bluesky/cache.c

   1 /* Blue Sky: File Systems in the Cloud
   2  *
   3  * Copyright (C) 2009  The Regents of the University of California
   4  * Written by Michael Vrable <mvrable@cs.ucsd.edu>
   5  *
   6  * TODO: Licensing
   7  */
   8
   9 #include <stdint.h>
  10 #include <glib.h>
  11 #include <string.h>
  12 #include <inttypes.h>
  13
  14 #include "bluesky-private.h"
  15
  16 #define WRITEBACK_DELAY (20 * 1000000)
  17 #define CACHE_DROP_DELAY (20 * 1000000)
  18
  19 /* Filesystem caching and cache coherency.  There are actually a couple of
  20  * different tasks that are performed here:
  21  *   - Forcing data to the log if needed to reclaim memory or simply if the
  22  *     data has been dirty in memory long enough.
  23  *   - Writing batches of data to the cloud.
  24  */
  25
  26 static void flushd_dirty_inode(BlueSkyInode *inode)
  27 {
  28     BlueSkyFS *fs = inode->fs;
  29
  30     g_mutex_lock(fs->lock);
  31     bluesky_list_unlink(&fs->unlogged_list, inode->unlogged_list);
  32     inode->unlogged_list = NULL;
  33     g_mutex_unlock(fs->lock);
  34
  35     /* Inode is clean; nothing to do. */
  36     if (inode->change_count == inode->change_commit)
  37         return;
  38
  39     if (bluesky_verbose) {
  40         g_log("bluesky/flushd", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
  41             "Starting flush of inode %"PRIu64, inode->inum);
  42     }
  43
  44     bluesky_inode_start_sync(inode);
  45 }
  46
  47 /* Check whether memory usage may have dropped below critical thresholds for
  48  * waking up waiting threads. */
  49 void flushd_check_wakeup(BlueSkyFS *fs)
  50 {
  51     int dirty = g_atomic_int_get(&fs->cache_dirty);
  52     dirty += g_atomic_int_get(&fs->cache_log_dirty);
  53
  54     if (dirty <= bluesky_watermark_high_dirty)
  55         g_cond_broadcast(fs->flushd_cond);
  56 }
  57
  58 /* Try to flush dirty data to disk, either due to memory pressure or due to
  59  * timeouts. */
  60 static void flushd_dirty(BlueSkyFS *fs)
  61 {
  62     int64_t start_time = bluesky_get_current_time();
  63     g_mutex_lock(fs->lock);
  64
  65     while (1) {
  66         BlueSkyInode *inode;
  67         if (fs->unlogged_list.prev == NULL)
  68             break;
  69         inode = fs->unlogged_list.prev->data;
  70
  71         if (bluesky_verbose) {
  72             g_log("bluesky/flushd", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
  73                   "Considering flushing inode %"PRIu64, inode->inum);
  74         }
  75
  76         /* Stop processing dirty inodes if we both have enough memory available
  77          * and the oldest inode is sufficiently new that it need not be flushed
  78          * out. */
  79         uint64_t elapsed = bluesky_get_current_time() - inode->change_time;
  80         if (g_atomic_int_get(&fs->cache_dirty) < bluesky_watermark_low_dirty
  81                 && elapsed < WRITEBACK_DELAY)
  82             break;
  83         if (inode->change_time > start_time)
  84             break;
  85
  86         bluesky_inode_ref(inode);
  87
  88         g_mutex_unlock(fs->lock);
  89
  90         g_mutex_lock(inode->lock);
  91         flushd_dirty_inode(inode);
  92         g_mutex_unlock(inode->lock);
  93         bluesky_inode_unref(inode);
  94
  95         g_mutex_lock(fs->lock);
  96         flushd_check_wakeup(fs);
  97     }
  98
  99     g_cond_broadcast(fs->flushd_cond);
 100
 101     g_mutex_unlock(fs->lock);
 102 }
 103
 104 /* Try to flush dirty data to the cloud.  This will take a snapshot of the
 105  * entire filesystem (though only point-in-time consistent for isolated inodes
 106  * and not the filesystem as a whole) and ensure all data is written to the
 107  * cloud.  When the write completes, we will allow old journal segments (those
 108  * that were fully written _before_ the snapshot process started) to be garbage
 109  * collected.  Newer journal segments can't be collected yet since they may
