Merge tag 'ntb-4.13' of git://github.com/jonmason/ntb
[sfrench/cifs-2.6.git] / fs / ext4 / mballoc.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2003-2006, Cluster File Systems, Inc, info@clusterfs.com
3  * Written by Alex Tomas <alex@clusterfs.com>
4  *
5  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
6  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
7  * published by the Free Software Foundation.
8  *
9  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
12  * GNU General Public License for more details.
13  *
14  * You should have received a copy of the GNU General Public License
15  * along with this program; if not, write to the Free Software
16  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-
17  */
18
19
20 /*
21  * mballoc.c contains the multiblocks allocation routines
22  */
23
24 #include "ext4_jbd2.h"
25 #include "mballoc.h"
26 #include <linux/log2.h>
27 #include <linux/module.h>
28 #include <linux/slab.h>
29 #include <linux/backing-dev.h>
30 #include <trace/events/ext4.h>
31
32 #ifdef CONFIG_EXT4_DEBUG
33 ushort ext4_mballoc_debug __read_mostly;
34
35 module_param_named(mballoc_debug, ext4_mballoc_debug, ushort, 0644);
36 MODULE_PARM_DESC(mballoc_debug, "Debugging level for ext4's mballoc");
37 #endif
38
39 /*
40  * MUSTDO:
41  *   - test ext4_ext_search_left() and ext4_ext_search_right()
42  *   - search for metadata in few groups
43  *
44  * TODO v4:
45  *   - normalization should take into account whether file is still open
46  *   - discard preallocations if no free space left (policy?)
47  *   - don't normalize tails
48  *   - quota
49  *   - reservation for superuser
50  *
51  * TODO v3:
52  *   - bitmap read-ahead (proposed by Oleg Drokin aka green)
53  *   - track min/max extents in each group for better group selection
54  *   - mb_mark_used() may allocate chunk right after splitting buddy
55  *   - tree of groups sorted by number of free blocks
56  *   - error handling
57  */
58
59 /*
60  * The allocation request involve request for multiple number of blocks
61  * near to the goal(block) value specified.
62  *
63  * During initialization phase of the allocator we decide to use the
64  * group preallocation or inode preallocation depending on the size of
65  * the file. The size of the file could be the resulting file size we
66  * would have after allocation, or the current file size, which ever
67  * is larger. If the size is less than sbi->s_mb_stream_request we
68  * select to use the group preallocation. The default value of
69  * s_mb_stream_request is 16 blocks. This can also be tuned via
70  * /sys/fs/ext4/<partition>/mb_stream_req. The value is represented in
71  * terms of number of blocks.
72  *
73  * The main motivation for having small file use group preallocation is to
74  * ensure that we have small files closer together on the disk.
75  *
76  * First stage the allocator looks at the inode prealloc list,
77  * ext4_inode_info->i_prealloc_list, which contains list of prealloc
78  * spaces for this particular inode. The inode prealloc space is
79  * represented as:
80  *
81  * pa_lstart -> the logical start block for this prealloc space
82  * pa_pstart -> the physical start block for this prealloc space
83  * pa_len    -> length for this prealloc space (in clusters)
84  * pa_free   ->  free space available in this prealloc space (in clusters)
85  *
86  * The inode preallocation space is used looking at the _logical_ start
87  * block. If only the logical file block falls within the range of prealloc
88  * space we will consume the particular prealloc space. This makes sure that
89  * we have contiguous physical blocks representing the file blocks
90  *
91  * The important thing to be noted in case of inode prealloc space is that
92  * we don't modify the values associated to inode prealloc space except
93  * pa_free.
94  *
95  * If we are not able to find blocks in the inode prealloc space and if we
96  * have the group allocation flag set then we look at the locality group
97  * prealloc space. These are per CPU prealloc list represented as
98  *
99  * ext4_sb_info.s_locality_groups[smp_processor_id()]
100  *
101  * The reason for having a per cpu locality group is to reduce the contention
102  * between CPUs. It is possible to get scheduled at this point.
103  *
104  * The locality group prealloc space is used looking at whether we have
105  * enough free space (pa_free) within the prealloc space.
106  *
107  * If we can't allocate blocks via inode prealloc or/and locality group
108  * prealloc then we look at the buddy cache. The buddy cache is represented
109  * by ext4_sb_info.s_buddy_cache (struct inode) whose file offset gets
110  * mapped to the buddy and bitmap information regarding different
111  * groups. The buddy information is attached to buddy cache inode so that
112  * we can access them through the page cache. The information regarding
113  * each group is loaded via ext4_mb_load_buddy.  The information involve
114  * block bitmap and buddy information. The information are stored in the
115  * inode as:
116  *
117  *  {                        page                        }
118  *  [ group 0 bitmap][ group 0 buddy] [group 1][ group 1]...
119  *
120  *
121  * one block each for bitmap and buddy information.  So for each group we
122  * take up 2 blocks. A page can contain blocks_per_page (PAGE_SIZE /
123  * blocksize) blocks.  So it can have information regarding groups_per_page
124  * which is blocks_per_page/2
125  *
126  * The buddy cache inode is not stored on disk. The inode is thrown
127  * away when the filesystem is unmounted.
128  *
129  * We look for count number of blocks in the buddy cache. If we were able
130  * to locate that many free blocks we return with additional information
131  * regarding rest of the contiguous physical block available
132  *
133  * Before allocating blocks via buddy cache we normalize the request
134  * blocks. This ensure we ask for more blocks that we needed. The extra
135  * blocks that we get after allocation is added to the respective prealloc
136  * list. In case of inode preallocation we follow a list of heuristics
137  * based on file size. This can be found in ext4_mb_normalize_request. If
138  * we are doing a group prealloc we try to normalize the request to
139  * sbi->s_mb_group_prealloc.  The default value of s_mb_group_prealloc is
140  * dependent on the cluster size; for non-bigalloc file systems, it is
141  * 512 blocks. This can be tuned via
142  * /sys/fs/ext4/<partition>/mb_group_prealloc. The value is represented in
143  * terms of number of blocks. If we have mounted the file system with -O
144  * stripe=<value> option the group prealloc request is normalized to the
145  * the smallest multiple of the stripe value (sbi->s_stripe) which is
146  * greater than the default mb_group_prealloc.
147  *
148  * The regular allocator (using the buddy cache) supports a few tunables.
149  *
150  * /sys/fs/ext4/<partition>/mb_min_to_scan
151  * /sys/fs/ext4/<partition>/mb_max_to_scan
152  * /sys/fs/ext4/<partition>/mb_order2_req
153  *
154  * The regular allocator uses buddy scan only if the request len is power of
155  * 2 blocks and the order of allocation is >= sbi->s_mb_order2_reqs. The
156  * value of s_mb_order2_reqs can be tuned via
157  * /sys/fs/ext4/<partition>/mb_order2_req.  If the request len is equal to
158  * stripe size (sbi->s_stripe), we try to search for contiguous block in
159  * stripe size. This should result in better allocation on RAID setups. If
160  * not, we search in the specific group using bitmap for best extents. The
161  * tunable min_to_scan and max_to_scan control the behaviour here.
162  * min_to_scan indicate how long the mballoc __must__ look for a best
163  * extent and max_to_scan indicates how long the mballoc __can__ look for a
164  * best extent in the found extents. Searching for the blocks starts with
165  * the group specified as the goal value in allocation context via
166  * ac_g_ex. Each group is first checked based on the criteria whether it
167  * can be used for allocation. ext4_mb_good_group explains how the groups are
168  * checked.
169  *
170  * Both the prealloc space are getting populated as above. So for the first
171  * request we will hit the buddy cache which will result in this prealloc
172  * space getting filled. The prealloc space is then later used for the
173  * subsequent request.
174  */
175
176 /*
177  * mballoc operates on the following data:
178  *  - on-disk bitmap
179  *  - in-core buddy (actually includes buddy and bitmap)
180  *  - preallocation descriptors (PAs)
181  *
182  * there are two types of preallocations:
183  *  - inode
184  *    assiged to specific inode and can be used for this inode only.
185  *    it describes part of inode's space preallocated to specific
186  *    physical blocks. any block from that preallocated can be used
187  *    independent. the descriptor just tracks number of blocks left
188  *    unused. so, before taking some block from descriptor, one must
189  *    make sure corresponded logical block isn't allocated yet. this
190  *    also means that freeing any block within descriptor's range
191  *    must discard all preallocated blocks.
192  *  - locality group
193  *    assigned to specific locality group which does not translate to
194  *    permanent set of inodes: inode can join and leave group. space
195  *    from this type of preallocation can be used for any inode. thus
196  *    it's consumed from the beginning to the end.
197  *
198  * relation between them can be expressed as:
199  *    in-core buddy = on-disk bitmap + preallocation descriptors
200  *
201  * this mean blocks mballoc considers used are:
202  *  - allocated blocks (persistent)
203  *  - preallocated blocks (non-persistent)
204  *
205  * consistency in mballoc world means that at any time a block is either
206  * free or used in ALL structures. notice: "any time" should not be read
207  * literally -- time is discrete and delimited by locks.
208  *
209  *  to keep it simple, we don't use block numbers, instead we count number of
210  *  blocks: how many blocks marked used/free in on-disk bitmap, buddy and PA.
211  *
212  * all operations can be expressed as:
213  *  - init buddy:                       buddy = on-disk + PAs
214  *  - new PA:                           buddy += N; PA = N
215  *  - use inode PA:                     on-disk += N; PA -= N
216  *  - discard inode PA                  buddy -= on-disk - PA; PA = 0
217  *  - use locality group PA             on-disk += N; PA -= N
218  *  - discard locality group PA         buddy -= PA; PA = 0
219  *  note: 'buddy -= on-disk - PA' is used to show that on-disk bitmap
220  *        is used in real operation because we can't know actual used
221  *        bits from PA, only from on-disk bitmap
222  *
223  * if we follow this strict logic, then all operations above should be atomic.
224  * given some of them can block, we'd have to use something like semaphores
225  * killing performance on high-end SMP hardware. let's try to relax it using
226  * the following knowledge:
227  *  1) if buddy is referenced, it's already initialized
228  *  2) while block is used in buddy and the buddy is referenced,
229  *     nobody can re-allocate that block
230  *  3) we work on bitmaps and '+' actually means 'set bits'. if on-disk has
231  *     bit set and PA claims same block, it's OK. IOW, one can set bit in
232  *     on-disk bitmap if buddy has same bit set or/and PA covers corresponded
233  *     block
234  *
235  * so, now we're building a concurrency table:
236  *  - init buddy vs.
237  *    - new PA
238  *      blocks for PA are allocated in the buddy, buddy must be referenced
239  *      until PA is linked to allocation group to avoid concurrent buddy init
240  *    - use inode PA
241  *      we need to make sure that either on-disk bitmap or PA has uptodate data
242  *      given (3) we care that PA-=N operation doesn't interfere with init
243  *    - discard inode PA
244  *      the simplest way would be to have buddy initialized by the discard
245  *    - use locality group PA
246  *      again PA-=N must be serialized with init
247  *    - discard locality group PA
248  *      the simplest way would be to have buddy initialized by the discard
249  *  - new PA vs.
250  *    - use inode PA
251  *      i_data_sem serializes them
252  *    - discard inode PA
253  *      discard process must wait until PA isn't used by another process
254  *    - use locality group PA
255  *      some mutex should serialize them
256  *    - discard locality group PA
257  *      discard process must wait until PA isn't used by another process
258  *  - use inode PA
259  *    - use inode PA
260  *      i_data_sem or another mutex should serializes them
261  *    - discard inode PA
262  *      discard process must wait until PA isn't used by another process
263  *    - use locality group PA
264  *      nothing wrong here -- they're different PAs covering different blocks
265  *    - discard locality group PA
266  *      discard process must wait until PA isn't used by another process
267  *
268  * now we're ready to make few consequences:
269  *  - PA is referenced and while it is no discard is possible
270  *  - PA is referenced until block isn't marked in on-disk bitmap
271  *  - PA changes only after on-disk bitmap
272  *  - discard must not compete with init. either init is done before
273  *    any discard or they're serialized somehow
274  *  - buddy init as sum of on-disk bitmap and PAs is done atomically
275  *
276  * a special case when we've used PA to emptiness. no need to modify buddy
277  * in this case, but we should care about concurrent init
278  *
279  */
280
281  /*
282  * Logic in few words:
283  *
284  *  - allocation:
285  *    load group
286  *    find blocks
287  *    mark bits in on-disk bitmap
288  *    release group
289  *
290  *  - use preallocation:
291  *    find proper PA (per-inode or group)
292  *    load group
293  *    mark bits in on-disk bitmap
294  *    release group
295  *    release PA
296  *
297  *  - free:
298  *    load group
299  *    mark bits in on-disk bitmap
300  *    release group
301  *
302  *  - discard preallocations in group:
303  *    mark PAs deleted
304  *    move them onto local list
305  *    load on-disk bitmap
306  *    load group
307  *    remove PA from object (inode or locality group)
308  *    mark free blocks in-core
309  *
310  *  - discard inode's preallocations:
311  */
312
313 /*
314  * Locking rules
315  *
316  * Locks:
317  *  - bitlock on a group        (group)
318  *  - object (inode/locality)   (object)
319  *  - per-pa lock               (pa)
320  *
321  * Paths:
322  *  - new pa
323  *    object
324  *    group
325  *
326  *  - find and use pa:
327  *    pa
328  *
329  *  - release consumed pa:
330  *    pa
331  *    group
332  *    object
333  *
334  *  - generate in-core bitmap:
335  *    group
336  *        pa
337  *
338  *  - discard all for given object (inode, locality group):
339  *    object
340  *        pa
341  *    group
342  *
343  *  - discard all for given group:
344  *    group
345  *        pa
346  *    group
347  *        object
348  *
349  */
350 static struct kmem_cache *ext4_pspace_cachep;
351 static struct kmem_cache *ext4_ac_cachep;
352 static struct kmem_cache *ext4_free_data_cachep;
353
354 /* We create slab caches for groupinfo data structures based on the
355  * superblock block size.  There will be one per mounted filesystem for
356  * each unique s_blocksize_bits */
357 #define NR_GRPINFO_CACHES 8
358 static struct kmem_cache *ext4_groupinfo_caches[NR_GRPINFO_CACHES];
359
360 static const char * const ext4_groupinfo_slab_names[NR_GRPINFO_CACHES] = {
361         "ext4_groupinfo_1k", "ext4_groupinfo_2k", "ext4_groupinfo_4k",
362         "ext4_groupinfo_8k", "ext4_groupinfo_16k", "ext4_groupinfo_32k",
363         "ext4_groupinfo_64k", "ext4_groupinfo_128k"
364 };
365
366 static void ext4_mb_generate_from_pa(struct super_block *sb, void *bitmap,
367                                         ext4_group_t group);
368 static void ext4_mb_generate_from_freelist(struct super_block *sb, void *bitmap,
369                                                 ext4_group_t group);
370
371 static inline void *mb_correct_addr_and_bit(int *bit, void *addr)
372 {
373 #if BITS_PER_LONG == 64
374         *bit += ((unsigned long) addr & 7UL) << 3;
375         addr = (void *) ((unsigned long) addr & ~7UL);
376 #elif BITS_PER_LONG == 32
377         *bit += ((unsigned long) addr & 3UL) << 3;
378         addr = (void *) ((unsigned long) addr & ~3UL);
379 #else
380 #error "how many bits you are?!"
381 #endif
382         return addr;
383 }
384
385 static inline int mb_test_bit(int bit, void *addr)
386 {
387         /*
388          * ext4_test_bit on architecture like powerpc
389          * needs unsigned long aligned address
390          */
391         addr = mb_correct_addr_and_bit(&bit, addr);
392         return ext4_test_bit(bit, addr);
393 }
394
395 static inline void mb_set_bit(int bit, void *addr)
396 {
397         addr = mb_correct_addr_and_bit(&bit, addr);
398         ext4_set_bit(bit, addr);
399 }
400
401 static inline void mb_clear_bit(int bit, void *addr)
402 {
403         addr = mb_correct_addr_and_bit(&bit, addr);
404         ext4_clear_bit(bit, addr);
405 }
406
407 static inline int mb_test_and_clear_bit(int bit, void *addr)
408 {
409         addr = mb_correct_addr_and_bit(&bit, addr);
410         return ext4_test_and_clear_bit(bit, addr);
411 }
412
413 static inline int mb_find_next_zero_bit(void *addr, int max, int start)
414 {
415         int fix = 0, ret, tmpmax;
416         addr = mb_correct_addr_and_bit(&fix, addr);
417         tmpmax = max + fix;
418         start += fix;
419
420         ret = ext4_find_next_zero_bit(addr, tmpmax, start) - fix;
421         if (ret > max)
422                 return max;
423         return ret;
424 }
425
426 static inline int mb_find_next_bit(void *addr, int max, int start)
427 {
428         int fix = 0, ret, tmpmax;
429         addr = mb_correct_addr_and_bit(&fix, addr);
430         tmpmax = max + fix;
431         start += fix;
432
433         ret = ext4_find_next_bit(addr, tmpmax, start) - fix;
434         if (ret > max)
435                 return max;
436         return ret;
437 }
438
439 static void *mb_find_buddy(struct ext4_buddy *e4b, int order, int *max)
440 {
441         char *bb;
442
443         BUG_ON(e4b->bd_bitmap == e4b->bd_buddy);
444         BUG_ON(max == NULL);
445
446         if (order > e4b->bd_blkbits + 1) {
447                 *max = 0;
448                 return NULL;
449         }
450
451         /* at order 0 we see each particular block */
452         if (order == 0) {
453                 *max = 1 << (e4b->bd_blkbits + 3);
454                 return e4b->bd_bitmap;
455         }
456
457         bb = e4b->bd_buddy + EXT4_SB(e4b->bd_sb)->s_mb_offsets[order];
458         *max = EXT4_SB(e4b->bd_sb)->s_mb_maxs[order];
459
460         return bb;
461 }
462
463 #ifdef DOUBLE_CHECK
464 static void mb_free_blocks_double(struct inode *inode, struct ext4_buddy *e4b,
465                            int first, int count)
466 {
467         int i;
468         struct super_block *sb = e4b->bd_sb;
469
470         if (unlikely(e4b->bd_info->bb_bitmap == NULL))
471                 return;
472         assert_spin_locked(ext4_group_lock_ptr(sb, e4b->bd_group));
473         for (i = 0; i < count; i++) {
474                 if (!mb_test_bit(first + i, e4b->bd_info->bb_bitmap)) {
475                         ext4_fsblk_t blocknr;
476
477                         blocknr = ext4_group_first_block_no(sb, e4b->bd_group);
478                         blocknr += EXT4_C2B(EXT4_SB(sb), first + i);
479                         ext4_grp_locked_error(sb, e4b->bd_group,
480                                               inode ? inode->i_ino : 0,
481                                               blocknr,
482                                               "freeing block already freed "
483                                               "(bit %u)",
484                                               first + i);
485                 }
486                 mb_clear_bit(first + i, e4b->bd_info->bb_bitmap);
487         }
488 }
489
490 static void mb_mark_used_double(struct ext4_buddy *e4b, int first, int count)
491 {
492         int i;
493
494         if (unlikely(e4b->bd_info->bb_bitmap == NULL))
495                 return;
496         assert_spin_locked(ext4_group_lock_ptr(e4b->bd_sb, e4b->bd_group));
497         for (i = 0; i < count; i++) {
498                 BUG_ON(mb_test_bit(first + i, e4b->bd_info->bb_bitmap));
499                 mb_set_bit(first + i, e4b->bd_info->bb_bitmap);
500         }
501 }
502
503 static void mb_cmp_bitmaps(struct ext4_buddy *e4b, void *bitmap)
504 {
505         if (memcmp(e4b->bd_info->bb_bitmap, bitmap, e4b->bd_sb->s_blocksize)) {
506                 unsigned char *b1, *b2;
507                 int i;
508                 b1 = (unsigned char *) e4b->bd_info->bb_bitmap;
509                 b2 = (unsigned char *) bitmap;
510                 for (i = 0; i < e4b->bd_sb->s_blocksize; i++) {
511                         if (b1[i] != b2[i]) {
512                                 ext4_msg(e4b->bd_sb, KERN_ERR,
513                                          "corruption in group %u "
514                                          "at byte %u(%u): %x in copy != %x "
515                                          "on disk/prealloc",
516                                          e4b->bd_group, i, i * 8, b1[i], b2[i]);
517                                 BUG();
518                         }
519                 }
520         }
521 }
522
523 #else
524 static inline void mb_free_blocks_double(struct inode *inode,
525                                 struct ext4_buddy *e4b, int first, int count)
526 {
527         return;
528 }
529 static inline void mb_mark_used_double(struct ext4_buddy *e4b,
530                                                 int first, int count)
531 {
532         return;
533 }
534 static inline void mb_cmp_bitmaps(struct ext4_buddy *e4b, void *bitmap)
535 {
536         return;
537 }
538 #endif
539
540 #ifdef AGGRESSIVE_CHECK
541
542 #define MB_CHECK_ASSERT(assert)                                         \
543 do {                                                                    \
544         if (!(assert)) {                                                \
545                 printk(KERN_EMERG                                       \
546                         "Assertion failure in %s() at %s:%d: \"%s\"\n", \
547                         function, file, line, # assert);                \
548                 BUG();                                                  \
549         }                                                               \
550 } while (0)
551
552 static int __mb_check_buddy(struct ext4_buddy *e4b, char *file,
553                                 const char *function, int line)
554 {
555         struct super_block *sb = e4b->bd_sb;
556         int order = e4b->bd_blkbits + 1;
557         int max;
558         int max2;
559         int i;
560         int j;
561         int k;
562         int count;
563         struct ext4_group_info *grp;
564         int fragments = 0;
565         int fstart;
566         struct list_head *cur;
567         void *buddy;
568         void *buddy2;
569
570         {
571                 static int mb_check_counter;
572                 if (mb_check_counter++ % 100 != 0)
573                         return 0;
574         }
575
576         while (order > 1) {
577                 buddy = mb_find_buddy(e4b, order, &max);
578                 MB_CHECK_ASSERT(buddy);
579                 buddy2 = mb_find_buddy(e4b, order - 1, &max2);
580                 MB_CHECK_ASSERT(buddy2);
581                 MB_CHECK_ASSERT(buddy != buddy2);
582                 MB_CHECK_ASSERT(max * 2 == max2);
583
584                 count = 0;
585                 for (i = 0; i < max; i++) {
586
587                         if (mb_test_bit(i, buddy)) {
588                                 /* only single bit in buddy2 may be 1 */
589                                 if (!mb_test_bit(i << 1, buddy2)) {
590                                         MB_CHECK_ASSERT(
591                                                 mb_test_bit((i<<1)+1, buddy2));
592                                 } else if (!mb_test_bit((i << 1) + 1, buddy2)) {
593                                         MB_CHECK_ASSERT(
594                                                 mb_test_bit(i << 1, buddy2));
595                                 }
596                                 continue;
597                         }
598
599                         /* both bits in buddy2 must be 1 */
600                         MB_CHECK_ASSERT(mb_test_bit(i << 1, buddy2));
601                         MB_CHECK_ASSERT(mb_test_bit((i << 1) + 1, buddy2));
602
603                         for (j = 0; j < (1 << order); j++) {
604                                 k = (i * (1 << order)) + j;
605                                 MB_CHECK_ASSERT(
606                                         !mb_test_bit(k, e4b->bd_bitmap));
607                         }
608                         count++;
609                 }
610                 MB_CHECK_ASSERT(e4b->bd_info->bb_counters[order] == count);
611                 order--;
612         }
613
614         fstart = -1;
615         buddy = mb_find_buddy(e4b, 0, &max);
616         for (i = 0; i < max; i++) {
617                 if (!mb_test_bit(i, buddy)) {
618                         MB_CHECK_ASSERT(i >= e4b->bd_info->bb_first_free);
619                         if (fstart == -1) {
620                                 fragments++;
621                                 fstart = i;
622                         }
623                         continue;
624                 }
625                 fstart = -1;
626                 /* check used bits only */
627                 for (j = 0; j < e4b->bd_blkbits + 1; j++) {
628                         buddy2 = mb_find_buddy(e4b, j, &max2);
629                         k = i >> j;
630                         MB_CHECK_ASSERT(k < max2);
631                         MB_CHECK_ASSERT(mb_test_bit(k, buddy2));
632                 }
633         }
634         MB_CHECK_ASSERT(!EXT4_MB_GRP_NEED_INIT(e4b->bd_info));
635         MB_CHECK_ASSERT(e4b->bd_info->bb_fragments == fragments);
636
637         grp = ext4_get_group_info(sb, e4b->bd_group);
638         list_for_each(cur, &grp->bb_prealloc_list) {
639                 ext4_group_t groupnr;
640                 struct ext4_prealloc_space *pa;
641                 pa = list_entry(cur, struct ext4_prealloc_space, pa_group_list);
642                 ext4_get_group_no_and_offset(sb, pa->pa_pstart, &groupnr, &k);
643                 MB_CHECK_ASSERT(groupnr == e4b->bd_group);
644                 for (i = 0; i < pa->pa_len; i++)
645                         MB_CHECK_ASSERT(mb_test_bit(k + i, buddy));
646         }
647         return 0;
648 }
649 #undef MB_CHECK_ASSERT
650 #define mb_check_buddy(e4b) __mb_check_buddy(e4b,       \
651                                         __FILE__, __func__, __LINE__)
652 #else
653 #define mb_check_buddy(e4b)
654 #endif
655
656 /*
657  * Divide blocks started from @first with length @len into
658  * smaller chunks with power of 2 blocks.
659  * Clear the bits in bitmap which the blocks of the chunk(s) covered,
660  * then increase bb_counters[] for corresponded chunk size.
661  */
662 static void ext4_mb_mark_free_simple(struct super_block *sb,
663                                 void *buddy, ext4_grpblk_t first, ext4_grpblk_t len,
664                                         struct ext4_group_info *grp)
665 {
666         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(sb);
667         ext4_grpblk_t min;
668         ext4_grpblk_t max;
669         ext4_grpblk_t chunk;
670         unsigned int border;
671
672         BUG_ON(len > EXT4_CLUSTERS_PER_GROUP(sb));
673
674         border = 2 << sb->s_blocksize_bits;
675
676         while (len > 0) {
677                 /* find how many blocks can be covered since this position */
678                 max = ffs(first | border) - 1;
679
680                 /* find how many blocks of power 2 we need to mark */
681                 min = fls(len) - 1;
682
683                 if (max < min)
684                         min = max;
685                 chunk = 1 << min;
686
687                 /* mark multiblock chunks only */
688                 grp->bb_counters[min]++;
689                 if (min > 0)
690                         mb_clear_bit(first >> min,
691                                      buddy + sbi->s_mb_offsets[min]);
692
693                 len -= chunk;
694                 first += chunk;
695         }
696 }
697
698 /*
699  * Cache the order of the largest free extent we have available in this block
700  * group.
