]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/kern/vfs_cache.c
zfs: merge openzfs/zfs@39be46f43
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / kern / vfs_cache.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1989, 1993, 1995
5  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
6  *
7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
8  * Poul-Henning Kamp of the FreeBSD Project.
9  *
10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
11  * modification, are permitted provided that the following conditions
12  * are met:
13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
18  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
20  *    without specific prior written permission.
21  *
22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
32  * SUCH DAMAGE.
33  */
34
35 #include <sys/cdefs.h>
36 #include "opt_ddb.h"
37 #include "opt_ktrace.h"
38
39 #include <sys/param.h>
40 #include <sys/systm.h>
41 #include <sys/capsicum.h>
42 #include <sys/counter.h>
43 #include <sys/filedesc.h>
44 #include <sys/fnv_hash.h>
45 #include <sys/kernel.h>
46 #include <sys/ktr.h>
47 #include <sys/lock.h>
48 #include <sys/malloc.h>
49 #include <sys/fcntl.h>
50 #include <sys/jail.h>
51 #include <sys/mount.h>
52 #include <sys/namei.h>
53 #include <sys/proc.h>
54 #include <sys/seqc.h>
55 #include <sys/sdt.h>
56 #include <sys/smr.h>
57 #include <sys/smp.h>
58 #include <sys/syscallsubr.h>
59 #include <sys/sysctl.h>
60 #include <sys/sysproto.h>
61 #include <sys/vnode.h>
62 #include <ck_queue.h>
63 #ifdef KTRACE
64 #include <sys/ktrace.h>
65 #endif
66 #ifdef INVARIANTS
67 #include <machine/_inttypes.h>
68 #endif
69
70 #include <security/audit/audit.h>
71 #include <security/mac/mac_framework.h>
72
73 #ifdef DDB
74 #include <ddb/ddb.h>
75 #endif
76
77 #include <vm/uma.h>
78
79 /*
80  * High level overview of name caching in the VFS layer.
81  *
82  * Originally caching was implemented as part of UFS, later extracted to allow
83  * use by other filesystems. A decision was made to make it optional and
84  * completely detached from the rest of the kernel, which comes with limitations
85  * outlined near the end of this comment block.
86  *
87  * This fundamental choice needs to be revisited. In the meantime, the current
88  * state is described below. Significance of all notable routines is explained
89  * in comments placed above their implementation. Scattered thoroughout the
90  * file are TODO comments indicating shortcomings which can be fixed without
91  * reworking everything (most of the fixes will likely be reusable). Various
92  * details are omitted from this explanation to not clutter the overview, they
93  * have to be checked by reading the code and associated commentary.
94  *
95  * Keep in mind that it's individual path components which are cached, not full
96  * paths. That is, for a fully cached path "foo/bar/baz" there are 3 entries,
97  * one for each name.
98  *
99  * I. Data organization
100  *
101  * Entries are described by "struct namecache" objects and stored in a hash
102  * table. See cache_get_hash for more information.
103  *
104  * "struct vnode" contains pointers to source entries (names which can be found
105  * when traversing through said vnode), destination entries (names of that
106  * vnode (see "Limitations" for a breakdown on the subject) and a pointer to
107  * the parent vnode.
108  *
109  * The (directory vnode; name) tuple reliably determines the target entry if
110  * it exists.
111  *
112  * Since there are no small locks at this time (all are 32 bytes in size on
113  * LP64), the code works around the problem by introducing lock arrays to
114  * protect hash buckets and vnode lists.
115  *
116  * II. Filesystem integration
117  *
118  * Filesystems participating in name caching do the following:
119  * - set vop_lookup routine to vfs_cache_lookup
120  * - set vop_cachedlookup to whatever can perform the lookup if the above fails
121  * - if they support lockless lookup (see below), vop_fplookup_vexec and
122  *   vop_fplookup_symlink are set along with the MNTK_FPLOOKUP flag on the
123  *   mount point
124  * - call cache_purge or cache_vop_* routines to eliminate stale entries as
125  *   applicable
126  * - call cache_enter to add entries depending on the MAKEENTRY flag
127  *
128  * With the above in mind, there are 2 entry points when doing lookups:
129  * - ... -> namei -> cache_fplookup -- this is the default
130  * - ... -> VOP_LOOKUP -> vfs_cache_lookup -- normally only called by namei
131  *   should the above fail
132  *
133  * Example code flow how an entry is added:
134  * ... -> namei -> cache_fplookup -> cache_fplookup_noentry -> VOP_LOOKUP ->
135  * vfs_cache_lookup -> VOP_CACHEDLOOKUP -> ufs_lookup_ino -> cache_enter
136  *
137  * III. Performance considerations
138  *
139  * For lockless case forward lookup avoids any writes to shared areas apart
140  * from the terminal path component. In other words non-modifying lookups of
141  * different files don't suffer any scalability problems in the namecache.