 110  * still contain data which has not been written persistently to the cloud. */
 111 static void flushd_cloud(BlueSkyFS *fs)
 112 {
 113     g_mutex_lock(fs->lock);
 114
 115     /* TODO: Locking?  Since we're reading a single variable this is probably
 116      * atomic but a lock could be safer. */
 117     int journal_seq_start = fs->log->seq_num;
 118
 119     while (1) {
 120         BlueSkyInode *inode;
 121         if (fs->dirty_list.prev == NULL)
 122             break;
 123         inode = fs->dirty_list.prev->data;
 124
 125         if (bluesky_verbose) {
 126             g_log("bluesky/flushd", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 127                   "Flushing inode %"PRIu64" to cloud", inode->inum);
 128         }
 129
 130         bluesky_inode_ref(inode);
 131
 132         g_mutex_unlock(fs->lock);
 133
 134         g_mutex_lock(inode->lock);
 135         g_assert(inode->change_cloud == inode->change_commit);
 136         g_mutex_lock(fs->lock);
 137         bluesky_list_unlink(&fs->dirty_list, inode->dirty_list);
 138         inode->dirty_list = NULL;
 139         g_mutex_unlock(fs->lock);
 140
 141         BlueSkyCloudLog *log = inode->committed_item;
 142         inode->committed_item = NULL;
 143         g_mutex_unlock(inode->lock);
 144
 145         if (log != NULL)
 146             bluesky_cloudlog_serialize(log, fs);
 147         bluesky_inode_unref(inode);
 148         bluesky_cloudlog_unref(log);
 149
 150         g_mutex_lock(fs->lock);
 151     }
 152
 153     /* Write out any updated inode map entries, so that all inodes just written
 154      * can be located, and then a final commit record. */
 155     BlueSkyCloudLog *commit_record = bluesky_inode_map_serialize(fs);
 156     bluesky_cloudlog_serialize(commit_record, fs);
 157
 158     g_mutex_unlock(fs->lock);
 159     bluesky_cloudlog_flush(fs);
 160
 161     /* Wait until all segments have been written to the cloud, so that it
 162      * becomes safe to free up journal segments. */
 163     while (fs->log_state->pending_segments != NULL) {
 164         SerializedRecord *segment
 165             = (SerializedRecord *)fs->log_state->pending_segments->data;
 166         g_mutex_lock(segment->lock);
 167         while (!segment->complete)
 168             g_cond_wait(segment->cond, segment->lock);
 169         g_mutex_unlock(segment->lock);
 170
 171         g_mutex_free(segment->lock);
 172         g_cond_free(segment->cond);
 173         g_free(segment);
 174
 175         fs->log_state->pending_segments
 176             = g_list_delete_link(fs->log_state->pending_segments,
 177                                  fs->log_state->pending_segments);
 178     }
 179
 180     g_print("All segments have been flushed, journal < %d is clean\n",
 181             journal_seq_start);
 182
 183     fs->log->journal_watermark = journal_seq_start;
 184 }
 185
 186 /* Drop cached data for a given inode, if it is clean.  inode must be locked. */
 187 static void drop_caches(BlueSkyInode *inode)
 188 {
 189     if (inode->type == BLUESKY_REGULAR)
 190         bluesky_file_drop_cached(inode);
 191
 192     BlueSkyCloudLog *log = inode->committed_item;
 193     if (log != NULL) {
 194         g_mutex_lock(log->lock);
 195         if (log->data != NULL
 196             && g_atomic_int_get(&log->data_lock_count) == 0
 197             && (log->location_flags != 0))
 198         {
 199             bluesky_cloudlog_stats_update(log, -1);
 200             bluesky_string_unref(log->data);
 201             log->data = NULL;
 202             bluesky_cloudlog_stats_update(log, 1);
 203         }
 204         if (log->location_flags & CLOUDLOG_CLOUD) {
 205             log->location_flags &= ~CLOUDLOG_JOURNAL;
 206         }
 207         g_mutex_unlock(log->lock);
 208     }
 209 }
 210
 211 /* Drop clean data from the cache if needed.  Clean data should generally be
 212  * memory-mapped from log file or similar, so the kernel can drop this clean
 213  * data from memory for us and hence memory management isn't too important.