701  */
702 static void
703 mb_set_largest_free_order(struct super_block *sb, struct ext4_group_info *grp)
704 {
705         int i;
706         int bits;
707
708         grp->bb_largest_free_order = -1; /* uninit */
709
710         bits = sb->s_blocksize_bits + 1;
711         for (i = bits; i >= 0; i--) {
712                 if (grp->bb_counters[i] > 0) {
713                         grp->bb_largest_free_order = i;
714                         break;
715                 }
716         }
717 }
718
719 static noinline_for_stack
720 void ext4_mb_generate_buddy(struct super_block *sb,
721                                 void *buddy, void *bitmap, ext4_group_t group)
722 {
723         struct ext4_group_info *grp = ext4_get_group_info(sb, group);
724         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(sb);
725         ext4_grpblk_t max = EXT4_CLUSTERS_PER_GROUP(sb);
726         ext4_grpblk_t i = 0;
727         ext4_grpblk_t first;
728         ext4_grpblk_t len;
729         unsigned free = 0;
730         unsigned fragments = 0;
731         unsigned long long period = get_cycles();
732
733         /* initialize buddy from bitmap which is aggregation
734          * of on-disk bitmap and preallocations */
735         i = mb_find_next_zero_bit(bitmap, max, 0);
736         grp->bb_first_free = i;
737         while (i < max) {
738                 fragments++;
739                 first = i;
740                 i = mb_find_next_bit(bitmap, max, i);
741                 len = i - first;
742                 free += len;
743                 if (len > 1)
744                         ext4_mb_mark_free_simple(sb, buddy, first, len, grp);
745                 else
746                         grp->bb_counters[0]++;
747                 if (i < max)
748                         i = mb_find_next_zero_bit(bitmap, max, i);
749         }
750         grp->bb_fragments = fragments;
751
752         if (free != grp->bb_free) {
753                 ext4_grp_locked_error(sb, group, 0, 0,
754                                       "block bitmap and bg descriptor "
755                                       "inconsistent: %u vs %u free clusters",
756                                       free, grp->bb_free);
757                 /*
758                  * If we intend to continue, we consider group descriptor
759                  * corrupt and update bb_free using bitmap value
760                  */
761                 grp->bb_free = free;
762                 if (!EXT4_MB_GRP_BBITMAP_CORRUPT(grp))
763                         percpu_counter_sub(&sbi->s_freeclusters_counter,
764                                            grp->bb_free);
765                 set_bit(EXT4_GROUP_INFO_BBITMAP_CORRUPT_BIT, &grp->bb_state);
766         }
767         mb_set_largest_free_order(sb, grp);
768
769         clear_bit(EXT4_GROUP_INFO_NEED_INIT_BIT, &(grp->bb_state));
770
771         period = get_cycles() - period;
772         spin_lock(&EXT4_SB(sb)->s_bal_lock);
773         EXT4_SB(sb)->s_mb_buddies_generated++;
774         EXT4_SB(sb)->s_mb_generation_time += period;
775         spin_unlock(&EXT4_SB(sb)->s_bal_lock);
776 }
777
778 static void mb_regenerate_buddy(struct ext4_buddy *e4b)
779 {
780         int count;
781         int order = 1;
782         void *buddy;
783
784         while ((buddy = mb_find_buddy(e4b, order++, &count))) {
785                 ext4_set_bits(buddy, 0, count);
786         }
787         e4b->bd_info->bb_fragments = 0;
788         memset(e4b->bd_info->bb_counters, 0,
789                 sizeof(*e4b->bd_info->bb_counters) *
790                 (e4b->bd_sb->s_blocksize_bits + 2));
791
792         ext4_mb_generate_buddy(e4b->bd_sb, e4b->bd_buddy,
793                 e4b->bd_bitmap, e4b->bd_group);
794 }
795
796 /* The buddy information is attached the buddy cache inode
797  * for convenience. The information regarding each group
798  * is loaded via ext4_mb_load_buddy. The information involve
799  * block bitmap and buddy information. The information are
800  * stored in the inode as
801  *
802  * {                        page                        }
803  * [ group 0 bitmap][ group 0 buddy] [group 1][ group 1]...
804  *
805  *
806  * one block each for bitmap and buddy information.
807  * So for each group we take up 2 blocks. A page can
808  * contain blocks_per_page (PAGE_SIZE / blocksize)  blocks.
809  * So it can have information regarding groups_per_page which
810  * is blocks_per_page/2
811  *
812  * Locking note:  This routine takes the block group lock of all groups
813  * for this page; do not hold this lock when calling this routine!
814  */
815
816 static int ext4_mb_init_cache(struct page *page, char *incore, gfp_t gfp)
817 {
818         ext4_group_t ngroups;
819         int blocksize;
820         int blocks_per_page;
821         int groups_per_page;
822         int err = 0;
823         int i;
824         ext4_group_t first_group, group;
825         int first_block;
826         struct super_block *sb;
827         struct buffer_head *bhs;
828         struct buffer_head **bh = NULL;
829         struct inode *inode;
830         char *data;
831         char *bitmap;
832         struct ext4_group_info *grinfo;
833
834         mb_debug(1, "init page %lu\n", page->index);
835
836         inode = page->mapping->host;
837         sb = inode->i_sb;
838         ngroups = ext4_get_groups_count(sb);
839         blocksize = i_blocksize(inode);
840         blocks_per_page = PAGE_SIZE / blocksize;
841
842         groups_per_page = blocks_per_page >> 1;
843         if (groups_per_page == 0)
844                 groups_per_page = 1;
845
846         /* allocate buffer_heads to read bitmaps */
847         if (groups_per_page > 1) {
848                 i = sizeof(struct buffer_head *) * groups_per_page;
849                 bh = kzalloc(i, gfp);
850                 if (bh == NULL) {
851                         err = -ENOMEM;
852                         goto out;
853                 }
854         } else
855                 bh = &bhs;
856
857         first_group = page->index * blocks_per_page / 2;
858
859         /* read all groups the page covers into the cache */
860         for (i = 0, group = first_group; i < groups_per_page; i++, group++) {
861                 if (group >= ngroups)
862                         break;
863
864                 grinfo = ext4_get_group_info(sb, group);
865                 /*
866                  * If page is uptodate then we came here after online resize
867                  * which added some new uninitialized group info structs, so
868                  * we must skip all initialized uptodate buddies on the page,
869                  * which may be currently in use by an allocating task.
870                  */
871                 if (PageUptodate(page) && !EXT4_MB_GRP_NEED_INIT(grinfo)) {
872                         bh[i] = NULL;
873                         continue;
874                 }
875                 bh[i] = ext4_read_block_bitmap_nowait(sb, group);
876                 if (IS_ERR(bh[i])) {
877                         err = PTR_ERR(bh[i]);
878                         bh[i] = NULL;
879                         goto out;
880                 }
881                 mb_debug(1, "read bitmap for group %u\n", group);
882         }
883
884         /* wait for I/O completion */
885         for (i = 0, group = first_group; i < groups_per_page; i++, group++) {
886                 int err2;
887
888                 if (!bh[i])
889                         continue;
890                 err2 = ext4_wait_block_bitmap(sb, group, bh[i]);
891                 if (!err)
892                         err = err2;
893         }
894
895         first_block = page->index * blocks_per_page;
896         for (i = 0; i < blocks_per_page; i++) {
897                 group = (first_block + i) >> 1;
898                 if (group >= ngroups)
899                         break;
900
901                 if (!bh[group - first_group])
902                         /* skip initialized uptodate buddy */
903                         continue;
904
905                 if (!buffer_verified(bh[group - first_group]))
906                         /* Skip faulty bitmaps */
907                         continue;
908                 err = 0;
909
910                 /*
911                  * data carry information regarding this
912                  * particular group in the format specified
913                  * above
914                  *
915                  */
916                 data = page_address(page) + (i * blocksize);
917                 bitmap = bh[group - first_group]->b_data;
918
919                 /*
920                  * We place the buddy block and bitmap block
921                  * close together
922                  */
923                 if ((first_block + i) & 1) {
924                         /* this is block of buddy */
925                         BUG_ON(incore == NULL);
926                         mb_debug(1, "put buddy for group %u in page %lu/%x\n",
927                                 group, page->index, i * blocksize);
928                         trace_ext4_mb_buddy_bitmap_load(sb, group);
929                         grinfo = ext4_get_group_info(sb, group);
930                         grinfo->bb_fragments = 0;
931                         memset(grinfo->bb_counters, 0,
932                                sizeof(*grinfo->bb_counters) *
933                                 (sb->s_blocksize_bits+2));
934                         /*
935                          * incore got set to the group block bitmap below
936                          */
937                         ext4_lock_group(sb, group);
938                         /* init the buddy */
939                         memset(data, 0xff, blocksize);
940                         ext4_mb_generate_buddy(sb, data, incore, group);
941                         ext4_unlock_group(sb, group);
942                         incore = NULL;
943                 } else {
944                         /* this is block of bitmap */
945                         BUG_ON(incore != NULL);
946                         mb_debug(1, "put bitmap for group %u in page %lu/%x\n",
947                                 group, page->index, i * blocksize);
948                         trace_ext4_mb_bitmap_load(sb, group);
949
950                         /* see comments in ext4_mb_put_pa() */
951                         ext4_lock_group(sb, group);
952                         memcpy(data, bitmap, blocksize);
953
954                         /* mark all preallocated blks used in in-core bitmap */
955                         ext4_mb_generate_from_pa(sb, data, group);
956                         ext4_mb_generate_from_freelist(sb, data, group);
957                         ext4_unlock_group(sb, group);
958
959                         /* set incore so that the buddy information can be
960                          * generated using this
961                          */
962                         incore = data;
963                 }
964         }
965         SetPageUptodate(page);
966
967 out:
968         if (bh) {
969                 for (i = 0; i < groups_per_page; i++)
970                         brelse(bh[i]);
971                 if (bh != &bhs)
972                         kfree(bh);
973         }
974         return err;
975 }
976
977 /*
978  * Lock the buddy and bitmap pages. This make sure other parallel init_group
979  * on the same buddy page doesn't happen whild holding the buddy page lock.
980  * Return locked buddy and bitmap pages on e4b struct. If buddy and bitmap
981  * are on the same page e4b->bd_buddy_page is NULL and return value is 0.
982  */
983 static int ext4_mb_get_buddy_page_lock(struct super_block *sb,
984                 ext4_group_t group, struct ext4_buddy *e4b, gfp_t gfp)
985 {
986         struct inode *inode = EXT4_SB(sb)->s_buddy_cache;
987         int block, pnum, poff;
988         int blocks_per_page;
989         struct page *page;
990
991         e4b->bd_buddy_page = NULL;
992         e4b->bd_bitmap_page = NULL;
993
994         blocks_per_page = PAGE_SIZE / sb->s_blocksize;
995         /*
996          * the buddy cache inode stores the block bitmap
997          * and buddy information in consecutive blocks.
998          * So for each group we need two blocks.
999          */
1000         block = group * 2;
1001         pnum = block / blocks_per_page;
1002         poff = block % blocks_per_page;
1003         page = find_or_create_page(inode->i_mapping, pnum, gfp);
1004         if (!page)
1005                 return -ENOMEM;
1006         BUG_ON(page->mapping != inode->i_mapping);
1007         e4b->bd_bitmap_page = page;
1008         e4b->bd_bitmap = page_address(page) + (poff * sb->s_blocksize);
1009
1010         if (blocks_per_page >= 2) {
1011                 /* buddy and bitmap are on the same page */
1012                 return 0;
1013         }
1014
1015         block++;
1016         pnum = block / blocks_per_page;
1017         page = find_or_create_page(inode->i_mapping, pnum, gfp);
1018         if (!page)
1019                 return -ENOMEM;
1020         BUG_ON(page->mapping != inode->i_mapping);
1021         e4b->bd_buddy_page = page;
1022         return 0;
1023 }
1024
1025 static void ext4_mb_put_buddy_page_lock(struct ext4_buddy *e4b)
1026 {
1027         if (e4b->bd_bitmap_page) {
1028                 unlock_page(e4b->bd_bitmap_page);
1029                 put_page(e4b->bd_bitmap_page);
1030         }
1031         if (e4b->bd_buddy_page) {
1032                 unlock_page(e4b->bd_buddy_page);
1033                 put_page(e4b->bd_buddy_page);
1034         }
1035 }
1036
1037 /*
1038  * Locking note:  This routine calls ext4_mb_init_cache(), which takes the
1039  * block group lock of all groups for this page; do not hold the BG lock when
1040  * calling this routine!
1041  */
1042 static noinline_for_stack
1043 int ext4_mb_init_group(struct super_block *sb, ext4_group_t group, gfp_t gfp)
1044 {
1045
1046         struct ext4_group_info *this_grp;
1047         struct ext4_buddy e4b;
1048         struct page *page;
1049         int ret = 0;
1050
1051         might_sleep();
1052         mb_debug(1, "init group %u\n", group);
1053         this_grp = ext4_get_group_info(sb, group);
1054         /*
1055          * This ensures that we don't reinit the buddy cache
1056          * page which map to the group from which we are already
1057          * allocating. If we are looking at the buddy cache we would
1058          * have taken a reference using ext4_mb_load_buddy and that
1059          * would have pinned buddy page to page cache.
1060          * The call to ext4_mb_get_buddy_page_lock will mark the
1061          * page accessed.
1062          */
1063         ret = ext4_mb_get_buddy_page_lock(sb, group, &e4b, gfp);
1064         if (ret || !EXT4_MB_GRP_NEED_INIT(this_grp)) {
1065                 /*
1066                  * somebody initialized the group
1067                  * return without doing anything
1068                  */
1069                 goto err;
1070         }
1071
1072         page = e4b.bd_bitmap_page;
1073         ret = ext4_mb_init_cache(page, NULL, gfp);
1074         if (ret)
1075                 goto err;
1076         if (!PageUptodate(page)) {
1077                 ret = -EIO;
1078                 goto err;
1079         }
1080
1081         if (e4b.bd_buddy_page == NULL) {
1082                 /*
1083                  * If both the bitmap and buddy are in
1084                  * the same page we don't need to force
1085                  * init the buddy
1086                  */
1087                 ret = 0;
1088                 goto err;
1089         }
1090         /* init buddy cache */
1091         page = e4b.bd_buddy_page;
1092         ret = ext4_mb_init_cache(page, e4b.bd_bitmap, gfp);
1093         if (ret)
1094                 goto err;
1095         if (!PageUptodate(page)) {
1096                 ret = -EIO;
1097                 goto err;
1098         }
1099 err:
1100         ext4_mb_put_buddy_page_lock(&e4b);
1101         return ret;
1102 }
1103
1104 /*
1105  * Locking note:  This routine calls ext4_mb_init_cache(), which takes the
1106  * block group lock of all groups for this page; do not hold the BG lock when
1107  * calling this routine!
1108  */
1109 static noinline_for_stack int
1110 ext4_mb_load_buddy_gfp(struct super_block *sb, ext4_group_t group,
1111                        struct ext4_buddy *e4b, gfp_t gfp)
1112 {
1113         int blocks_per_page;
1114         int block;
1115         int pnum;
1116         int poff;
1117         struct page *page;
1118         int ret;
1119         struct ext4_group_info *grp;
1120         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(sb);
1121         struct inode *inode = sbi->s_buddy_cache;
1122
1123         might_sleep();
1124         mb_debug(1, "load group %u\n", group);
1125
1126         blocks_per_page = PAGE_SIZE / sb->s_blocksize;
1127         grp = ext4_get_group_info(sb, group);
1128
1129         e4b->bd_blkbits = sb->s_blocksize_bits;
1130         e4b->bd_info = grp;
1131         e4b->bd_sb = sb;
1132         e4b->bd_group = group;
1133         e4b->bd_buddy_page = NULL;
1134         e4b->bd_bitmap_page = NULL;
1135
1136         if (unlikely(EXT4_MB_GRP_NEED_INIT(grp))) {
1137                 /*
1138                  * we need full data about the group
1139                  * to make a good selection
1140                  */
1141                 ret = ext4_mb_init_group(sb, group, gfp);
1142                 if (ret)
1143                         return ret;
1144         }
1145
1146         /*
1147          * the buddy cache inode stores the block bitmap
1148          * and buddy information in consecutive blocks.
1149          * So for each group we need two blocks.
1150          */
1151         block = group * 2;
1152         pnum = block / blocks_per_page;
1153         poff = block % blocks_per_page;
1154
1155         /* we could use find_or_create_page(), but it locks page
1156          * what we'd like to avoid in fast path ... */
1157         page = find_get_page_flags(inode->i_mapping, pnum, FGP_ACCESSED);
1158         if (page == NULL || !PageUptodate(page)) {
1159                 if (page)
1160                         /*
1161                          * drop the page reference and try
1162                          * to get the page with lock. If we
1163                          * are not uptodate that implies
1164                          * somebody just created the page but
1165                          * is yet to initialize the same. So
1166                          * wait for it to initialize.
1167                          */
1168                         put_page(page);
1169                 page = find_or_create_page(inode->i_mapping, pnum, gfp);
1170                 if (page) {
1171                         BUG_ON(page->mapping != inode->i_mapping);
1172                         if (!PageUptodate(page)) {
1173                                 ret = ext4_mb_init_cache(page, NULL, gfp);
1174                                 if (ret) {
1175                                         unlock_page(page);
1176                                         goto err;
1177                                 }
1178                                 mb_cmp_bitmaps(e4b, page_address(page) +
1179                                                (poff * sb->s_blocksize));
1180                         }
1181                         unlock_page(page);
1182                 }
1183         }
1184         if (page == NULL) {
1185                 ret = -ENOMEM;
1186                 goto err;
1187         }
1188         if (!PageUptodate(page)) {
1189                 ret = -EIO;
1190                 goto err;
1191         }
1192
1193         /* Pages marked accessed already */
1194         e4b->bd_bitmap_page = page;
1195         e4b->bd_bitmap = page_address(page) + (poff * sb->s_blocksize);
1196
1197         block++;
1198         pnum = block / blocks_per_page;
1199         poff = block % blocks_per_page;
1200
1201         page = find_get_page_flags(inode->i_mapping, pnum, FGP_ACCESSED);
1202         if (page == NULL || !PageUptodate(page)) {
1203                 if (page)
1204                         put_page(page);
1205                 page = find_or_create_page(inode->i_mapping, pnum, gfp);
1206                 if (page) {
1207                         BUG_ON(page->mapping != inode->i_mapping);
1208                         if (!PageUptodate(page)) {
1209                                 ret = ext4_mb_init_cache(page, e4b->bd_bitmap,
1210                                                          gfp);
1211                                 if (ret) {
1212                                         unlock_page(page);
1213                                         goto err;
1214                                 }
1215                         }
1216                         unlock_page(page);
1217                 }
1218         }
1219         if (page == NULL) {
1220                 ret = -ENOMEM;
1221                 goto err;
1222         }
1223         if (!PageUptodate(page)) {
1224                 ret = -EIO;
1225                 goto err;
1226         }
1227
1228         /* Pages marked accessed already */
1229         e4b->bd_buddy_page = page;
1230         e4b->bd_buddy = page_address(page) + (poff * sb->s_blocksize);
1231
1232         BUG_ON(e4b->bd_bitmap_page == NULL);
1233         BUG_ON(e4b->bd_buddy_page == NULL);
1234
1235         return 0;
1236
1237 err:
1238         if (page)
1239                 put_page(page);
1240         if (e4b->bd_bitmap_page)
1241                 put_page(e4b->bd_bitmap_page);
1242         if (e4b->bd_buddy_page)
1243                 put_page(e4b->bd_buddy_page);
1244         e4b->bd_buddy = NULL;
1245         e4b->bd_bitmap = NULL;
1246         return ret;
1247 }
1248
1249 static int ext4_mb_load_buddy(struct super_block *sb, ext4_group_t group,
1250                               struct ext4_buddy *e4b)
1251 {
1252         return ext4_mb_load_buddy_gfp(sb, group, e4b, GFP_NOFS);
1253 }
1254
1255 static void ext4_mb_unload_buddy(struct ext4_buddy *e4b)
1256 {
1257         if (e4b->bd_bitmap_page)
1258                 put_page(e4b->bd_bitmap_page);
1259         if (e4b->bd_buddy_page)
1260                 put_page(e4b->bd_buddy_page);
1261 }
1262
1263
1264 static int mb_find_order_for_block(struct ext4_buddy *e4b, int block)
1265 {
1266         int order = 1;
1267         int bb_incr = 1 << (e4b->bd_blkbits - 1);
1268         void *bb;
1269
1270         BUG_ON(e4b->bd_bitmap == e4b->bd_buddy);
1271         BUG_ON(block >= (1 << (e4b->bd_blkbits + 3)));
1272
1273         bb = e4b->bd_buddy;
1274         while (order <= e4b->bd_blkbits + 1) {
1275                 block = block >> 1;
1276                 if (!mb_test_bit(block, bb)) {
1277                         /* this block is part of buddy of order 'order' */
1278                         return order;
1279                 }
1280                 bb += bb_incr;
1281                 bb_incr >>= 1;
1282                 order++;
1283         }
1284         return 0;
1285 }
1286
1287 static void mb_clear_bits(void *bm, int cur, int len)
1288 {
1289         __u32 *addr;
1290
1291         len = cur + len;
1292         while (cur < len) {
1293                 if ((cur & 31) == 0 && (len - cur) >= 32) {
1294                         /* fast path: clear whole word at once */
1295                         addr = bm + (cur >> 3);
1296                         *addr = 0;
1297                         cur += 32;
1298                         continue;
1299                 }
1300                 mb_clear_bit(cur, bm);
1301                 cur++;
1302         }
1303 }
1304
1305 /* clear bits in given range
1306  * will return first found zero bit if any, -1 otherwise
1307  */
1308 static int mb_test_and_clear_bits(void *bm, int cur, int len)
1309 {
1310         __u32 *addr;
1311         int zero_bit = -1;
1312
1313         len = cur + len;
1314         while (cur < len) {
1315                 if ((cur & 31) == 0 && (len - cur) >= 32) {
1316                         /* fast path: clear whole word at once */
1317                         addr = bm + (cur >> 3);
1318                         if (*addr != (__u32)(-1) && zero_bit == -1)
1319                                 zero_bit = cur + mb_find_next_zero_bit(addr, 32, 0);
1320                         *addr = 0;
1321                         cur += 32;
1322                         continue;
1323                 }
1324                 if (!mb_test_and_clear_bit(cur, bm) && zero_bit == -1)
1325                         zero_bit = cur;
1326                 cur++;
1327         }
1328
1329         return zero_bit;
1330 }
1331
1332 void ext4_set_bits(void *bm, int cur, int len)
1333 {
1334         __u32 *addr;
1335
1336         len = cur + len;
1337         while (cur < len) {
1338                 if ((cur & 31) == 0 && (len - cur) >= 32) {
1339                         /* fast path: set whole word at once */
1340                         addr = bm + (cur >> 3);
1341                         *addr = 0xffffffff;
1342                         cur += 32;
1343                         continue;
1344                 }
1345                 mb_set_bit(cur, bm);
1346                 cur++;
1347         }
1348 }
1349
1350 /*
1351  * _________________________________________________________________ */
1352
1353 static inline int mb_buddy_adjust_border(int* bit, void* bitmap, int side)
1354 {
1355         if (mb_test_bit(*bit + side, bitmap)) {
1356                 mb_clear_bit(*bit, bitmap);
1357                 (*bit) -= side;
1358                 return 1;
1359         }
1360         else {
1361                 (*bit) += side;
1362                 mb_set_bit(*bit, bitmap);
1363                 return -1;
1364         }
1365 }
1366
1367 static void mb_buddy_mark_free(struct ext4_buddy *e4b, int first, int last)
1368 {
1369         int max;
1370         int order = 1;
1371         void *buddy = mb_find_buddy(e4b, order, &max);
1372
1373         while (buddy) {
1374                 void *buddy2;
1375
1376                 /* Bits in range [first; last] are known to be set since
1377                  * corresponding blocks were allocated. Bits in range
1378                  * (first; last) will stay set because they form buddies on
1379                  * upper layer. We just deal with borders if they don't
1380                  * align with upper layer and then go up.
1381                  * Releasing entire group is all about clearing
1382                  * single bit of highest order buddy.
1383                  */
1384
1385                 /* Example:
1386                  * ---------------------------------
1387                  * |   1   |   1   |   1   |   1   |
1388                  * ---------------------------------
1389                  * | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
1390                  * ---------------------------------
1391                  *   0   1   2   3   4   5   6   7
1392                  *      \_____________________/
1393                  *
1394                  * Neither [1] nor [6] is aligned to above layer.
1395                  * Left neighbour [0] is free, so mark it busy,
1396                  * decrease bb_counters and extend range to
1397                  * [0; 6]
1398                  * Right neighbour [7] is busy. It can't be coaleasced with [6], so
1399                  * mark [6] free, increase bb_counters and shrink range to
1400                  * [0; 5].
1401                  * Then shift range to [0; 2], go up and do the same.
1402                  */
1403
1404
1405                 if (first & 1)
1406                         e4b->bd_info->bb_counters[order] += mb_buddy_adjust_border(&first, buddy, -1);
1407                 if (!(last & 1))
1408                         e4b->bd_info->bb_counters[order] += mb_buddy_adjust_border(&last, buddy, 1);
1409                 if (first > last)
1410                         break;
1411                 order++;
1412
1413                 if (first == last || !(buddy2 = mb_find_buddy(e4b, order, &max))) {
1414                         mb_clear_bits(buddy, first, last - first + 1);
1415                         e4b->bd_info->bb_counters[order - 1] += last - first + 1;
1416                         break;
1417                 }
1418                 first >>= 1;
1419                 last >>= 1;
1420                 buddy = buddy2;
1421         }
1422 }
1423
1424 static void mb_free_blocks(struct inode *inode, struct ext4_buddy *e4b,
1425                            int first, int count)
1426 {
1427         int left_is_free = 0;
1428         int right_is_free = 0;
1429         int block;
1430         int last = first + count - 1;
1431         struct super_block *sb = e4b->bd_sb;
1432
1433         if (WARN_ON(count == 0))
1434                 return;
1435         BUG_ON(last >= (sb->s_blocksize << 3));
1436         assert_spin_locked(ext4_group_lock_ptr(sb, e4b->bd_group));
1437         /* Don't bother if the block group is corrupt. */
1438         if (unlikely(EXT4_MB_GRP_BBITMAP_CORRUPT(e4b->bd_info)))
1439                 return;
1440
1441         mb_check_buddy(e4b);
1442         mb_free_blocks_double(inode, e4b, first, count);
1443
1444         e4b->bd_info->bb_free += count;
1445         if (first < e4b->bd_info->bb_first_free)
1446                 e4b->bd_info->bb_first_free = first;
1447
1448         /* access memory sequentially: check left neighbour,
1449          * clear range and then check right neighbour
1450          */
1451         if (first != 0)
1452                 left_is_free = !mb_test_bit(first - 1, e4b->bd_bitmap);
1453         block = mb_test_and_clear_bits(e4b->bd_bitmap, first, count);
1454         if (last + 1 < EXT4_SB(sb)->s_mb_maxs[0])
1455                 right_is_free = !mb_test_bit(last + 1, e4b->bd_bitmap);
1456
1457         if (unlikely(block != -1)) {
1458                 struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(sb);
1459                 ext4_fsblk_t blocknr;
1460
1461                 blocknr = ext4_group_first_block_no(sb, e4b->bd_group);
1462                 blocknr += EXT4_C2B(EXT4_SB(sb), block);
1463                 ext4_grp_locked_error(sb, e4b->bd_group,
1464                                       inode ? inode->i_ino : 0,
1465                                       blocknr,
1466                                       "freeing already freed block "
1467                                       "(bit %u); block bitmap corrupt.",
1468                                       block);
1469                 if (!EXT4_MB_GRP_BBITMAP_CORRUPT(e4b->bd_info))
1470                         percpu_counter_sub(&sbi->s_freeclusters_counter,
1471                                            e4b->bd_info->bb_free);
1472                 /* Mark the block group as corrupt. */
1473                 set_bit(EXT4_GROUP_INFO_BBITMAP_CORRUPT_BIT,
1474                         &e4b->bd_info->bb_state);
1475                 mb_regenerate_buddy(e4b);
1476                 goto done;
1477         }
1478
1479         /* let's maintain fragments counter */
1480         if (left_is_free && right_is_free)
1481                 e4b->bd_info->bb_fragments--;
1482         else if (!left_is_free && !right_is_free)
1483                 e4b->bd_info->bb_fragments++;
1484
1485         /* buddy[0] == bd_bitmap is a special case, so handle
1486          * it right away and let mb_buddy_mark_free stay free of
1487          * zero order checks.
