                         }
 787                 } else {
 788                         es->es_lblk = end + 1;
 789                         es->es_len = len2;
 790                         if (ext4_es_is_written(es) ||
 791                             ext4_es_is_unwritten(es)) {
 792                                 block = orig_es.es_pblk + orig_es.es_len - len2;
 793                                 ext4_es_store_pblock(es, block);
 794                         }
 795                 }
 796                 goto out;
 797         }
 798
 799         if (len1 > 0) {
 800                 node = rb_next(&es->rb_node);
 801                 if (node)
 802                         es = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 803                 else
 804                         es = NULL;
 805         }
 806
 807         while (es && ext4_es_end(es) <= end) {
 808                 node = rb_next(&es->rb_node);
 809                 rb_erase(&es->rb_node, &tree->root);
 810                 ext4_es_free_extent(inode, es);
 811                 if (!node) {
 812                         es = NULL;
 813                         break;
 814                 }
 815                 es = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
 816         }
 817
 818         if (es && es->es_lblk < end + 1) {
 819                 ext4_lblk_t orig_len = es->es_len;
 820
 821                 len1 = ext4_es_end(es) - end;
 822                 es->es_lblk = end + 1;
 823                 es->es_len = len1;
 824                 if (ext4_es_is_written(es) || ext4_es_is_unwritten(es)) {
 825                         block = es->es_pblk + orig_len - len1;
 826                         ext4_es_store_pblock(es, block);
 827                 }
 828         }
 829
 830 out:
 831         return err;
 832 }
 833
 834 /*
 835  * ext4_es_remove_extent() removes a space from a extent status tree.
 836  *
 837  * Return 0 on success, error code on failure.
 838  */
 839 int ext4_es_remove_extent(struct inode *inode, ext4_lblk_t lblk,
 840                           ext4_lblk_t len)
 841 {
 842         ext4_lblk_t end;
 843         int err = 0;
 844
 845         trace_ext4_es_remove_extent(inode, lblk, len);
 846         es_debug("remove [%u/%u) from extent status tree of inode %lu\n",
 847                  lblk, len, inode->i_ino);
 848
 849         if (!len)
 850                 return err;
 851
 852         end = lblk + len - 1;
 853         BUG_ON(end < lblk);
 854
 855         write_lock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 856         err = __es_remove_extent(inode, lblk, end);
 857         write_unlock(&EXT4_I(inode)->i_es_lock);
 858         ext4_es_print_tree(inode);
 859         return err;
 860 }
 861
 862 int ext4_es_zeroout(struct inode *inode, struct ext4_extent *ex)
 863 {
 864         ext4_lblk_t  ee_block;
 865         ext4_fsblk_t ee_pblock;
 866         unsigned int ee_len;
 867
 868         ee_block  = le32_to_cpu(ex->ee_block);
 869         ee_len    = ext4_ext_get_actual_len(ex);
 870         ee_pblock = ext4_ext_pblock(ex);
 871
 872         if (ee_len == 0)
 873                 return 0;
 874
 875         return ext4_es_insert_extent(inode, ee_block, ee_len, ee_pblock,
 876                                      EXTENT_STATUS_WRITTEN);
 877 }
 878
 879 static int ext4_inode_touch_time_cmp(void *priv, struct list_head *a,
 880                                      struct list_head *b)
 881 {
 882         struct ext4_inode_info *eia, *eib;
 883         eia = list_entry(a, struct ext4_inode_info, i_es_lru);
 884         eib = list_entry(b, struct ext4_inode_info, i_es_lru);
 885
 886         if (eia->i_touch_when == eib->i_touch_when)
 887                 return 0;
 888         if (time_after(eia->i_touch_when, eib->i_touch_when))
 889                 return 1;
 890         else
 891                 return -1;
 892 }
 893
 894 static int ext4_es_shrink(struct shrinker *shrink, struct shrink_control *sc)
 895 {
 896         struct ext4_sb_info *sbi = container_of(shrink,
 897                                         struct ext4_sb_info, s_es_shrinker);
 898         struct ext4_inode_info *ei;
 899         struct list_head *cur, *tmp;
 900         LIST_HEAD(skiped);
 901         int nr_to_scan = sc->nr_to_scan;
 902         int ret, nr_shrunk = 0;
 903
 904         ret = percpu_counter_read_positive(&sbi->s_extent_cache_cnt);
 905         trace_ext4_es_shrink_enter(sbi->s_sb, nr_to_scan, ret);
 906
 907         if (!nr_to_scan)
 908                 return ret;
 909
 910         spin_lock(&sbi->s_es_lru_lock);
 911
 912         /*
 913          * If the inode that is at the head of LRU list is newer than
 914          * last_sorted time, that means that we need to sort this list.
