sys/fs/tmpfs/tmpfs.h

   1 /*      $NetBSD: tmpfs.h,v 1.26 2007/02/22 06:37:00 thorpej Exp $       */
   2
   3 /*-
   4  * Copyright (c) 2005, 2006 The NetBSD Foundation, Inc.
   5  * All rights reserved.
   6  *
   7  * This code is derived from software contributed to The NetBSD Foundation
   8  * by Julio M. Merino Vidal, developed as part of Google's Summer of Code
   9  * 2005 program.
  10  *
  11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  12  * modification, are permitted provided that the following conditions
  13  * are met:
  14  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  16  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  18  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  19  *
  20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE NETBSD FOUNDATION, INC. AND CONTRIBUTORS
  21  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED
  22  * TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
  23  * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE FOUNDATION OR CONTRIBUTORS
  24  * BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
  25  * CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF
  26  * SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS
  27  * INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
  28  * CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
  29  * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE
  30  * POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  31  *
  32  * $FreeBSD$
  33  */
  34
  35 #ifndef _FS_TMPFS_TMPFS_H_
  36 #define _FS_TMPFS_TMPFS_H_
  37
  38 #include <sys/dirent.h>
  39 #include <sys/mount.h>
  40 #include <sys/queue.h>
  41 #include <sys/vnode.h>
  42 #include <sys/file.h>
  43 #include <sys/lock.h>
  44 #include <sys/mutex.h>
  45
  46 #include <sys/malloc.h>
  47 #include <sys/systm.h>
  48 #include <sys/tree.h>
  49 #include <sys/vmmeter.h>
  50 #include <vm/swap_pager.h>
  51
  52 MALLOC_DECLARE(M_TMPFSMNT);
  53 MALLOC_DECLARE(M_TMPFSNAME);
  54
  55 /*
  56  * Internal representation of a tmpfs directory entry.
  57  */
  58
  59 LIST_HEAD(tmpfs_dir_duphead, tmpfs_dirent);
  60
  61 struct tmpfs_dirent {
  62         /*
  63          * Depending on td_cookie flag entry can be of 3 types:
  64          * - regular -- no hash collisions, stored in RB-Tree
  65          * - duphead -- synthetic linked list head for dup entries
  66          * - dup -- stored in linked list instead of RB-Tree
  67          */
  68         union {
  69                 /* regular and duphead entry types */
  70                 RB_ENTRY(tmpfs_dirent)          td_entries;
  71
  72                 /* dup entry type */
  73                 struct {
  74                         LIST_ENTRY(tmpfs_dirent) entries;
  75                         LIST_ENTRY(tmpfs_dirent) index_entries;
  76                 } td_dup;
  77         } uh;
  78
  79         uint32_t                        td_cookie;
  80         uint32_t                        td_hash;
  81         u_int                           td_namelen;
  82
  83         /*
  84          * Pointer to the node this entry refers to.  In case this field
  85          * is NULL, the node is a whiteout.
  86          */
  87         struct tmpfs_node *             td_node;
  88
  89         union {
  90                 /*
  91                  * The name of the entry, allocated from a string pool.  This
  92                  * string is not required to be zero-terminated.
  93                  */
  94                 char *                  td_name;        /* regular, dup */
  95                 struct tmpfs_dir_duphead td_duphead;    /* duphead */
  96         } ud;
  97 };
  98
  99 /*
 100  * A directory in tmpfs holds a collection of directory entries, which
 101  * in turn point to other files (which can be directories themselves).
 102  *
 103  * In tmpfs, this collection is managed by a RB-Tree, whose head is
 104  * defined by the struct tmpfs_dir type.
 105  *
 106  * It is important to notice that directories do not have entries for . and
 107  * .. as other file systems do.  These can be generated when requested
 108  * based on information available by other means, such as the pointer to
 109  * the node itself in the former case or the pointer to the parent directory
 110  * in the latter case.  This is done to simplify tmpfs's code and, more
 111  * importantly, to remove redundancy.
