fs/btrfs/locking.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * Copyright (C) 2008 Oracle.  All rights reserved.
   4  */
   5
   6 #include <linux/sched.h>
   7 #include <linux/pagemap.h>
   8 #include <linux/spinlock.h>
   9 #include <linux/page-flags.h>
  10 #include <asm/bug.h>
  11 #include <trace/events/btrfs.h>
  12 #include "misc.h"
  13 #include "ctree.h"
  14 #include "extent_io.h"
  15 #include "locking.h"
  16
  17 /*
  18  * Lockdep class keys for extent_buffer->lock's in this root.  For a given
  19  * eb, the lockdep key is determined by the btrfs_root it belongs to and
  20  * the level the eb occupies in the tree.
  21  *
  22  * Different roots are used for different purposes and may nest inside each
  23  * other and they require separate keysets.  As lockdep keys should be
  24  * static, assign keysets according to the purpose of the root as indicated
  25  * by btrfs_root->root_key.objectid.  This ensures that all special purpose
  26  * roots have separate keysets.
  27  *
  28  * Lock-nesting across peer nodes is always done with the immediate parent
  29  * node locked thus preventing deadlock.  As lockdep doesn't know this, use
  30  * subclass to avoid triggering lockdep warning in such cases.
  31  *
  32  * The key is set by the readpage_end_io_hook after the buffer has passed
  33  * csum validation but before the pages are unlocked.  It is also set by
  34  * btrfs_init_new_buffer on freshly allocated blocks.
  35  *
  36  * We also add a check to make sure the highest level of the tree is the
  37  * same as our lockdep setup here.  If BTRFS_MAX_LEVEL changes, this code
  38  * needs update as well.
  39  */
  40 #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
  41 #if BTRFS_MAX_LEVEL != 8
  42 #error
  43 #endif
  44
  45 #define DEFINE_LEVEL(stem, level)                                       \
  46         .names[level] = "btrfs-" stem "-0" #level,
  47
  48 #define DEFINE_NAME(stem)                                               \
  49         DEFINE_LEVEL(stem, 0)                                           \
  50         DEFINE_LEVEL(stem, 1)                                           \
  51         DEFINE_LEVEL(stem, 2)                                           \
  52         DEFINE_LEVEL(stem, 3)                                           \
  53         DEFINE_LEVEL(stem, 4)                                           \
  54         DEFINE_LEVEL(stem, 5)                                           \
  55         DEFINE_LEVEL(stem, 6)                                           \
  56         DEFINE_LEVEL(stem, 7)
  57
  58 static struct btrfs_lockdep_keyset {
  59         u64                     id;             /* root objectid */
  60         /* Longest entry: btrfs-block-group-00 */
  61         char                    names[BTRFS_MAX_LEVEL][24];
  62         struct lock_class_key   keys[BTRFS_MAX_LEVEL];
  63 } btrfs_lockdep_keysets[] = {
  64         { .id = BTRFS_ROOT_TREE_OBJECTID,       DEFINE_NAME("root")     },
  65         { .id = BTRFS_EXTENT_TREE_OBJECTID,     DEFINE_NAME("extent")   },
  66         { .id = BTRFS_CHUNK_TREE_OBJECTID,      DEFINE_NAME("chunk")    },
  67         { .id = BTRFS_DEV_TREE_OBJECTID,        DEFINE_NAME("dev")      },
  68         { .id = BTRFS_CSUM_TREE_OBJECTID,       DEFINE_NAME("csum")     },
  69         { .id = BTRFS_QUOTA_TREE_OBJECTID,      DEFINE_NAME("quota")    },