 915          */
 916         ei = list_first_entry(&sbi->s_es_lru, struct ext4_inode_info, i_es_lru);
 917         if (sbi->s_es_last_sorted < ei->i_touch_when) {
 918                 list_sort(NULL, &sbi->s_es_lru, ext4_inode_touch_time_cmp);
 919                 sbi->s_es_last_sorted = jiffies;
 920         }
 921
 922         list_for_each_safe(cur, tmp, &sbi->s_es_lru) {
 923                 /*
 924                  * If we have already reclaimed all extents from extent
 925                  * status tree, just stop the loop immediately.
 926                  */
 927                 if (percpu_counter_read_positive(&sbi->s_extent_cache_cnt) == 0)
 928                         break;
 929
 930                 ei = list_entry(cur, struct ext4_inode_info, i_es_lru);
 931
 932                 /* Skip the inode that is newer than the last_sorted time */
 933                 if (sbi->s_es_last_sorted < ei->i_touch_when) {
 934                         list_move_tail(cur, &skiped);
 935                         continue;
 936                 }
 937
 938                 if (ei->i_es_lru_nr == 0)
 939                         continue;
 940
 941                 write_lock(&ei->i_es_lock);
 942                 ret = __es_try_to_reclaim_extents(ei, nr_to_scan);
 943                 if (ei->i_es_lru_nr == 0)
 944                         list_del_init(&ei->i_es_lru);
 945                 write_unlock(&ei->i_es_lock);
 946
 947                 nr_shrunk += ret;
 948                 nr_to_scan -= ret;
 949                 if (nr_to_scan == 0)
 950                         break;
 951         }
 952
 953         /* Move the newer inodes into the tail of the LRU list. */
 954         list_splice_tail(&skiped, &sbi->s_es_lru);
 955         spin_unlock(&sbi->s_es_lru_lock);
 956
 957         ret = percpu_counter_read_positive(&sbi->s_extent_cache_cnt);
 958         trace_ext4_es_shrink_exit(sbi->s_sb, nr_shrunk, ret);
 959         return ret;
 960 }
 961
 962 void ext4_es_register_shrinker(struct ext4_sb_info *sbi)
 963 {
 964         INIT_LIST_HEAD(&sbi->s_es_lru);
 965         spin_lock_init(&sbi->s_es_lru_lock);
 966         sbi->s_es_last_sorted = 0;
 967         sbi->s_es_shrinker.shrink = ext4_es_shrink;
 968         sbi->s_es_shrinker.seeks = DEFAULT_SEEKS;
 969         register_shrinker(&sbi->s_es_shrinker);
 970 }
 971
 972 void ext4_es_unregister_shrinker(struct ext4_sb_info *sbi)
 973 {
 974         unregister_shrinker(&sbi->s_es_shrinker);
 975 }
 976
 977 void ext4_es_lru_add(struct inode *inode)
 978 {
 979         struct ext4_inode_info *ei = EXT4_I(inode);
 980         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(inode->i_sb);
 981
 982         ei->i_touch_when = jiffies;
 983
 984         if (!list_empty(&ei->i_es_lru))
 985                 return;
 986
 987         spin_lock(&sbi->s_es_lru_lock);
 988         if (list_empty(&ei->i_es_lru))
 989                 list_add_tail(&ei->i_es_lru, &sbi->s_es_lru);
 990         spin_unlock(&sbi->s_es_lru_lock);
 991 }
 992
 993 void ext4_es_lru_del(struct inode *inode)
 994 {
 995         struct ext4_inode_info *ei = EXT4_I(inode);
 996         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(inode->i_sb);
 997
 998         spin_lock(&sbi->s_es_lru_lock);
 999         if (!list_empty(&ei->i_es_lru))
1000                 list_del_init(&ei->i_es_lru);
1001         spin_unlock(&sbi->s_es_lru_lock);
1002 }
1003
1004 static int __es_try_to_reclaim_extents(struct ext4_inode_info *ei,
1005                                        int nr_to_scan)
1006 {
1007         struct inode *inode = &ei->vfs_inode;
1008         struct ext4_es_tree *tree = &ei->i_es_tree;
1009         struct rb_node *node;
1010         struct extent_status *es;
1011         int nr_shrunk = 0;
1012
1013         if (ei->i_es_lru_nr == 0)
1014                 return 0;
1015
1016         node = rb_first(&tree->root);
1017         while (node != NULL) {
1018                 es = rb_entry(node, struct extent_status, rb_node);
1019                 node = rb_next(&es->rb_node);
1020                 /*
1021                  * We can't reclaim delayed extent from status tree because
1022                  * fiemap, bigallic, and seek_data/hole need to use it.
1023                  */
1024                 if (!ext4_es_is_delayed(es)) {
1025                         rb_erase(&es->rb_node, &tree->root);
1026                         ext4_es_free_extent(inode, es);
1027                         nr_shrunk++;
1028                         if (--nr_to_scan == 0)
1029                                 break;
1030                 }
1031         }
1032         tree->cache_es = NULL;
1033         return nr_shrunk;
1034 }