 112  */
 113 RB_HEAD(tmpfs_dir, tmpfs_dirent);
 114
 115 /*
 116  * Each entry in a directory has a cookie that identifies it.  Cookies
 117  * supersede offsets within directories because, given how tmpfs stores
 118  * directories in memory, there is no such thing as an offset.
 119  *
 120  * The '.', '..' and the end of directory markers have fixed cookies which
 121  * cannot collide with the cookies generated by other entries.  The cookies
 122  * for the other entries are generated based on the file name hash value or
 123  * unique number in case of name hash collision.
 124  *
 125  * To preserve compatibility cookies are limited to 31 bits.
 126  */
 127
 128 #define TMPFS_DIRCOOKIE_DOT             0
 129 #define TMPFS_DIRCOOKIE_DOTDOT          1
 130 #define TMPFS_DIRCOOKIE_EOF             2
 131 #define TMPFS_DIRCOOKIE_MASK            ((off_t)0x3fffffffU)
 132 #define TMPFS_DIRCOOKIE_MIN             ((off_t)0x00000004U)
 133 #define TMPFS_DIRCOOKIE_DUP             ((off_t)0x40000000U)
 134 #define TMPFS_DIRCOOKIE_DUPHEAD         ((off_t)0x80000000U)
 135 #define TMPFS_DIRCOOKIE_DUP_MIN         TMPFS_DIRCOOKIE_DUP
 136 #define TMPFS_DIRCOOKIE_DUP_MAX         \
 137         (TMPFS_DIRCOOKIE_DUP | TMPFS_DIRCOOKIE_MASK)
 138
 139 /*
 140  * Internal representation of a tmpfs file system node.
 141  *
 142  * This structure is splitted in two parts: one holds attributes common
 143  * to all file types and the other holds data that is only applicable to
 144  * a particular type.  The code must be careful to only access those
 145  * attributes that are actually allowed by the node's type.
 146  *
 147  * Below is the key of locks used to protected the fields in the following
 148  * structures.
 149  * (v)  vnode lock in exclusive mode
 150  * (vi) vnode lock in exclusive mode, or vnode lock in shared vnode and
 151  *      tn_interlock
 152  * (i)  tn_interlock
 153  * (m)  tmpfs_mount tm_allnode_lock
 154  * (c)  stable after creation
 155  */
 156 struct tmpfs_node {
 157         /*
 158          * Doubly-linked list entry which links all existing nodes for
 159          * a single file system.  This is provided to ease the removal
 160          * of all nodes during the unmount operation, and to support
 161          * the implementation of VOP_VNTOCNP().  tn_attached is false
 162          * when the node is removed from list and unlocked.
 163          */
 164         LIST_ENTRY(tmpfs_node)  tn_entries;     /* (m) */
 165         bool                    tn_attached;    /* (m) */
 166
 167         /*
 168          * The node's type.  Any of 'VBLK', 'VCHR', 'VDIR', 'VFIFO',
 169          * 'VLNK', 'VREG' and 'VSOCK' is allowed.  The usage of vnode
 170          * types instead of a custom enumeration is to make things simpler
 171          * and faster, as we do not need to convert between two types.
 172          */
 173         enum vtype              tn_type;        /* (c) */
 174
 175         /* Node identifier. */
 176         ino_t                   tn_id;          /* (c) */
 177
 178         /*
 179          * Node's internal status.  This is used by several file system
 180          * operations to do modifications to the node in a delayed
 181          * fashion.
 182          */
 183         int                     tn_status;      /* (vi) */
 184 #define TMPFS_NODE_ACCESSED     (1 << 1)
 185 #define TMPFS_NODE_MODIFIED     (1 << 2)
 186 #define TMPFS_NODE_CHANGED      (1 << 3)
 187
 188         /*
 189          * The node size.  It does not necessarily match the real amount
 190          * of memory consumed by it.