1488          * Check if neighbours are to be coaleasced,
1489          * adjust bitmap bb_counters and borders appropriately.
1490          */
1491         if (first & 1) {
1492                 first += !left_is_free;
1493                 e4b->bd_info->bb_counters[0] += left_is_free ? -1 : 1;
1494         }
1495         if (!(last & 1)) {
1496                 last -= !right_is_free;
1497                 e4b->bd_info->bb_counters[0] += right_is_free ? -1 : 1;
1498         }
1499
1500         if (first <= last)
1501                 mb_buddy_mark_free(e4b, first >> 1, last >> 1);
1502
1503 done:
1504         mb_set_largest_free_order(sb, e4b->bd_info);
1505         mb_check_buddy(e4b);
1506 }
1507
1508 static int mb_find_extent(struct ext4_buddy *e4b, int block,
1509                                 int needed, struct ext4_free_extent *ex)
1510 {
1511         int next = block;
1512         int max, order;
1513         void *buddy;
1514
1515         assert_spin_locked(ext4_group_lock_ptr(e4b->bd_sb, e4b->bd_group));
1516         BUG_ON(ex == NULL);
1517
1518         buddy = mb_find_buddy(e4b, 0, &max);
1519         BUG_ON(buddy == NULL);
1520         BUG_ON(block >= max);
1521         if (mb_test_bit(block, buddy)) {
1522                 ex->fe_len = 0;
1523                 ex->fe_start = 0;
1524                 ex->fe_group = 0;
1525                 return 0;
1526         }
1527
1528         /* find actual order */
1529         order = mb_find_order_for_block(e4b, block);
1530         block = block >> order;
1531
1532         ex->fe_len = 1 << order;
1533         ex->fe_start = block << order;
1534         ex->fe_group = e4b->bd_group;
1535
1536         /* calc difference from given start */
1537         next = next - ex->fe_start;
1538         ex->fe_len -= next;
1539         ex->fe_start += next;
1540
1541         while (needed > ex->fe_len &&
1542                mb_find_buddy(e4b, order, &max)) {
1543
1544                 if (block + 1 >= max)
1545                         break;
1546
1547                 next = (block + 1) * (1 << order);
1548                 if (mb_test_bit(next, e4b->bd_bitmap))
1549                         break;
1550
1551                 order = mb_find_order_for_block(e4b, next);
1552
1553                 block = next >> order;
1554                 ex->fe_len += 1 << order;
1555         }
1556
1557         if (ex->fe_start + ex->fe_len > (1 << (e4b->bd_blkbits + 3))) {
1558                 /* Should never happen! (but apparently sometimes does?!?) */
1559                 WARN_ON(1);
1560                 ext4_error(e4b->bd_sb, "corruption or bug in mb_find_extent "
1561                            "block=%d, order=%d needed=%d ex=%u/%d/%d@%u",
1562                            block, order, needed, ex->fe_group, ex->fe_start,
1563                            ex->fe_len, ex->fe_logical);
1564                 ex->fe_len = 0;
1565                 ex->fe_start = 0;
1566                 ex->fe_group = 0;
1567         }
1568         return ex->fe_len;
1569 }
1570
1571 static int mb_mark_used(struct ext4_buddy *e4b, struct ext4_free_extent *ex)
1572 {
1573         int ord;
1574         int mlen = 0;
1575         int max = 0;
1576         int cur;
1577         int start = ex->fe_start;
1578         int len = ex->fe_len;
1579         unsigned ret = 0;
1580         int len0 = len;
1581         void *buddy;
1582
1583         BUG_ON(start + len > (e4b->bd_sb->s_blocksize << 3));
1584         BUG_ON(e4b->bd_group != ex->fe_group);
1585         assert_spin_locked(ext4_group_lock_ptr(e4b->bd_sb, e4b->bd_group));
1586         mb_check_buddy(e4b);
1587         mb_mark_used_double(e4b, start, len);
1588
1589         e4b->bd_info->bb_free -= len;
1590         if (e4b->bd_info->bb_first_free == start)
1591                 e4b->bd_info->bb_first_free += len;
1592
1593         /* let's maintain fragments counter */
1594         if (start != 0)
1595                 mlen = !mb_test_bit(start - 1, e4b->bd_bitmap);
1596         if (start + len < EXT4_SB(e4b->bd_sb)->s_mb_maxs[0])
1597                 max = !mb_test_bit(start + len, e4b->bd_bitmap);
1598         if (mlen && max)
1599                 e4b->bd_info->bb_fragments++;
1600         else if (!mlen && !max)
1601                 e4b->bd_info->bb_fragments--;
1602
1603         /* let's maintain buddy itself */
1604         while (len) {
1605                 ord = mb_find_order_for_block(e4b, start);
1606
1607                 if (((start >> ord) << ord) == start && len >= (1 << ord)) {
1608                         /* the whole chunk may be allocated at once! */
1609                         mlen = 1 << ord;
1610                         buddy = mb_find_buddy(e4b, ord, &max);
1611                         BUG_ON((start >> ord) >= max);
1612                         mb_set_bit(start >> ord, buddy);
1613                         e4b->bd_info->bb_counters[ord]--;
1614                         start += mlen;
1615                         len -= mlen;
1616                         BUG_ON(len < 0);
1617                         continue;
1618                 }
1619
1620                 /* store for history */
1621                 if (ret == 0)
1622                         ret = len | (ord << 16);
1623
1624                 /* we have to split large buddy */
1625                 BUG_ON(ord <= 0);
1626                 buddy = mb_find_buddy(e4b, ord, &max);
1627                 mb_set_bit(start >> ord, buddy);
1628                 e4b->bd_info->bb_counters[ord]--;
1629
1630                 ord--;
1631                 cur = (start >> ord) & ~1U;
1632                 buddy = mb_find_buddy(e4b, ord, &max);
1633                 mb_clear_bit(cur, buddy);
1634                 mb_clear_bit(cur + 1, buddy);
1635                 e4b->bd_info->bb_counters[ord]++;
1636                 e4b->bd_info->bb_counters[ord]++;
1637         }
1638         mb_set_largest_free_order(e4b->bd_sb, e4b->bd_info);
1639
1640         ext4_set_bits(e4b->bd_bitmap, ex->fe_start, len0);
1641         mb_check_buddy(e4b);
1642
1643         return ret;
1644 }
1645
1646 /*
1647  * Must be called under group lock!
1648  */
1649 static void ext4_mb_use_best_found(struct ext4_allocation_context *ac,
1650                                         struct ext4_buddy *e4b)
1651 {
1652         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(ac->ac_sb);
1653         int ret;
1654
1655         BUG_ON(ac->ac_b_ex.fe_group != e4b->bd_group);
1656         BUG_ON(ac->ac_status == AC_STATUS_FOUND);
1657
1658         ac->ac_b_ex.fe_len = min(ac->ac_b_ex.fe_len, ac->ac_g_ex.fe_len);
1659         ac->ac_b_ex.fe_logical = ac->ac_g_ex.fe_logical;
1660         ret = mb_mark_used(e4b, &ac->ac_b_ex);
1661
1662         /* preallocation can change ac_b_ex, thus we store actually
1663          * allocated blocks for history */
1664         ac->ac_f_ex = ac->ac_b_ex;
1665
1666         ac->ac_status = AC_STATUS_FOUND;
1667         ac->ac_tail = ret & 0xffff;
1668         ac->ac_buddy = ret >> 16;
1669
1670         /*
1671          * take the page reference. We want the page to be pinned
1672          * so that we don't get a ext4_mb_init_cache_call for this
1673          * group until we update the bitmap. That would mean we
1674          * double allocate blocks. The reference is dropped
1675          * in ext4_mb_release_context
1676          */
1677         ac->ac_bitmap_page = e4b->bd_bitmap_page;
1678         get_page(ac->ac_bitmap_page);
1679         ac->ac_buddy_page = e4b->bd_buddy_page;
1680         get_page(ac->ac_buddy_page);
1681         /* store last allocated for subsequent stream allocation */
1682         if (ac->ac_flags & EXT4_MB_STREAM_ALLOC) {
1683                 spin_lock(&sbi->s_md_lock);
1684                 sbi->s_mb_last_group = ac->ac_f_ex.fe_group;
1685                 sbi->s_mb_last_start = ac->ac_f_ex.fe_start;
1686                 spin_unlock(&sbi->s_md_lock);
1687         }
1688 }
1689
1690 /*
1691  * regular allocator, for general purposes allocation
1692  */
1693
1694 static void ext4_mb_check_limits(struct ext4_allocation_context *ac,
1695                                         struct ext4_buddy *e4b,
1696                                         int finish_group)
1697 {
1698         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(ac->ac_sb);
1699         struct ext4_free_extent *bex = &ac->ac_b_ex;
1700         struct ext4_free_extent *gex = &ac->ac_g_ex;
1701         struct ext4_free_extent ex;
1702         int max;
1703
1704         if (ac->ac_status == AC_STATUS_FOUND)
1705                 return;
1706         /*
1707          * We don't want to scan for a whole year
1708          */
1709         if (ac->ac_found > sbi->s_mb_max_to_scan &&
1710                         !(ac->ac_flags & EXT4_MB_HINT_FIRST)) {
1711                 ac->ac_status = AC_STATUS_BREAK;
1712                 return;
1713         }
1714
1715         /*
1716          * Haven't found good chunk so far, let's continue
1717          */
1718         if (bex->fe_len < gex->fe_len)
1719                 return;
1720
1721         if ((finish_group || ac->ac_found > sbi->s_mb_min_to_scan)
1722                         && bex->fe_group == e4b->bd_group) {
1723                 /* recheck chunk's availability - we don't know
1724                  * when it was found (within this lock-unlock
1725                  * period or not) */
1726                 max = mb_find_extent(e4b, bex->fe_start, gex->fe_len, &ex);
1727                 if (max >= gex->fe_len) {
1728                         ext4_mb_use_best_found(ac, e4b);
1729                         return;
1730                 }
1731         }
1732 }
1733
1734 /*
1735  * The routine checks whether found extent is good enough. If it is,
1736  * then the extent gets marked used and flag is set to the context
1737  * to stop scanning. Otherwise, the extent is compared with the
1738  * previous found extent and if new one is better, then it's stored
1739  * in the context. Later, the best found extent will be used, if
1740  * mballoc can't find good enough extent.
1741  *
1742  * FIXME: real allocation policy is to be designed yet!
1743  */
1744 static void ext4_mb_measure_extent(struct ext4_allocation_context *ac,
1745                                         struct ext4_free_extent *ex,
1746                                         struct ext4_buddy *e4b)
1747 {
1748         struct ext4_free_extent *bex = &ac->ac_b_ex;
1749         struct ext4_free_extent *gex = &ac->ac_g_ex;
1750
1751         BUG_ON(ex->fe_len <= 0);
1752         BUG_ON(ex->fe_len > EXT4_CLUSTERS_PER_GROUP(ac->ac_sb));
1753         BUG_ON(ex->fe_start >= EXT4_CLUSTERS_PER_GROUP(ac->ac_sb));
1754         BUG_ON(ac->ac_status != AC_STATUS_CONTINUE);
1755
1756         ac->ac_found++;
1757
1758         /*
1759          * The special case - take what you catch first
1760          */
1761         if (unlikely(ac->ac_flags & EXT4_MB_HINT_FIRST)) {
1762                 *bex = *ex;
1763                 ext4_mb_use_best_found(ac, e4b);
1764                 return;
1765         }
1766
1767         /*
1768          * Let's check whether the chuck is good enough
1769          */
1770         if (ex->fe_len == gex->fe_len) {
1771                 *bex = *ex;
1772                 ext4_mb_use_best_found(ac, e4b);
1773                 return;
1774         }
1775
1776         /*
1777          * If this is first found extent, just store it in the context
1778          */
1779         if (bex->fe_len == 0) {
1780                 *bex = *ex;
1781                 return;
1782         }
1783
1784         /*
1785          * If new found extent is better, store it in the context
1786          */
1787         if (bex->fe_len < gex->fe_len) {
1788                 /* if the request isn't satisfied, any found extent
1789                  * larger than previous best one is better */
1790                 if (ex->fe_len > bex->fe_len)
1791                         *bex = *ex;
1792         } else if (ex->fe_len > gex->fe_len) {
1793                 /* if the request is satisfied, then we try to find
1794                  * an extent that still satisfy the request, but is
1795                  * smaller than previous one */
1796                 if (ex->fe_len < bex->fe_len)
1797                         *bex = *ex;
1798         }
1799
1800         ext4_mb_check_limits(ac, e4b, 0);
1801 }
1802
1803 static noinline_for_stack
1804 int ext4_mb_try_best_found(struct ext4_allocation_context *ac,
1805                                         struct ext4_buddy *e4b)
1806 {
1807         struct ext4_free_extent ex = ac->ac_b_ex;
1808         ext4_group_t group = ex.fe_group;
1809         int max;
1810         int err;
1811
1812         BUG_ON(ex.fe_len <= 0);
1813         err = ext4_mb_load_buddy(ac->ac_sb, group, e4b);
1814         if (err)
1815                 return err;
1816
1817         ext4_lock_group(ac->ac_sb, group);
1818         max = mb_find_extent(e4b, ex.fe_start, ex.fe_len, &ex);
1819
1820         if (max > 0) {
1821                 ac->ac_b_ex = ex;
1822                 ext4_mb_use_best_found(ac, e4b);
1823         }
1824
1825         ext4_unlock_group(ac->ac_sb, group);
1826         ext4_mb_unload_buddy(e4b);
1827
1828         return 0;
1829 }
1830
1831 static noinline_for_stack
1832 int ext4_mb_find_by_goal(struct ext4_allocation_context *ac,
1833                                 struct ext4_buddy *e4b)
1834 {
1835         ext4_group_t group = ac->ac_g_ex.fe_group;
1836         int max;
1837         int err;
1838         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(ac->ac_sb);
1839         struct ext4_group_info *grp = ext4_get_group_info(ac->ac_sb, group);
1840         struct ext4_free_extent ex;
1841
1842         if (!(ac->ac_flags & EXT4_MB_HINT_TRY_GOAL))
1843                 return 0;
1844         if (grp->bb_free == 0)
1845                 return 0;
1846
1847         err = ext4_mb_load_buddy(ac->ac_sb, group, e4b);
1848         if (err)
1849                 return err;
1850
1851         if (unlikely(EXT4_MB_GRP_BBITMAP_CORRUPT(e4b->bd_info))) {
1852                 ext4_mb_unload_buddy(e4b);
1853                 return 0;
1854         }
1855
1856         ext4_lock_group(ac->ac_sb, group);
1857         max = mb_find_extent(e4b, ac->ac_g_ex.fe_start,
1858                              ac->ac_g_ex.fe_len, &ex);
1859         ex.fe_logical = 0xDEADFA11; /* debug value */
1860
1861         if (max >= ac->ac_g_ex.fe_len && ac->ac_g_ex.fe_len == sbi->s_stripe) {
1862                 ext4_fsblk_t start;
1863
1864                 start = ext4_group_first_block_no(ac->ac_sb, e4b->bd_group) +
1865                         ex.fe_start;
1866                 /* use do_div to get remainder (would be 64-bit modulo) */
1867                 if (do_div(start, sbi->s_stripe) == 0) {
1868                         ac->ac_found++;
1869                         ac->ac_b_ex = ex;
1870                         ext4_mb_use_best_found(ac, e4b);
1871                 }
1872         } else if (max >= ac->ac_g_ex.fe_len) {
1873                 BUG_ON(ex.fe_len <= 0);
1874                 BUG_ON(ex.fe_group != ac->ac_g_ex.fe_group);
1875                 BUG_ON(ex.fe_start != ac->ac_g_ex.fe_start);
1876                 ac->ac_found++;
1877                 ac->ac_b_ex = ex;
1878                 ext4_mb_use_best_found(ac, e4b);
1879         } else if (max > 0 && (ac->ac_flags & EXT4_MB_HINT_MERGE)) {
1880                 /* Sometimes, caller may want to merge even small
1881                  * number of blocks to an existing extent */
1882                 BUG_ON(ex.fe_len <= 0);
1883                 BUG_ON(ex.fe_group != ac->ac_g_ex.fe_group);
1884                 BUG_ON(ex.fe_start != ac->ac_g_ex.fe_start);
1885                 ac->ac_found++;
1886                 ac->ac_b_ex = ex;
1887                 ext4_mb_use_best_found(ac, e4b);
1888         }
1889         ext4_unlock_group(ac->ac_sb, group);
1890         ext4_mb_unload_buddy(e4b);
1891
1892         return 0;
1893 }
1894
1895 /*
1896  * The routine scans buddy structures (not bitmap!) from given order
1897  * to max order and tries to find big enough chunk to satisfy the req
1898  */
1899 static noinline_for_stack
1900 void ext4_mb_simple_scan_group(struct ext4_allocation_context *ac,
1901                                         struct ext4_buddy *e4b)
1902 {
1903         struct super_block *sb = ac->ac_sb;
1904         struct ext4_group_info *grp = e4b->bd_info;
1905         void *buddy;
1906         int i;
1907         int k;
1908         int max;
1909
1910         BUG_ON(ac->ac_2order <= 0);
1911         for (i = ac->ac_2order; i <= sb->s_blocksize_bits + 1; i++) {
1912                 if (grp->bb_counters[i] == 0)
1913                         continue;
1914
1915                 buddy = mb_find_buddy(e4b, i, &max);
1916                 BUG_ON(buddy == NULL);
1917
1918                 k = mb_find_next_zero_bit(buddy, max, 0);
1919                 BUG_ON(k >= max);
1920
1921                 ac->ac_found++;
1922
1923                 ac->ac_b_ex.fe_len = 1 << i;
1924                 ac->ac_b_ex.fe_start = k << i;
1925                 ac->ac_b_ex.fe_group = e4b->bd_group;
1926
1927                 ext4_mb_use_best_found(ac, e4b);
1928
1929                 BUG_ON(ac->ac_b_ex.fe_len != ac->ac_g_ex.fe_len);
1930
1931                 if (EXT4_SB(sb)->s_mb_stats)
1932                         atomic_inc(&EXT4_SB(sb)->s_bal_2orders);
1933
1934                 break;
1935         }
1936 }
1937
1938 /*
1939  * The routine scans the group and measures all found extents.
1940  * In order to optimize scanning, caller must pass number of
1941  * free blocks in the group, so the routine can know upper limit.
1942  */
1943 static noinline_for_stack
1944 void ext4_mb_complex_scan_group(struct ext4_allocation_context *ac,
1945                                         struct ext4_buddy *e4b)
1946 {
1947         struct super_block *sb = ac->ac_sb;
1948         void *bitmap = e4b->bd_bitmap;
1949         struct ext4_free_extent ex;
1950         int i;
1951         int free;
1952
1953         free = e4b->bd_info->bb_free;
1954         BUG_ON(free <= 0);
1955
1956         i = e4b->bd_info->bb_first_free;
1957
1958         while (free && ac->ac_status == AC_STATUS_CONTINUE) {
1959                 i = mb_find_next_zero_bit(bitmap,
1960                                                 EXT4_CLUSTERS_PER_GROUP(sb), i);
1961                 if (i >= EXT4_CLUSTERS_PER_GROUP(sb)) {
1962                         /*
1963                          * IF we have corrupt bitmap, we won't find any
1964                          * free blocks even though group info says we
1965                          * we have free blocks
1966                          */
1967                         ext4_grp_locked_error(sb, e4b->bd_group, 0, 0,
1968                                         "%d free clusters as per "
1969                                         "group info. But bitmap says 0",
1970                                         free);
1971                         break;
1972                 }
1973
1974                 mb_find_extent(e4b, i, ac->ac_g_ex.fe_len, &ex);
1975                 BUG_ON(ex.fe_len <= 0);
1976                 if (free < ex.fe_len) {
1977                         ext4_grp_locked_error(sb, e4b->bd_group, 0, 0,
1978                                         "%d free clusters as per "
1979                                         "group info. But got %d blocks",
1980                                         free, ex.fe_len);
1981                         /*
1982                          * The number of free blocks differs. This mostly
1983                          * indicate that the bitmap is corrupt. So exit
1984                          * without claiming the space.
1985                          */
1986                         break;
1987                 }
1988                 ex.fe_logical = 0xDEADC0DE; /* debug value */
1989                 ext4_mb_measure_extent(ac, &ex, e4b);
1990
1991                 i += ex.fe_len;
1992                 free -= ex.fe_len;
1993         }
1994
1995         ext4_mb_check_limits(ac, e4b, 1);
1996 }
1997
1998 /*
1999  * This is a special case for storages like raid5
2000  * we try to find stripe-aligned chunks for stripe-size-multiple requests
2001  */
2002 static noinline_for_stack
2003 void ext4_mb_scan_aligned(struct ext4_allocation_context *ac,
2004                                  struct ext4_buddy *e4b)
2005 {
2006         struct super_block *sb = ac->ac_sb;
2007         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(sb);
2008         void *bitmap = e4b->bd_bitmap;
2009         struct ext4_free_extent ex;
2010         ext4_fsblk_t first_group_block;
2011         ext4_fsblk_t a;
2012         ext4_grpblk_t i;
2013         int max;
2014
2015         BUG_ON(sbi->s_stripe == 0);
2016
2017         /* find first stripe-aligned block in group */
2018         first_group_block = ext4_group_first_block_no(sb, e4b->bd_group);
2019
2020         a = first_group_block + sbi->s_stripe - 1;
2021         do_div(a, sbi->s_stripe);
2022         i = (a * sbi->s_stripe) - first_group_block;
2023
2024         while (i < EXT4_CLUSTERS_PER_GROUP(sb)) {
2025                 if (!mb_test_bit(i, bitmap)) {
2026                         max = mb_find_extent(e4b, i, sbi->s_stripe, &ex);
2027                         if (max >= sbi->s_stripe) {
2028                                 ac->ac_found++;
2029                                 ex.fe_logical = 0xDEADF00D; /* debug value */
2030                                 ac->ac_b_ex = ex;
2031                                 ext4_mb_use_best_found(ac, e4b);
2032                                 break;
2033                         }
2034                 }
2035                 i += sbi->s_stripe;
2036         }
2037 }
2038
2039 /*
2040  * This is now called BEFORE we load the buddy bitmap.
2041  * Returns either 1 or 0 indicating that the group is either suitable
2042  * for the allocation or not. In addition it can also return negative
2043  * error code when something goes wrong.
2044  */
2045 static int ext4_mb_good_group(struct ext4_allocation_context *ac,
2046                                 ext4_group_t group, int cr)
2047 {
2048         unsigned free, fragments;
2049         int flex_size = ext4_flex_bg_size(EXT4_SB(ac->ac_sb));
2050         struct ext4_group_info *grp = ext4_get_group_info(ac->ac_sb, group);
2051
2052         BUG_ON(cr < 0 || cr >= 4);
2053
2054         free = grp->bb_free;
2055         if (free == 0)
2056                 return 0;
2057         if (cr <= 2 && free < ac->ac_g_ex.fe_len)
2058                 return 0;
2059
2060         if (unlikely(EXT4_MB_GRP_BBITMAP_CORRUPT(grp)))
2061                 return 0;
2062
2063         /* We only do this if the grp has never been initialized */
2064         if (unlikely(EXT4_MB_GRP_NEED_INIT(grp))) {
2065                 int ret = ext4_mb_init_group(ac->ac_sb, group, GFP_NOFS);
2066                 if (ret)
2067                         return ret;
2068         }
2069
2070         fragments = grp->bb_fragments;
2071         if (fragments == 0)
2072                 return 0;
2073
2074         switch (cr) {
2075         case 0:
2076                 BUG_ON(ac->ac_2order == 0);
2077
2078                 /* Avoid using the first bg of a flexgroup for data files */
2079                 if ((ac->ac_flags & EXT4_MB_HINT_DATA) &&
2080                     (flex_size >= EXT4_FLEX_SIZE_DIR_ALLOC_SCHEME) &&
2081                     ((group % flex_size) == 0))
2082                         return 0;
2083
2084                 if ((ac->ac_2order > ac->ac_sb->s_blocksize_bits+1) ||
2085                     (free / fragments) >= ac->ac_g_ex.fe_len)
2086                         return 1;
2087
2088                 if (grp->bb_largest_free_order < ac->ac_2order)
2089                         return 0;
2090
2091                 return 1;
2092         case 1:
2093                 if ((free / fragments) >= ac->ac_g_ex.fe_len)
2094                         return 1;
2095                 break;
2096         case 2:
2097                 if (free >= ac->ac_g_ex.fe_len)
2098                         return 1;
2099                 break;
2100         case 3:
2101                 return 1;
2102         default:
2103                 BUG();
2104         }
2105
2106         return 0;
2107 }
2108
2109 static noinline_for_stack int
2110 ext4_mb_regular_allocator(struct ext4_allocation_context *ac)
2111 {
2112         ext4_group_t ngroups, group, i;
2113         int cr;
2114         int err = 0, first_err = 0;
2115         struct ext4_sb_info *sbi;
2116         struct super_block *sb;
2117         struct ext4_buddy e4b;
2118
2119         sb = ac->ac_sb;
2120         sbi = EXT4_SB(sb);
2121         ngroups = ext4_get_groups_count(sb);
2122         /* non-extent files are limited to low blocks/groups */
2123         if (!(ext4_test_inode_flag(ac->ac_inode, EXT4_INODE_EXTENTS)))
2124                 ngroups = sbi->s_blockfile_groups;
2125
2126         BUG_ON(ac->ac_status == AC_STATUS_FOUND);
2127
2128         /* first, try the goal */
2129         err = ext4_mb_find_by_goal(ac, &e4b);
2130         if (err || ac->ac_status == AC_STATUS_FOUND)
2131                 goto out;
2132
2133         if (unlikely(ac->ac_flags & EXT4_MB_HINT_GOAL_ONLY))
2134                 goto out;
2135
2136         /*
2137          * ac->ac2_order is set only if the fe_len is a power of 2
2138          * if ac2_order is set we also set criteria to 0 so that we
2139          * try exact allocation using buddy.
2140          */
2141         i = fls(ac->ac_g_ex.fe_len);
2142         ac->ac_2order = 0;
2143         /*
2144          * We search using buddy data only if the order of the request
2145          * is greater than equal to the sbi_s_mb_order2_reqs
2146          * You can tune it via /sys/fs/ext4/<partition>/mb_order2_req
2147          * We also support searching for power-of-two requests only for
2148          * requests upto maximum buddy size we have constructed.