142  * Looking up the same file is limited by VFS and goes beyond the scope of this
143  * file.
144  *
145  * At least on amd64 the single-threaded bottleneck for long paths is hashing
146  * (see cache_get_hash). There are cases where the code issues acquire fence
147  * multiple times, they can be combined on architectures which suffer from it.
148  *
149  * For locked case each encountered vnode has to be referenced and locked in
150  * order to be handed out to the caller (normally that's namei). This
151  * introduces significant hit single-threaded and serialization multi-threaded.
152  *
153  * Reverse lookup (e.g., "getcwd") fully scales provided it is fully cached --
154  * avoids any writes to shared areas to any components.
155  *
156  * Unrelated insertions are partially serialized on updating the global entry
157  * counter and possibly serialized on colliding bucket or vnode locks.
158  *
159  * IV. Observability
160  *
161  * Note not everything has an explicit dtrace probe nor it should have, thus
162  * some of the one-liners below depend on implementation details.
163  *
164  * Examples:
165  *
166  * # Check what lookups failed to be handled in a lockless manner. Column 1 is
167  * # line number, column 2 is status code (see cache_fpl_status)
168  * dtrace -n 'vfs:fplookup:lookup:done { @[arg1, arg2] = count(); }'
169  *
170  * # Lengths of names added by binary name
171  * dtrace -n 'fbt::cache_enter_time:entry { @[execname] = quantize(args[2]->cn_namelen); }'
172  *
173  * # Same as above but only those which exceed 64 characters
174  * dtrace -n 'fbt::cache_enter_time:entry /args[2]->cn_namelen > 64/ { @[execname] = quantize(args[2]->cn_namelen); }'
175  *
176  * # Who is performing lookups with spurious slashes (e.g., "foo//bar") and what
177  * # path is it
178  * dtrace -n 'fbt::cache_fplookup_skip_slashes:entry { @[execname, stringof(args[0]->cnp->cn_pnbuf)] = count(); }'
179  *
180  * V. Limitations and implementation defects
181  *
182  * - since it is possible there is no entry for an open file, tools like
183  *   "procstat" may fail to resolve fd -> vnode -> path to anything
184  * - even if a filesystem adds an entry, it may get purged (e.g., due to memory
185  *   shortage) in which case the above problem applies
186  * - hardlinks are not tracked, thus if a vnode is reachable in more than one
187  *   way, resolving a name may return a different path than the one used to
188  *   open it (even if said path is still valid)
189  * - by default entries are not added for newly created files
190  * - adding an entry may need to evict negative entry first, which happens in 2
191  *   distinct places (evicting on lookup, adding in a later VOP) making it
192  *   impossible to simply reuse it
193  * - there is a simple scheme to evict negative entries as the cache is approaching
194  *   its capacity, but it is very unclear if doing so is a good idea to begin with
195  * - vnodes are subject to being recycled even if target inode is left in memory,
196  *   which loses the name cache entries when it perhaps should not. in case of tmpfs
197  *   names get duplicated -- kept by filesystem itself and namecache separately
198  * - struct namecache has a fixed size and comes in 2 variants, often wasting
199  *   space.  now hard to replace with malloc due to dependence on SMR, which
200  *   requires UMA zones to opt in
201  * - lack of better integration with the kernel also turns nullfs into a layered
202  *   filesystem instead of something which can take advantage of caching
203  *
204  * Appendix A: where is the time lost, expanding on paragraph III
205  *
206  * While some care went into optimizing lookups, there is still plenty of
207  * performance left on the table, most notably from single-threaded standpoint.