  70         { .id = BTRFS_TREE_LOG_OBJECTID,        DEFINE_NAME("log")      },
  71         { .id = BTRFS_TREE_RELOC_OBJECTID,      DEFINE_NAME("treloc")   },
  72         { .id = BTRFS_DATA_RELOC_TREE_OBJECTID, DEFINE_NAME("dreloc")   },
  73         { .id = BTRFS_UUID_TREE_OBJECTID,       DEFINE_NAME("uuid")     },
  74         { .id = BTRFS_FREE_SPACE_TREE_OBJECTID, DEFINE_NAME("free-space") },
  75         { .id = BTRFS_BLOCK_GROUP_TREE_OBJECTID, DEFINE_NAME("block-group") },
  76         { .id = BTRFS_RAID_STRIPE_TREE_OBJECTID, DEFINE_NAME("raid-stripe") },
  77         { .id = 0,                              DEFINE_NAME("tree")     },
  78 };
  79
  80 #undef DEFINE_LEVEL
  81 #undef DEFINE_NAME
  82
  83 void btrfs_set_buffer_lockdep_class(u64 objectid, struct extent_buffer *eb, int level)
  84 {
  85         struct btrfs_lockdep_keyset *ks;
  86
  87         ASSERT(level < ARRAY_SIZE(ks->keys));
  88
  89         /* Find the matching keyset, id 0 is the default entry */
  90         for (ks = btrfs_lockdep_keysets; ks->id; ks++)
  91                 if (ks->id == objectid)
  92                         break;
  93
  94         lockdep_set_class_and_name(&eb->lock, &ks->keys[level], ks->names[level]);
  95 }
  96
  97 void btrfs_maybe_reset_lockdep_class(struct btrfs_root *root, struct extent_buffer *eb)
  98 {
  99         if (test_bit(BTRFS_ROOT_RESET_LOCKDEP_CLASS, &root->state))
 100                 btrfs_set_buffer_lockdep_class(btrfs_root_id(root),
 101                                                eb, btrfs_header_level(eb));
 102 }
 103
 104 #endif
 105
 106 #ifdef CONFIG_BTRFS_DEBUG
 107 static void btrfs_set_eb_lock_owner(struct extent_buffer *eb, pid_t owner)
 108 {
 109         eb->lock_owner = owner;
 110 }
 111 #else
 112 static void btrfs_set_eb_lock_owner(struct extent_buffer *eb, pid_t owner) { }
 113 #endif
 114
 115 /*
 116  * Extent buffer locking
 117  * =====================
 118  *
 119  * We use a rw_semaphore for tree locking, and the semantics are exactly the
 120  * same:
 121  *
 122  * - reader/writer exclusion
 123  * - writer/writer exclusion
 124  * - reader/reader sharing
 125  * - try-lock semantics for readers and writers
 126  *
 127  * The rwsem implementation does opportunistic spinning which reduces number of
 128  * times the locking task needs to sleep.
 129  */
 130
 131 /*
 132  * btrfs_tree_read_lock_nested - lock extent buffer for read
 133  * @eb:         the eb to be locked
 134  * @nest:       the nesting level to be used for lockdep
 135  *
 136  * This takes the read lock on the extent buffer, using the specified nesting
 137  * level for lockdep purposes.
 138  */
 139 void btrfs_tree_read_lock_nested(struct extent_buffer *eb, enum btrfs_lock_nesting nest)
 140 {
 141         u64 start_ns = 0;
 142
 143         if (trace_btrfs_tree_read_lock_enabled())
 144                 start_ns = ktime_get_ns();
 145
 146         down_read_nested(&eb->lock, nest);
 147         trace_btrfs_tree_read_lock(eb, start_ns);
 148 }
 149
 150 /*
 151  * Try-lock for read.
 152  *
 153  * Return 1 if the rwlock has been taken, 0 otherwise
 154  */
 155 int btrfs_try_tree_read_lock(struct extent_buffer *eb)
 156 {
 157         if (down_read_trylock(&eb->lock)) {
 158                 trace_btrfs_try_tree_read_lock(eb);
 159                 return 1;
 160         }
 161         return 0;
 162 }
 163
 164 /*
 165  * Try-lock for write.
