fs/nfsd/nfscache.c

   1 /*
   2  * Request reply cache. This is currently a global cache, but this may
   3  * change in the future and be a per-client cache.
   4  *
   5  * This code is heavily inspired by the 44BSD implementation, although
   6  * it does things a bit differently.
   7  *
   8  * Copyright (C) 1995, 1996 Olaf Kirch <okir@monad.swb.de>
   9  */
  10
  11 #include <linux/slab.h>
  12 #include <linux/vmalloc.h>
  13 #include <linux/sunrpc/addr.h>
  14 #include <linux/highmem.h>
  15 #include <linux/log2.h>
  16 #include <linux/hash.h>
  17 #include <net/checksum.h>
  18
  19 #include "nfsd.h"
  20 #include "cache.h"
  21
  22 #define NFSDDBG_FACILITY        NFSDDBG_REPCACHE
  23
  24 /*
  25  * We use this value to determine the number of hash buckets from the max
  26  * cache size, the idea being that when the cache is at its maximum number
  27  * of entries, then this should be the average number of entries per bucket.
  28  */
  29 #define TARGET_BUCKET_SIZE      64
  30
  31 struct nfsd_drc_bucket {
  32         struct list_head lru_head;
  33         spinlock_t cache_lock;
  34 };
  35
  36 static struct nfsd_drc_bucket   *drc_hashtbl;
  37 static struct kmem_cache        *drc_slab;
  38
  39 /* max number of entries allowed in the cache */
  40 static unsigned int             max_drc_entries;
  41
  42 /* number of significant bits in the hash value */
  43 static unsigned int             maskbits;
  44 static unsigned int             drc_hashsize;
  45
  46 /*
  47  * Stats and other tracking of on the duplicate reply cache. All of these and
  48  * the "rc" fields in nfsdstats are protected by the cache_lock
  49  */
  50
  51 /* total number of entries */
  52 static atomic_t                 num_drc_entries;
  53
  54 /* cache misses due only to checksum comparison failures */
  55 static unsigned int             payload_misses;
  56
  57 /* amount of memory (in bytes) currently consumed by the DRC */
  58 static unsigned int             drc_mem_usage;
  59
  60 /* longest hash chain seen */
  61 static unsigned int             longest_chain;
  62
  63 /* size of cache when we saw the longest hash chain */
  64 static unsigned int             longest_chain_cachesize;
  65
  66 static int      nfsd_cache_append(struct svc_rqst *rqstp, struct kvec *vec);
  67 static unsigned long nfsd_reply_cache_count(struct shrinker *shrink,
  68                                             struct shrink_control *sc);
  69 static unsigned long nfsd_reply_cache_scan(struct shrinker *shrink,
  70                                            struct shrink_control *sc);
  71
  72 static struct shrinker nfsd_reply_cache_shrinker = {
  73         .scan_objects = nfsd_reply_cache_scan,
  74         .count_objects = nfsd_reply_cache_count,
  75         .seeks  = 1,
  76 };
  77
  78 /*
  79  * Put a cap on the size of the DRC based on the amount of available
  80  * low memory in the machine.
  81  *
  82  *  64MB:    8192
  83  * 128MB:   11585
  84  * 256MB:   16384
  85  * 512MB:   23170
  86  *   1GB:   32768
  87  *   2GB:   46340
  88  *   4GB:   65536
  89  *   8GB:   92681
  90  *  16GB:  131072
  91  *
  92  * ...with a hard cap of 256k entries. In the worst case, each entry will be
  93  * ~1k, so the above numbers should give a rough max of the amount of memory
  94  * used in k.
  95  */
  96 static unsigned int
  97 nfsd_cache_size_limit(void)
  98 {
  99         unsigned int limit;
 100         unsigned long low_pages = totalram_pages - totalhigh_pages;
 101
 102         limit = (16 * int_sqrt(low_pages)) << (PAGE_SHIFT-10);
 103         return min_t(unsigned int, limit, 256*1024);
 104 }
 105
 106 /*
 107  * Compute the number of hash buckets we need. Divide the max cachesize by
 108  * the "target" max bucket size, and round up to next power of two.