 191          */
 192         off_t                   tn_size;        /* (v) */
 193
 194         /* Generic node attributes. */
 195         uid_t                   tn_uid;         /* (v) */
 196         gid_t                   tn_gid;         /* (v) */
 197         mode_t                  tn_mode;        /* (v) */
 198         u_long                  tn_flags;       /* (v) */
 199         nlink_t                 tn_links;       /* (v) */
 200         struct timespec         tn_atime;       /* (vi) */
 201         struct timespec         tn_mtime;       /* (vi) */
 202         struct timespec         tn_ctime;       /* (vi) */
 203         struct timespec         tn_birthtime;   /* (v) */
 204         unsigned long           tn_gen;         /* (c) */
 205
 206         /*
 207          * As there is a single vnode for each active file within the
 208          * system, care has to be taken to avoid allocating more than one
 209          * vnode per file.  In order to do this, a bidirectional association
 210          * is kept between vnodes and nodes.
 211          *
 212          * Whenever a vnode is allocated, its v_data field is updated to
 213          * point to the node it references.  At the same time, the node's
 214          * tn_vnode field is modified to point to the new vnode representing
 215          * it.  Further attempts to allocate a vnode for this same node will
 216          * result in returning a new reference to the value stored in
 217          * tn_vnode.
 218          *
 219          * May be NULL when the node is unused (that is, no vnode has been
 220          * allocated for it or it has been reclaimed).
 221          */
 222         struct vnode *          tn_vnode;       /* (i) */
 223
 224         /*
 225          * Interlock to protect tn_vpstate, and tn_status under shared
 226          * vnode lock.
 227          */
 228         struct mtx      tn_interlock;
 229
 230         /*
 231          * Identify if current node has vnode assiocate with
 232          * or allocating vnode.
 233          */
 234         int             tn_vpstate;             /* (i) */
 235
 236         /* Transient refcounter on this node. */
 237         u_int           tn_refcount;            /* (m) + (i) */
 238
 239         /* misc data field for different tn_type node */
 240         union {
 241                 /* Valid when tn_type == VBLK || tn_type == VCHR. */
 242                 dev_t                   tn_rdev;        /* (c) */
 243
 244                 /* Valid when tn_type == VDIR. */
 245                 struct tn_dir {
 246                         /*
 247                          * Pointer to the parent directory.  The root
 248                          * directory has a pointer to itself in this field;
 249                          * this property identifies the root node.
 250                          */
 251                         struct tmpfs_node *     tn_parent;
 252
 253                         /*
 254                          * Head of a tree that links the contents of
 255                          * the directory together.
 256                          */
 257                         struct tmpfs_dir        tn_dirhead;
 258
 259                         /*
 260                          * Head of a list the contains fake directory entries
 261                          * heads, i.e. entries with TMPFS_DIRCOOKIE_DUPHEAD
 262                          * flag.
 263                          */
 264                         struct tmpfs_dir_duphead tn_dupindex;
 265
 266                         /*
 267                          * Number and pointer of the first directory entry
 268                          * returned by the readdir operation if it were
 269                          * called again to continue reading data from the
 270                          * same directory as before.  This is used to speed
 271                          * up reads of long directories, assuming that no
 272                          * more than one read is in progress at a given time.
 273                          * Otherwise, these values are discarded.
 274                          */
 275                         off_t                   tn_readdir_lastn;
 276                         struct tmpfs_dirent *   tn_readdir_lastp;
 277                 } tn_dir;
 278
 279                 /* Valid when tn_type == VLNK. */
 280                 /* The link's target, allocated from a string pool. */
 281                 char *                  tn_link;        /* (c) */
 282
 283                 /* Valid when tn_type == VREG. */
 284                 struct tn_reg {
 285                         /*
 286                          * The contents of regular files stored in a
 287                          * tmpfs file system are represented by a
 288                          * single anonymous memory object (aobj, for
 289                          * short).  The aobj provides direct access to
 290                          * any position within the file.  It is a task
 291                          * of the memory management subsystem to issue
 292                          * the required page ins or page outs whenever
 293                          * a position within the file is accessed.