 166  *
 167  * Return 1 if the rwlock has been taken, 0 otherwise
 168  */
 169 int btrfs_try_tree_write_lock(struct extent_buffer *eb)
 170 {
 171         if (down_write_trylock(&eb->lock)) {
 172                 btrfs_set_eb_lock_owner(eb, current->pid);
 173                 trace_btrfs_try_tree_write_lock(eb);
 174                 return 1;
 175         }
 176         return 0;
 177 }
 178
 179 /*
 180  * Release read lock.
 181  */
 182 void btrfs_tree_read_unlock(struct extent_buffer *eb)
 183 {
 184         trace_btrfs_tree_read_unlock(eb);
 185         up_read(&eb->lock);
 186 }
 187
 188 /*
 189  * Lock eb for write.
 190  *
 191  * @eb:         the eb to lock
 192  * @nest:       the nesting to use for the lock
 193  *
 194  * Returns with the eb->lock write locked.
 195  */
 196 void btrfs_tree_lock_nested(struct extent_buffer *eb, enum btrfs_lock_nesting nest)
 197         __acquires(&eb->lock)
 198 {
 199         u64 start_ns = 0;
 200
 201         if (trace_btrfs_tree_lock_enabled())
 202                 start_ns = ktime_get_ns();
 203
 204         down_write_nested(&eb->lock, nest);
 205         btrfs_set_eb_lock_owner(eb, current->pid);
 206         trace_btrfs_tree_lock(eb, start_ns);
 207 }
 208
 209 /*
 210  * Release the write lock.
 211  */
 212 void btrfs_tree_unlock(struct extent_buffer *eb)
 213 {
 214         trace_btrfs_tree_unlock(eb);
 215         btrfs_set_eb_lock_owner(eb, 0);
 216         up_write(&eb->lock);
 217 }
 218
 219 /*
 220  * This releases any locks held in the path starting at level and going all the
 221  * way up to the root.
 222  *
 223  * btrfs_search_slot will keep the lock held on higher nodes in a few corner
 224  * cases, such as COW of the block at slot zero in the node.  This ignores
 225  * those rules, and it should only be called when there are no more updates to
 226  * be done higher up in the tree.
 227  */
 228 void btrfs_unlock_up_safe(struct btrfs_path *path, int level)
 229 {
 230         int i;
 231
 232         if (path->keep_locks)
 233                 return;
 234
 235         for (i = level; i < BTRFS_MAX_LEVEL; i++) {
 236                 if (!path->nodes[i])
 237                         continue;
 238                 if (!path->locks[i])
 239                         continue;
 240                 btrfs_tree_unlock_rw(path->nodes[i], path->locks[i]);
 241                 path->locks[i] = 0;
 242         }
 243 }
 244
 245 /*
 246  * Loop around taking references on and locking the root node of the tree until
 247  * we end up with a lock on the root node.
 248  *
 249  * Return: root extent buffer with write lock held
 250  */
 251 struct extent_buffer *btrfs_lock_root_node(struct btrfs_root *root)
 252 {
 253         struct extent_buffer *eb;
 254
 255         while (1) {
 256                 eb = btrfs_root_node(root);
 257
 258                 btrfs_maybe_reset_lockdep_class(root, eb);
 259                 btrfs_tree_lock(eb);
 260                 if (eb == root->node)
 261                         break;
 262                 btrfs_tree_unlock(eb);
 263                 free_extent_buffer(eb);
 264         }
 265         return eb;
 266 }
 267
 268 /*
 269  * Loop around taking references on and locking the root node of the tree until
 270  * we end up with a lock on the root node.
 271  *
 272  * Return: root extent buffer with read lock held
 273  */
 274 struct extent_buffer *btrfs_read_lock_root_node(struct btrfs_root *root)
 275 {
 276         struct extent_buffer *eb;
 277
 278         while (1) {
 279                 eb = btrfs_root_node(root);
 280
 281                 btrfs_maybe_reset_lockdep_class(root, eb);
 282                 btrfs_tree_read_lock(eb);
 283                 if (eb == root->node)
 284                         break;
 285                 btrfs_tree_read_unlock(eb);
 286                 free_extent_buffer(eb);
 287         }
 288         return eb;
 289 }
 290
 291 /*
 292  * Loop around taking references on and locking the root node of the tree in
 293  * nowait mode until we end up with a lock on the root node or returning to
 294  * avoid blocking.