2149          */
2150         if (i >= sbi->s_mb_order2_reqs && i <= sb->s_blocksize_bits + 2) {
2151                 /*
2152                  * This should tell if fe_len is exactly power of 2
2153                  */
2154                 if ((ac->ac_g_ex.fe_len & (~(1 << (i - 1)))) == 0)
2155                         ac->ac_2order = i - 1;
2156         }
2157
2158         /* if stream allocation is enabled, use global goal */
2159         if (ac->ac_flags & EXT4_MB_STREAM_ALLOC) {
2160                 /* TBD: may be hot point */
2161                 spin_lock(&sbi->s_md_lock);
2162                 ac->ac_g_ex.fe_group = sbi->s_mb_last_group;
2163                 ac->ac_g_ex.fe_start = sbi->s_mb_last_start;
2164                 spin_unlock(&sbi->s_md_lock);
2165         }
2166
2167         /* Let's just scan groups to find more-less suitable blocks */
2168         cr = ac->ac_2order ? 0 : 1;
2169         /*
2170          * cr == 0 try to get exact allocation,
2171          * cr == 3  try to get anything
2172          */
2173 repeat:
2174         for (; cr < 4 && ac->ac_status == AC_STATUS_CONTINUE; cr++) {
2175                 ac->ac_criteria = cr;
2176                 /*
2177                  * searching for the right group start
2178                  * from the goal value specified
2179                  */
2180                 group = ac->ac_g_ex.fe_group;
2181
2182                 for (i = 0; i < ngroups; group++, i++) {
2183                         int ret = 0;
2184                         cond_resched();
2185                         /*
2186                          * Artificially restricted ngroups for non-extent
2187                          * files makes group > ngroups possible on first loop.
2188                          */
2189                         if (group >= ngroups)
2190                                 group = 0;
2191
2192                         /* This now checks without needing the buddy page */
2193                         ret = ext4_mb_good_group(ac, group, cr);
2194                         if (ret <= 0) {
2195                                 if (!first_err)
2196                                         first_err = ret;
2197                                 continue;
2198                         }
2199
2200                         err = ext4_mb_load_buddy(sb, group, &e4b);
2201                         if (err)
2202                                 goto out;
2203
2204                         ext4_lock_group(sb, group);
2205
2206                         /*
2207                          * We need to check again after locking the
2208                          * block group
2209                          */
2210                         ret = ext4_mb_good_group(ac, group, cr);
2211                         if (ret <= 0) {
2212                                 ext4_unlock_group(sb, group);
2213                                 ext4_mb_unload_buddy(&e4b);
2214                                 if (!first_err)
2215                                         first_err = ret;
2216                                 continue;
2217                         }
2218
2219                         ac->ac_groups_scanned++;
2220                         if (cr == 0)
2221                                 ext4_mb_simple_scan_group(ac, &e4b);
2222                         else if (cr == 1 && sbi->s_stripe &&
2223                                         !(ac->ac_g_ex.fe_len % sbi->s_stripe))
2224                                 ext4_mb_scan_aligned(ac, &e4b);
2225                         else
2226                                 ext4_mb_complex_scan_group(ac, &e4b);
2227
2228                         ext4_unlock_group(sb, group);
2229                         ext4_mb_unload_buddy(&e4b);
2230
2231                         if (ac->ac_status != AC_STATUS_CONTINUE)
2232                                 break;
2233                 }
2234         }
2235
2236         if (ac->ac_b_ex.fe_len > 0 && ac->ac_status != AC_STATUS_FOUND &&
2237             !(ac->ac_flags & EXT4_MB_HINT_FIRST)) {
2238                 /*
2239                  * We've been searching too long. Let's try to allocate
2240                  * the best chunk we've found so far
2241                  */
2242
2243                 ext4_mb_try_best_found(ac, &e4b);
2244                 if (ac->ac_status != AC_STATUS_FOUND) {
2245                         /*
2246                          * Someone more lucky has already allocated it.
2247                          * The only thing we can do is just take first
2248                          * found block(s)
2249                         printk(KERN_DEBUG "EXT4-fs: someone won our chunk\n");
2250                          */
2251                         ac->ac_b_ex.fe_group = 0;
2252                         ac->ac_b_ex.fe_start = 0;
2253                         ac->ac_b_ex.fe_len = 0;
2254                         ac->ac_status = AC_STATUS_CONTINUE;
2255                         ac->ac_flags |= EXT4_MB_HINT_FIRST;
2256                         cr = 3;
2257                         atomic_inc(&sbi->s_mb_lost_chunks);
2258                         goto repeat;
2259                 }
2260         }
2261 out:
2262         if (!err && ac->ac_status != AC_STATUS_FOUND && first_err)
2263                 err = first_err;
2264         return err;
2265 }
2266
2267 static void *ext4_mb_seq_groups_start(struct seq_file *seq, loff_t *pos)
2268 {
2269         struct super_block *sb = seq->private;
2270         ext4_group_t group;
2271
2272         if (*pos < 0 || *pos >= ext4_get_groups_count(sb))
2273                 return NULL;
2274         group = *pos + 1;
2275         return (void *) ((unsigned long) group);
2276 }
2277
2278 static void *ext4_mb_seq_groups_next(struct seq_file *seq, void *v, loff_t *pos)
2279 {
2280         struct super_block *sb = seq->private;
2281         ext4_group_t group;
2282
2283         ++*pos;
2284         if (*pos < 0 || *pos >= ext4_get_groups_count(sb))
2285                 return NULL;
2286         group = *pos + 1;
2287         return (void *) ((unsigned long) group);
2288 }
2289
2290 static int ext4_mb_seq_groups_show(struct seq_file *seq, void *v)
2291 {
2292         struct super_block *sb = seq->private;
2293         ext4_group_t group = (ext4_group_t) ((unsigned long) v);
2294         int i;
2295         int err, buddy_loaded = 0;
2296         struct ext4_buddy e4b;
2297         struct ext4_group_info *grinfo;
2298         struct sg {
2299                 struct ext4_group_info info;
2300                 ext4_grpblk_t counters[EXT4_MAX_BLOCK_LOG_SIZE + 2];
2301         } sg;
2302
2303         group--;
2304         if (group == 0)
2305                 seq_puts(seq, "#group: free  frags first ["
2306                               " 2^0   2^1   2^2   2^3   2^4   2^5   2^6  "
2307                               " 2^7   2^8   2^9   2^10  2^11  2^12  2^13  ]\n");
2308
2309         i = (sb->s_blocksize_bits + 2) * sizeof(sg.info.bb_counters[0]) +
2310                 sizeof(struct ext4_group_info);
2311         grinfo = ext4_get_group_info(sb, group);
2312         /* Load the group info in memory only if not already loaded. */
2313         if (unlikely(EXT4_MB_GRP_NEED_INIT(grinfo))) {
2314                 err = ext4_mb_load_buddy(sb, group, &e4b);
2315                 if (err) {
2316                         seq_printf(seq, "#%-5u: I/O error\n", group);
2317                         return 0;
2318                 }
2319                 buddy_loaded = 1;
2320         }
2321
2322         memcpy(&sg, ext4_get_group_info(sb, group), i);
2323
2324         if (buddy_loaded)
2325                 ext4_mb_unload_buddy(&e4b);
2326
2327         seq_printf(seq, "#%-5u: %-5u %-5u %-5u [", group, sg.info.bb_free,
2328                         sg.info.bb_fragments, sg.info.bb_first_free);
2329         for (i = 0; i <= 13; i++)
2330                 seq_printf(seq, " %-5u", i <= sb->s_blocksize_bits + 1 ?
2331                                 sg.info.bb_counters[i] : 0);
2332         seq_printf(seq, " ]\n");
2333
2334         return 0;
2335 }
2336
2337 static void ext4_mb_seq_groups_stop(struct seq_file *seq, void *v)
2338 {
2339 }
2340
2341 static const struct seq_operations ext4_mb_seq_groups_ops = {
2342         .start  = ext4_mb_seq_groups_start,
2343         .next   = ext4_mb_seq_groups_next,
2344         .stop   = ext4_mb_seq_groups_stop,
2345         .show   = ext4_mb_seq_groups_show,
2346 };
2347
2348 static int ext4_mb_seq_groups_open(struct inode *inode, struct file *file)
2349 {
2350         struct super_block *sb = PDE_DATA(inode);
2351         int rc;
2352
2353         rc = seq_open(file, &ext4_mb_seq_groups_ops);
2354         if (rc == 0) {
2355                 struct seq_file *m = file->private_data;
2356                 m->private = sb;
2357         }
2358         return rc;
2359
2360 }
2361
2362 const struct file_operations ext4_seq_mb_groups_fops = {
2363         .open           = ext4_mb_seq_groups_open,
2364         .read           = seq_read,
2365         .llseek         = seq_lseek,
2366         .release        = seq_release,
2367 };
2368
2369 static struct kmem_cache *get_groupinfo_cache(int blocksize_bits)
2370 {
2371         int cache_index = blocksize_bits - EXT4_MIN_BLOCK_LOG_SIZE;
2372         struct kmem_cache *cachep = ext4_groupinfo_caches[cache_index];
2373
2374         BUG_ON(!cachep);
2375         return cachep;
2376 }
2377
2378 /*
2379  * Allocate the top-level s_group_info array for the specified number
2380  * of groups
2381  */
2382 int ext4_mb_alloc_groupinfo(struct super_block *sb, ext4_group_t ngroups)
2383 {
2384         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(sb);
2385         unsigned size;
2386         struct ext4_group_info ***new_groupinfo;
2387
2388         size = (ngroups + EXT4_DESC_PER_BLOCK(sb) - 1) >>
2389                 EXT4_DESC_PER_BLOCK_BITS(sb);
2390         if (size <= sbi->s_group_info_size)
2391                 return 0;
2392
2393         size = roundup_pow_of_two(sizeof(*sbi->s_group_info) * size);
2394         new_groupinfo = kvzalloc(size, GFP_KERNEL);
2395         if (!new_groupinfo) {
2396                 ext4_msg(sb, KERN_ERR, "can't allocate buddy meta group");
2397                 return -ENOMEM;
2398         }
2399         if (sbi->s_group_info) {
2400                 memcpy(new_groupinfo, sbi->s_group_info,
2401                        sbi->s_group_info_size * sizeof(*sbi->s_group_info));
2402                 kvfree(sbi->s_group_info);
2403         }
2404         sbi->s_group_info = new_groupinfo;
2405         sbi->s_group_info_size = size / sizeof(*sbi->s_group_info);
2406         ext4_debug("allocated s_groupinfo array for %d meta_bg's\n", 
2407                    sbi->s_group_info_size);
2408         return 0;
2409 }
2410
2411 /* Create and initialize ext4_group_info data for the given group. */
2412 int ext4_mb_add_groupinfo(struct super_block *sb, ext4_group_t group,
2413                           struct ext4_group_desc *desc)
2414 {
2415         int i;
2416         int metalen = 0;
2417         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(sb);
2418         struct ext4_group_info **meta_group_info;
2419         struct kmem_cache *cachep = get_groupinfo_cache(sb->s_blocksize_bits);
2420
2421         /*
2422          * First check if this group is the first of a reserved block.
2423          * If it's true, we have to allocate a new table of pointers
2424          * to ext4_group_info structures
2425          */
2426         if (group % EXT4_DESC_PER_BLOCK(sb) == 0) {
2427                 metalen = sizeof(*meta_group_info) <<
2428                         EXT4_DESC_PER_BLOCK_BITS(sb);
2429                 meta_group_info = kmalloc(metalen, GFP_NOFS);
2430                 if (meta_group_info == NULL) {
2431                         ext4_msg(sb, KERN_ERR, "can't allocate mem "
2432                                  "for a buddy group");
2433                         goto exit_meta_group_info;
2434                 }
2435                 sbi->s_group_info[group >> EXT4_DESC_PER_BLOCK_BITS(sb)] =
2436                         meta_group_info;
2437         }
2438
2439         meta_group_info =
2440                 sbi->s_group_info[group >> EXT4_DESC_PER_BLOCK_BITS(sb)];
2441         i = group & (EXT4_DESC_PER_BLOCK(sb) - 1);
2442
2443         meta_group_info[i] = kmem_cache_zalloc(cachep, GFP_NOFS);
2444         if (meta_group_info[i] == NULL) {
2445                 ext4_msg(sb, KERN_ERR, "can't allocate buddy mem");
2446                 goto exit_group_info;
2447         }
2448         set_bit(EXT4_GROUP_INFO_NEED_INIT_BIT,
2449                 &(meta_group_info[i]->bb_state));
2450
2451         /*
2452          * initialize bb_free to be able to skip
2453          * empty groups without initialization
2454          */
2455         if (desc->bg_flags & cpu_to_le16(EXT4_BG_BLOCK_UNINIT)) {
2456                 meta_group_info[i]->bb_free =
2457                         ext4_free_clusters_after_init(sb, group, desc);
2458         } else {
2459                 meta_group_info[i]->bb_free =
2460                         ext4_free_group_clusters(sb, desc);
2461         }
2462
2463         INIT_LIST_HEAD(&meta_group_info[i]->bb_prealloc_list);
2464         init_rwsem(&meta_group_info[i]->alloc_sem);
2465         meta_group_info[i]->bb_free_root = RB_ROOT;
2466         meta_group_info[i]->bb_largest_free_order = -1;  /* uninit */
2467
2468 #ifdef DOUBLE_CHECK
2469         {
2470                 struct buffer_head *bh;
2471                 meta_group_info[i]->bb_bitmap =
2472                         kmalloc(sb->s_blocksize, GFP_NOFS);
2473                 BUG_ON(meta_group_info[i]->bb_bitmap == NULL);
2474                 bh = ext4_read_block_bitmap(sb, group);
2475                 BUG_ON(IS_ERR_OR_NULL(bh));
2476                 memcpy(meta_group_info[i]->bb_bitmap, bh->b_data,
2477                         sb->s_blocksize);
2478                 put_bh(bh);
2479         }
2480 #endif
2481
2482         return 0;
2483
2484 exit_group_info:
2485         /* If a meta_group_info table has been allocated, release it now */
2486         if (group % EXT4_DESC_PER_BLOCK(sb) == 0) {
2487                 kfree(sbi->s_group_info[group >> EXT4_DESC_PER_BLOCK_BITS(sb)]);
2488                 sbi->s_group_info[group >> EXT4_DESC_PER_BLOCK_BITS(sb)] = NULL;
2489         }
2490 exit_meta_group_info:
2491         return -ENOMEM;
2492 } /* ext4_mb_add_groupinfo */
2493
2494 static int ext4_mb_init_backend(struct super_block *sb)
2495 {
2496         ext4_group_t ngroups = ext4_get_groups_count(sb);
2497         ext4_group_t i;
2498         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(sb);
2499         int err;
2500         struct ext4_group_desc *desc;
2501         struct kmem_cache *cachep;
2502
2503         err = ext4_mb_alloc_groupinfo(sb, ngroups);
2504         if (err)
2505                 return err;
2506
2507         sbi->s_buddy_cache = new_inode(sb);
2508         if (sbi->s_buddy_cache == NULL) {
2509                 ext4_msg(sb, KERN_ERR, "can't get new inode");
2510                 goto err_freesgi;
2511         }
2512         /* To avoid potentially colliding with an valid on-disk inode number,
2513          * use EXT4_BAD_INO for the buddy cache inode number.  This inode is
2514          * not in the inode hash, so it should never be found by iget(), but
2515          * this will avoid confusion if it ever shows up during debugging. */
2516         sbi->s_buddy_cache->i_ino = EXT4_BAD_INO;
2517         EXT4_I(sbi->s_buddy_cache)->i_disksize = 0;
2518         for (i = 0; i < ngroups; i++) {
2519                 desc = ext4_get_group_desc(sb, i, NULL);
2520                 if (desc == NULL) {
2521                         ext4_msg(sb, KERN_ERR, "can't read descriptor %u", i);
2522                         goto err_freebuddy;
2523                 }
2524                 if (ext4_mb_add_groupinfo(sb, i, desc) != 0)
2525                         goto err_freebuddy;
2526         }
2527
2528         return 0;
2529
2530 err_freebuddy:
2531         cachep = get_groupinfo_cache(sb->s_blocksize_bits);
2532         while (i-- > 0)
2533                 kmem_cache_free(cachep, ext4_get_group_info(sb, i));
2534         i = sbi->s_group_info_size;
2535         while (i-- > 0)
2536                 kfree(sbi->s_group_info[i]);
2537         iput(sbi->s_buddy_cache);
2538 err_freesgi:
2539         kvfree(sbi->s_group_info);
2540         return -ENOMEM;
2541 }
2542
2543 static void ext4_groupinfo_destroy_slabs(void)
2544 {
2545         int i;
2546
2547         for (i = 0; i < NR_GRPINFO_CACHES; i++) {
2548                 if (ext4_groupinfo_caches[i])
2549                         kmem_cache_destroy(ext4_groupinfo_caches[i]);
2550                 ext4_groupinfo_caches[i] = NULL;
2551         }
2552 }
2553
2554 static int ext4_groupinfo_create_slab(size_t size)
2555 {
2556         static DEFINE_MUTEX(ext4_grpinfo_slab_create_mutex);
2557         int slab_size;
2558         int blocksize_bits = order_base_2(size);
2559         int cache_index = blocksize_bits - EXT4_MIN_BLOCK_LOG_SIZE;
2560         struct kmem_cache *cachep;
2561
2562         if (cache_index >= NR_GRPINFO_CACHES)
2563                 return -EINVAL;
2564
2565         if (unlikely(cache_index < 0))
2566                 cache_index = 0;
2567
2568         mutex_lock(&ext4_grpinfo_slab_create_mutex);
2569         if (ext4_groupinfo_caches[cache_index]) {
2570                 mutex_unlock(&ext4_grpinfo_slab_create_mutex);
2571                 return 0;       /* Already created */
2572         }
2573
2574         slab_size = offsetof(struct ext4_group_info,
2575                                 bb_counters[blocksize_bits + 2]);
2576
2577         cachep = kmem_cache_create(ext4_groupinfo_slab_names[cache_index],
2578                                         slab_size, 0, SLAB_RECLAIM_ACCOUNT,
2579                                         NULL);
2580
2581         ext4_groupinfo_caches[cache_index] = cachep;
2582
2583         mutex_unlock(&ext4_grpinfo_slab_create_mutex);
2584         if (!cachep) {
2585                 printk(KERN_EMERG
2586                        "EXT4-fs: no memory for groupinfo slab cache\n");
2587                 return -ENOMEM;
2588         }
2589
2590         return 0;
2591 }
2592
2593 int ext4_mb_init(struct super_block *sb)
2594 {
2595         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(sb);
2596         unsigned i, j;
2597         unsigned offset, offset_incr;
2598         unsigned max;
2599         int ret;
2600
2601         i = (sb->s_blocksize_bits + 2) * sizeof(*sbi->s_mb_offsets);
2602
2603         sbi->s_mb_offsets = kmalloc(i, GFP_KERNEL);
2604         if (sbi->s_mb_offsets == NULL) {
2605                 ret = -ENOMEM;
2606                 goto out;
2607         }
2608
2609         i = (sb->s_blocksize_bits + 2) * sizeof(*sbi->s_mb_maxs);
2610         sbi->s_mb_maxs = kmalloc(i, GFP_KERNEL);
2611         if (sbi->s_mb_maxs == NULL) {
2612                 ret = -ENOMEM;
2613                 goto out;
2614         }
2615
2616         ret = ext4_groupinfo_create_slab(sb->s_blocksize);
2617         if (ret < 0)
2618                 goto out;
2619
2620         /* order 0 is regular bitmap */
2621         sbi->s_mb_maxs[0] = sb->s_blocksize << 3;
2622         sbi->s_mb_offsets[0] = 0;
2623
2624         i = 1;
2625         offset = 0;
2626         offset_incr = 1 << (sb->s_blocksize_bits - 1);
2627         max = sb->s_blocksize << 2;
2628         do {
2629                 sbi->s_mb_offsets[i] = offset;
2630                 sbi->s_mb_maxs[i] = max;
2631                 offset += offset_incr;
2632                 offset_incr = offset_incr >> 1;
2633                 max = max >> 1;
2634                 i++;
2635         } while (i <= sb->s_blocksize_bits + 1);
2636
2637         spin_lock_init(&sbi->s_md_lock);
2638         spin_lock_init(&sbi->s_bal_lock);
2639         sbi->s_mb_free_pending = 0;
2640         INIT_LIST_HEAD(&sbi->s_freed_data_list);
2641
2642         sbi->s_mb_max_to_scan = MB_DEFAULT_MAX_TO_SCAN;
2643         sbi->s_mb_min_to_scan = MB_DEFAULT_MIN_TO_SCAN;
2644         sbi->s_mb_stats = MB_DEFAULT_STATS;
2645         sbi->s_mb_stream_request = MB_DEFAULT_STREAM_THRESHOLD;
2646         sbi->s_mb_order2_reqs = MB_DEFAULT_ORDER2_REQS;
2647         /*
2648          * The default group preallocation is 512, which for 4k block
2649          * sizes translates to 2 megabytes.  However for bigalloc file
2650          * systems, this is probably too big (i.e, if the cluster size
2651          * is 1 megabyte, then group preallocation size becomes half a
2652          * gigabyte!).  As a default, we will keep a two megabyte
2653          * group pralloc size for cluster sizes up to 64k, and after
2654          * that, we will force a minimum group preallocation size of
2655          * 32 clusters.  This translates to 8 megs when the cluster
2656          * size is 256k, and 32 megs when the cluster size is 1 meg,
2657          * which seems reasonable as a default.
2658          */
2659         sbi->s_mb_group_prealloc = max(MB_DEFAULT_GROUP_PREALLOC >>
2660                                        sbi->s_cluster_bits, 32);
2661         /*
2662          * If there is a s_stripe > 1, then we set the s_mb_group_prealloc
2663          * to the lowest multiple of s_stripe which is bigger than
2664          * the s_mb_group_prealloc as determined above. We want
2665          * the preallocation size to be an exact multiple of the
2666          * RAID stripe size so that preallocations don't fragment
2667          * the stripes.
2668          */
2669         if (sbi->s_stripe > 1) {
2670                 sbi->s_mb_group_prealloc = roundup(
2671                         sbi->s_mb_group_prealloc, sbi->s_stripe);
2672         }
2673
2674         sbi->s_locality_groups = alloc_percpu(struct ext4_locality_group);
2675         if (sbi->s_locality_groups == NULL) {
2676                 ret = -ENOMEM;
2677                 goto out;
2678         }
2679         for_each_possible_cpu(i) {
2680                 struct ext4_locality_group *lg;
2681                 lg = per_cpu_ptr(sbi->s_locality_groups, i);
2682                 mutex_init(&lg->lg_mutex);
2683                 for (j = 0; j < PREALLOC_TB_SIZE; j++)
2684                         INIT_LIST_HEAD(&lg->lg_prealloc_list[j]);
2685                 spin_lock_init(&lg->lg_prealloc_lock);
2686         }
2687
2688         /* init file for buddy data */
2689         ret = ext4_mb_init_backend(sb);
2690         if (ret != 0)
2691                 goto out_free_locality_groups;
2692
2693         return 0;
2694
2695 out_free_locality_groups:
2696         free_percpu(sbi->s_locality_groups);
2697         sbi->s_locality_groups = NULL;
2698 out:
2699         kfree(sbi->s_mb_offsets);
2700         sbi->s_mb_offsets = NULL;
2701         kfree(sbi->s_mb_maxs);
2702         sbi->s_mb_maxs = NULL;
2703         return ret;
2704 }
2705
2706 /* need to called with the ext4 group lock held */
2707 static void ext4_mb_cleanup_pa(struct ext4_group_info *grp)
2708 {
2709         struct ext4_prealloc_space *pa;
2710         struct list_head *cur, *tmp;
2711         int count = 0;
2712
2713         list_for_each_safe(cur, tmp, &grp->bb_prealloc_list) {
2714                 pa = list_entry(cur, struct ext4_prealloc_space, pa_group_list);
2715                 list_del(&pa->pa_group_list);
2716                 count++;
2717                 kmem_cache_free(ext4_pspace_cachep, pa);
2718         }
2719         if (count)
2720                 mb_debug(1, "mballoc: %u PAs left\n", count);
2721
2722 }
2723
2724 int ext4_mb_release(struct super_block *sb)
2725 {
2726         ext4_group_t ngroups = ext4_get_groups_count(sb);
2727         ext4_group_t i;
2728         int num_meta_group_infos;
2729         struct ext4_group_info *grinfo;
2730         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(sb);
2731         struct kmem_cache *cachep = get_groupinfo_cache(sb->s_blocksize_bits);
2732
2733         if (sbi->s_group_info) {
2734                 for (i = 0; i < ngroups; i++) {
2735                         grinfo = ext4_get_group_info(sb, i);
2736 #ifdef DOUBLE_CHECK
2737                         kfree(grinfo->bb_bitmap);
2738 #endif
2739                         ext4_lock_group(sb, i);
2740                         ext4_mb_cleanup_pa(grinfo);
2741                         ext4_unlock_group(sb, i);
2742                         kmem_cache_free(cachep, grinfo);
2743                 }
2744                 num_meta_group_infos = (ngroups +
2745                                 EXT4_DESC_PER_BLOCK(sb) - 1) >>
2746                         EXT4_DESC_PER_BLOCK_BITS(sb);
2747                 for (i = 0; i < num_meta_group_infos; i++)
2748                         kfree(sbi->s_group_info[i]);
2749                 kvfree(sbi->s_group_info);
2750         }
2751         kfree(sbi->s_mb_offsets);
2752         kfree(sbi->s_mb_maxs);
2753         iput(sbi->s_buddy_cache);
2754         if (sbi->s_mb_stats) {
2755                 ext4_msg(sb, KERN_INFO,
2756                        "mballoc: %u blocks %u reqs (%u success)",
2757                                 atomic_read(&sbi->s_bal_allocated),
2758                                 atomic_read(&sbi->s_bal_reqs),
2759                                 atomic_read(&sbi->s_bal_success));
2760                 ext4_msg(sb, KERN_INFO,
2761                       "mballoc: %u extents scanned, %u goal hits, "
2762                                 "%u 2^N hits, %u breaks, %u lost",
2763                                 atomic_read(&sbi->s_bal_ex_scanned),
2764                                 atomic_read(&sbi->s_bal_goals),
2765                                 atomic_read(&sbi->s_bal_2orders),
2766                                 atomic_read(&sbi->s_bal_breaks),
2767                                 atomic_read(&sbi->s_mb_lost_chunks));
2768                 ext4_msg(sb, KERN_INFO,
2769                        "mballoc: %lu generated and it took %Lu",
2770                                 sbi->s_mb_buddies_generated,
2771                                 sbi->s_mb_generation_time);
2772                 ext4_msg(sb, KERN_INFO,
2773                        "mballoc: %u preallocated, %u discarded",
2774                                 atomic_read(&sbi->s_mb_preallocated),
2775                                 atomic_read(&sbi->s_mb_discarded));
2776         }
2777
2778         free_percpu(sbi->s_locality_groups);
2779
2780         return 0;
2781 }
2782
2783 static inline int ext4_issue_discard(struct super_block *sb,
2784                 ext4_group_t block_group, ext4_grpblk_t cluster, int count,
2785                 struct bio **biop)
2786 {
2787         ext4_fsblk_t discard_block;
2788
2789         discard_block = (EXT4_C2B(EXT4_SB(sb), cluster) +
2790                          ext4_group_first_block_no(sb, block_group));
2791         count = EXT4_C2B(EXT4_SB(sb), count);
2792         trace_ext4_discard_blocks(sb,
2793                         (unsigned long long) discard_block, count);
2794         if (biop) {
2795                 return __blkdev_issue_discard(sb->s_bdev,
2796                         (sector_t)discard_block << (sb->s_blocksize_bits - 9),
2797                         (sector_t)count << (sb->s_blocksize_bits - 9),
2798                         GFP_NOFS, 0, biop);
2799         } else
2800                 return sb_issue_discard(sb, discard_block, count, GFP_NOFS, 0);
2801 }
2802
2803 static void ext4_free_data_in_buddy(struct super_block *sb,
2804                                     struct ext4_free_data *entry)
2805 {
2806         struct ext4_buddy e4b;
2807         struct ext4_group_info *db;
2808         int err, count = 0, count2 = 0;
2809
2810         mb_debug(1, "gonna free %u blocks in group %u (0x%p):",
2811                  entry->efd_count, entry->efd_group, entry);
2812
2813         err = ext4_mb_load_buddy(sb, entry->efd_group, &e4b);
2814         /* we expect to find existing buddy because it's pinned */
2815         BUG_ON(err != 0);
2816
2817         spin_lock(&EXT4_SB(sb)->s_md_lock);
2818         EXT4_SB(sb)->s_mb_free_pending -= entry->efd_count;
2819         spin_unlock(&EXT4_SB(sb)->s_md_lock);
2820
2821         db = e4b.bd_info;
2822         /* there are blocks to put in buddy to make them really free */
2823         count += entry->efd_count;
2824         count2++;
2825         ext4_lock_group(sb, entry->efd_group);
2826         /* Take it out of per group rb tree */
2827         rb_erase(&entry->efd_node, &(db->bb_free_root));
2828         mb_free_blocks(NULL, &e4b, entry->efd_start_cluster, entry->efd_count);
2829
2830         /*
2831          * Clear the trimmed flag for the group so that the next
2832          * ext4_trim_fs can trim it.
