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