208  * Below is a woefully incomplete list of changes which can help.  Ideas are
209  * mostly sketched out, no claim is made all kinks or prerequisites are laid
210  * out.
211  *
212  * Note there is performance lost all over VFS.
213  *
214  * === SMR-only lookup
215  *
216  * For commonly used ops like stat(2), when the terminal vnode *is* cached,
217  * lockless lookup could refrain from refing/locking the found vnode and
218  * instead return while within the SMR section. Then a call to, say,
219  * vop_stat_smr could do the work (or fail with EAGAIN), finally the result
220  * would be validated with seqc not changing. This would be faster
221  * single-threaded as it dodges atomics and would provide full scalability for
222  * multicore uses. This would *not* work for open(2) or other calls which need
223  * the vnode to hang around for the long haul, but would work for aforementioned
224  * stat(2) but also access(2), readlink(2), realpathat(2) and probably more.
225  *
226  * === hotpatching for sdt probes
227  *
228  * They result in *tons* of branches all over with rather regrettable codegen
229  * at times. Removing sdt probes altogether gives over 2% boost in lookup rate.
230  * Reworking the code to patch itself at runtime with asm goto would solve it.
231  * asm goto is fully supported by gcc and clang.
232  *
233  * === copyinstr
234  *
235  * On all architectures it operates one byte at a time, while it could be
236  * word-sized instead thanks to the Mycroft trick.
237  *
238  * API itself is rather pessimal for path lookup, accepting arbitrary sizes and
239  * *optionally* filling in the length parameter.
240  *
241  * Instead a new routine (copyinpath?) could be introduced, demanding a buffer
242  * size which is a multiply of the word (and never zero), with the length
243  * always returned. On top of it the routine could be allowed to transform the
244  * buffer in arbitrary ways, most notably writing past the found length (not to
245  * be confused with writing past buffer size) -- this would allow word-sized
246  * movs while checking for '\0' later.
247  *
248  * === detour through namei
249  *
250  * Currently one suffers being called from namei, which then has to check if
251  * things worked out locklessly. Instead the lockless lookup could be the
252  * actual entry point which calls what is currently namei as a fallback.
253  *
254  * === avoidable branches in cache_can_fplookup
255  *
256  * The cache_fast_lookup_enabled flag check could be hotpatchable (in fact if
257  * this is off, none of fplookup code should execute).
258  *
259  * Both audit and capsicum branches can be combined into one, but it requires
260  * paying off a lot of tech debt first.
261  *
262  * ni_startdir could be indicated with a flag in cn_flags, eliminating the
263  * branch.
264  *
265  * === mount stacks
266  *
267  * Crossing a mount requires checking if perhaps something is mounted on top.
268  * Instead, an additional entry could be added to struct mount with a pointer
269  * to the final mount on the stack. This would be recalculated on each
270  * mount/unmount.
271  *
272  * === root vnodes
273  *
274  * It could become part of the API contract to *always* have a rootvnode set in
275  * mnt_rootvnode. Such vnodes are annotated with VV_ROOT and vnlru would have
276  * to be modified to always skip them.
277  *
278  * === inactive on v_usecount reaching 0
279  *
280  * VOP_NEED_INACTIVE should not exist. Filesystems would indicate need for such
281  * processing with a bit in usecount.
282  *
283  * === v_holdcnt
284  *
285  * Hold count should probably get eliminated, but one can argue it is a useful
286  * feature. Even if so, handling of v_usecount could be decoupled from it --
287  * vnlru et al would consider the vnode not-freeable if has either hold or
288  * usecount on it.
289  *
290  * This would eliminate 2 atomics.