2833          * If the volume is mounted with -o discard, online discard
2834          * is supported and the free blocks will be trimmed online.
2835          */
2836         if (!test_opt(sb, DISCARD))
2837                 EXT4_MB_GRP_CLEAR_TRIMMED(db);
2838
2839         if (!db->bb_free_root.rb_node) {
2840                 /* No more items in the per group rb tree
2841                  * balance refcounts from ext4_mb_free_metadata()
2842                  */
2843                 put_page(e4b.bd_buddy_page);
2844                 put_page(e4b.bd_bitmap_page);
2845         }
2846         ext4_unlock_group(sb, entry->efd_group);
2847         kmem_cache_free(ext4_free_data_cachep, entry);
2848         ext4_mb_unload_buddy(&e4b);
2849
2850         mb_debug(1, "freed %u blocks in %u structures\n", count, count2);
2851 }
2852
2853 /*
2854  * This function is called by the jbd2 layer once the commit has finished,
2855  * so we know we can free the blocks that were released with that commit.
2856  */
2857 void ext4_process_freed_data(struct super_block *sb, tid_t commit_tid)
2858 {
2859         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(sb);
2860         struct ext4_free_data *entry, *tmp;
2861         struct bio *discard_bio = NULL;
2862         struct list_head freed_data_list;
2863         struct list_head *cut_pos = NULL;
2864         int err;
2865
2866         INIT_LIST_HEAD(&freed_data_list);
2867
2868         spin_lock(&sbi->s_md_lock);
2869         list_for_each_entry(entry, &sbi->s_freed_data_list, efd_list) {
2870                 if (entry->efd_tid != commit_tid)
2871                         break;
2872                 cut_pos = &entry->efd_list;
2873         }
2874         if (cut_pos)
2875                 list_cut_position(&freed_data_list, &sbi->s_freed_data_list,
2876                                   cut_pos);
2877         spin_unlock(&sbi->s_md_lock);
2878
2879         if (test_opt(sb, DISCARD)) {
2880                 list_for_each_entry(entry, &freed_data_list, efd_list) {
2881                         err = ext4_issue_discard(sb, entry->efd_group,
2882                                                  entry->efd_start_cluster,
2883                                                  entry->efd_count,
2884                                                  &discard_bio);
2885                         if (err && err != -EOPNOTSUPP) {
2886                                 ext4_msg(sb, KERN_WARNING, "discard request in"
2887                                          " group:%d block:%d count:%d failed"
2888                                          " with %d", entry->efd_group,
2889                                          entry->efd_start_cluster,
2890                                          entry->efd_count, err);
2891                         } else if (err == -EOPNOTSUPP)
2892                                 break;
2893                 }
2894
2895                 if (discard_bio)
2896                         submit_bio_wait(discard_bio);
2897         }
2898
2899         list_for_each_entry_safe(entry, tmp, &freed_data_list, efd_list)
2900                 ext4_free_data_in_buddy(sb, entry);
2901 }
2902
2903 int __init ext4_init_mballoc(void)
2904 {
2905         ext4_pspace_cachep = KMEM_CACHE(ext4_prealloc_space,
2906                                         SLAB_RECLAIM_ACCOUNT);
2907         if (ext4_pspace_cachep == NULL)
2908                 return -ENOMEM;
2909
2910         ext4_ac_cachep = KMEM_CACHE(ext4_allocation_context,
2911                                     SLAB_RECLAIM_ACCOUNT);
2912         if (ext4_ac_cachep == NULL) {
2913                 kmem_cache_destroy(ext4_pspace_cachep);
2914                 return -ENOMEM;
2915         }
2916
2917         ext4_free_data_cachep = KMEM_CACHE(ext4_free_data,
2918                                            SLAB_RECLAIM_ACCOUNT);
2919         if (ext4_free_data_cachep == NULL) {
2920                 kmem_cache_destroy(ext4_pspace_cachep);
2921                 kmem_cache_destroy(ext4_ac_cachep);
2922                 return -ENOMEM;
2923         }
2924         return 0;
2925 }
2926
2927 void ext4_exit_mballoc(void)
2928 {
2929         /*
2930          * Wait for completion of call_rcu()'s on ext4_pspace_cachep
2931          * before destroying the slab cache.
2932          */
2933         rcu_barrier();
2934         kmem_cache_destroy(ext4_pspace_cachep);
2935         kmem_cache_destroy(ext4_ac_cachep);
2936         kmem_cache_destroy(ext4_free_data_cachep);
2937         ext4_groupinfo_destroy_slabs();
2938 }
2939
2940
2941 /*
2942  * Check quota and mark chosen space (ac->ac_b_ex) non-free in bitmaps
2943  * Returns 0 if success or error code
2944  */
2945 static noinline_for_stack int
2946 ext4_mb_mark_diskspace_used(struct ext4_allocation_context *ac,
2947                                 handle_t *handle, unsigned int reserv_clstrs)
2948 {
2949         struct buffer_head *bitmap_bh = NULL;
2950         struct ext4_group_desc *gdp;
2951         struct buffer_head *gdp_bh;
2952         struct ext4_sb_info *sbi;
2953         struct super_block *sb;
2954         ext4_fsblk_t block;
2955         int err, len;
2956
2957         BUG_ON(ac->ac_status != AC_STATUS_FOUND);
2958         BUG_ON(ac->ac_b_ex.fe_len <= 0);
2959
2960         sb = ac->ac_sb;
2961         sbi = EXT4_SB(sb);
2962
2963         bitmap_bh = ext4_read_block_bitmap(sb, ac->ac_b_ex.fe_group);
2964         if (IS_ERR(bitmap_bh)) {
2965                 err = PTR_ERR(bitmap_bh);
2966                 bitmap_bh = NULL;
2967                 goto out_err;
2968         }
2969
2970         BUFFER_TRACE(bitmap_bh, "getting write access");
2971         err = ext4_journal_get_write_access(handle, bitmap_bh);
2972         if (err)
2973                 goto out_err;
2974
2975         err = -EIO;
2976         gdp = ext4_get_group_desc(sb, ac->ac_b_ex.fe_group, &gdp_bh);
2977         if (!gdp)
2978                 goto out_err;
2979
2980         ext4_debug("using block group %u(%d)\n", ac->ac_b_ex.fe_group,
2981                         ext4_free_group_clusters(sb, gdp));
2982
2983         BUFFER_TRACE(gdp_bh, "get_write_access");
2984         err = ext4_journal_get_write_access(handle, gdp_bh);
2985         if (err)
2986                 goto out_err;
2987
2988         block = ext4_grp_offs_to_block(sb, &ac->ac_b_ex);
2989
2990         len = EXT4_C2B(sbi, ac->ac_b_ex.fe_len);
2991         if (!ext4_data_block_valid(sbi, block, len)) {
2992                 ext4_error(sb, "Allocating blocks %llu-%llu which overlap "
2993                            "fs metadata", block, block+len);
2994                 /* File system mounted not to panic on error
2995                  * Fix the bitmap and return EFSCORRUPTED
2996                  * We leak some of the blocks here.
2997                  */
2998                 ext4_lock_group(sb, ac->ac_b_ex.fe_group);
2999                 ext4_set_bits(bitmap_bh->b_data, ac->ac_b_ex.fe_start,
3000                               ac->ac_b_ex.fe_len);
3001                 ext4_unlock_group(sb, ac->ac_b_ex.fe_group);
3002                 err = ext4_handle_dirty_metadata(handle, NULL, bitmap_bh);
3003                 if (!err)
3004                         err = -EFSCORRUPTED;
3005                 goto out_err;
3006         }
3007
3008         ext4_lock_group(sb, ac->ac_b_ex.fe_group);
3009 #ifdef AGGRESSIVE_CHECK
3010         {
3011                 int i;
3012                 for (i = 0; i < ac->ac_b_ex.fe_len; i++) {
3013                         BUG_ON(mb_test_bit(ac->ac_b_ex.fe_start + i,
3014                                                 bitmap_bh->b_data));
3015                 }
3016         }
3017 #endif
3018         ext4_set_bits(bitmap_bh->b_data, ac->ac_b_ex.fe_start,
3019                       ac->ac_b_ex.fe_len);
3020         if (gdp->bg_flags & cpu_to_le16(EXT4_BG_BLOCK_UNINIT)) {
3021                 gdp->bg_flags &= cpu_to_le16(~EXT4_BG_BLOCK_UNINIT);
3022                 ext4_free_group_clusters_set(sb, gdp,
3023                                              ext4_free_clusters_after_init(sb,
3024                                                 ac->ac_b_ex.fe_group, gdp));
3025         }
3026         len = ext4_free_group_clusters(sb, gdp) - ac->ac_b_ex.fe_len;
3027         ext4_free_group_clusters_set(sb, gdp, len);
3028         ext4_block_bitmap_csum_set(sb, ac->ac_b_ex.fe_group, gdp, bitmap_bh);
3029         ext4_group_desc_csum_set(sb, ac->ac_b_ex.fe_group, gdp);
3030
3031         ext4_unlock_group(sb, ac->ac_b_ex.fe_group);
3032         percpu_counter_sub(&sbi->s_freeclusters_counter, ac->ac_b_ex.fe_len);
3033         /*
3034          * Now reduce the dirty block count also. Should not go negative
3035          */
3036         if (!(ac->ac_flags & EXT4_MB_DELALLOC_RESERVED))
3037                 /* release all the reserved blocks if non delalloc */
3038                 percpu_counter_sub(&sbi->s_dirtyclusters_counter,
3039                                    reserv_clstrs);
3040
3041         if (sbi->s_log_groups_per_flex) {
3042                 ext4_group_t flex_group = ext4_flex_group(sbi,
3043                                                           ac->ac_b_ex.fe_group);
3044                 atomic64_sub(ac->ac_b_ex.fe_len,
3045                              &sbi->s_flex_groups[flex_group].free_clusters);
3046         }
3047
3048         err = ext4_handle_dirty_metadata(handle, NULL, bitmap_bh);
3049         if (err)
3050                 goto out_err;
3051         err = ext4_handle_dirty_metadata(handle, NULL, gdp_bh);
3052
3053 out_err:
3054         brelse(bitmap_bh);
3055         return err;
3056 }
3057
3058 /*
3059  * here we normalize request for locality group
3060  * Group request are normalized to s_mb_group_prealloc, which goes to
3061  * s_strip if we set the same via mount option.
3062  * s_mb_group_prealloc can be configured via
3063  * /sys/fs/ext4/<partition>/mb_group_prealloc
3064  *
3065  * XXX: should we try to preallocate more than the group has now?
3066  */
3067 static void ext4_mb_normalize_group_request(struct ext4_allocation_context *ac)
3068 {
3069         struct super_block *sb = ac->ac_sb;
3070         struct ext4_locality_group *lg = ac->ac_lg;
3071
3072         BUG_ON(lg == NULL);
3073         ac->ac_g_ex.fe_len = EXT4_SB(sb)->s_mb_group_prealloc;
3074         mb_debug(1, "#%u: goal %u blocks for locality group\n",
3075                 current->pid, ac->ac_g_ex.fe_len);
3076 }
3077
3078 /*
3079  * Normalization means making request better in terms of
3080  * size and alignment
3081  */
3082 static noinline_for_stack void
3083 ext4_mb_normalize_request(struct ext4_allocation_context *ac,
3084                                 struct ext4_allocation_request *ar)
3085 {
3086         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(ac->ac_sb);
3087         int bsbits, max;
3088         ext4_lblk_t end;
3089         loff_t size, start_off;
3090         loff_t orig_size __maybe_unused;
3091         ext4_lblk_t start;
3092         struct ext4_inode_info *ei = EXT4_I(ac->ac_inode);
3093         struct ext4_prealloc_space *pa;
3094
3095         /* do normalize only data requests, metadata requests
3096            do not need preallocation */
3097         if (!(ac->ac_flags & EXT4_MB_HINT_DATA))
3098                 return;
3099
3100         /* sometime caller may want exact blocks */
3101         if (unlikely(ac->ac_flags & EXT4_MB_HINT_GOAL_ONLY))
3102                 return;
3103
3104         /* caller may indicate that preallocation isn't
3105          * required (it's a tail, for example) */
3106         if (ac->ac_flags & EXT4_MB_HINT_NOPREALLOC)
3107                 return;
3108
3109         if (ac->ac_flags & EXT4_MB_HINT_GROUP_ALLOC) {
3110                 ext4_mb_normalize_group_request(ac);
3111                 return ;
3112         }
3113
3114         bsbits = ac->ac_sb->s_blocksize_bits;
3115
3116         /* first, let's learn actual file size
3117          * given current request is allocated */
3118         size = ac->ac_o_ex.fe_logical + EXT4_C2B(sbi, ac->ac_o_ex.fe_len);
3119         size = size << bsbits;
3120         if (size < i_size_read(ac->ac_inode))
3121                 size = i_size_read(ac->ac_inode);
3122         orig_size = size;
3123
3124         /* max size of free chunks */
3125         max = 2 << bsbits;
3126
3127 #define NRL_CHECK_SIZE(req, size, max, chunk_size)      \
3128                 (req <= (size) || max <= (chunk_size))
3129
3130         /* first, try to predict filesize */
3131         /* XXX: should this table be tunable? */
3132         start_off = 0;
3133         if (size <= 16 * 1024) {
3134                 size = 16 * 1024;
3135         } else if (size <= 32 * 1024) {
3136                 size = 32 * 1024;
3137         } else if (size <= 64 * 1024) {
3138                 size = 64 * 1024;
3139         } else if (size <= 128 * 1024) {
3140                 size = 128 * 1024;
3141         } else if (size <= 256 * 1024) {
3142                 size = 256 * 1024;
3143         } else if (size <= 512 * 1024) {
3144                 size = 512 * 1024;
3145         } else if (size <= 1024 * 1024) {
3146                 size = 1024 * 1024;
3147         } else if (NRL_CHECK_SIZE(size, 4 * 1024 * 1024, max, 2 * 1024)) {
3148                 start_off = ((loff_t)ac->ac_o_ex.fe_logical >>
3149                                                 (21 - bsbits)) << 21;
3150                 size = 2 * 1024 * 1024;
3151         } else if (NRL_CHECK_SIZE(size, 8 * 1024 * 1024, max, 4 * 1024)) {
3152                 start_off = ((loff_t)ac->ac_o_ex.fe_logical >>
3153                                                         (22 - bsbits)) << 22;
3154                 size = 4 * 1024 * 1024;
3155         } else if (NRL_CHECK_SIZE(ac->ac_o_ex.fe_len,
3156                                         (8<<20)>>bsbits, max, 8 * 1024)) {
3157                 start_off = ((loff_t)ac->ac_o_ex.fe_logical >>
3158                                                         (23 - bsbits)) << 23;
3159                 size = 8 * 1024 * 1024;
3160         } else {
3161                 start_off = (loff_t) ac->ac_o_ex.fe_logical << bsbits;
3162                 size      = (loff_t) EXT4_C2B(EXT4_SB(ac->ac_sb),
3163                                               ac->ac_o_ex.fe_len) << bsbits;
3164         }
3165         size = size >> bsbits;
3166         start = start_off >> bsbits;
3167
3168         /* don't cover already allocated blocks in selected range */
3169         if (ar->pleft && start <= ar->lleft) {
3170                 size -= ar->lleft + 1 - start;
3171                 start = ar->lleft + 1;
3172         }
3173         if (ar->pright && start + size - 1 >= ar->lright)
3174                 size -= start + size - ar->lright;
3175
3176         /*
3177          * Trim allocation request for filesystems with artificially small
3178          * groups.
3179          */
3180         if (size > EXT4_BLOCKS_PER_GROUP(ac->ac_sb))
3181                 size = EXT4_BLOCKS_PER_GROUP(ac->ac_sb);
3182
3183         end = start + size;
3184
3185         /* check we don't cross already preallocated blocks */
3186         rcu_read_lock();
3187         list_for_each_entry_rcu(pa, &ei->i_prealloc_list, pa_inode_list) {
3188                 ext4_lblk_t pa_end;
3189
3190                 if (pa->pa_deleted)
3191                         continue;
3192                 spin_lock(&pa->pa_lock);
3193                 if (pa->pa_deleted) {
3194                         spin_unlock(&pa->pa_lock);
3195                         continue;
3196                 }
3197
3198                 pa_end = pa->pa_lstart + EXT4_C2B(EXT4_SB(ac->ac_sb),
3199                                                   pa->pa_len);
3200
3201                 /* PA must not overlap original request */
3202                 BUG_ON(!(ac->ac_o_ex.fe_logical >= pa_end ||
3203                         ac->ac_o_ex.fe_logical < pa->pa_lstart));
3204
3205                 /* skip PAs this normalized request doesn't overlap with */
3206                 if (pa->pa_lstart >= end || pa_end <= start) {
3207                         spin_unlock(&pa->pa_lock);
3208                         continue;
3209                 }
3210                 BUG_ON(pa->pa_lstart <= start && pa_end >= end);
3211
3212                 /* adjust start or end to be adjacent to this pa */
3213                 if (pa_end <= ac->ac_o_ex.fe_logical) {
3214                         BUG_ON(pa_end < start);
3215                         start = pa_end;
3216                 } else if (pa->pa_lstart > ac->ac_o_ex.fe_logical) {
3217                         BUG_ON(pa->pa_lstart > end);
3218                         end = pa->pa_lstart;
3219                 }
3220                 spin_unlock(&pa->pa_lock);
3221         }
3222         rcu_read_unlock();
3223         size = end - start;
3224
3225         /* XXX: extra loop to check we really don't overlap preallocations */
3226         rcu_read_lock();
3227         list_for_each_entry_rcu(pa, &ei->i_prealloc_list, pa_inode_list) {
3228                 ext4_lblk_t pa_end;
3229
3230                 spin_lock(&pa->pa_lock);
3231                 if (pa->pa_deleted == 0) {
3232                         pa_end = pa->pa_lstart + EXT4_C2B(EXT4_SB(ac->ac_sb),
3233                                                           pa->pa_len);
3234                         BUG_ON(!(start >= pa_end || end <= pa->pa_lstart));
3235                 }
3236                 spin_unlock(&pa->pa_lock);
3237         }
3238         rcu_read_unlock();
3239
3240         if (start + size <= ac->ac_o_ex.fe_logical &&
3241                         start > ac->ac_o_ex.fe_logical) {
3242                 ext4_msg(ac->ac_sb, KERN_ERR,
3243                          "start %lu, size %lu, fe_logical %lu",
3244                          (unsigned long) start, (unsigned long) size,
3245                          (unsigned long) ac->ac_o_ex.fe_logical);
3246                 BUG();
3247         }
3248         BUG_ON(size <= 0 || size > EXT4_BLOCKS_PER_GROUP(ac->ac_sb));
3249
3250         /* now prepare goal request */
3251
3252         /* XXX: is it better to align blocks WRT to logical
3253          * placement or satisfy big request as is */
3254         ac->ac_g_ex.fe_logical = start;
3255         ac->ac_g_ex.fe_len = EXT4_NUM_B2C(sbi, size);
3256
3257         /* define goal start in order to merge */
3258         if (ar->pright && (ar->lright == (start + size))) {
3259                 /* merge to the right */
3260                 ext4_get_group_no_and_offset(ac->ac_sb, ar->pright - size,
3261                                                 &ac->ac_f_ex.fe_group,
3262                                                 &ac->ac_f_ex.fe_start);
3263                 ac->ac_flags |= EXT4_MB_HINT_TRY_GOAL;
3264         }
3265         if (ar->pleft && (ar->lleft + 1 == start)) {
3266                 /* merge to the left */
3267                 ext4_get_group_no_and_offset(ac->ac_sb, ar->pleft + 1,
3268                                                 &ac->ac_f_ex.fe_group,
3269                                                 &ac->ac_f_ex.fe_start);
3270                 ac->ac_flags |= EXT4_MB_HINT_TRY_GOAL;
3271         }
3272
3273         mb_debug(1, "goal: %u(was %u) blocks at %u\n", (unsigned) size,
3274                 (unsigned) orig_size, (unsigned) start);
3275 }
3276
3277 static void ext4_mb_collect_stats(struct ext4_allocation_context *ac)
3278 {
3279         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(ac->ac_sb);
3280
3281         if (sbi->s_mb_stats && ac->ac_g_ex.fe_len > 1) {
3282                 atomic_inc(&sbi->s_bal_reqs);
3283                 atomic_add(ac->ac_b_ex.fe_len, &sbi->s_bal_allocated);
3284                 if (ac->ac_b_ex.fe_len >= ac->ac_o_ex.fe_len)
3285                         atomic_inc(&sbi->s_bal_success);
3286                 atomic_add(ac->ac_found, &sbi->s_bal_ex_scanned);
3287                 if (ac->ac_g_ex.fe_start == ac->ac_b_ex.fe_start &&
3288                                 ac->ac_g_ex.fe_group == ac->ac_b_ex.fe_group)
3289                         atomic_inc(&sbi->s_bal_goals);
3290                 if (ac->ac_found > sbi->s_mb_max_to_scan)
3291                         atomic_inc(&sbi->s_bal_breaks);
3292         }
3293
3294         if (ac->ac_op == EXT4_MB_HISTORY_ALLOC)
3295                 trace_ext4_mballoc_alloc(ac);
3296         else
3297                 trace_ext4_mballoc_prealloc(ac);
3298 }
3299
3300 /*
3301  * Called on failure; free up any blocks from the inode PA for this
3302  * context.  We don't need this for MB_GROUP_PA because we only change
3303  * pa_free in ext4_mb_release_context(), but on failure, we've already
3304  * zeroed out ac->ac_b_ex.fe_len, so group_pa->pa_free is not changed.
3305  */
3306 static void ext4_discard_allocated_blocks(struct ext4_allocation_context *ac)
3307 {
3308         struct ext4_prealloc_space *pa = ac->ac_pa;
3309         struct ext4_buddy e4b;
3310         int err;
3311
3312         if (pa == NULL) {
3313                 if (ac->ac_f_ex.fe_len == 0)
3314                         return;
3315                 err = ext4_mb_load_buddy(ac->ac_sb, ac->ac_f_ex.fe_group, &e4b);
3316                 if (err) {
3317                         /*
3318                          * This should never happen since we pin the
3319                          * pages in the ext4_allocation_context so
3320                          * ext4_mb_load_buddy() should never fail.
3321                          */
3322                         WARN(1, "mb_load_buddy failed (%d)", err);
3323                         return;
3324                 }
3325                 ext4_lock_group(ac->ac_sb, ac->ac_f_ex.fe_group);
3326                 mb_free_blocks(ac->ac_inode, &e4b, ac->ac_f_ex.fe_start,
3327                                ac->ac_f_ex.fe_len);
3328                 ext4_unlock_group(ac->ac_sb, ac->ac_f_ex.fe_group);
3329                 ext4_mb_unload_buddy(&e4b);
3330                 return;
3331         }
3332         if (pa->pa_type == MB_INODE_PA)
3333                 pa->pa_free += ac->ac_b_ex.fe_len;
3334 }
3335
3336 /*
3337  * use blocks preallocated to inode
3338  */
3339 static void ext4_mb_use_inode_pa(struct ext4_allocation_context *ac,
3340                                 struct ext4_prealloc_space *pa)
3341 {
3342         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(ac->ac_sb);
3343         ext4_fsblk_t start;
3344         ext4_fsblk_t end;
3345         int len;
3346
3347         /* found preallocated blocks, use them */
3348         start = pa->pa_pstart + (ac->ac_o_ex.fe_logical - pa->pa_lstart);
3349         end = min(pa->pa_pstart + EXT4_C2B(sbi, pa->pa_len),
3350                   start + EXT4_C2B(sbi, ac->ac_o_ex.fe_len));
3351         len = EXT4_NUM_B2C(sbi, end - start);
3352         ext4_get_group_no_and_offset(ac->ac_sb, start, &ac->ac_b_ex.fe_group,
3353                                         &ac->ac_b_ex.fe_start);
3354         ac->ac_b_ex.fe_len = len;
3355         ac->ac_status = AC_STATUS_FOUND;
3356         ac->ac_pa = pa;
3357
3358         BUG_ON(start < pa->pa_pstart);
3359         BUG_ON(end > pa->pa_pstart + EXT4_C2B(sbi, pa->pa_len));
3360         BUG_ON(pa->pa_free < len);
3361         pa->pa_free -= len;
3362
3363         mb_debug(1, "use %llu/%u from inode pa %p\n", start, len, pa);
3364 }
3365
3366 /*
3367  * use blocks preallocated to locality group
3368  */
3369 static void ext4_mb_use_group_pa(struct ext4_allocation_context *ac,
3370                                 struct ext4_prealloc_space *pa)
3371 {
3372         unsigned int len = ac->ac_o_ex.fe_len;
3373
3374         ext4_get_group_no_and_offset(ac->ac_sb, pa->pa_pstart,
3375                                         &ac->ac_b_ex.fe_group,
3376                                         &ac->ac_b_ex.fe_start);
3377         ac->ac_b_ex.fe_len = len;
3378         ac->ac_status = AC_STATUS_FOUND;
3379         ac->ac_pa = pa;
3380
3381         /* we don't correct pa_pstart or pa_plen here to avoid
3382          * possible race when the group is being loaded concurrently
3383          * instead we correct pa later, after blocks are marked
3384          * in on-disk bitmap -- see ext4_mb_release_context()
3385          * Other CPUs are prevented from allocating from this pa by lg_mutex
3386          */
3387         mb_debug(1, "use %u/%u from group pa %p\n", pa->pa_lstart-len, len, pa);
3388 }
3389
3390 /*
3391  * Return the prealloc space that have minimal distance
3392  * from the goal block. @cpa is the prealloc
3393  * space that is having currently known minimal distance
3394  * from the goal block.
