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.
 105  * TODO: Rewrite this to work on cloud log items rather than inodes, so we can
 106  * better track which logs are fully synchronized to the cloud and can be
 107  * garbage collected if needed? */
 108 static void flushd_cloud(BlueSkyFS *fs)
 109 {
 110     int64_t start_time = bluesky_get_current_time();
 111     g_mutex_lock(fs->lock);
 112
 113     while (1) {
 114         BlueSkyInode *inode;
 115         if (fs->dirty_list.prev == NULL)
 116             break;
 117         inode = fs->dirty_list.prev->data;
 118
 119         if (bluesky_verbose) {
 120             g_log("bluesky/flushd", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 121                   "Flushing inode %"PRIu64" to cloud", inode->inum);
 122         }
 123
 124         /* Stop processing dirty inodes if we both have enough memory available
 125          * and the oldest inode is sufficiently new that it need not be flushed
 126          * out. */
 127         uint64_t elapsed = bluesky_get_current_time() - inode->change_time;
 128         if (g_atomic_int_get(&fs->cache_dirty) < bluesky_watermark_low_dirty
 129                 && elapsed < WRITEBACK_DELAY)
 130             break;
 131         if (inode->change_time > start_time)
 132             break;
 133
 134         bluesky_inode_ref(inode);
 135
 136         g_mutex_unlock(fs->lock);
 137
 138         g_mutex_lock(inode->lock);
 139         flushd_dirty_inode(inode);
 140         g_mutex_lock(fs->lock);
 141         bluesky_list_unlink(&fs->dirty_list, inode->dirty_list);
 142         inode->dirty_list = NULL;
 143         g_mutex_unlock(fs->lock);
 144
 145         BlueSkyCloudLog *log = inode->committed_item;
 146         bluesky_cloudlog_ref(log);
 147         g_mutex_unlock(inode->lock);
 148
 149         if (log != NULL)
 150             bluesky_cloudlog_serialize(log, fs);
 151         bluesky_inode_unref(inode);
 152         bluesky_cloudlog_unref(log);
 153
 154         g_mutex_lock(fs->lock);
 155     }
 156
 157     g_mutex_unlock(fs->lock);
 158     bluesky_cloudlog_flush(fs);
 159 }
 160
 161 /* Drop cached data for a given inode, if it is clean.  inode must be locked. */
 162 static void drop_caches(BlueSkyInode *inode)
 163 {
 164     if (inode->type == BLUESKY_REGULAR)
 165         bluesky_file_drop_cached(inode);
 166 }
 167
 168 /* Drop clean data from the cache if needed.  Clean data should generally be
 169  * memory-mapped from log file or similar, so the kernel can drop this clean
 170  * data from memory for us and hence memory management isn't too important.
 171  * Mainly, we'll want to drop references to data that hasn't been accessed in a
 172  * while so that it is possible to reclaim log segments on disk. */
 173 static void flushd_clean(BlueSkyFS *fs)
 174 {
 175     g_mutex_lock(fs->lock);
 176
 177     size_t inode_count = g_hash_table_size(fs->inodes);
 178     if (!inode_count)
 179         inode_count = 1;
 180
 181     while (inode_count-- > 0) {
 182         BlueSkyInode *inode;
 183         if (fs->accessed_list.prev == NULL)
 184             break;
 185         inode = fs->accessed_list.prev->data;
 186
 187         uint64_t elapsed = bluesky_get_current_time() - inode->access_time;
 188         if (elapsed < CACHE_DROP_DELAY)
 189             break;
 190
 191         if (bluesky_verbose) {
 192             g_log("bluesky/flushd", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 193                   "Considering dropping cached data for inode %"PRIu64,
 194                   inode->inum);
 195         }
 196
 197         bluesky_inode_ref(inode);
 198
 199         g_mutex_unlock(fs->lock);
 200
 201         g_mutex_lock(inode->lock);
 202
 203         g_mutex_lock(fs->lock);
 204         bluesky_list_unlink(&fs->accessed_list, inode->accessed_list);
 205         inode->accessed_list = bluesky_list_prepend(&fs->accessed_list, inode);
 206         g_mutex_unlock(fs->lock);
 207
 208         drop_caches(inode);
 209
 210         g_mutex_unlock(inode->lock);
 211         bluesky_inode_unref(inode);
 212
 213         g_mutex_lock(fs->lock);
 214     }
 215
 216     g_mutex_unlock(fs->lock);
 217 }
 218
 219 /* Run the flush daemon for a single iteration, though if it is already
 220  * executing returns immediately. */
 221 static gpointer flushd_task(BlueSkyFS *fs)
 222 {
 223     if (!g_mutex_trylock(fs->flushd_lock))
 224         return NULL;
 225     flushd_dirty(fs);
 226     flushd_cloud(fs);
 227     flushd_clean(fs);
 228     g_mutex_unlock(fs->flushd_lock);
 229
 230     return NULL;
 231 }
 232
 233 void bluesky_flushd_invoke(BlueSkyFS *fs)
 234 {
 235     g_thread_create((GThreadFunc)flushd_task, fs, FALSE, NULL);
 236 }
 237
 238 void bluesky_flushd_invoke_conditional(BlueSkyFS *fs)
 239 {
 240     if (g_atomic_int_get(&fs->cache_dirty) < bluesky_watermark_medium_dirty)
 241         return;
 242
 243     if (bluesky_verbose) {
 244         g_log("bluesky/flushd", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 245               "Too much data; invoking flushd: dirty=%d",
 246               g_atomic_int_get(&fs->cache_dirty));
 247     }
 248
 249     bluesky_flushd_invoke(fs);
 250
 251     /* If the system is under heavy memory pressure, actually delay execution
 252      * so the flush daemon can catch up. */
 253     while (g_atomic_int_get(&fs->cache_dirty)
 254                 + g_atomic_int_get(&fs->cache_log_dirty)
 255            > bluesky_watermark_high_dirty) {
 256         g_log("bluesky/flushd", G_LOG_LEVEL_DEBUG,
 257               "Waiting due to memory pressure, dirty=%d + %d",
 258               g_atomic_int_get(&fs->cache_dirty),
 259               g_atomic_int_get(&fs->cache_log_dirty));
 260         g_mutex_lock(fs->lock);
 261         g_cond_wait(fs->flushd_cond, fs->lock);
 262         g_mutex_unlock(fs->lock);
 263     }
 264 }
 265
 266 /* Start a perpetually-running thread that flushes the cache occasionally. */
 267 static gpointer flushd_thread(BlueSkyFS *fs)
 268 {
 269     while (TRUE) {
 270         bluesky_flushd_invoke(fs);
 271         struct timespec delay;
 272         delay.tv_sec = 2;
 273         delay.tv_nsec = 0;
 274         nanosleep(&delay, NULL);
 275     }
 276
 277     return NULL;
 278 }
 279
 280 void bluesky_flushd_thread_launch(BlueSkyFS *fs)
 281 {
 282     g_thread_create((GThreadFunc)flushd_thread, fs, FALSE, NULL);
 283 }