 109  */
 110 static unsigned int
 111 nfsd_hashsize(unsigned int limit)
 112 {
 113         return roundup_pow_of_two(limit / TARGET_BUCKET_SIZE);
 114 }
 115
 116 static u32
 117 nfsd_cache_hash(__be32 xid)
 118 {
 119         return hash_32(be32_to_cpu(xid), maskbits);
 120 }
 121
 122 static struct svc_cacherep *
 123 nfsd_reply_cache_alloc(void)
 124 {
 125         struct svc_cacherep     *rp;
 126
 127         rp = kmem_cache_alloc(drc_slab, GFP_KERNEL);
 128         if (rp) {
 129                 rp->c_state = RC_UNUSED;
 130                 rp->c_type = RC_NOCACHE;
 131                 INIT_LIST_HEAD(&rp->c_lru);
 132         }
 133         return rp;
 134 }
 135
 136 static void
 137 nfsd_reply_cache_free_locked(struct svc_cacherep *rp)
 138 {
 139         if (rp->c_type == RC_REPLBUFF && rp->c_replvec.iov_base) {
 140                 drc_mem_usage -= rp->c_replvec.iov_len;
 141                 kfree(rp->c_replvec.iov_base);
 142         }
 143         list_del(&rp->c_lru);
 144         atomic_dec(&num_drc_entries);
 145         drc_mem_usage -= sizeof(*rp);
 146         kmem_cache_free(drc_slab, rp);
 147 }
 148
 149 static void
 150 nfsd_reply_cache_free(struct nfsd_drc_bucket *b, struct svc_cacherep *rp)
 151 {
 152         spin_lock(&b->cache_lock);
 153         nfsd_reply_cache_free_locked(rp);
 154         spin_unlock(&b->cache_lock);
 155 }
 156
 157 int nfsd_reply_cache_init(void)
 158 {
 159         unsigned int hashsize;
 160         unsigned int i;
 161         int status = 0;
 162
 163         max_drc_entries = nfsd_cache_size_limit();
 164         atomic_set(&num_drc_entries, 0);
 165         hashsize = nfsd_hashsize(max_drc_entries);
 166         maskbits = ilog2(hashsize);
 167
 168         status = register_shrinker(&nfsd_reply_cache_shrinker);
 169         if (status)
 170                 return status;
 171
 172         drc_slab = kmem_cache_create("nfsd_drc", sizeof(struct svc_cacherep),
 173                                         0, 0, NULL);
 174         if (!drc_slab)
 175                 goto out_nomem;
 176
 177         drc_hashtbl = kcalloc(hashsize, sizeof(*drc_hashtbl), GFP_KERNEL);
 178         if (!drc_hashtbl) {
 179                 drc_hashtbl = vzalloc(hashsize * sizeof(*drc_hashtbl));
 180                 if (!drc_hashtbl)
 181                         goto out_nomem;
 182         }
 183
 184         for (i = 0; i < hashsize; i++) {
 185                 INIT_LIST_HEAD(&drc_hashtbl[i].lru_head);
 186                 spin_lock_init(&drc_hashtbl[i].cache_lock);
 187         }
 188         drc_hashsize = hashsize;
 189
 190         return 0;
 191 out_nomem:
 192         printk(KERN_ERR "nfsd: failed to allocate reply cache\n");
 193         nfsd_reply_cache_shutdown();
 194         return -ENOMEM;
 195 }
 196
 197 void nfsd_reply_cache_shutdown(void)
 198 {
 199         struct svc_cacherep     *rp;
 200         unsigned int i;
 201
 202         unregister_shrinker(&nfsd_reply_cache_shrinker);
 203
 204         for (i = 0; i < drc_hashsize; i++) {
 205                 struct list_head *head = &drc_hashtbl[i].lru_head;
 206                 while (!list_empty(head)) {
 207                         rp = list_first_entry(head, struct svc_cacherep, c_lru);
 208                         nfsd_reply_cache_free_locked(rp);
 209                 }
 210         }
 211
 212         kvfree(drc_hashtbl);
 213         drc_hashtbl = NULL;
 214         drc_hashsize = 0;
 215
 216         kmem_cache_destroy(drc_slab);
 217         drc_slab = NULL;
 218 }
 219
 220 /*
 221  * Move cache entry to end of LRU list, and queue the cleaner to run if it's
 222  * not already scheduled.