3395  */
3396 static struct ext4_prealloc_space *
3397 ext4_mb_check_group_pa(ext4_fsblk_t goal_block,
3398                         struct ext4_prealloc_space *pa,
3399                         struct ext4_prealloc_space *cpa)
3400 {
3401         ext4_fsblk_t cur_distance, new_distance;
3402
3403         if (cpa == NULL) {
3404                 atomic_inc(&pa->pa_count);
3405                 return pa;
3406         }
3407         cur_distance = abs(goal_block - cpa->pa_pstart);
3408         new_distance = abs(goal_block - pa->pa_pstart);
3409
3410         if (cur_distance <= new_distance)
3411                 return cpa;
3412
3413         /* drop the previous reference */
3414         atomic_dec(&cpa->pa_count);
3415         atomic_inc(&pa->pa_count);
3416         return pa;
3417 }
3418
3419 /*
3420  * search goal blocks in preallocated space
3421  */
3422 static noinline_for_stack int
3423 ext4_mb_use_preallocated(struct ext4_allocation_context *ac)
3424 {
3425         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(ac->ac_sb);
3426         int order, i;
3427         struct ext4_inode_info *ei = EXT4_I(ac->ac_inode);
3428         struct ext4_locality_group *lg;
3429         struct ext4_prealloc_space *pa, *cpa = NULL;
3430         ext4_fsblk_t goal_block;
3431
3432         /* only data can be preallocated */
3433         if (!(ac->ac_flags & EXT4_MB_HINT_DATA))
3434                 return 0;
3435
3436         /* first, try per-file preallocation */
3437         rcu_read_lock();
3438         list_for_each_entry_rcu(pa, &ei->i_prealloc_list, pa_inode_list) {
3439
3440                 /* all fields in this condition don't change,
3441                  * so we can skip locking for them */
3442                 if (ac->ac_o_ex.fe_logical < pa->pa_lstart ||
3443                     ac->ac_o_ex.fe_logical >= (pa->pa_lstart +
3444                                                EXT4_C2B(sbi, pa->pa_len)))
3445                         continue;
3446
3447                 /* non-extent files can't have physical blocks past 2^32 */
3448                 if (!(ext4_test_inode_flag(ac->ac_inode, EXT4_INODE_EXTENTS)) &&
3449                     (pa->pa_pstart + EXT4_C2B(sbi, pa->pa_len) >
3450                      EXT4_MAX_BLOCK_FILE_PHYS))
3451                         continue;
3452
3453                 /* found preallocated blocks, use them */
3454                 spin_lock(&pa->pa_lock);
3455                 if (pa->pa_deleted == 0 && pa->pa_free) {
3456                         atomic_inc(&pa->pa_count);
3457                         ext4_mb_use_inode_pa(ac, pa);
3458                         spin_unlock(&pa->pa_lock);
3459                         ac->ac_criteria = 10;
3460                         rcu_read_unlock();
3461                         return 1;
3462                 }
3463                 spin_unlock(&pa->pa_lock);
3464         }
3465         rcu_read_unlock();
3466
3467         /* can we use group allocation? */
3468         if (!(ac->ac_flags & EXT4_MB_HINT_GROUP_ALLOC))
3469                 return 0;
3470
3471         /* inode may have no locality group for some reason */
3472         lg = ac->ac_lg;
3473         if (lg == NULL)
3474                 return 0;
3475         order  = fls(ac->ac_o_ex.fe_len) - 1;
3476         if (order > PREALLOC_TB_SIZE - 1)
3477                 /* The max size of hash table is PREALLOC_TB_SIZE */
3478                 order = PREALLOC_TB_SIZE - 1;
3479
3480         goal_block = ext4_grp_offs_to_block(ac->ac_sb, &ac->ac_g_ex);
3481         /*
3482          * search for the prealloc space that is having
3483          * minimal distance from the goal block.
3484          */
3485         for (i = order; i < PREALLOC_TB_SIZE; i++) {
3486                 rcu_read_lock();
3487                 list_for_each_entry_rcu(pa, &lg->lg_prealloc_list[i],
3488                                         pa_inode_list) {
3489                         spin_lock(&pa->pa_lock);
3490                         if (pa->pa_deleted == 0 &&
3491                                         pa->pa_free >= ac->ac_o_ex.fe_len) {
3492
3493                                 cpa = ext4_mb_check_group_pa(goal_block,
3494                                                                 pa, cpa);
3495                         }
3496                         spin_unlock(&pa->pa_lock);
3497                 }
3498                 rcu_read_unlock();
3499         }
3500         if (cpa) {
3501                 ext4_mb_use_group_pa(ac, cpa);
3502                 ac->ac_criteria = 20;
3503                 return 1;
3504         }
3505         return 0;
3506 }
3507
3508 /*
3509  * the function goes through all block freed in the group
3510  * but not yet committed and marks them used in in-core bitmap.
3511  * buddy must be generated from this bitmap
3512  * Need to be called with the ext4 group lock held
3513  */
3514 static void ext4_mb_generate_from_freelist(struct super_block *sb, void *bitmap,
3515                                                 ext4_group_t group)
3516 {
3517         struct rb_node *n;
3518         struct ext4_group_info *grp;
3519         struct ext4_free_data *entry;
3520
3521         grp = ext4_get_group_info(sb, group);
3522         n = rb_first(&(grp->bb_free_root));
3523
3524         while (n) {
3525                 entry = rb_entry(n, struct ext4_free_data, efd_node);
3526                 ext4_set_bits(bitmap, entry->efd_start_cluster, entry->efd_count);
3527                 n = rb_next(n);
3528         }
3529         return;
3530 }
3531
3532 /*
3533  * the function goes through all preallocation in this group and marks them
3534  * used in in-core bitmap. buddy must be generated from this bitmap
3535  * Need to be called with ext4 group lock held
3536  */
3537 static noinline_for_stack
3538 void ext4_mb_generate_from_pa(struct super_block *sb, void *bitmap,
3539                                         ext4_group_t group)
3540 {
3541         struct ext4_group_info *grp = ext4_get_group_info(sb, group);
3542         struct ext4_prealloc_space *pa;
3543         struct list_head *cur;
3544         ext4_group_t groupnr;
3545         ext4_grpblk_t start;
3546         int preallocated = 0;
3547         int len;
3548
3549         /* all form of preallocation discards first load group,
3550          * so the only competing code is preallocation use.
3551          * we don't need any locking here
3552          * notice we do NOT ignore preallocations with pa_deleted
3553          * otherwise we could leave used blocks available for
3554          * allocation in buddy when concurrent ext4_mb_put_pa()
3555          * is dropping preallocation
3556          */
3557         list_for_each(cur, &grp->bb_prealloc_list) {
3558                 pa = list_entry(cur, struct ext4_prealloc_space, pa_group_list);
3559                 spin_lock(&pa->pa_lock);
3560                 ext4_get_group_no_and_offset(sb, pa->pa_pstart,
3561                                              &groupnr, &start);
3562                 len = pa->pa_len;
3563                 spin_unlock(&pa->pa_lock);
3564                 if (unlikely(len == 0))
3565                         continue;
3566                 BUG_ON(groupnr != group);
3567                 ext4_set_bits(bitmap, start, len);
3568                 preallocated += len;
3569         }
3570         mb_debug(1, "preallocated %u for group %u\n", preallocated, group);
3571 }
3572
3573 static void ext4_mb_pa_callback(struct rcu_head *head)
3574 {
3575         struct ext4_prealloc_space *pa;
3576         pa = container_of(head, struct ext4_prealloc_space, u.pa_rcu);
3577
3578         BUG_ON(atomic_read(&pa->pa_count));
3579         BUG_ON(pa->pa_deleted == 0);
3580         kmem_cache_free(ext4_pspace_cachep, pa);
3581 }
3582
3583 /*
3584  * drops a reference to preallocated space descriptor
3585  * if this was the last reference and the space is consumed
3586  */
3587 static void ext4_mb_put_pa(struct ext4_allocation_context *ac,
3588                         struct super_block *sb, struct ext4_prealloc_space *pa)
3589 {
3590         ext4_group_t grp;
3591         ext4_fsblk_t grp_blk;
3592
3593         /* in this short window concurrent discard can set pa_deleted */
3594         spin_lock(&pa->pa_lock);
3595         if (!atomic_dec_and_test(&pa->pa_count) || pa->pa_free != 0) {
3596                 spin_unlock(&pa->pa_lock);
3597                 return;
3598         }
3599
3600         if (pa->pa_deleted == 1) {
3601                 spin_unlock(&pa->pa_lock);
3602                 return;
3603         }
3604
3605         pa->pa_deleted = 1;
3606         spin_unlock(&pa->pa_lock);
3607
3608         grp_blk = pa->pa_pstart;
3609         /*
3610          * If doing group-based preallocation, pa_pstart may be in the
3611          * next group when pa is used up
3612          */
3613         if (pa->pa_type == MB_GROUP_PA)
3614                 grp_blk--;
3615
3616         grp = ext4_get_group_number(sb, grp_blk);
3617
3618         /*
3619          * possible race:
3620          *
3621          *  P1 (buddy init)                     P2 (regular allocation)
3622          *                                      find block B in PA
3623          *  copy on-disk bitmap to buddy
3624          *                                      mark B in on-disk bitmap
3625          *                                      drop PA from group
3626          *  mark all PAs in buddy
3627          *
3628          * thus, P1 initializes buddy with B available. to prevent this
3629          * we make "copy" and "mark all PAs" atomic and serialize "drop PA"
3630          * against that pair
3631          */
3632         ext4_lock_group(sb, grp);
3633         list_del(&pa->pa_group_list);
3634         ext4_unlock_group(sb, grp);
3635
3636         spin_lock(pa->pa_obj_lock);
3637         list_del_rcu(&pa->pa_inode_list);
3638         spin_unlock(pa->pa_obj_lock);
3639
3640         call_rcu(&(pa)->u.pa_rcu, ext4_mb_pa_callback);
3641 }
3642
3643 /*
3644  * creates new preallocated space for given inode
3645  */
3646 static noinline_for_stack int
3647 ext4_mb_new_inode_pa(struct ext4_allocation_context *ac)
3648 {
3649         struct super_block *sb = ac->ac_sb;
3650         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(sb);
3651         struct ext4_prealloc_space *pa;
3652         struct ext4_group_info *grp;
3653         struct ext4_inode_info *ei;
3654
3655         /* preallocate only when found space is larger then requested */
3656         BUG_ON(ac->ac_o_ex.fe_len >= ac->ac_b_ex.fe_len);
3657         BUG_ON(ac->ac_status != AC_STATUS_FOUND);
3658         BUG_ON(!S_ISREG(ac->ac_inode->i_mode));
3659
3660         pa = kmem_cache_alloc(ext4_pspace_cachep, GFP_NOFS);
3661         if (pa == NULL)
3662                 return -ENOMEM;
3663
3664         if (ac->ac_b_ex.fe_len < ac->ac_g_ex.fe_len) {
3665                 int winl;
3666                 int wins;
3667                 int win;
3668                 int offs;
3669
3670                 /* we can't allocate as much as normalizer wants.
3671                  * so, found space must get proper lstart
3672                  * to cover original request */
3673                 BUG_ON(ac->ac_g_ex.fe_logical > ac->ac_o_ex.fe_logical);
3674                 BUG_ON(ac->ac_g_ex.fe_len < ac->ac_o_ex.fe_len);
3675
3676                 /* we're limited by original request in that
3677                  * logical block must be covered any way
3678                  * winl is window we can move our chunk within */
3679                 winl = ac->ac_o_ex.fe_logical - ac->ac_g_ex.fe_logical;
3680
3681                 /* also, we should cover whole original request */
3682                 wins = EXT4_C2B(sbi, ac->ac_b_ex.fe_len - ac->ac_o_ex.fe_len);
3683
3684                 /* the smallest one defines real window */
3685                 win = min(winl, wins);
3686
3687                 offs = ac->ac_o_ex.fe_logical %
3688                         EXT4_C2B(sbi, ac->ac_b_ex.fe_len);
3689                 if (offs && offs < win)
3690                         win = offs;
3691
3692                 ac->ac_b_ex.fe_logical = ac->ac_o_ex.fe_logical -
3693                         EXT4_NUM_B2C(sbi, win);
3694                 BUG_ON(ac->ac_o_ex.fe_logical < ac->ac_b_ex.fe_logical);
3695                 BUG_ON(ac->ac_o_ex.fe_len > ac->ac_b_ex.fe_len);
3696         }
3697
3698         /* preallocation can change ac_b_ex, thus we store actually
3699          * allocated blocks for history */
3700         ac->ac_f_ex = ac->ac_b_ex;
3701
3702         pa->pa_lstart = ac->ac_b_ex.fe_logical;
3703         pa->pa_pstart = ext4_grp_offs_to_block(sb, &ac->ac_b_ex);
3704         pa->pa_len = ac->ac_b_ex.fe_len;
3705         pa->pa_free = pa->pa_len;
3706         atomic_set(&pa->pa_count, 1);
3707         spin_lock_init(&pa->pa_lock);
3708         INIT_LIST_HEAD(&pa->pa_inode_list);
3709         INIT_LIST_HEAD(&pa->pa_group_list);
3710         pa->pa_deleted = 0;
3711         pa->pa_type = MB_INODE_PA;
3712
3713         mb_debug(1, "new inode pa %p: %llu/%u for %u\n", pa,
3714                         pa->pa_pstart, pa->pa_len, pa->pa_lstart);
3715         trace_ext4_mb_new_inode_pa(ac, pa);
3716
3717         ext4_mb_use_inode_pa(ac, pa);
3718         atomic_add(pa->pa_free, &sbi->s_mb_preallocated);
3719
3720         ei = EXT4_I(ac->ac_inode);
3721         grp = ext4_get_group_info(sb, ac->ac_b_ex.fe_group);
3722
3723         pa->pa_obj_lock = &ei->i_prealloc_lock;
3724         pa->pa_inode = ac->ac_inode;
3725
3726         ext4_lock_group(sb, ac->ac_b_ex.fe_group);
3727         list_add(&pa->pa_group_list, &grp->bb_prealloc_list);
3728         ext4_unlock_group(sb, ac->ac_b_ex.fe_group);
3729
3730         spin_lock(pa->pa_obj_lock);
3731         list_add_rcu(&pa->pa_inode_list, &ei->i_prealloc_list);
3732         spin_unlock(pa->pa_obj_lock);
3733
3734         return 0;
3735 }
3736
3737 /*
3738  * creates new preallocated space for locality group inodes belongs to
3739  */
3740 static noinline_for_stack int
3741 ext4_mb_new_group_pa(struct ext4_allocation_context *ac)
3742 {
3743         struct super_block *sb = ac->ac_sb;
3744         struct ext4_locality_group *lg;
3745         struct ext4_prealloc_space *pa;
3746         struct ext4_group_info *grp;
3747
3748         /* preallocate only when found space is larger then requested */
3749         BUG_ON(ac->ac_o_ex.fe_len >= ac->ac_b_ex.fe_len);
3750         BUG_ON(ac->ac_status != AC_STATUS_FOUND);
3751         BUG_ON(!S_ISREG(ac->ac_inode->i_mode));
3752
3753         BUG_ON(ext4_pspace_cachep == NULL);
3754         pa = kmem_cache_alloc(ext4_pspace_cachep, GFP_NOFS);
3755         if (pa == NULL)
3756                 return -ENOMEM;
3757
3758         /* preallocation can change ac_b_ex, thus we store actually
3759          * allocated blocks for history */
3760         ac->ac_f_ex = ac->ac_b_ex;
3761
3762         pa->pa_pstart = ext4_grp_offs_to_block(sb, &ac->ac_b_ex);
3763         pa->pa_lstart = pa->pa_pstart;
3764         pa->pa_len = ac->ac_b_ex.fe_len;
3765         pa->pa_free = pa->pa_len;
3766         atomic_set(&pa->pa_count, 1);
3767         spin_lock_init(&pa->pa_lock);
3768         INIT_LIST_HEAD(&pa->pa_inode_list);
3769         INIT_LIST_HEAD(&pa->pa_group_list);
3770         pa->pa_deleted = 0;
3771         pa->pa_type = MB_GROUP_PA;
3772
3773         mb_debug(1, "new group pa %p: %llu/%u for %u\n", pa,
3774                         pa->pa_pstart, pa->pa_len, pa->pa_lstart);
3775         trace_ext4_mb_new_group_pa(ac, pa);
3776
3777         ext4_mb_use_group_pa(ac, pa);
3778         atomic_add(pa->pa_free, &EXT4_SB(sb)->s_mb_preallocated);
3779
3780         grp = ext4_get_group_info(sb, ac->ac_b_ex.fe_group);
3781         lg = ac->ac_lg;
3782         BUG_ON(lg == NULL);
3783
3784         pa->pa_obj_lock = &lg->lg_prealloc_lock;
3785         pa->pa_inode = NULL;
3786
3787         ext4_lock_group(sb, ac->ac_b_ex.fe_group);
3788         list_add(&pa->pa_group_list, &grp->bb_prealloc_list);
3789         ext4_unlock_group(sb, ac->ac_b_ex.fe_group);
3790
3791         /*
3792          * We will later add the new pa to the right bucket
3793          * after updating the pa_free in ext4_mb_release_context
3794          */
3795         return 0;
3796 }
3797
3798 static int ext4_mb_new_preallocation(struct ext4_allocation_context *ac)
3799 {
3800         int err;
3801
3802         if (ac->ac_flags & EXT4_MB_HINT_GROUP_ALLOC)
3803                 err = ext4_mb_new_group_pa(ac);
3804         else
3805                 err = ext4_mb_new_inode_pa(ac);
3806         return err;
3807 }
3808
3809 /*
3810  * finds all unused blocks in on-disk bitmap, frees them in
3811  * in-core bitmap and buddy.
3812  * @pa must be unlinked from inode and group lists, so that
3813  * nobody else can find/use it.
3814  * the caller MUST hold group/inode locks.
3815  * TODO: optimize the case when there are no in-core structures yet
3816  */
3817 static noinline_for_stack int
3818 ext4_mb_release_inode_pa(struct ext4_buddy *e4b, struct buffer_head *bitmap_bh,
3819                         struct ext4_prealloc_space *pa)
3820 {
3821         struct super_block *sb = e4b->bd_sb;
3822         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(sb);
3823         unsigned int end;
3824         unsigned int next;
3825         ext4_group_t group;
3826         ext4_grpblk_t bit;
3827         unsigned long long grp_blk_start;
3828         int err = 0;
3829         int free = 0;
3830
3831         BUG_ON(pa->pa_deleted == 0);
3832         ext4_get_group_no_and_offset(sb, pa->pa_pstart, &group, &bit);
3833         grp_blk_start = pa->pa_pstart - EXT4_C2B(sbi, bit);
3834         BUG_ON(group != e4b->bd_group && pa->pa_len != 0);
3835         end = bit + pa->pa_len;
3836
3837         while (bit < end) {
3838                 bit = mb_find_next_zero_bit(bitmap_bh->b_data, end, bit);
3839                 if (bit >= end)
3840                         break;
3841                 next = mb_find_next_bit(bitmap_bh->b_data, end, bit);
3842                 mb_debug(1, "    free preallocated %u/%u in group %u\n",
3843                          (unsigned) ext4_group_first_block_no(sb, group) + bit,
3844                          (unsigned) next - bit, (unsigned) group);
3845                 free += next - bit;
3846
3847                 trace_ext4_mballoc_discard(sb, NULL, group, bit, next - bit);
3848                 trace_ext4_mb_release_inode_pa(pa, (grp_blk_start +
3849                                                     EXT4_C2B(sbi, bit)),
3850                                                next - bit);
3851                 mb_free_blocks(pa->pa_inode, e4b, bit, next - bit);
3852                 bit = next + 1;
3853         }
3854         if (free != pa->pa_free) {
3855                 ext4_msg(e4b->bd_sb, KERN_CRIT,
3856                          "pa %p: logic %lu, phys. %lu, len %lu",
3857                          pa, (unsigned long) pa->pa_lstart,
3858                          (unsigned long) pa->pa_pstart,
3859                          (unsigned long) pa->pa_len);
3860                 ext4_grp_locked_error(sb, group, 0, 0, "free %u, pa_free %u",
3861                                         free, pa->pa_free);
3862                 /*
3863                  * pa is already deleted so we use the value obtained
3864                  * from the bitmap and continue.
3865                  */
3866         }
3867         atomic_add(free, &sbi->s_mb_discarded);
3868
3869         return err;
3870 }
3871
3872 static noinline_for_stack int
3873 ext4_mb_release_group_pa(struct ext4_buddy *e4b,
3874                                 struct ext4_prealloc_space *pa)
3875 {
3876         struct super_block *sb = e4b->bd_sb;
3877         ext4_group_t group;
3878         ext4_grpblk_t bit;
3879
3880         trace_ext4_mb_release_group_pa(sb, pa);
3881         BUG_ON(pa->pa_deleted == 0);
3882         ext4_get_group_no_and_offset(sb, pa->pa_pstart, &group, &bit);
3883         BUG_ON(group != e4b->bd_group && pa->pa_len != 0);
3884         mb_free_blocks(pa->pa_inode, e4b, bit, pa->pa_len);
3885         atomic_add(pa->pa_len, &EXT4_SB(sb)->s_mb_discarded);
3886         trace_ext4_mballoc_discard(sb, NULL, group, bit, pa->pa_len);
3887
3888         return 0;
3889 }
3890
3891 /*
3892  * releases all preallocations in given group
3893  *
3894  * first, we need to decide discard policy:
3895  * - when do we discard
3896  *   1) ENOSPC
3897  * - how many do we discard
3898  *   1) how many requested
3899  */
3900 static noinline_for_stack int
3901 ext4_mb_discard_group_preallocations(struct super_block *sb,
3902                                         ext4_group_t group, int needed)
3903 {
3904         struct ext4_group_info *grp = ext4_get_group_info(sb, group);
3905         struct buffer_head *bitmap_bh = NULL;
3906         struct ext4_prealloc_space *pa, *tmp;
3907         struct list_head list;
3908         struct ext4_buddy e4b;
3909         int err;
3910         int busy = 0;
3911         int free = 0;
3912
3913         mb_debug(1, "discard preallocation for group %u\n", group);
3914
3915         if (list_empty(&grp->bb_prealloc_list))
3916                 return 0;
3917
3918         bitmap_bh = ext4_read_block_bitmap(sb, group);
3919         if (IS_ERR(bitmap_bh)) {
3920                 err = PTR_ERR(bitmap_bh);
3921                 ext4_error(sb, "Error %d reading block bitmap for %u",
3922                            err, group);
3923                 return 0;
3924         }
3925
3926         err = ext4_mb_load_buddy(sb, group, &e4b);
3927         if (err) {
3928                 ext4_warning(sb, "Error %d loading buddy information for %u",
3929                              err, group);
3930                 put_bh(bitmap_bh);
3931                 return 0;
3932         }
3933
3934         if (needed == 0)
3935                 needed = EXT4_CLUSTERS_PER_GROUP(sb) + 1;
3936
3937         INIT_LIST_HEAD(&list);
3938 repeat:
3939         ext4_lock_group(sb, group);
3940         list_for_each_entry_safe(pa, tmp,
3941                                 &grp->bb_prealloc_list, pa_group_list) {
3942                 spin_lock(&pa->pa_lock);
3943                 if (atomic_read(&pa->pa_count)) {
3944                         spin_unlock(&pa->pa_lock);
3945                         busy = 1;
3946                         continue;
3947                 }
3948                 if (pa->pa_deleted) {
3949                         spin_unlock(&pa->pa_lock);
3950                         continue;
3951                 }
3952
3953                 /* seems this one can be freed ... */
3954                 pa->pa_deleted = 1;
3955
3956                 /* we can trust pa_free ... */
3957                 free += pa->pa_free;
3958
3959                 spin_unlock(&pa->pa_lock);
3960
3961                 list_del(&pa->pa_group_list);
3962                 list_add(&pa->u.pa_tmp_list, &list);
3963         }
3964
3965         /* if we still need more blocks and some PAs were used, try again */
3966         if (free < needed && busy) {
3967                 busy = 0;
3968                 ext4_unlock_group(sb, group);
3969                 cond_resched();
3970                 goto repeat;
3971         }
3972
3973         /* found anything to free? */
3974         if (list_empty(&list)) {
3975                 BUG_ON(free != 0);
3976                 goto out;
3977         }
3978
3979         /* now free all selected PAs */
3980         list_for_each_entry_safe(pa, tmp, &list, u.pa_tmp_list) {
3981
3982                 /* remove from object (inode or locality group) */
3983                 spin_lock(pa->pa_obj_lock);
3984                 list_del_rcu(&pa->pa_inode_list);
3985                 spin_unlock(pa->pa_obj_lock);
3986
3987                 if (pa->pa_type == MB_GROUP_PA)
3988                         ext4_mb_release_group_pa(&e4b, pa);
3989                 else
3990                         ext4_mb_release_inode_pa(&e4b, bitmap_bh, pa);
3991
3992                 list_del(&pa->u.pa_tmp_list);
3993                 call_rcu(&(pa)->u.pa_rcu, ext4_mb_pa_callback);
3994         }
3995
3996 out:
3997         ext4_unlock_group(sb, group);
3998         ext4_mb_unload_buddy(&e4b);
3999         put_bh(bitmap_bh);
4000         return free;
4001 }
4002
4003 /*
4004  * releases all non-used preallocated blocks for given inode
4005  *
4006  * It's important to discard preallocations under i_data_sem
4007  * We don't want another block to be served from the prealloc
4008  * space when we are discarding the inode prealloc space.