 294                          */
 295                         vm_object_t             tn_aobj;        /* (c) */
 296                 } tn_reg;
 297         } tn_spec;      /* (v) */
 298 };
 299 LIST_HEAD(tmpfs_node_list, tmpfs_node);
 300
 301 #define tn_rdev tn_spec.tn_rdev
 302 #define tn_dir tn_spec.tn_dir
 303 #define tn_link tn_spec.tn_link
 304 #define tn_reg tn_spec.tn_reg
 305 #define tn_fifo tn_spec.tn_fifo
 306
 307 #define TMPFS_NODE_LOCK(node) mtx_lock(&(node)->tn_interlock)
 308 #define TMPFS_NODE_UNLOCK(node) mtx_unlock(&(node)->tn_interlock)
 309 #define TMPFS_NODE_MTX(node) (&(node)->tn_interlock)
 310 #define TMPFS_NODE_ASSERT_LOCKED(node) mtx_assert(TMPFS_NODE_MTX(node), \
 311     MA_OWNED)
 312
 313 #ifdef INVARIANTS
 314 #define TMPFS_ASSERT_LOCKED(node) do {                                  \
 315                 MPASS((node) != NULL);                                  \
 316                 MPASS((node)->tn_vnode != NULL);                        \
 317                 ASSERT_VOP_LOCKED((node)->tn_vnode, "tmpfs assert");    \
 318         } while (0)
 319 #else
 320 #define TMPFS_ASSERT_LOCKED(node) (void)0
 321 #endif
 322
 323 #define TMPFS_VNODE_ALLOCATING  1
 324 #define TMPFS_VNODE_WANT        2
 325 #define TMPFS_VNODE_DOOMED      4
 326 #define TMPFS_VNODE_WRECLAIM    8
 327
 328 /*
 329  * Internal representation of a tmpfs mount point.
 330  */
 331 struct tmpfs_mount {
 332         /*
 333          * Maximum number of memory pages available for use by the file
 334          * system, set during mount time.  This variable must never be
 335          * used directly as it may be bigger than the current amount of
 336          * free memory; in the extreme case, it will hold the ULONG_MAX
 337          * value.
 338          */
 339         u_long                  tm_pages_max;
 340
 341         /* Number of pages in use by the file system. */
 342         u_long                  tm_pages_used;
 343
 344         /*
 345          * Pointer to the node representing the root directory of this
 346          * file system.
 347          */
 348         struct tmpfs_node *     tm_root;
 349
 350         /*
 351          * Maximum number of possible nodes for this file system; set
 352          * during mount time.  We need a hard limit on the maximum number
 353          * of nodes to avoid allocating too much of them; their objects
 354          * cannot be released until the file system is unmounted.
 355          * Otherwise, we could easily run out of memory by creating lots
 356          * of empty files and then simply removing them.
 357          */
 358         ino_t                   tm_nodes_max;
 359
 360         /* unrhdr used to allocate inode numbers */
 361         struct unrhdr *         tm_ino_unr;
 362
 363         /* Number of nodes currently that are in use. */
 364         ino_t                   tm_nodes_inuse;
 365
 366         /* Refcounter on this struct tmpfs_mount. */
 367         uint64_t                tm_refcount;
 368
 369         /* maximum representable file size */
 370         u_int64_t               tm_maxfilesize;
 371
 372         /*
 373          * The used list contains all nodes that are currently used by
 374          * the file system; i.e., they refer to existing files.