 223  */
 224 static void
 225 lru_put_end(struct nfsd_drc_bucket *b, struct svc_cacherep *rp)
 226 {
 227         rp->c_timestamp = jiffies;
 228         list_move_tail(&rp->c_lru, &b->lru_head);
 229 }
 230
 231 static long
 232 prune_bucket(struct nfsd_drc_bucket *b)
 233 {
 234         struct svc_cacherep *rp, *tmp;
 235         long freed = 0;
 236
 237         list_for_each_entry_safe(rp, tmp, &b->lru_head, c_lru) {
 238                 /*
 239                  * Don't free entries attached to calls that are still
 240                  * in-progress, but do keep scanning the list.
 241                  */
 242                 if (rp->c_state == RC_INPROG)
 243                         continue;
 244                 if (atomic_read(&num_drc_entries) <= max_drc_entries &&
 245                     time_before(jiffies, rp->c_timestamp + RC_EXPIRE))
 246                         break;
 247                 nfsd_reply_cache_free_locked(rp);
 248                 freed++;
 249         }
 250         return freed;
 251 }
 252
 253 /*
 254  * Walk the LRU list and prune off entries that are older than RC_EXPIRE.
 255  * Also prune the oldest ones when the total exceeds the max number of entries.
 256  */
 257 static long
 258 prune_cache_entries(void)
 259 {
 260         unsigned int i;
 261         long freed = 0;
 262
 263         for (i = 0; i < drc_hashsize; i++) {
 264                 struct nfsd_drc_bucket *b = &drc_hashtbl[i];
 265
 266                 if (list_empty(&b->lru_head))
 267                         continue;
 268                 spin_lock(&b->cache_lock);
 269                 freed += prune_bucket(b);
 270                 spin_unlock(&b->cache_lock);
 271         }
 272         return freed;
 273 }
 274
 275 static unsigned long
 276 nfsd_reply_cache_count(struct shrinker *shrink, struct shrink_control *sc)
 277 {
 278         return atomic_read(&num_drc_entries);
 279 }
 280
 281 static unsigned long
 282 nfsd_reply_cache_scan(struct shrinker *shrink, struct shrink_control *sc)
 283 {
 284         return prune_cache_entries();
 285 }
 286 /*
 287  * Walk an xdr_buf and get a CRC for at most the first RC_CSUMLEN bytes
 288  */
 289 static __wsum
 290 nfsd_cache_csum(struct svc_rqst *rqstp)
 291 {
 292         int idx;
 293         unsigned int base;
 294         __wsum csum;
 295         struct xdr_buf *buf = &rqstp->rq_arg;
 296         const unsigned char *p = buf->head[0].iov_base;
 297         size_t csum_len = min_t(size_t, buf->head[0].iov_len + buf->page_len,
 298                                 RC_CSUMLEN);
 299         size_t len = min(buf->head[0].iov_len, csum_len);
 300
 301         /* rq_arg.head first */
 302         csum = csum_partial(p, len, 0);
 303         csum_len -= len;
 304
 305         /* Continue into page array */
 306         idx = buf->page_base / PAGE_SIZE;
 307         base = buf->page_base & ~PAGE_MASK;
 308         while (csum_len) {
 309                 p = page_address(buf->pages[idx]) + base;
 310                 len = min_t(size_t, PAGE_SIZE - base, csum_len);
 311                 csum = csum_partial(p, len, csum);
 312                 csum_len -= len;
 313                 base = 0;
 314                 ++idx;
 315         }
 316         return csum;
 317 }
 318
 319 static bool
 320 nfsd_cache_match(struct svc_rqst *rqstp, __wsum csum, struct svc_cacherep *rp)
 321 {
 322         /* Check RPC XID first */
 323         if (rqstp->rq_xid != rp->c_xid)
 324                 return false;
 325         /* compare checksum of NFS data */
 326         if (csum != rp->c_csum) {
 327                 ++payload_misses;
 328                 return false;
 329         }
 330
 331         /* Other discriminators */
 332         if (rqstp->rq_proc != rp->c_proc ||
 333             rqstp->rq_prot != rp->c_prot ||
 334             rqstp->rq_vers != rp->c_vers ||
 335             rqstp->rq_arg.len != rp->c_len ||
 336             !rpc_cmp_addr(svc_addr(rqstp), (struct sockaddr *)&rp->c_addr) ||
 337             rpc_get_port(svc_addr(rqstp)) != rpc_get_port((struct sockaddr *)&rp->c_addr))
 338                 return false;
 339
 340         return true;
 341 }
 342
 343 /*
 344  * Search the request hash for an entry that matches the given rqstp.
