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  *
 112  * Note that some of this code relies on the fact that only this thread of
 113  * control (running flushd_cloud) is manipulating the inode map, and so
 114  * concurrent updates to the inode map are prevented even without the
 115  * filesystem lock held.  Take great care if allowing multi-threaded access to
 116  * the inode map... */
 117 static void flushd_cloud(BlueSkyFS *fs)
 118 {
 119     g_mutex_lock(fs->lock);
 120
 121     /* TODO: Locking?  Since we're reading a single variable this is probably
 122      * atomic but a lock could be safer. */
 123     BlueSkyCloudLog *marker = bluesky_log_get_commit_point(fs);
 124     int journal_seq_start = fs->log->seq_num;
 125
 126     while (1) {
 127         BlueSkyInode *inode;
 128         if (fs->dirty_list.prev == NULL)
 129             break;
 130         inode = fs->dirty_list.prev->data;
 131
 132         if (bluesky_verbose) {
 133             g_log("bluesky/flushd", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 134                   "Flushing inode %"PRIu64" to cloud", inode->inum);
 135         }
 136
 137         bluesky_inode_ref(inode);
 138
 139         g_mutex_unlock(fs->lock);
 140
 141         g_mutex_lock(inode->lock);
 142         g_assert(inode->change_cloud == inode->change_commit);
 143         g_mutex_lock(fs->lock);
 144         bluesky_list_unlink(&fs->dirty_list, inode->dirty_list);
 145         inode->dirty_list = NULL;
 146         g_mutex_unlock(fs->lock);
 147
 148         BlueSkyCloudLog *log = inode->committed_item;
 149         inode->committed_item = NULL;
 150         g_mutex_unlock(inode->lock);
 151
 152         if (log != NULL)
 153             bluesky_cloudlog_serialize(log, fs);
 154         bluesky_inode_unref(inode);
 155         bluesky_cloudlog_unref(log);
 156
 157         g_mutex_lock(fs->lock);
 158     }
 159     g_mutex_unlock(fs->lock);
 160
 161     /* Write out any updated inode map entries, so that all inodes just written
 162      * can be located, and then a final commit record. */
 163     BlueSkyCloudLog *commit_record = bluesky_inode_map_serialize(fs);
 164     if (commit_record != NULL) {
 165         bluesky_cloudlog_serialize(commit_record, fs);
 166     } else {
 167         g_print("No need for a checkpoint record...\n");
 168     }
 169
 170     bluesky_cloudlog_flush(fs);
 171
 172     /* Wait until all segments have been written to the cloud, so that it
 173      * becomes safe to free up journal segments. */
 174     while (fs->log_state->pending_segments != NULL) {
 175         SerializedRecord *segment
 176             = (SerializedRecord *)fs->log_state->pending_segments->data;
 177         g_mutex_lock(segment->lock);
 178         while (!segment->complete)
 179             g_cond_wait(segment->cond, segment->lock);
 180         g_mutex_unlock(segment->lock);
 181
 182         g_mutex_free(segment->lock);
 183         g_cond_free(segment->cond);
 184         g_free(segment);
 185
 186         fs->log_state->pending_segments
 187             = g_list_delete_link(fs->log_state->pending_segments,
 188                                  fs->log_state->pending_segments);
 189     }
 190
 191     bluesky_log_write_commit_point(fs, marker);
 192     bluesky_cloudlog_unref(commit_record);
 193
 194     g_print("All segments have been flushed, journal < %d is clean\n",
 195             journal_seq_start);
 196
 197     fs->log->journal_watermark = journal_seq_start;
 198 }
 199
 200 /* Drop cached data for a given inode, if it is clean.  inode must be locked. */
 201 static void drop_caches(BlueSkyInode *inode)
 202 {
 203     if (inode->type == BLUESKY_REGULAR)
 204         bluesky_file_drop_cached(inode);
 205
 206     BlueSkyCloudLog *log = inode->committed_item;
 207     if (log != NULL) {
 208         g_mutex_lock(log->lock);
 209         if (log->data != NULL
 210             && g_atomic_int_get(&log->data_lock_count) == 0
 211             && (log->location_flags != 0))
 212         {
 213             bluesky_cloudlog_stats_update(log, -1);
 214             bluesky_string_unref(log->data);
 215             log->data = NULL;
 216             bluesky_cloudlog_stats_update(log, 1);
 217         }
 218         if (log->location_flags & CLOUDLOG_CLOUD) {
 219             log->location_flags &= ~CLOUDLOG_JOURNAL;
 220         }
 221         g_mutex_unlock(log->lock);
 222     }
 223 }
 224
 225 /* Drop clean data from the cache if needed.  Clean data should generally be
 226  * memory-mapped from log file or similar, so the kernel can drop this clean
 227  * data from memory for us and hence memory management isn't too important.