 295  *
 296  * Return: root extent buffer with read lock held or -EAGAIN.
 297  */
 298 struct extent_buffer *btrfs_try_read_lock_root_node(struct btrfs_root *root)
 299 {
 300         struct extent_buffer *eb;
 301
 302         while (1) {
 303                 eb = btrfs_root_node(root);
 304                 if (!btrfs_try_tree_read_lock(eb)) {
 305                         free_extent_buffer(eb);
 306                         return ERR_PTR(-EAGAIN);
 307                 }
 308                 if (eb == root->node)
 309                         break;
 310                 btrfs_tree_read_unlock(eb);
 311                 free_extent_buffer(eb);
 312         }
 313         return eb;
 314 }
 315
 316 /*
 317  * DREW locks
 318  * ==========
 319  *
 320  * DREW stands for double-reader-writer-exclusion lock. It's used in situation
 321  * where you want to provide A-B exclusion but not AA or BB.
 322  *
 323  * Currently implementation gives more priority to reader. If a reader and a
 324  * writer both race to acquire their respective sides of the lock the writer
 325  * would yield its lock as soon as it detects a concurrent reader. Additionally
 326  * if there are pending readers no new writers would be allowed to come in and
 327  * acquire the lock.
 328  */
 329
 330 void btrfs_drew_lock_init(struct btrfs_drew_lock *lock)
 331 {
 332         atomic_set(&lock->readers, 0);
 333         atomic_set(&lock->writers, 0);
 334         init_waitqueue_head(&lock->pending_readers);
 335         init_waitqueue_head(&lock->pending_writers);
 336 }
 337
 338 /* Return true if acquisition is successful, false otherwise */
 339 bool btrfs_drew_try_write_lock(struct btrfs_drew_lock *lock)
 340 {
 341         if (atomic_read(&lock->readers))
 342                 return false;
 343
 344         atomic_inc(&lock->writers);
 345
 346         /* Ensure writers count is updated before we check for pending readers */
 347         smp_mb__after_atomic();
 348         if (atomic_read(&lock->readers)) {
 349                 btrfs_drew_write_unlock(lock);
 350                 return false;
 351         }
 352
 353         return true;
 354 }
 355
 356 void btrfs_drew_write_lock(struct btrfs_drew_lock *lock)
 357 {
 358         while (true) {
 359                 if (btrfs_drew_try_write_lock(lock))
 360                         return;
 361                 wait_event(lock->pending_writers, !atomic_read(&lock->readers));
 362         }
 363 }
 364
 365 void btrfs_drew_write_unlock(struct btrfs_drew_lock *lock)
 366 {
 367         /*
 368          * atomic_dec_and_test() implies a full barrier, so woken up readers are
 369          * guaranteed to see the decrement.
 370          */
 371         if (atomic_dec_and_test(&lock->writers))
 372                 wake_up(&lock->pending_readers);
 373 }
 374
 375 void btrfs_drew_read_lock(struct btrfs_drew_lock *lock)
 376 {
 377         atomic_inc(&lock->readers);
 378
 379         /*
 380          * Ensure the pending reader count is perceieved BEFORE this reader
 381          * goes to sleep in case of active writers. This guarantees new writers
 382          * won't be allowed and that the current reader will be woken up when
 383          * the last active writer finishes its jobs.
 384          */
 385         smp_mb__after_atomic();
 386
 387         wait_event(lock->pending_readers, atomic_read(&lock->writers) == 0);
 388 }
 389
 390 void btrfs_drew_read_unlock(struct btrfs_drew_lock *lock)
 391 {
 392         /*
 393          * atomic_dec_and_test implies a full barrier, so woken up writers
 394          * are guaranteed to see the decrement
 395          */
 396         if (atomic_dec_and_test(&lock->readers))
 397                 wake_up(&lock->pending_writers);
 398 }