 214  * Mainly, we'll want to drop references to data that hasn't been accessed in a
 215  * while so that it is possible to reclaim log segments on disk. */
 216 static void flushd_clean(BlueSkyFS *fs)
 217 {
 218     g_mutex_lock(fs->lock);
 219
 220     size_t inode_count = g_hash_table_size(fs->inodes);
 221     if (!inode_count)
 222         inode_count = 1;
 223
 224     while (inode_count-- > 0) {
 225         BlueSkyInode *inode;
 226         if (fs->accessed_list.prev == NULL)
 227             break;
 228         inode = fs->accessed_list.prev->data;
 229
 230         uint64_t elapsed = bluesky_get_current_time() - inode->access_time;
 231         if (elapsed < CACHE_DROP_DELAY)
 232             break;
 233
 234         if (bluesky_verbose) {
 235             g_log("bluesky/flushd", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 236                   "Considering dropping cached data for inode %"PRIu64,
 237                   inode->inum);
 238         }
 239
 240         bluesky_inode_ref(inode);
 241
 242         g_mutex_unlock(fs->lock);
 243
 244         g_mutex_lock(inode->lock);
 245
 246         g_mutex_lock(fs->lock);
 247         bluesky_list_unlink(&fs->accessed_list, inode->accessed_list);
 248         inode->accessed_list = bluesky_list_prepend(&fs->accessed_list, inode);
 249         g_mutex_unlock(fs->lock);
 250
 251         drop_caches(inode);
 252
 253         g_mutex_unlock(inode->lock);
 254         bluesky_inode_unref(inode);
 255
 256         g_mutex_lock(fs->lock);
 257     }
 258
 259     g_mutex_unlock(fs->lock);
 260 }
 261
 262 /* Run the flush daemon for a single iteration, though if it is already
 263  * executing returns immediately. */
 264 static gpointer flushd_task(BlueSkyFS *fs)
 265 {
 266     if (!g_mutex_trylock(fs->flushd_lock))
 267         return NULL;
 268     flushd_dirty(fs);
 269     flushd_cloud(fs);
 270     flushd_clean(fs);
 271     bluesky_cachefile_gc(fs);
 272     g_mutex_unlock(fs->flushd_lock);
 273
 274     return NULL;
 275 }
 276
 277 void bluesky_flushd_invoke(BlueSkyFS *fs)
 278 {
 279     g_thread_create((GThreadFunc)flushd_task, fs, FALSE, NULL);
 280 }
 281
 282 void bluesky_flushd_invoke_conditional(BlueSkyFS *fs)
 283 {
 284     if (g_atomic_int_get(&fs->cache_dirty) < bluesky_watermark_medium_dirty)
 285         return;
 286
 287     if (bluesky_verbose) {
 288         g_log("bluesky/flushd", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 289               "Too much data; invoking flushd: dirty=%d",
 290               g_atomic_int_get(&fs->cache_dirty));
 291     }
 292
 293     bluesky_flushd_invoke(fs);
 294
 295     /* If the system is under heavy memory pressure, actually delay execution
 296      * so the flush daemon can catch up. */
 297     while (g_atomic_int_get(&fs->cache_dirty)
 298                 + g_atomic_int_get(&fs->cache_log_dirty)
 299            > bluesky_watermark_high_dirty) {
 300         g_log("bluesky/flushd", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 301               "Waiting due to memory pressure, dirty=%d + %d",
 302               g_atomic_int_get(&fs->cache_dirty),
 303               g_atomic_int_get(&fs->cache_log_dirty));
 304         g_mutex_lock(fs->lock);
 305         g_cond_wait(fs->flushd_cond, fs->lock);
 306         g_mutex_unlock(fs->lock);
 307     }
 308 }
 309
 310 /* Start a perpetually-running thread that flushes the cache occasionally. */
 311 static gpointer flushd_thread(BlueSkyFS *fs)
 312 {
 313     while (TRUE) {
 314         bluesky_flushd_invoke(fs);
 315         struct timespec delay;
 316         delay.tv_sec = 2;
 317         delay.tv_nsec = 0;
 318         nanosleep(&delay, NULL);
 319     }
 320
 321     return NULL;
 322 }
 323
 324 void bluesky_flushd_thread_launch(BlueSkyFS *fs)
 325 {
 326     g_thread_create((GThreadFunc)flushd_thread, fs, FALSE, NULL);
 327 }