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         flushd_dirty_inode(inode);
 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         bluesky_cloudlog_ref(log);
 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     g_mutex_unlock(fs->lock);
 154     bluesky_cloudlog_flush(fs);
 155
 156     /* Wait until all segments have been written to the cloud, so that it
 157      * becomes safe to free up journal segments. */
 158     while (fs->log_state->pending_segments != NULL) {
 159         SerializedRecord *segment
 160             = (SerializedRecord *)fs->log_state->pending_segments->data;
 161         g_mutex_lock(segment->lock);
 162         while (!segment->complete)
 163             g_cond_wait(segment->cond, segment->lock);
 164         g_mutex_unlock(segment->lock);
 165
 166         g_mutex_free(segment->lock);
 167         g_cond_free(segment->cond);
 168         g_free(segment);
 169
 170         fs->log_state->pending_segments
 171             = g_list_delete_link(fs->log_state->pending_segments,
 172                                  fs->log_state->pending_segments);
 173     }
 174
 175     g_print("All segments have been flushed, journal < %d is clean\n",
 176             journal_seq_start);
 177
 178     fs->log->journal_watermark = journal_seq_start;
 179 }
 180
 181 /* Drop cached data for a given inode, if it is clean.  inode must be locked. */
 182 static void drop_caches(BlueSkyInode *inode)
 183 {
 184     if (inode->type == BLUESKY_REGULAR)
 185         bluesky_file_drop_cached(inode);
 186
 187     BlueSkyCloudLog *log = inode->committed_item;
 188     if (log != NULL) {
 189         g_mutex_lock(log->lock);
 190         if (log->data != NULL
 191             && g_atomic_int_get(&log->data_lock_count) == 0
 192             && (log->location_flags != 0))
 193         {
 194             bluesky_cloudlog_stats_update(log, -1);
 195             bluesky_string_unref(log->data);
 196             log->data = NULL;
 197             bluesky_cloudlog_stats_update(log, 1);
 198         }
 199         if (log->location_flags & CLOUDLOG_CLOUD) {
 200             log->location_flags &= ~CLOUDLOG_JOURNAL;
 201         }
 202         g_mutex_unlock(log->lock);
 203     }
 204 }
 205
 206 /* Drop clean data from the cache if needed.  Clean data should generally be
 207  * memory-mapped from log file or similar, so the kernel can drop this clean
 208  * data from memory for us and hence memory management isn't too important.
 209  * Mainly, we'll want to drop references to data that hasn't been accessed in a
 210  * while so that it is possible to reclaim log segments on disk. */
 211 static void flushd_clean(BlueSkyFS *fs)
 212 {
 213     g_mutex_lock(fs->lock);
 214
 215     size_t inode_count = g_hash_table_size(fs->inodes);
 216     if (!inode_count)
 217         inode_count = 1;
 218
 219     while (inode_count-- > 0) {
 220         BlueSkyInode *inode;
 221         if (fs->accessed_list.prev == NULL)
 222             break;
 223         inode = fs->accessed_list.prev->data;
 224
 225         uint64_t elapsed = bluesky_get_current_time() - inode->access_time;
 226         if (elapsed < CACHE_DROP_DELAY)
 227             break;
 228
 229         if (bluesky_verbose) {
 230             g_log("bluesky/flushd", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 231                   "Considering dropping cached data for inode %"PRIu64,
 232                   inode->inum);
 233         }
 234
 235         bluesky_inode_ref(inode);
 236
 237         g_mutex_unlock(fs->lock);
 238
 239         g_mutex_lock(inode->lock);
 240
 241         g_mutex_lock(fs->lock);
 242         bluesky_list_unlink(&fs->accessed_list, inode->accessed_list);
 243         inode->accessed_list = bluesky_list_prepend(&fs->accessed_list, inode);
 244         g_mutex_unlock(fs->lock);
 245
 246         drop_caches(inode);
 247
 248         g_mutex_unlock(inode->lock);
 249         bluesky_inode_unref(inode);
 250
 251         g_mutex_lock(fs->lock);
 252     }
 253
 254     g_mutex_unlock(fs->lock);
 255 }
 256
 257 /* Run the flush daemon for a single iteration, though if it is already
 258  * executing returns immediately. */
 259 static gpointer flushd_task(BlueSkyFS *fs)
 260 {
 261     if (!g_mutex_trylock(fs->flushd_lock))
 262         return NULL;
 263     flushd_dirty(fs);
 264     flushd_cloud(fs);
 265     flushd_clean(fs);
 266     bluesky_cachefile_gc(fs);
 267     g_mutex_unlock(fs->flushd_lock);
 268
 269     return NULL;
 270 }
 271
 272 void bluesky_flushd_invoke(BlueSkyFS *fs)
 273 {
 274     g_thread_create((GThreadFunc)flushd_task, fs, FALSE, NULL);
 275 }
 276
 277 void bluesky_flushd_invoke_conditional(BlueSkyFS *fs)
 278 {
 279     if (g_atomic_int_get(&fs->cache_dirty) < bluesky_watermark_medium_dirty)
 280         return;
 281
 282     if (bluesky_verbose) {
 283         g_log("bluesky/flushd", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 284               "Too much data; invoking flushd: dirty=%d",
 285               g_atomic_int_get(&fs->cache_dirty));
 286     }
 287
 288     bluesky_flushd_invoke(fs);
 289
 290     /* If the system is under heavy memory pressure, actually delay execution
 291      * so the flush daemon can catch up. */
 292     while (g_atomic_int_get(&fs->cache_dirty)
 293                 + g_atomic_int_get(&fs->cache_log_dirty)
 294            > bluesky_watermark_high_dirty) {
 295         g_log("bluesky/flushd", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 296               "Waiting due to memory pressure, dirty=%d + %d",
 297               g_atomic_int_get(&fs->cache_dirty),
 298               g_atomic_int_get(&fs->cache_log_dirty));
 299         g_mutex_lock(fs->lock);
 300         g_cond_wait(fs->flushd_cond, fs->lock);
 301         g_mutex_unlock(fs->lock);
 302     }
 303 }
 304
 305 /* Start a perpetually-running thread that flushes the cache occasionally. */
 306 static gpointer flushd_thread(BlueSkyFS *fs)
 307 {
 308     while (TRUE) {
 309         bluesky_flushd_invoke(fs);
 310         struct timespec delay;
 311         delay.tv_sec = 2;
 312         delay.tv_nsec = 0;
 313         nanosleep(&delay, NULL);
 314     }
 315
 316     return NULL;
 317 }
 318
 319 void bluesky_flushd_thread_launch(BlueSkyFS *fs)
 320 {
 321     g_thread_create((GThreadFunc)flushd_thread, fs, FALSE, NULL);
 322 }