 345  * Must be called with cache_lock held. Returns the found entry or
 346  * NULL on failure.
 347  */
 348 static struct svc_cacherep *
 349 nfsd_cache_search(struct nfsd_drc_bucket *b, struct svc_rqst *rqstp,
 350                 __wsum csum)
 351 {
 352         struct svc_cacherep     *rp, *ret = NULL;
 353         struct list_head        *rh = &b->lru_head;
 354         unsigned int            entries = 0;
 355
 356         list_for_each_entry(rp, rh, c_lru) {
 357                 ++entries;
 358                 if (nfsd_cache_match(rqstp, csum, rp)) {
 359                         ret = rp;
 360                         break;
 361                 }
 362         }
 363
 364         /* tally hash chain length stats */
 365         if (entries > longest_chain) {
 366                 longest_chain = entries;
 367                 longest_chain_cachesize = atomic_read(&num_drc_entries);
 368         } else if (entries == longest_chain) {
 369                 /* prefer to keep the smallest cachesize possible here */
 370                 longest_chain_cachesize = min_t(unsigned int,
 371                                 longest_chain_cachesize,
 372                                 atomic_read(&num_drc_entries));
 373         }
 374
 375         return ret;
 376 }
 377
 378 /*
 379  * Try to find an entry matching the current call in the cache. When none
 380  * is found, we try to grab the oldest expired entry off the LRU list. If
 381  * a suitable one isn't there, then drop the cache_lock and allocate a
 382  * new one, then search again in case one got inserted while this thread
 383  * didn't hold the lock.
 384  */
 385 int
 386 nfsd_cache_lookup(struct svc_rqst *rqstp)
 387 {
 388         struct svc_cacherep     *rp, *found;
 389         __be32                  xid = rqstp->rq_xid;
 390         u32                     proto =  rqstp->rq_prot,
 391                                 vers = rqstp->rq_vers,
 392                                 proc = rqstp->rq_proc;
 393         __wsum                  csum;
 394         u32 hash = nfsd_cache_hash(xid);
 395         struct nfsd_drc_bucket *b = &drc_hashtbl[hash];
 396         unsigned long           age;
 397         int type = rqstp->rq_cachetype;
 398         int rtn = RC_DOIT;
 399
 400         rqstp->rq_cacherep = NULL;
 401         if (type == RC_NOCACHE) {
 402                 nfsdstats.rcnocache++;
 403                 return rtn;
 404         }
 405
 406         csum = nfsd_cache_csum(rqstp);
 407
 408         /*
 409          * Since the common case is a cache miss followed by an insert,
 410          * preallocate an entry.