4009  *
4010  * FIXME!! Make sure it is valid at all the call sites
4011  */
4012 void ext4_discard_preallocations(struct inode *inode)
4013 {
4014         struct ext4_inode_info *ei = EXT4_I(inode);
4015         struct super_block *sb = inode->i_sb;
4016         struct buffer_head *bitmap_bh = NULL;
4017         struct ext4_prealloc_space *pa, *tmp;
4018         ext4_group_t group = 0;
4019         struct list_head list;
4020         struct ext4_buddy e4b;
4021         int err;
4022
4023         if (!S_ISREG(inode->i_mode)) {
4024                 /*BUG_ON(!list_empty(&ei->i_prealloc_list));*/
4025                 return;
4026         }
4027
4028         mb_debug(1, "discard preallocation for inode %lu\n", inode->i_ino);
4029         trace_ext4_discard_preallocations(inode);
4030
4031         INIT_LIST_HEAD(&list);
4032
4033 repeat:
4034         /* first, collect all pa's in the inode */
4035         spin_lock(&ei->i_prealloc_lock);
4036         while (!list_empty(&ei->i_prealloc_list)) {
4037                 pa = list_entry(ei->i_prealloc_list.next,
4038                                 struct ext4_prealloc_space, pa_inode_list);
4039                 BUG_ON(pa->pa_obj_lock != &ei->i_prealloc_lock);
4040                 spin_lock(&pa->pa_lock);
4041                 if (atomic_read(&pa->pa_count)) {
4042                         /* this shouldn't happen often - nobody should
4043                          * use preallocation while we're discarding it */
4044                         spin_unlock(&pa->pa_lock);
4045                         spin_unlock(&ei->i_prealloc_lock);
4046                         ext4_msg(sb, KERN_ERR,
4047                                  "uh-oh! used pa while discarding");
4048                         WARN_ON(1);
4049                         schedule_timeout_uninterruptible(HZ);
4050                         goto repeat;
4051
4052                 }
4053                 if (pa->pa_deleted == 0) {
4054                         pa->pa_deleted = 1;
4055                         spin_unlock(&pa->pa_lock);
4056                         list_del_rcu(&pa->pa_inode_list);
4057                         list_add(&pa->u.pa_tmp_list, &list);
4058                         continue;
4059                 }
4060
4061                 /* someone is deleting pa right now */
4062                 spin_unlock(&pa->pa_lock);
4063                 spin_unlock(&ei->i_prealloc_lock);
4064
4065                 /* we have to wait here because pa_deleted
4066                  * doesn't mean pa is already unlinked from
4067                  * the list. as we might be called from
4068                  * ->clear_inode() the inode will get freed
4069                  * and concurrent thread which is unlinking
4070                  * pa from inode's list may access already
4071                  * freed memory, bad-bad-bad */
4072
4073                 /* XXX: if this happens too often, we can
4074                  * add a flag to force wait only in case
4075                  * of ->clear_inode(), but not in case of
4076                  * regular truncate */
4077                 schedule_timeout_uninterruptible(HZ);
4078                 goto repeat;
4079         }
4080         spin_unlock(&ei->i_prealloc_lock);
4081
4082         list_for_each_entry_safe(pa, tmp, &list, u.pa_tmp_list) {
4083                 BUG_ON(pa->pa_type != MB_INODE_PA);
4084                 group = ext4_get_group_number(sb, pa->pa_pstart);
4085
4086                 err = ext4_mb_load_buddy_gfp(sb, group, &e4b,
4087                                              GFP_NOFS|__GFP_NOFAIL);
4088                 if (err) {
4089                         ext4_error(sb, "Error %d loading buddy information for %u",
4090                                    err, group);
4091                         continue;
4092                 }
4093
4094                 bitmap_bh = ext4_read_block_bitmap(sb, group);
4095                 if (IS_ERR(bitmap_bh)) {
4096                         err = PTR_ERR(bitmap_bh);
4097                         ext4_error(sb, "Error %d reading block bitmap for %u",
4098                                         err, group);
4099                         ext4_mb_unload_buddy(&e4b);
4100                         continue;
4101                 }
4102
4103                 ext4_lock_group(sb, group);
4104                 list_del(&pa->pa_group_list);
4105                 ext4_mb_release_inode_pa(&e4b, bitmap_bh, pa);
4106                 ext4_unlock_group(sb, group);
4107
4108                 ext4_mb_unload_buddy(&e4b);
4109                 put_bh(bitmap_bh);
4110
4111                 list_del(&pa->u.pa_tmp_list);
4112                 call_rcu(&(pa)->u.pa_rcu, ext4_mb_pa_callback);
4113         }
4114 }
4115
4116 #ifdef CONFIG_EXT4_DEBUG
4117 static void ext4_mb_show_ac(struct ext4_allocation_context *ac)
4118 {
4119         struct super_block *sb = ac->ac_sb;
4120         ext4_group_t ngroups, i;
4121
4122         if (!ext4_mballoc_debug ||
4123             (EXT4_SB(sb)->s_mount_flags & EXT4_MF_FS_ABORTED))
4124                 return;
4125
4126         ext4_msg(ac->ac_sb, KERN_ERR, "Can't allocate:"
4127                         " Allocation context details:");
4128         ext4_msg(ac->ac_sb, KERN_ERR, "status %d flags %d",
4129                         ac->ac_status, ac->ac_flags);
4130         ext4_msg(ac->ac_sb, KERN_ERR, "orig %lu/%lu/%lu@%lu, "
4131                         "goal %lu/%lu/%lu@%lu, "
4132                         "best %lu/%lu/%lu@%lu cr %d",
4133                         (unsigned long)ac->ac_o_ex.fe_group,
4134                         (unsigned long)ac->ac_o_ex.fe_start,
4135                         (unsigned long)ac->ac_o_ex.fe_len,
4136                         (unsigned long)ac->ac_o_ex.fe_logical,
4137                         (unsigned long)ac->ac_g_ex.fe_group,
4138                         (unsigned long)ac->ac_g_ex.fe_start,
4139                         (unsigned long)ac->ac_g_ex.fe_len,
4140                         (unsigned long)ac->ac_g_ex.fe_logical,
4141                         (unsigned long)ac->ac_b_ex.fe_group,
4142                         (unsigned long)ac->ac_b_ex.fe_start,
4143                         (unsigned long)ac->ac_b_ex.fe_len,
4144                         (unsigned long)ac->ac_b_ex.fe_logical,
4145                         (int)ac->ac_criteria);
4146         ext4_msg(ac->ac_sb, KERN_ERR, "%d found", ac->ac_found);
4147         ext4_msg(ac->ac_sb, KERN_ERR, "groups: ");
4148         ngroups = ext4_get_groups_count(sb);
4149         for (i = 0; i < ngroups; i++) {
4150                 struct ext4_group_info *grp = ext4_get_group_info(sb, i);
4151                 struct ext4_prealloc_space *pa;
4152                 ext4_grpblk_t start;
4153                 struct list_head *cur;
4154                 ext4_lock_group(sb, i);
4155                 list_for_each(cur, &grp->bb_prealloc_list) {
4156                         pa = list_entry(cur, struct ext4_prealloc_space,
4157                                         pa_group_list);
4158                         spin_lock(&pa->pa_lock);
4159                         ext4_get_group_no_and_offset(sb, pa->pa_pstart,
4160                                                      NULL, &start);
4161                         spin_unlock(&pa->pa_lock);
4162                         printk(KERN_ERR "PA:%u:%d:%u \n", i,
4163                                start, pa->pa_len);
4164                 }
4165                 ext4_unlock_group(sb, i);
4166
4167                 if (grp->bb_free == 0)
4168                         continue;
4169                 printk(KERN_ERR "%u: %d/%d \n",
4170                        i, grp->bb_free, grp->bb_fragments);
4171         }
4172         printk(KERN_ERR "\n");
4173 }
4174 #else
4175 static inline void ext4_mb_show_ac(struct ext4_allocation_context *ac)
4176 {
4177         return;
4178 }
4179 #endif
4180
4181 /*
4182  * We use locality group preallocation for small size file. The size of the
4183  * file is determined by the current size or the resulting size after
4184  * allocation which ever is larger
4185  *
4186  * One can tune this size via /sys/fs/ext4/<partition>/mb_stream_req
4187  */
4188 static void ext4_mb_group_or_file(struct ext4_allocation_context *ac)
4189 {
4190         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(ac->ac_sb);
4191         int bsbits = ac->ac_sb->s_blocksize_bits;
4192         loff_t size, isize;
4193
4194         if (!(ac->ac_flags & EXT4_MB_HINT_DATA))
4195                 return;
4196
4197         if (unlikely(ac->ac_flags & EXT4_MB_HINT_GOAL_ONLY))
4198                 return;
4199
4200         size = ac->ac_o_ex.fe_logical + EXT4_C2B(sbi, ac->ac_o_ex.fe_len);
4201         isize = (i_size_read(ac->ac_inode) + ac->ac_sb->s_blocksize - 1)
4202                 >> bsbits;
4203
4204         if ((size == isize) &&
4205             !ext4_fs_is_busy(sbi) &&
4206             (atomic_read(&ac->ac_inode->i_writecount) == 0)) {
4207                 ac->ac_flags |= EXT4_MB_HINT_NOPREALLOC;
4208                 return;
4209         }
4210
4211         if (sbi->s_mb_group_prealloc <= 0) {
4212                 ac->ac_flags |= EXT4_MB_STREAM_ALLOC;
4213                 return;
4214         }
4215
4216         /* don't use group allocation for large files */
4217         size = max(size, isize);
4218         if (size > sbi->s_mb_stream_request) {
4219                 ac->ac_flags |= EXT4_MB_STREAM_ALLOC;
4220                 return;
4221         }
4222
4223         BUG_ON(ac->ac_lg != NULL);
4224         /*
4225          * locality group prealloc space are per cpu. The reason for having
4226          * per cpu locality group is to reduce the contention between block
4227          * request from multiple CPUs.
4228          */
4229         ac->ac_lg = raw_cpu_ptr(sbi->s_locality_groups);
4230
4231         /* we're going to use group allocation */
4232         ac->ac_flags |= EXT4_MB_HINT_GROUP_ALLOC;
4233
4234         /* serialize all allocations in the group */
4235         mutex_lock(&ac->ac_lg->lg_mutex);
4236 }
4237
4238 static noinline_for_stack int
4239 ext4_mb_initialize_context(struct ext4_allocation_context *ac,
4240                                 struct ext4_allocation_request *ar)
4241 {
4242         struct super_block *sb = ar->inode->i_sb;
4243         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(sb);
4244         struct ext4_super_block *es = sbi->s_es;
4245         ext4_group_t group;
4246         unsigned int len;
4247         ext4_fsblk_t goal;
4248         ext4_grpblk_t block;
4249
4250         /* we can't allocate > group size */
4251         len = ar->len;
4252
4253         /* just a dirty hack to filter too big requests  */
4254         if (len >= EXT4_CLUSTERS_PER_GROUP(sb))
4255                 len = EXT4_CLUSTERS_PER_GROUP(sb);
4256
4257         /* start searching from the goal */
4258         goal = ar->goal;
4259         if (goal < le32_to_cpu(es->s_first_data_block) ||
4260                         goal >= ext4_blocks_count(es))
4261                 goal = le32_to_cpu(es->s_first_data_block);
4262         ext4_get_group_no_and_offset(sb, goal, &group, &block);
4263
4264         /* set up allocation goals */
4265         ac->ac_b_ex.fe_logical = EXT4_LBLK_CMASK(sbi, ar->logical);
4266         ac->ac_status = AC_STATUS_CONTINUE;
4267         ac->ac_sb = sb;
4268         ac->ac_inode = ar->inode;
4269         ac->ac_o_ex.fe_logical = ac->ac_b_ex.fe_logical;
4270         ac->ac_o_ex.fe_group = group;
4271         ac->ac_o_ex.fe_start = block;
4272         ac->ac_o_ex.fe_len = len;
4273         ac->ac_g_ex = ac->ac_o_ex;
4274         ac->ac_flags = ar->flags;
4275
4276         /* we have to define context: we'll we work with a file or
4277          * locality group. this is a policy, actually */
4278         ext4_mb_group_or_file(ac);
4279
4280         mb_debug(1, "init ac: %u blocks @ %u, goal %u, flags %x, 2^%d, "
4281                         "left: %u/%u, right %u/%u to %swritable\n",
4282                         (unsigned) ar->len, (unsigned) ar->logical,
4283                         (unsigned) ar->goal, ac->ac_flags, ac->ac_2order,
4284                         (unsigned) ar->lleft, (unsigned) ar->pleft,
4285                         (unsigned) ar->lright, (unsigned) ar->pright,
4286                         atomic_read(&ar->inode->i_writecount) ? "" : "non-");
4287         return 0;
4288
4289 }
4290
4291 static noinline_for_stack void
4292 ext4_mb_discard_lg_preallocations(struct super_block *sb,
4293                                         struct ext4_locality_group *lg,
4294                                         int order, int total_entries)
4295 {
4296         ext4_group_t group = 0;
4297         struct ext4_buddy e4b;
4298         struct list_head discard_list;
4299         struct ext4_prealloc_space *pa, *tmp;
4300
4301         mb_debug(1, "discard locality group preallocation\n");
4302
4303         INIT_LIST_HEAD(&discard_list);
4304
4305         spin_lock(&lg->lg_prealloc_lock);
4306         list_for_each_entry_rcu(pa, &lg->lg_prealloc_list[order],
4307                                                 pa_inode_list) {
4308                 spin_lock(&pa->pa_lock);
4309                 if (atomic_read(&pa->pa_count)) {
4310                         /*
4311                          * This is the pa that we just used
4312                          * for block allocation. So don't
4313                          * free that
4314                          */
4315                         spin_unlock(&pa->pa_lock);
4316                         continue;
4317                 }
4318                 if (pa->pa_deleted) {
4319                         spin_unlock(&pa->pa_lock);
4320                         continue;
4321                 }
4322                 /* only lg prealloc space */
4323                 BUG_ON(pa->pa_type != MB_GROUP_PA);
4324
4325                 /* seems this one can be freed ... */
4326                 pa->pa_deleted = 1;
4327                 spin_unlock(&pa->pa_lock);
4328
4329                 list_del_rcu(&pa->pa_inode_list);
4330                 list_add(&pa->u.pa_tmp_list, &discard_list);
4331
4332                 total_entries--;
4333                 if (total_entries <= 5) {
4334                         /*
4335                          * we want to keep only 5 entries
4336                          * allowing it to grow to 8. This
4337                          * mak sure we don't call discard
4338                          * soon for this list.
4339                          */
4340                         break;
4341                 }
4342         }
4343         spin_unlock(&lg->lg_prealloc_lock);
4344
4345         list_for_each_entry_safe(pa, tmp, &discard_list, u.pa_tmp_list) {
4346                 int err;
4347
4348                 group = ext4_get_group_number(sb, pa->pa_pstart);
4349                 err = ext4_mb_load_buddy_gfp(sb, group, &e4b,
4350                                              GFP_NOFS|__GFP_NOFAIL);
4351                 if (err) {
4352                         ext4_error(sb, "Error %d loading buddy information for %u",
4353                                    err, group);
4354                         continue;
4355                 }
4356                 ext4_lock_group(sb, group);
4357                 list_del(&pa->pa_group_list);
4358                 ext4_mb_release_group_pa(&e4b, pa);
4359                 ext4_unlock_group(sb, group);
4360
4361                 ext4_mb_unload_buddy(&e4b);
4362                 list_del(&pa->u.pa_tmp_list);
4363                 call_rcu(&(pa)->u.pa_rcu, ext4_mb_pa_callback);
4364         }
4365 }
4366
4367 /*
4368  * We have incremented pa_count. So it cannot be freed at this
4369  * point. Also we hold lg_mutex. So no parallel allocation is
4370  * possible from this lg. That means pa_free cannot be updated.
4371  *
4372  * A parallel ext4_mb_discard_group_preallocations is possible.
4373  * which can cause the lg_prealloc_list to be updated.
4374  */
4375
4376 static void ext4_mb_add_n_trim(struct ext4_allocation_context *ac)
4377 {
4378         int order, added = 0, lg_prealloc_count = 1;
4379         struct super_block *sb = ac->ac_sb;
4380         struct ext4_locality_group *lg = ac->ac_lg;
4381         struct ext4_prealloc_space *tmp_pa, *pa = ac->ac_pa;
4382
4383         order = fls(pa->pa_free) - 1;
4384         if (order > PREALLOC_TB_SIZE - 1)
4385                 /* The max size of hash table is PREALLOC_TB_SIZE */
4386                 order = PREALLOC_TB_SIZE - 1;
4387         /* Add the prealloc space to lg */
4388         spin_lock(&lg->lg_prealloc_lock);
4389         list_for_each_entry_rcu(tmp_pa, &lg->lg_prealloc_list[order],
4390                                                 pa_inode_list) {
4391                 spin_lock(&tmp_pa->pa_lock);
4392                 if (tmp_pa->pa_deleted) {
4393                         spin_unlock(&tmp_pa->pa_lock);
4394                         continue;
4395                 }
4396                 if (!added && pa->pa_free < tmp_pa->pa_free) {
4397                         /* Add to the tail of the previous entry */
4398                         list_add_tail_rcu(&pa->pa_inode_list,
4399                                                 &tmp_pa->pa_inode_list);
4400                         added = 1;
4401                         /*
4402                          * we want to count the total
4403                          * number of entries in the list
4404                          */
4405                 }
4406                 spin_unlock(&tmp_pa->pa_lock);
4407                 lg_prealloc_count++;
4408         }
4409         if (!added)
4410                 list_add_tail_rcu(&pa->pa_inode_list,
4411                                         &lg->lg_prealloc_list[order]);
4412         spin_unlock(&lg->lg_prealloc_lock);
4413
4414         /* Now trim the list to be not more than 8 elements */
4415         if (lg_prealloc_count > 8) {
4416                 ext4_mb_discard_lg_preallocations(sb, lg,
4417                                                   order, lg_prealloc_count);
4418                 return;
4419         }
4420         return ;
4421 }
4422
4423 /*
4424  * release all resource we used in allocation
4425  */
4426 static int ext4_mb_release_context(struct ext4_allocation_context *ac)
4427 {
4428         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(ac->ac_sb);
4429         struct ext4_prealloc_space *pa = ac->ac_pa;
4430         if (pa) {
4431                 if (pa->pa_type == MB_GROUP_PA) {
4432                         /* see comment in ext4_mb_use_group_pa() */
4433                         spin_lock(&pa->pa_lock);
4434                         pa->pa_pstart += EXT4_C2B(sbi, ac->ac_b_ex.fe_len);
4435                         pa->pa_lstart += EXT4_C2B(sbi, ac->ac_b_ex.fe_len);
4436                         pa->pa_free -= ac->ac_b_ex.fe_len;
4437                         pa->pa_len -= ac->ac_b_ex.fe_len;
4438                         spin_unlock(&pa->pa_lock);
4439                 }
4440         }
4441         if (pa) {
4442                 /*
4443                  * We want to add the pa to the right bucket.
4444                  * Remove it from the list and while adding
4445                  * make sure the list to which we are adding
4446                  * doesn't grow big.
4447                  */
4448                 if ((pa->pa_type == MB_GROUP_PA) && likely(pa->pa_free)) {
4449                         spin_lock(pa->pa_obj_lock);
4450                         list_del_rcu(&pa->pa_inode_list);
4451                         spin_unlock(pa->pa_obj_lock);
4452                         ext4_mb_add_n_trim(ac);
4453                 }
4454                 ext4_mb_put_pa(ac, ac->ac_sb, pa);
4455         }
4456         if (ac->ac_bitmap_page)
4457                 put_page(ac->ac_bitmap_page);
4458         if (ac->ac_buddy_page)
4459                 put_page(ac->ac_buddy_page);
4460         if (ac->ac_flags & EXT4_MB_HINT_GROUP_ALLOC)
4461                 mutex_unlock(&ac->ac_lg->lg_mutex);
4462         ext4_mb_collect_stats(ac);
4463         return 0;
4464 }
4465
4466 static int ext4_mb_discard_preallocations(struct super_block *sb, int needed)
4467 {
4468         ext4_group_t i, ngroups = ext4_get_groups_count(sb);
4469         int ret;
4470         int freed = 0;
4471
4472         trace_ext4_mb_discard_preallocations(sb, needed);
4473         for (i = 0; i < ngroups && needed > 0; i++) {
4474                 ret = ext4_mb_discard_group_preallocations(sb, i, needed);
4475                 freed += ret;
4476                 needed -= ret;
4477         }
4478
4479         return freed;
4480 }
4481
4482 /*
4483  * Main entry point into mballoc to allocate blocks
4484  * it tries to use preallocation first, then falls back
4485  * to usual allocation
4486  */
4487 ext4_fsblk_t ext4_mb_new_blocks(handle_t *handle,
4488                                 struct ext4_allocation_request *ar, int *errp)
4489 {
4490         int freed;
4491         struct ext4_allocation_context *ac = NULL;
4492         struct ext4_sb_info *sbi;
4493         struct super_block *sb;
4494         ext4_fsblk_t block = 0;
4495         unsigned int inquota = 0;
4496         unsigned int reserv_clstrs = 0;
4497
4498         might_sleep();
4499         sb = ar->inode->i_sb;
4500         sbi = EXT4_SB(sb);
4501
4502         trace_ext4_request_blocks(ar);
4503
4504         /* Allow to use superuser reservation for quota file */
4505         if (ext4_is_quota_file(ar->inode))
4506                 ar->flags |= EXT4_MB_USE_ROOT_BLOCKS;
4507
4508         if ((ar->flags & EXT4_MB_DELALLOC_RESERVED) == 0) {
4509                 /* Without delayed allocation we need to verify
4510                  * there is enough free blocks to do block allocation
4511                  * and verify allocation doesn't exceed the quota limits.
4512                  */
4513                 while (ar->len &&
4514                         ext4_claim_free_clusters(sbi, ar->len, ar->flags)) {
4515
4516                         /* let others to free the space */
4517                         cond_resched();
4518                         ar->len = ar->len >> 1;
4519                 }
4520                 if (!ar->len) {
4521                         *errp = -ENOSPC;
4522                         return 0;
4523                 }
4524                 reserv_clstrs = ar->len;
4525                 if (ar->flags & EXT4_MB_USE_ROOT_BLOCKS) {
4526                         dquot_alloc_block_nofail(ar->inode,
4527                                                  EXT4_C2B(sbi, ar->len));
4528                 } else {
4529                         while (ar->len &&
4530                                 dquot_alloc_block(ar->inode,
4531                                                   EXT4_C2B(sbi, ar->len))) {
4532
4533                                 ar->flags |= EXT4_MB_HINT_NOPREALLOC;
4534                                 ar->len--;
4535                         }
4536                 }
4537                 inquota = ar->len;
4538                 if (ar->len == 0) {
4539                         *errp = -EDQUOT;
4540                         goto out;
4541                 }
4542         }
4543
4544         ac = kmem_cache_zalloc(ext4_ac_cachep, GFP_NOFS);
4545         if (!ac) {
4546                 ar->len = 0;
4547                 *errp = -ENOMEM;
4548                 goto out;
4549         }
4550
4551         *errp = ext4_mb_initialize_context(ac, ar);
4552         if (*errp) {
4553                 ar->len = 0;
4554                 goto out;
4555         }
4556
4557         ac->ac_op = EXT4_MB_HISTORY_PREALLOC;
4558         if (!ext4_mb_use_preallocated(ac)) {
4559                 ac->ac_op = EXT4_MB_HISTORY_ALLOC;
4560                 ext4_mb_normalize_request(ac, ar);
4561 repeat:
4562                 /* allocate space in core */
4563                 *errp = ext4_mb_regular_allocator(ac);
4564                 if (*errp)
4565                         goto discard_and_exit;
4566
4567                 /* as we've just preallocated more space than
4568                  * user requested originally, we store allocated
4569                  * space in a special descriptor */
4570                 if (ac->ac_status == AC_STATUS_FOUND &&
4571                     ac->ac_o_ex.fe_len < ac->ac_b_ex.fe_len)
4572                         *errp = ext4_mb_new_preallocation(ac);
4573                 if (*errp) {
4574                 discard_and_exit:
4575                         ext4_discard_allocated_blocks(ac);
4576                         goto errout;
4577                 }
4578         }
4579         if (likely(ac->ac_status == AC_STATUS_FOUND)) {
4580                 *errp = ext4_mb_mark_diskspace_used(ac, handle, reserv_clstrs);
4581                 if (*errp) {
4582                         ext4_discard_allocated_blocks(ac);
4583                         goto errout;
4584                 } else {
4585                         block = ext4_grp_offs_to_block(sb, &ac->ac_b_ex);
4586                         ar->len = ac->ac_b_ex.fe_len;
4587                 }
4588         } else {
4589                 freed  = ext4_mb_discard_preallocations(sb, ac->ac_o_ex.fe_len);
4590                 if (freed)
4591                         goto repeat;
4592                 *errp = -ENOSPC;
4593         }
4594
4595 errout:
4596         if (*errp) {
4597                 ac->ac_b_ex.fe_len = 0;
4598                 ar->len = 0;
4599                 ext4_mb_show_ac(ac);
4600         }
4601         ext4_mb_release_context(ac);
4602 out:
4603         if (ac)
4604                 kmem_cache_free(ext4_ac_cachep, ac);
4605         if (inquota && ar->len < inquota)
4606                 dquot_free_block(ar->inode, EXT4_C2B(sbi, inquota - ar->len));
4607         if (!ar->len) {
4608                 if ((ar->flags & EXT4_MB_DELALLOC_RESERVED) == 0)
4609                         /* release all the reserved blocks if non delalloc */
4610                         percpu_counter_sub(&sbi->s_dirtyclusters_counter,
4611                                                 reserv_clstrs);
4612         }
4613
4614         trace_ext4_allocate_blocks(ar, (unsigned long long)block);
4615
4616         return block;
4617 }
4618
4619 /*
4620  * We can merge two free data extents only if the physical blocks
4621  * are contiguous, AND the extents were freed by the same transaction,
4622  * AND the blocks are associated with the same group.
4623  */
4624 static void ext4_try_merge_freed_extent(struct ext4_sb_info *sbi,
4625                                         struct ext4_free_data *entry,
4626                                         struct ext4_free_data *new_entry,
4627                                         struct rb_root *entry_rb_root)
4628 {
4629         if ((entry->efd_tid != new_entry->efd_tid) ||
4630             (entry->efd_group != new_entry->efd_group))
4631                 return;
4632         if (entry->efd_start_cluster + entry->efd_count ==
4633             new_entry->efd_start_cluster) {
4634                 new_entry->efd_start_cluster = entry->efd_start_cluster;
4635                 new_entry->efd_count += entry->efd_count;
4636         } else if (new_entry->efd_start_cluster + new_entry->efd_count ==
4637                    entry->efd_start_cluster) {
4638                 new_entry->efd_count += entry->efd_count;
4639         } else
4640                 return;
4641         spin_lock(&sbi->s_md_lock);
4642         list_del(&entry->efd_list);
4643         spin_unlock(&sbi->s_md_lock);
4644         rb_erase(&entry->efd_node, entry_rb_root);
4645         kmem_cache_free(ext4_free_data_cachep, entry);
4646 }
4647
4648 static noinline_for_stack int
4649 ext4_mb_free_metadata(handle_t *handle, struct ext4_buddy *e4b,
4650                       struct ext4_free_data *new_entry)
4651 {
4652         ext4_group_t group = e4b->bd_group;
4653         ext4_grpblk_t cluster;
4654         ext4_grpblk_t clusters = new_entry->efd_count;
4655         struct ext4_free_data *entry;
4656         struct ext4_group_info *db = e4b->bd_info;
4657         struct super_block *sb = e4b->bd_sb;
4658         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(sb);
4659         struct rb_node **n = &db->bb_free_root.rb_node, *node;
4660         struct rb_node *parent = NULL, *new_node;
4661
4662         BUG_ON(!ext4_handle_valid(handle));
4663         BUG_ON(e4b->bd_bitmap_page == NULL);
4664         BUG_ON(e4b->bd_buddy_page == NULL);
4665
4666         new_node = &new_entry->efd_node;
4667         cluster = new_entry->efd_start_cluster;
4668
4669         if (!*n) {
4670                 /* first free block exent. We need to
4671                    protect buddy cache from being freed,
4672                  * otherwise we'll refresh it from
4673                  * on-disk bitmap and lose not-yet-available
4674                  * blocks */
4675                 get_page(e4b->bd_buddy_page);
4676                 get_page(e4b->bd_bitmap_page);
4677         }
4678         while (*n) {
4679                 parent = *n;
4680                 entry = rb_entry(parent, struct ext4_free_data, efd_node);
4681                 if (cluster < entry->efd_start_cluster)
4682                         n = &(*n)->rb_left;
4683                 else if (cluster >= (entry->efd_start_cluster + entry->efd_count))
4684                         n = &(*n)->rb_right;
4685                 else {
4686                         ext4_grp_locked_error(sb, group, 0,
4687                                 ext4_group_first_block_no(sb, group) +
4688                                 EXT4_C2B(sbi, cluster),
4689                                 "Block already on to-be-freed list");
4690                         return 0;
4691                 }
4692         }
4693
4694         rb_link_node(new_node, parent, n);
4695         rb_insert_color(new_node, &db->bb_free_root);
4696
4697         /* Now try to see the extent can be merged to left and right */
4698         node = rb_prev(new_node);
4699         if (node) {
4700                 entry = rb_entry(node, struct ext4_free_data, efd_node);
4701                 ext4_try_merge_freed_extent(sbi, entry, new_entry,
4702                                             &(db->bb_free_root));
4703         }
4704
4705         node = rb_next(new_node);
4706         if (node) {
4707                 entry = rb_entry(node, struct ext4_free_data, efd_node);
4708                 ext4_try_merge_freed_extent(sbi, entry, new_entry,
4709                                             &(db->bb_free_root));
4710         }
4711
4712         spin_lock(&sbi->s_md_lock);
4713         list_add_tail(&new_entry->efd_list, &sbi->s_freed_data_list);
4714         sbi->s_mb_free_pending += clusters;
4715         spin_unlock(&sbi->s_md_lock);
4716         return 0;
4717 }
4718
4719 /**
4720  * ext4_free_blocks() -- Free given blocks and update quota
4721  * @handle:             handle for this transaction
4722  * @inode:              inode
4723  * @block:              start physical block to free
4724  * @count:              number of blocks to count
4725  * @flags:              flags used by ext4_free_blocks
4726  */
4727 void ext4_free_blocks(handle_t *handle, struct inode *inode,
4728                       struct buffer_head *bh, ext4_fsblk_t block,
4729                       unsigned long count, int flags)
4730 {
4731         struct buffer_head *bitmap_bh = NULL;
4732         struct super_block *sb = inode->i_sb;
4733         struct ext4_group_desc *gdp;
4734         unsigned int overflow;
4735         ext4_grpblk_t bit;
4736         struct buffer_head *gd_bh;
4737         ext4_group_t block_group;
4738         struct ext4_sb_info *sbi;
4739         struct ext4_buddy e4b;
4740         unsigned int count_clusters;
4741         int err = 0;
4742         int ret;
4743
4744         might_sleep();
4745         if (bh) {
4746                 if (block)
4747                         BUG_ON(block != bh->b_blocknr);
4748                 else
4749                         block = bh->b_blocknr;
4750         }
4751
4752         sbi = EXT4_SB(sb);
4753         if (!(flags & EXT4_FREE_BLOCKS_VALIDATED) &&
4754             !ext4_data_block_valid(sbi, block, count)) {
4755                 ext4_error(sb, "Freeing blocks not in datazone - "
4756                            "block = %llu, count = %lu", block, count);
4757                 goto error_return;
4758         }
4759
4760         ext4_debug("freeing block %llu\n", block);
4761         trace_ext4_free_blocks(inode, block, count, flags);
4762
4763         if (bh && (flags & EXT4_FREE_BLOCKS_FORGET)) {
4764                 BUG_ON(count > 1);
4765
4766                 ext4_forget(handle, flags & EXT4_FREE_BLOCKS_METADATA,
4767                             inode, bh, block);
4768         }
4769
4770         /*
4771          * If the extent to be freed does not begin on a cluster
4772          * boundary, we need to deal with partial clusters at the
4773          * beginning and end of the extent.  Normally we will free
4774          * blocks at the beginning or the end unless we are explicitly
4775          * requested to avoid doing so.