 375          */
 376         struct tmpfs_node_list  tm_nodes_used;
 377
 378         /* All node lock to protect the node list and tmp_pages_used. */
 379         struct mtx              tm_allnode_lock;
 380
 381         /* Zones used to store file system meta data, per tmpfs mount. */
 382         uma_zone_t              tm_dirent_pool;
 383         uma_zone_t              tm_node_pool;
 384
 385         /* Read-only status. */
 386         int                     tm_ronly;
 387 };
 388 #define TMPFS_LOCK(tm) mtx_lock(&(tm)->tm_allnode_lock)
 389 #define TMPFS_UNLOCK(tm) mtx_unlock(&(tm)->tm_allnode_lock)
 390 #define TMPFS_MP_ASSERT_LOCKED(tm) mtx_assert(&(tm)->tm_allnode_lock, MA_OWNED)
 391
 392 /*
 393  * This structure maps a file identifier to a tmpfs node.  Used by the
 394  * NFS code.
 395  */
 396 struct tmpfs_fid {
 397         uint16_t                tf_len;
 398         uint16_t                tf_pad;
 399         ino_t                   tf_id;
 400         unsigned long           tf_gen;
 401 };
 402
 403 struct tmpfs_dir_cursor {
 404         struct tmpfs_dirent     *tdc_current;
 405         struct tmpfs_dirent     *tdc_tree;
 406 };
 407
 408 #ifdef _KERNEL
 409 /*
 410  * Prototypes for tmpfs_subr.c.
 411  */
 412
 413 void    tmpfs_ref_node(struct tmpfs_node *node);
 414 void    tmpfs_ref_node_locked(struct tmpfs_node *node);
 415 int     tmpfs_alloc_node(struct mount *mp, struct tmpfs_mount *, enum vtype,
 416             uid_t uid, gid_t gid, mode_t mode, struct tmpfs_node *,
 417             char *, dev_t, struct tmpfs_node **);
 418 void    tmpfs_free_node(struct tmpfs_mount *, struct tmpfs_node *);
 419 bool    tmpfs_free_node_locked(struct tmpfs_mount *, struct tmpfs_node *, bool);
 420 void    tmpfs_free_tmp(struct tmpfs_mount *);
 421 int     tmpfs_alloc_dirent(struct tmpfs_mount *, struct tmpfs_node *,
 422             const char *, u_int, struct tmpfs_dirent **);
 423 void    tmpfs_free_dirent(struct tmpfs_mount *, struct tmpfs_dirent *);
 424 void    tmpfs_dirent_init(struct tmpfs_dirent *, const char *, u_int);
 425 void    tmpfs_destroy_vobject(struct vnode *vp, vm_object_t obj);
 426 int     tmpfs_alloc_vp(struct mount *, struct tmpfs_node *, int,
 427             struct vnode **);
 428 void    tmpfs_free_vp(struct vnode *);
 429 int     tmpfs_alloc_file(struct vnode *, struct vnode **, struct vattr *,
 430             struct componentname *, char *);
 431 void    tmpfs_check_mtime(struct vnode *);
 432 void    tmpfs_dir_attach(struct vnode *, struct tmpfs_dirent *);
 433 void    tmpfs_dir_detach(struct vnode *, struct tmpfs_dirent *);
 434 void    tmpfs_dir_destroy(struct tmpfs_mount *, struct tmpfs_node *);
 435 struct tmpfs_dirent *   tmpfs_dir_lookup(struct tmpfs_node *node,
 436                             struct tmpfs_node *f,
 437                             struct componentname *cnp);
 438 int     tmpfs_dir_getdents(struct tmpfs_node *, struct uio *, int,
 439             u_long *, int *);
 440 int     tmpfs_dir_whiteout_add(struct vnode *, struct componentname *);
 441 void    tmpfs_dir_whiteout_remove(struct vnode *, struct componentname *);