 411          */
 412         rp = nfsd_reply_cache_alloc();
 413         spin_lock(&b->cache_lock);
 414         if (likely(rp)) {
 415                 atomic_inc(&num_drc_entries);
 416                 drc_mem_usage += sizeof(*rp);
 417         }
 418
 419         /* go ahead and prune the cache */
 420         prune_bucket(b);
 421
 422         found = nfsd_cache_search(b, rqstp, csum);
 423         if (found) {
 424                 if (likely(rp))
 425                         nfsd_reply_cache_free_locked(rp);
 426                 rp = found;
 427                 goto found_entry;
 428         }
 429
 430         if (!rp) {
 431                 dprintk("nfsd: unable to allocate DRC entry!\n");
 432                 goto out;
 433         }
 434
 435         nfsdstats.rcmisses++;
 436         rqstp->rq_cacherep = rp;
 437         rp->c_state = RC_INPROG;
 438         rp->c_xid = xid;
 439         rp->c_proc = proc;
 440         rpc_copy_addr((struct sockaddr *)&rp->c_addr, svc_addr(rqstp));
 441         rpc_set_port((struct sockaddr *)&rp->c_addr, rpc_get_port(svc_addr(rqstp)));
 442         rp->c_prot = proto;
 443         rp->c_vers = vers;
 444         rp->c_len = rqstp->rq_arg.len;
 445         rp->c_csum = csum;
 446
 447         lru_put_end(b, rp);
 448
 449         /* release any buffer */
 450         if (rp->c_type == RC_REPLBUFF) {
 451                 drc_mem_usage -= rp->c_replvec.iov_len;
 452                 kfree(rp->c_replvec.iov_base);
 453                 rp->c_replvec.iov_base = NULL;
 454         }
 455         rp->c_type = RC_NOCACHE;
 456  out:
 457         spin_unlock(&b->cache_lock);
 458         return rtn;
 459
 460 found_entry:
 461         nfsdstats.rchits++;
 462         /* We found a matching entry which is either in progress or done. */
 463         age = jiffies - rp->c_timestamp;
 464         lru_put_end(b, rp);
 465
 466         rtn = RC_DROPIT;
 467         /* Request being processed or excessive rexmits */
 468         if (rp->c_state == RC_INPROG || age < RC_DELAY)
 469                 goto out;
 470
 471         /* From the hall of fame of impractical attacks:
 472          * Is this a user who tries to snoop on the cache? */
 473         rtn = RC_DOIT;
 474         if (!test_bit(RQ_SECURE, &rqstp->rq_flags) && rp->c_secure)
 475                 goto out;
 476
 477         /* Compose RPC reply header */
 478         switch (rp->c_type) {
 479         case RC_NOCACHE:
 480                 break;
 481         case RC_REPLSTAT:
 482                 svc_putu32(&rqstp->rq_res.head[0], rp->c_replstat);
 483                 rtn = RC_REPLY;
 484                 break;
 485         case RC_REPLBUFF:
 486                 if (!nfsd_cache_append(rqstp, &rp->c_replvec))
 487                         goto out;       /* should not happen */
 488                 rtn = RC_REPLY;
 489                 break;
 490         default:
 491                 printk(KERN_WARNING "nfsd: bad repcache type %d\n", rp->c_type);
 492                 nfsd_reply_cache_free_locked(rp);
 493         }
 494
 495         goto out;
 496 }
 497
 498 /*
 499  * Update a cache entry. This is called from nfsd_dispatch when
 500  * the procedure has been executed and the complete reply is in
 501  * rqstp->rq_res.
 502  *
 503  * We're copying around data here rather than swapping buffers because
 504  * the toplevel loop requires max-sized buffers, which would be a waste
 505  * of memory for a cache with a max reply size of 100 bytes (diropokres).
 506  *
 507  * If we should start to use different types of cache entries tailored
 508  * specifically for attrstat and fh's, we may save even more space.
 509  *
 510  * Also note that a cachetype of RC_NOCACHE can legally be passed when
 511  * nfsd failed to encode a reply that otherwise would have been cached.
 512  * In this case, nfsd_cache_update is called with statp == NULL.