4776          */
4777         overflow = EXT4_PBLK_COFF(sbi, block);
4778         if (overflow) {
4779                 if (flags & EXT4_FREE_BLOCKS_NOFREE_FIRST_CLUSTER) {
4780                         overflow = sbi->s_cluster_ratio - overflow;
4781                         block += overflow;
4782                         if (count > overflow)
4783                                 count -= overflow;
4784                         else
4785                                 return;
4786                 } else {
4787                         block -= overflow;
4788                         count += overflow;
4789                 }
4790         }
4791         overflow = EXT4_LBLK_COFF(sbi, count);
4792         if (overflow) {
4793                 if (flags & EXT4_FREE_BLOCKS_NOFREE_LAST_CLUSTER) {
4794                         if (count > overflow)
4795                                 count -= overflow;
4796                         else
4797                                 return;
4798                 } else
4799                         count += sbi->s_cluster_ratio - overflow;
4800         }
4801
4802         if (!bh && (flags & EXT4_FREE_BLOCKS_FORGET)) {
4803                 int i;
4804                 int is_metadata = flags & EXT4_FREE_BLOCKS_METADATA;
4805
4806                 for (i = 0; i < count; i++) {
4807                         cond_resched();
4808                         if (is_metadata)
4809                                 bh = sb_find_get_block(inode->i_sb, block + i);
4810                         ext4_forget(handle, is_metadata, inode, bh, block + i);
4811                 }
4812         }
4813
4814 do_more:
4815         overflow = 0;
4816         ext4_get_group_no_and_offset(sb, block, &block_group, &bit);
4817
4818         if (unlikely(EXT4_MB_GRP_BBITMAP_CORRUPT(
4819                         ext4_get_group_info(sb, block_group))))
4820                 return;
4821
4822         /*
4823          * Check to see if we are freeing blocks across a group
4824          * boundary.
4825          */
4826         if (EXT4_C2B(sbi, bit) + count > EXT4_BLOCKS_PER_GROUP(sb)) {
4827                 overflow = EXT4_C2B(sbi, bit) + count -
4828                         EXT4_BLOCKS_PER_GROUP(sb);
4829                 count -= overflow;
4830         }
4831         count_clusters = EXT4_NUM_B2C(sbi, count);
4832         bitmap_bh = ext4_read_block_bitmap(sb, block_group);
4833         if (IS_ERR(bitmap_bh)) {
4834                 err = PTR_ERR(bitmap_bh);
4835                 bitmap_bh = NULL;
4836                 goto error_return;
4837         }
4838         gdp = ext4_get_group_desc(sb, block_group, &gd_bh);
4839         if (!gdp) {
4840                 err = -EIO;
4841                 goto error_return;
4842         }
4843
4844         if (in_range(ext4_block_bitmap(sb, gdp), block, count) ||
4845             in_range(ext4_inode_bitmap(sb, gdp), block, count) ||
4846             in_range(block, ext4_inode_table(sb, gdp),
4847                      EXT4_SB(sb)->s_itb_per_group) ||
4848             in_range(block + count - 1, ext4_inode_table(sb, gdp),
4849                      EXT4_SB(sb)->s_itb_per_group)) {
4850
4851                 ext4_error(sb, "Freeing blocks in system zone - "
4852                            "Block = %llu, count = %lu", block, count);
4853                 /* err = 0. ext4_std_error should be a no op */
4854                 goto error_return;
4855         }
4856
4857         BUFFER_TRACE(bitmap_bh, "getting write access");
4858         err = ext4_journal_get_write_access(handle, bitmap_bh);
4859         if (err)
4860                 goto error_return;
4861
4862         /*
4863          * We are about to modify some metadata.  Call the journal APIs
4864          * to unshare ->b_data if a currently-committing transaction is
4865          * using it
4866          */
4867         BUFFER_TRACE(gd_bh, "get_write_access");
4868         err = ext4_journal_get_write_access(handle, gd_bh);
4869         if (err)
4870                 goto error_return;
4871 #ifdef AGGRESSIVE_CHECK
4872         {
4873                 int i;
4874                 for (i = 0; i < count_clusters; i++)
4875                         BUG_ON(!mb_test_bit(bit + i, bitmap_bh->b_data));
4876         }
4877 #endif
4878         trace_ext4_mballoc_free(sb, inode, block_group, bit, count_clusters);
4879
4880         /* __GFP_NOFAIL: retry infinitely, ignore TIF_MEMDIE and memcg limit. */
4881         err = ext4_mb_load_buddy_gfp(sb, block_group, &e4b,
4882                                      GFP_NOFS|__GFP_NOFAIL);
4883         if (err)
4884                 goto error_return;
4885
4886         /*
4887          * We need to make sure we don't reuse the freed block until after the
4888          * transaction is committed. We make an exception if the inode is to be
4889          * written in writeback mode since writeback mode has weak data
4890          * consistency guarantees.
4891          */
4892         if (ext4_handle_valid(handle) &&
4893             ((flags & EXT4_FREE_BLOCKS_METADATA) ||
4894              !ext4_should_writeback_data(inode))) {
4895                 struct ext4_free_data *new_entry;
4896                 /*
4897                  * We use __GFP_NOFAIL because ext4_free_blocks() is not allowed
4898                  * to fail.
4899                  */
4900                 new_entry = kmem_cache_alloc(ext4_free_data_cachep,
4901                                 GFP_NOFS|__GFP_NOFAIL);
4902                 new_entry->efd_start_cluster = bit;
4903                 new_entry->efd_group = block_group;
4904                 new_entry->efd_count = count_clusters;
4905                 new_entry->efd_tid = handle->h_transaction->t_tid;
4906
4907                 ext4_lock_group(sb, block_group);
4908                 mb_clear_bits(bitmap_bh->b_data, bit, count_clusters);
4909                 ext4_mb_free_metadata(handle, &e4b, new_entry);
4910         } else {
4911                 /* need to update group_info->bb_free and bitmap
4912                  * with group lock held. generate_buddy look at
4913                  * them with group lock_held
4914                  */
4915                 if (test_opt(sb, DISCARD)) {
4916                         err = ext4_issue_discard(sb, block_group, bit, count,
4917                                                  NULL);
4918                         if (err && err != -EOPNOTSUPP)
4919                                 ext4_msg(sb, KERN_WARNING, "discard request in"
4920                                          " group:%d block:%d count:%lu failed"
4921                                          " with %d", block_group, bit, count,
4922                                          err);
4923                 } else
4924                         EXT4_MB_GRP_CLEAR_TRIMMED(e4b.bd_info);
4925
4926                 ext4_lock_group(sb, block_group);
4927                 mb_clear_bits(bitmap_bh->b_data, bit, count_clusters);
4928                 mb_free_blocks(inode, &e4b, bit, count_clusters);
4929         }
4930
4931         ret = ext4_free_group_clusters(sb, gdp) + count_clusters;
4932         ext4_free_group_clusters_set(sb, gdp, ret);
4933         ext4_block_bitmap_csum_set(sb, block_group, gdp, bitmap_bh);
4934         ext4_group_desc_csum_set(sb, block_group, gdp);
4935         ext4_unlock_group(sb, block_group);
4936
4937         if (sbi->s_log_groups_per_flex) {
4938                 ext4_group_t flex_group = ext4_flex_group(sbi, block_group);
4939                 atomic64_add(count_clusters,
4940                              &sbi->s_flex_groups[flex_group].free_clusters);
4941         }
4942
4943         if (!(flags & EXT4_FREE_BLOCKS_NO_QUOT_UPDATE))
4944                 dquot_free_block(inode, EXT4_C2B(sbi, count_clusters));
4945         percpu_counter_add(&sbi->s_freeclusters_counter, count_clusters);
4946
4947         ext4_mb_unload_buddy(&e4b);
4948
4949         /* We dirtied the bitmap block */
4950         BUFFER_TRACE(bitmap_bh, "dirtied bitmap block");
4951         err = ext4_handle_dirty_metadata(handle, NULL, bitmap_bh);
4952
4953         /* And the group descriptor block */
4954         BUFFER_TRACE(gd_bh, "dirtied group descriptor block");
4955         ret = ext4_handle_dirty_metadata(handle, NULL, gd_bh);
4956         if (!err)
4957                 err = ret;
4958
4959         if (overflow && !err) {
4960                 block += count;
4961                 count = overflow;
4962                 put_bh(bitmap_bh);
4963                 goto do_more;
4964         }
4965 error_return:
4966         brelse(bitmap_bh);
4967         ext4_std_error(sb, err);
4968         return;
4969 }
4970
4971 /**
4972  * ext4_group_add_blocks() -- Add given blocks to an existing group
4973  * @handle:                     handle to this transaction
4974  * @sb:                         super block
4975  * @block:                      start physical block to add to the block group
4976  * @count:                      number of blocks to free
4977  *
4978  * This marks the blocks as free in the bitmap and buddy.
4979  */
4980 int ext4_group_add_blocks(handle_t *handle, struct super_block *sb,
4981                          ext4_fsblk_t block, unsigned long count)
4982 {
4983         struct buffer_head *bitmap_bh = NULL;
4984         struct buffer_head *gd_bh;
4985         ext4_group_t block_group;
4986         ext4_grpblk_t bit;
4987         unsigned int i;
4988         struct ext4_group_desc *desc;
4989         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(sb);
4990         struct ext4_buddy e4b;
4991         int err = 0, ret, blk_free_count;
4992         ext4_grpblk_t blocks_freed;
4993
4994         ext4_debug("Adding block(s) %llu-%llu\n", block, block + count - 1);
4995
4996         if (count == 0)
4997                 return 0;
4998
4999         ext4_get_group_no_and_offset(sb, block, &block_group, &bit);
5000         /*
5001          * Check to see if we are freeing blocks across a group
5002          * boundary.
5003          */
5004         if (bit + count > EXT4_BLOCKS_PER_GROUP(sb)) {
5005                 ext4_warning(sb, "too much blocks added to group %u",
5006                              block_group);
5007                 err = -EINVAL;
5008                 goto error_return;
5009         }
5010
5011         bitmap_bh = ext4_read_block_bitmap(sb, block_group);
5012         if (IS_ERR(bitmap_bh)) {
5013                 err = PTR_ERR(bitmap_bh);
5014                 bitmap_bh = NULL;
5015                 goto error_return;
5016         }
5017
5018         desc = ext4_get_group_desc(sb, block_group, &gd_bh);
5019         if (!desc) {
5020                 err = -EIO;
5021                 goto error_return;
5022         }
5023
5024         if (in_range(ext4_block_bitmap(sb, desc), block, count) ||
5025             in_range(ext4_inode_bitmap(sb, desc), block, count) ||
5026             in_range(block, ext4_inode_table(sb, desc), sbi->s_itb_per_group) ||
5027             in_range(block + count - 1, ext4_inode_table(sb, desc),
5028                      sbi->s_itb_per_group)) {
5029                 ext4_error(sb, "Adding blocks in system zones - "
5030                            "Block = %llu, count = %lu",
5031                            block, count);
5032                 err = -EINVAL;
5033                 goto error_return;
5034         }
5035
5036         BUFFER_TRACE(bitmap_bh, "getting write access");
5037         err = ext4_journal_get_write_access(handle, bitmap_bh);
5038         if (err)
5039                 goto error_return;
5040
5041         /*
5042          * We are about to modify some metadata.  Call the journal APIs
5043          * to unshare ->b_data if a currently-committing transaction is
5044          * using it
5045          */
5046         BUFFER_TRACE(gd_bh, "get_write_access");
5047         err = ext4_journal_get_write_access(handle, gd_bh);
5048         if (err)
5049                 goto error_return;
5050
5051         for (i = 0, blocks_freed = 0; i < count; i++) {
5052                 BUFFER_TRACE(bitmap_bh, "clear bit");
5053                 if (!mb_test_bit(bit + i, bitmap_bh->b_data)) {
5054                         ext4_error(sb, "bit already cleared for block %llu",
5055                                    (ext4_fsblk_t)(block + i));
5056                         BUFFER_TRACE(bitmap_bh, "bit already cleared");
5057                 } else {
5058                         blocks_freed++;
5059                 }
5060         }
5061
5062         err = ext4_mb_load_buddy(sb, block_group, &e4b);
5063         if (err)
5064                 goto error_return;
5065
5066         /*
5067          * need to update group_info->bb_free and bitmap
5068          * with group lock held. generate_buddy look at
5069          * them with group lock_held
5070          */
5071         ext4_lock_group(sb, block_group);
5072         mb_clear_bits(bitmap_bh->b_data, bit, count);
5073         mb_free_blocks(NULL, &e4b, bit, count);
5074         blk_free_count = blocks_freed + ext4_free_group_clusters(sb, desc);
5075         ext4_free_group_clusters_set(sb, desc, blk_free_count);
5076         ext4_block_bitmap_csum_set(sb, block_group, desc, bitmap_bh);
5077         ext4_group_desc_csum_set(sb, block_group, desc);
5078         ext4_unlock_group(sb, block_group);
5079         percpu_counter_add(&sbi->s_freeclusters_counter,
5080                            EXT4_NUM_B2C(sbi, blocks_freed));
5081
5082         if (sbi->s_log_groups_per_flex) {
5083                 ext4_group_t flex_group = ext4_flex_group(sbi, block_group);
5084                 atomic64_add(EXT4_NUM_B2C(sbi, blocks_freed),
5085                              &sbi->s_flex_groups[flex_group].free_clusters);
5086         }
5087
5088         ext4_mb_unload_buddy(&e4b);
5089
5090         /* We dirtied the bitmap block */
5091         BUFFER_TRACE(bitmap_bh, "dirtied bitmap block");
5092         err = ext4_handle_dirty_metadata(handle, NULL, bitmap_bh);
5093
5094         /* And the group descriptor block */
5095         BUFFER_TRACE(gd_bh, "dirtied group descriptor block");
5096         ret = ext4_handle_dirty_metadata(handle, NULL, gd_bh);
5097         if (!err)
5098                 err = ret;
5099
5100 error_return:
5101         brelse(bitmap_bh);
5102         ext4_std_error(sb, err);
5103         return err;
5104 }
5105
5106 /**
5107  * ext4_trim_extent -- function to TRIM one single free extent in the group
5108  * @sb:         super block for the file system
5109  * @start:      starting block of the free extent in the alloc. group
5110  * @count:      number of blocks to TRIM
5111  * @group:      alloc. group we are working with
5112  * @e4b:        ext4 buddy for the group
5113  *
5114  * Trim "count" blocks starting at "start" in the "group". To assure that no
5115  * one will allocate those blocks, mark it as used in buddy bitmap. This must
5116  * be called with under the group lock.
5117  */
5118 static int ext4_trim_extent(struct super_block *sb, int start, int count,
5119                              ext4_group_t group, struct ext4_buddy *e4b)
5120 __releases(bitlock)
5121 __acquires(bitlock)
5122 {
5123         struct ext4_free_extent ex;
5124         int ret = 0;
5125
5126         trace_ext4_trim_extent(sb, group, start, count);
5127
5128         assert_spin_locked(ext4_group_lock_ptr(sb, group));
5129
5130         ex.fe_start = start;
5131         ex.fe_group = group;
5132         ex.fe_len = count;
5133
5134         /*
5135          * Mark blocks used, so no one can reuse them while
5136          * being trimmed.
5137          */
5138         mb_mark_used(e4b, &ex);
5139         ext4_unlock_group(sb, group);
5140         ret = ext4_issue_discard(sb, group, start, count, NULL);
5141         ext4_lock_group(sb, group);
5142         mb_free_blocks(NULL, e4b, start, ex.fe_len);
5143         return ret;
5144 }
5145
5146 /**
5147  * ext4_trim_all_free -- function to trim all free space in alloc. group
5148  * @sb:                 super block for file system
5149  * @group:              group to be trimmed
5150  * @start:              first group block to examine
5151  * @max:                last group block to examine
5152  * @minblocks:          minimum extent block count
5153  *
5154  * ext4_trim_all_free walks through group's buddy bitmap searching for free
5155  * extents. When the free block is found, ext4_trim_extent is called to TRIM
5156  * the extent.
5157  *
5158  *
5159  * ext4_trim_all_free walks through group's block bitmap searching for free
5160  * extents. When the free extent is found, mark it as used in group buddy
5161  * bitmap. Then issue a TRIM command on this extent and free the extent in
5162  * the group buddy bitmap. This is done until whole group is scanned.
5163  */
5164 static ext4_grpblk_t
5165 ext4_trim_all_free(struct super_block *sb, ext4_group_t group,
5166                    ext4_grpblk_t start, ext4_grpblk_t max,
5167                    ext4_grpblk_t minblocks)
5168 {
5169         void *bitmap;
5170         ext4_grpblk_t next, count = 0, free_count = 0;
5171         struct ext4_buddy e4b;
5172         int ret = 0;
5173
5174         trace_ext4_trim_all_free(sb, group, start, max);
5175
5176         ret = ext4_mb_load_buddy(sb, group, &e4b);
5177         if (ret) {
5178                 ext4_warning(sb, "Error %d loading buddy information for %u",
5179                              ret, group);
5180                 return ret;
5181         }
5182         bitmap = e4b.bd_bitmap;
5183
5184         ext4_lock_group(sb, group);
5185         if (EXT4_MB_GRP_WAS_TRIMMED(e4b.bd_info) &&
5186             minblocks >= atomic_read(&EXT4_SB(sb)->s_last_trim_minblks))
5187                 goto out;
5188
5189         start = (e4b.bd_info->bb_first_free > start) ?
5190                 e4b.bd_info->bb_first_free : start;
5191
5192         while (start <= max) {
5193                 start = mb_find_next_zero_bit(bitmap, max + 1, start);
5194                 if (start > max)
5195                         break;
5196                 next = mb_find_next_bit(bitmap, max + 1, start);
5197
5198                 if ((next - start) >= minblocks) {
5199                         ret = ext4_trim_extent(sb, start,
5200                                                next - start, group, &e4b);
5201                         if (ret && ret != -EOPNOTSUPP)
5202                                 break;
5203                         ret = 0;
5204                         count += next - start;
5205                 }
5206                 free_count += next - start;
5207                 start = next + 1;
5208
5209                 if (fatal_signal_pending(current)) {
5210                         count = -ERESTARTSYS;
5211                         break;
5212                 }
5213
5214                 if (need_resched()) {
5215                         ext4_unlock_group(sb, group);
5216                         cond_resched();
5217                         ext4_lock_group(sb, group);
5218                 }
5219
5220                 if ((e4b.bd_info->bb_free - free_count) < minblocks)
5221                         break;
5222         }
5223
5224         if (!ret) {
5225                 ret = count;
5226                 EXT4_MB_GRP_SET_TRIMMED(e4b.bd_info);
5227         }
5228 out:
5229         ext4_unlock_group(sb, group);
5230         ext4_mb_unload_buddy(&e4b);
5231
5232         ext4_debug("trimmed %d blocks in the group %d\n",
5233                 count, group);
5234
5235         return ret;
5236 }
5237
5238 /**
5239  * ext4_trim_fs() -- trim ioctl handle function
5240  * @sb:                 superblock for filesystem
5241  * @range:              fstrim_range structure
5242  *
5243  * start:       First Byte to trim
5244  * len:         number of Bytes to trim from start
5245  * minlen:      minimum extent length in Bytes
5246  * ext4_trim_fs goes through all allocation groups containing Bytes from
5247  * start to start+len. For each such a group ext4_trim_all_free function
5248  * is invoked to trim all free space.
5249  */
5250 int ext4_trim_fs(struct super_block *sb, struct fstrim_range *range)
5251 {
5252         struct ext4_group_info *grp;
5253         ext4_group_t group, first_group, last_group;
5254         ext4_grpblk_t cnt = 0, first_cluster, last_cluster;
5255         uint64_t start, end, minlen, trimmed = 0;
5256         ext4_fsblk_t first_data_blk =
5257                         le32_to_cpu(EXT4_SB(sb)->s_es->s_first_data_block);
5258         ext4_fsblk_t max_blks = ext4_blocks_count(EXT4_SB(sb)->s_es);
5259         int ret = 0;
5260
5261         start = range->start >> sb->s_blocksize_bits;
5262         end = start + (range->len >> sb->s_blocksize_bits) - 1;
5263         minlen = EXT4_NUM_B2C(EXT4_SB(sb),
5264                               range->minlen >> sb->s_blocksize_bits);
5265
5266         if (minlen > EXT4_CLUSTERS_PER_GROUP(sb) ||
5267             start >= max_blks ||
5268             range->len < sb->s_blocksize)
5269                 return -EINVAL;
5270         if (end >= max_blks)
5271                 end = max_blks - 1;
5272         if (end <= first_data_blk)
5273                 goto out;
5274         if (start < first_data_blk)
5275                 start = first_data_blk;
5276
5277         /* Determine first and last group to examine based on start and end */
5278         ext4_get_group_no_and_offset(sb, (ext4_fsblk_t) start,
5279                                      &first_group, &first_cluster);
5280         ext4_get_group_no_and_offset(sb, (ext4_fsblk_t) end,
5281                                      &last_group, &last_cluster);
5282
5283         /* end now represents the last cluster to discard in this group */
5284         end = EXT4_CLUSTERS_PER_GROUP(sb) - 1;
5285
5286         for (group = first_group; group <= last_group; group++) {
5287                 grp = ext4_get_group_info(sb, group);
5288                 /* We only do this if the grp has never been initialized */
5289                 if (unlikely(EXT4_MB_GRP_NEED_INIT(grp))) {
5290                         ret = ext4_mb_init_group(sb, group, GFP_NOFS);
5291                         if (ret)
5292                                 break;
5293                 }
5294
5295                 /*
5296                  * For all the groups except the last one, last cluster will
5297                  * always be EXT4_CLUSTERS_PER_GROUP(sb)-1, so we only need to
5298                  * change it for the last group, note that last_cluster is
5299                  * already computed earlier by ext4_get_group_no_and_offset()
5300                  */
5301                 if (group == last_group)
5302                         end = last_cluster;
5303
5304                 if (grp->bb_free >= minlen) {
5305                         cnt = ext4_trim_all_free(sb, group, first_cluster,
5306                                                 end, minlen);
5307                         if (cnt < 0) {
5308                                 ret = cnt;
5309                                 break;
5310                         }
5311                         trimmed += cnt;
5312                 }
5313
5314                 /*
5315                  * For every group except the first one, we are sure
5316                  * that the first cluster to discard will be cluster #0.
5317                  */
5318                 first_cluster = 0;
5319         }
5320
5321         if (!ret)
5322                 atomic_set(&EXT4_SB(sb)->s_last_trim_minblks, minlen);
5323
5324 out:
5325         range->len = EXT4_C2B(EXT4_SB(sb), trimmed) << sb->s_blocksize_bits;
5326         return ret;
5327 }
5328
5329 /* Iterate all the free extents in the group. */
5330 int
5331 ext4_mballoc_query_range(
5332         struct super_block              *sb,
5333         ext4_group_t                    group,
5334         ext4_grpblk_t                   start,
5335         ext4_grpblk_t                   end,
5336         ext4_mballoc_query_range_fn     formatter,
5337         void                            *priv)
5338 {
5339         void                            *bitmap;
5340         ext4_grpblk_t                   next;
5341         struct ext4_buddy               e4b;
5342         int                             error;
5343
5344         error = ext4_mb_load_buddy(sb, group, &e4b);
5345         if (error)
5346                 return error;
5347         bitmap = e4b.bd_bitmap;
5348
5349         ext4_lock_group(sb, group);
5350
5351         start = (e4b.bd_info->bb_first_free > start) ?
5352                 e4b.bd_info->bb_first_free : start;
5353         if (end >= EXT4_CLUSTERS_PER_GROUP(sb))
5354                 end = EXT4_CLUSTERS_PER_GROUP(sb) - 1;
5355
5356         while (start <= end) {
5357                 start = mb_find_next_zero_bit(bitmap, end + 1, start);
5358                 if (start > end)
5359                         break;
5360                 next = mb_find_next_bit(bitmap, end + 1, start);
5361
5362                 ext4_unlock_group(sb, group);
5363                 error = formatter(sb, group, start, next - start, priv);
5364                 if (error)
5365                         goto out_unload;
5366                 ext4_lock_group(sb, group);
5367
5368                 start = next + 1;
5369         }
5370
5371         ext4_unlock_group(sb, group);
5372 out_unload:
5373         ext4_mb_unload_buddy(&e4b);
5374
5375         return error;
5376 }