 442 int     tmpfs_reg_resize(struct vnode *, off_t, boolean_t);
 443 int     tmpfs_chflags(struct vnode *, u_long, struct ucred *, struct thread *);
 444 int     tmpfs_chmod(struct vnode *, mode_t, struct ucred *, struct thread *);
 445 int     tmpfs_chown(struct vnode *, uid_t, gid_t, struct ucred *,
 446             struct thread *);
 447 int     tmpfs_chsize(struct vnode *, u_quad_t, struct ucred *, struct thread *);
 448 int     tmpfs_chtimes(struct vnode *, struct vattr *, struct ucred *cred,
 449             struct thread *);
 450 void    tmpfs_itimes(struct vnode *, const struct timespec *,
 451             const struct timespec *);
 452
 453 void    tmpfs_set_status(struct tmpfs_node *node, int status);
 454 void    tmpfs_update(struct vnode *);
 455 int     tmpfs_truncate(struct vnode *, off_t);
 456 struct tmpfs_dirent *tmpfs_dir_first(struct tmpfs_node *dnode,
 457             struct tmpfs_dir_cursor *dc);
 458 struct tmpfs_dirent *tmpfs_dir_next(struct tmpfs_node *dnode,
 459             struct tmpfs_dir_cursor *dc);
 460
 461 /*
 462  * Convenience macros to simplify some logical expressions.
 463  */
 464 #define IMPLIES(a, b) (!(a) || (b))
 465 #define IFF(a, b) (IMPLIES(a, b) && IMPLIES(b, a))
 466
 467 /*
 468  * Checks that the directory entry pointed by 'de' matches the name 'name'
 469  * with a length of 'len'.
 470  */
 471 #define TMPFS_DIRENT_MATCHES(de, name, len) \
 472     (de->td_namelen == len && \
 473     bcmp((de)->ud.td_name, (name), (de)->td_namelen) == 0)
 474
 475 /*
 476  * Ensures that the node pointed by 'node' is a directory and that its
 477  * contents are consistent with respect to directories.
 478  */
 479 #define TMPFS_VALIDATE_DIR(node) do { \
 480         MPASS((node)->tn_type == VDIR); \
 481         MPASS((node)->tn_size % sizeof(struct tmpfs_dirent) == 0); \
 482 } while (0)
 483
 484 /*
 485  * Amount of memory pages to reserve for the system (e.g., to not use by
 486  * tmpfs).
 487  */
 488 #define TMPFS_PAGES_MINRESERVED         (4 * 1024 * 1024 / PAGE_SIZE)
 489
 490 size_t tmpfs_mem_avail(void);
 491
 492 size_t tmpfs_pages_used(struct tmpfs_mount *tmp);
 493
 494 #endif
 495
 496 /*
 497  * Macros/functions to convert from generic data structures to tmpfs
 498  * specific ones.
 499  */
 500
 501 static inline struct tmpfs_mount *
 502 VFS_TO_TMPFS(struct mount *mp)
 503 {
 504         struct tmpfs_mount *tmp;
 505
 506         MPASS(mp != NULL && mp->mnt_data != NULL);
 507         tmp = (struct tmpfs_mount *)mp->mnt_data;
 508         return (tmp);
 509 }
 510
 511 static inline struct tmpfs_node *
 512 VP_TO_TMPFS_NODE(struct vnode *vp)
 513 {
 514         struct tmpfs_node *node;
 515
 516         MPASS(vp != NULL && vp->v_data != NULL);
 517         node = (struct tmpfs_node *)vp->v_data;
 518         return (node);
 519 }
 520
 521 static inline struct tmpfs_node *
 522 VP_TO_TMPFS_DIR(struct vnode *vp)
 523 {
 524         struct tmpfs_node *node;
 525
 526         node = VP_TO_TMPFS_NODE(vp);
 527         TMPFS_VALIDATE_DIR(node);
 528         return (node);
 529 }
 530
 531 #endif /* _FS_TMPFS_TMPFS_H_ */