 513  */
 514 void
 515 nfsd_cache_update(struct svc_rqst *rqstp, int cachetype, __be32 *statp)
 516 {
 517         struct svc_cacherep *rp = rqstp->rq_cacherep;
 518         struct kvec     *resv = &rqstp->rq_res.head[0], *cachv;
 519         u32             hash;
 520         struct nfsd_drc_bucket *b;
 521         int             len;
 522         size_t          bufsize = 0;
 523
 524         if (!rp)
 525                 return;
 526
 527         hash = nfsd_cache_hash(rp->c_xid);
 528         b = &drc_hashtbl[hash];
 529
 530         len = resv->iov_len - ((char*)statp - (char*)resv->iov_base);
 531         len >>= 2;
 532
 533         /* Don't cache excessive amounts of data and XDR failures */
 534         if (!statp || len > (256 >> 2)) {
 535                 nfsd_reply_cache_free(b, rp);
 536                 return;
 537         }
 538
 539         switch (cachetype) {
 540         case RC_REPLSTAT:
 541                 if (len != 1)
 542                         printk("nfsd: RC_REPLSTAT/reply len %d!\n",len);
 543                 rp->c_replstat = *statp;
 544                 break;
 545         case RC_REPLBUFF:
 546                 cachv = &rp->c_replvec;
 547                 bufsize = len << 2;
 548                 cachv->iov_base = kmalloc(bufsize, GFP_KERNEL);
 549                 if (!cachv->iov_base) {
 550                         nfsd_reply_cache_free(b, rp);
 551                         return;
 552                 }
 553                 cachv->iov_len = bufsize;
 554                 memcpy(cachv->iov_base, statp, bufsize);
 555                 break;
 556         case RC_NOCACHE:
 557                 nfsd_reply_cache_free(b, rp);
 558                 return;
 559         }
 560         spin_lock(&b->cache_lock);
 561         drc_mem_usage += bufsize;
 562         lru_put_end(b, rp);
 563         rp->c_secure = test_bit(RQ_SECURE, &rqstp->rq_flags);
 564         rp->c_type = cachetype;
 565         rp->c_state = RC_DONE;
 566         spin_unlock(&b->cache_lock);
 567         return;
 568 }
 569
 570 /*
 571  * Copy cached reply to current reply buffer. Should always fit.
 572  * FIXME as reply is in a page, we should just attach the page, and
 573  * keep a refcount....
 574  */
 575 static int
 576 nfsd_cache_append(struct svc_rqst *rqstp, struct kvec *data)
 577 {
 578         struct kvec     *vec = &rqstp->rq_res.head[0];
 579
 580         if (vec->iov_len + data->iov_len > PAGE_SIZE) {
 581                 printk(KERN_WARNING "nfsd: cached reply too large (%Zd).\n",
 582                                 data->iov_len);
 583                 return 0;
 584         }
 585         memcpy((char*)vec->iov_base + vec->iov_len, data->iov_base, data->iov_len);
 586         vec->iov_len += data->iov_len;
 587         return 1;
 588 }
 589
 590 /*
 591  * Note that fields may be added, removed or reordered in the future. Programs
 592  * scraping this file for info should test the labels to ensure they're
 593  * getting the correct field.
 594  */
 595 static int nfsd_reply_cache_stats_show(struct seq_file *m, void *v)
 596 {
 597         seq_printf(m, "max entries:           %u\n", max_drc_entries);
 598         seq_printf(m, "num entries:           %u\n",
 599                         atomic_read(&num_drc_entries));
 600         seq_printf(m, "hash buckets:          %u\n", 1 << maskbits);
 601         seq_printf(m, "mem usage:             %u\n", drc_mem_usage);
 602         seq_printf(m, "cache hits:            %u\n", nfsdstats.rchits);
 603         seq_printf(m, "cache misses:          %u\n", nfsdstats.rcmisses);
 604         seq_printf(m, "not cached:            %u\n", nfsdstats.rcnocache);
 605         seq_printf(m, "payload misses:        %u\n", payload_misses);
 606         seq_printf(m, "longest chain len:     %u\n", longest_chain);
 607         seq_printf(m, "cachesize at longest:  %u\n", longest_chain_cachesize);
 608         return 0;
 609 }
 610
 611 int nfsd_reply_cache_stats_open(struct inode *inode, struct file *file)
 612 {
 613         return single_open(file, nfsd_reply_cache_stats_show, NULL);
 614 }