291  */
292
293 static SYSCTL_NODE(_vfs, OID_AUTO, cache, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
294     "Name cache");
295
296 SDT_PROVIDER_DECLARE(vfs);
297 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, enter, done, "struct vnode *", "char *",
298     "struct vnode *");
299 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, enter, duplicate, "struct vnode *", "char *",
300     "struct vnode *");
301 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, enter_negative, done, "struct vnode *",
302     "char *");
303 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, fullpath_smr, hit, "struct vnode *",
304     "const char *");
305 SDT_PROBE_DEFINE4(vfs, namecache, fullpath_smr, miss, "struct vnode *",
306     "struct namecache *", "int", "int");
307 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, fullpath, entry, "struct vnode *");
308 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, fullpath, hit, "struct vnode *",
309     "char *", "struct vnode *");
310 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, fullpath, miss, "struct vnode *");
311 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, fullpath, return, "int",
312     "struct vnode *", "char *");
313 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, lookup, hit, "struct vnode *", "char *",
314     "struct vnode *");
315 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, lookup, hit__negative,
316     "struct vnode *", "char *");
317 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, lookup, miss, "struct vnode *",
318     "char *");
319 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, removecnp, hit, "struct vnode *",
320     "struct componentname *");
321 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, removecnp, miss, "struct vnode *",
322     "struct componentname *");
323 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, purge, done, "struct vnode *", "size_t", "size_t");
324 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, purge, batch, "int");
325 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, purge_negative, done, "struct vnode *");
326 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, purgevfs, done, "struct mount *");
327 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, zap, done, "struct vnode *", "char *",
328     "struct vnode *");
329 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, zap_negative, done, "struct vnode *",
330     "char *");
331 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, evict_negative, done, "struct vnode *",
332     "char *");
333 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, symlink, alloc__fail, "size_t");
334
335 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, fplookup, lookup, done, "struct nameidata", "int", "bool");
336 SDT_PROBE_DECLARE(vfs, namei, lookup, entry);
337 SDT_PROBE_DECLARE(vfs, namei, lookup, return);
338
339 static char __read_frequently cache_fast_lookup_enabled = true;
340
341 /*
342  * This structure describes the elements in the cache of recent
343  * names looked up by namei.
344  */
345 struct negstate {
346         u_char neg_flag;
347         u_char neg_hit;
348 };
349 _Static_assert(sizeof(struct negstate) <= sizeof(struct vnode *),
350     "the state must fit in a union with a pointer without growing it");
351
352 struct  namecache {
353         LIST_ENTRY(namecache) nc_src;   /* source vnode list */
354         TAILQ_ENTRY(namecache) nc_dst;  /* destination vnode list */
355         CK_SLIST_ENTRY(namecache) nc_hash;/* hash chain */
356         struct  vnode *nc_dvp;          /* vnode of parent of name */
357         union {
358                 struct  vnode *nu_vp;   /* vnode the name refers to */
359                 struct  negstate nu_neg;/* negative entry state */
360         } n_un;
361         u_char  nc_flag;                /* flag bits */
362         u_char  nc_nlen;                /* length of name */
363         char    nc_name[];              /* segment name + nul */
364 };
365
366 /*
367  * struct namecache_ts repeats struct namecache layout up to the
368  * nc_nlen member.
369  * struct namecache_ts is used in place of struct namecache when time(s) need
370  * to be stored.  The nc_dotdottime field is used when a cache entry is mapping
371  * both a non-dotdot directory name plus dotdot for the directory's
372  * parent.
373  *
374  * See below for alignment requirement.
375  */
376 struct  namecache_ts {
377         struct  timespec nc_time;       /* timespec provided by fs */
378         struct  timespec nc_dotdottime; /* dotdot timespec provided by fs */
379         int     nc_ticks;               /* ticks value when entry was added */
380         int     nc_pad;
381         struct namecache nc_nc;
382 };
383
384 TAILQ_HEAD(cache_freebatch, namecache);
385
386 /*
387  * At least mips n32 performs 64-bit accesses to timespec as found
388  * in namecache_ts and requires them to be aligned. Since others
389  * may be in the same spot suffer a little bit and enforce the
390  * alignment for everyone. Note this is a nop for 64-bit platforms.
391  */
392 #define CACHE_ZONE_ALIGNMENT    UMA_ALIGNOF(time_t)
393
394 /*
395  * TODO: the initial value of CACHE_PATH_CUTOFF was inherited from the
396  * 4.4 BSD codebase. Later on struct namecache was tweaked to become
397  * smaller and the value was bumped to retain the total size, but it
398  * was never re-evaluated for suitability. A simple test counting
399  * lengths during package building shows that the value of 45 covers
400  * about 86% of all added entries, reaching 99% at 65.
401  *
402  * Regardless of the above, use of dedicated zones instead of malloc may be
403  * inducing additional waste. This may be hard to address as said zones are
404  * tied to VFS SMR. Even if retaining them, the current split should be
405  * re-evaluated.