 228  * Mainly, we'll want to drop references to data that hasn't been accessed in a
 229  * while so that it is possible to reclaim log segments on disk. */
 230 static void flushd_clean(BlueSkyFS *fs)
 231 {
 232     g_mutex_lock(fs->lock);
 233
 234     size_t inode_count = g_hash_table_size(fs->inodes);
 235     if (!inode_count)
 236         inode_count = 1;
 237
 238     while (inode_count-- > 0) {
 239         BlueSkyInode *inode;
 240         if (fs->accessed_list.prev == NULL)
 241             break;
 242         inode = fs->accessed_list.prev->data;
 243
 244         uint64_t elapsed = bluesky_get_current_time() - inode->access_time;
 245         if (elapsed < CACHE_DROP_DELAY)
 246             break;
 247
 248         if (bluesky_verbose) {
 249             g_log("bluesky/flushd", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 250                   "Considering dropping cached data for inode %"PRIu64,
 251                   inode->inum);
 252         }
 253
 254         bluesky_inode_ref(inode);
 255
 256         g_mutex_unlock(fs->lock);
 257
 258         g_mutex_lock(inode->lock);
 259
 260         g_mutex_lock(fs->lock);
 261         bluesky_list_unlink(&fs->accessed_list, inode->accessed_list);
 262         inode->accessed_list = bluesky_list_prepend(&fs->accessed_list, inode);
 263         g_mutex_unlock(fs->lock);
 264
 265         drop_caches(inode);
 266
 267         g_mutex_unlock(inode->lock);
 268         bluesky_inode_unref(inode);
 269
 270         g_mutex_lock(fs->lock);
 271     }
 272
 273     g_mutex_unlock(fs->lock);
 274 }
 275
 276 /* Run the flush daemon for a single iteration, though if it is already
 277  * executing returns immediately. */
 278 static gpointer flushd_task(BlueSkyFS *fs)
 279 {
 280     if (!g_mutex_trylock(fs->flushd_lock))
 281         return NULL;
 282     flushd_dirty(fs);
 283     flushd_cloud(fs);
 284     flushd_clean(fs);
 285     bluesky_cachefile_gc(fs);
 286     g_mutex_unlock(fs->flushd_lock);
 287
 288     return NULL;
 289 }
 290
 291 void bluesky_flushd_invoke(BlueSkyFS *fs)
 292 {
 293     g_thread_create((GThreadFunc)flushd_task, fs, FALSE, NULL);
 294 }
 295
 296 void bluesky_flushd_invoke_conditional(BlueSkyFS *fs)
 297 {
 298     if (g_atomic_int_get(&fs->cache_dirty) < bluesky_watermark_medium_dirty)
 299         return;
 300
 301     if (bluesky_verbose) {
 302         g_log("bluesky/flushd", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 303               "Too much data; invoking flushd: dirty=%d",
 304               g_atomic_int_get(&fs->cache_dirty));
 305     }
 306
 307     bluesky_flushd_invoke(fs);
 308
 309     /* If the system is under heavy memory pressure, actually delay execution
 310      * so the flush daemon can catch up. */
 311     while (g_atomic_int_get(&fs->cache_dirty)
 312                 + g_atomic_int_get(&fs->cache_log_dirty)
 313            > bluesky_watermark_high_dirty) {
 314         g_log("bluesky/flushd", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 315               "Waiting due to memory pressure, dirty=%d + %d",
 316               g_atomic_int_get(&fs->cache_dirty),
 317               g_atomic_int_get(&fs->cache_log_dirty));
 318         g_mutex_lock(fs->lock);
 319         g_cond_wait(fs->flushd_cond, fs->lock);
 320         g_mutex_unlock(fs->lock);
 321     }
 322 }
 323
 324 /* Start a perpetually-running thread that flushes the cache occasionally. */
 325 static gpointer flushd_thread(BlueSkyFS *fs)
 326 {
 327     while (TRUE) {
 328         bluesky_flushd_invoke(fs);
 329         struct timespec delay;
 330         delay.tv_sec = 2;
 331         delay.tv_nsec = 0;
 332         nanosleep(&delay, NULL);
 333     }
 334
 335     return NULL;
 336 }
 337
 338 void bluesky_flushd_thread_launch(BlueSkyFS *fs)
 339 {
 340     g_thread_create((GThreadFunc)flushd_thread, fs, FALSE, NULL);
 341 }