406  */
407 #ifdef __LP64__
408 #define CACHE_PATH_CUTOFF       45
409 #define CACHE_LARGE_PAD         6
410 #else
411 #define CACHE_PATH_CUTOFF       41
412 #define CACHE_LARGE_PAD         2
413 #endif
414
415 #define CACHE_ZONE_SMALL_SIZE           (offsetof(struct namecache, nc_name) + CACHE_PATH_CUTOFF + 1)
416 #define CACHE_ZONE_SMALL_TS_SIZE        (offsetof(struct namecache_ts, nc_nc) + CACHE_ZONE_SMALL_SIZE)
417 #define CACHE_ZONE_LARGE_SIZE           (offsetof(struct namecache, nc_name) + NAME_MAX + 1 + CACHE_LARGE_PAD)
418 #define CACHE_ZONE_LARGE_TS_SIZE        (offsetof(struct namecache_ts, nc_nc) + CACHE_ZONE_LARGE_SIZE)
419
420 _Static_assert((CACHE_ZONE_SMALL_SIZE % (CACHE_ZONE_ALIGNMENT + 1)) == 0, "bad zone size");
421 _Static_assert((CACHE_ZONE_SMALL_TS_SIZE % (CACHE_ZONE_ALIGNMENT + 1)) == 0, "bad zone size");
422 _Static_assert((CACHE_ZONE_LARGE_SIZE % (CACHE_ZONE_ALIGNMENT + 1)) == 0, "bad zone size");
423 _Static_assert((CACHE_ZONE_LARGE_TS_SIZE % (CACHE_ZONE_ALIGNMENT + 1)) == 0, "bad zone size");
424
425 #define nc_vp           n_un.nu_vp
426 #define nc_neg          n_un.nu_neg
427
428 /*
429  * Flags in namecache.nc_flag
430  */
431 #define NCF_WHITE       0x01
432 #define NCF_ISDOTDOT    0x02
433 #define NCF_TS          0x04
434 #define NCF_DTS         0x08
435 #define NCF_DVDROP      0x10
436 #define NCF_NEGATIVE    0x20
437 #define NCF_INVALID     0x40
438 #define NCF_WIP         0x80
439
440 /*
441  * Flags in negstate.neg_flag
442  */
443 #define NEG_HOT         0x01
444
445 static bool     cache_neg_evict_cond(u_long lnumcache);
446
447 /*
448  * Mark an entry as invalid.
449  *
450  * This is called before it starts getting deconstructed.
451  */
452 static void
453 cache_ncp_invalidate(struct namecache *ncp)
454 {
455
456         KASSERT((ncp->nc_flag & NCF_INVALID) == 0,
457             ("%s: entry %p already invalid", __func__, ncp));
458         atomic_store_char(&ncp->nc_flag, ncp->nc_flag | NCF_INVALID);
459         atomic_thread_fence_rel();
460 }
461
462 /*
463  * Check whether the entry can be safely used.
464  *
465  * All places which elide locks are supposed to call this after they are
466  * done with reading from an entry.
467  */
468 #define cache_ncp_canuse(ncp)   ({                                      \
469         struct namecache *_ncp = (ncp);                                 \
470         u_char _nc_flag;                                                \
471                                                                         \
472         atomic_thread_fence_acq();                                      \
473         _nc_flag = atomic_load_char(&_ncp->nc_flag);                    \
474         __predict_true((_nc_flag & (NCF_INVALID | NCF_WIP)) == 0);      \
475 })
476
477 /*
478  * Like the above but also checks NCF_WHITE.
479  */
480 #define cache_fpl_neg_ncp_canuse(ncp)   ({                              \
481         struct namecache *_ncp = (ncp);                                 \
482         u_char _nc_flag;                                                \
483                                                                         \
484         atomic_thread_fence_acq();                                      \
485         _nc_flag = atomic_load_char(&_ncp->nc_flag);                    \
486         __predict_true((_nc_flag & (NCF_INVALID | NCF_WIP | NCF_WHITE)) == 0);  \
487 })
488
489 VFS_SMR_DECLARE;
490
491 static SYSCTL_NODE(_vfs_cache, OID_AUTO, param, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
492     "Name cache parameters");
493
494 static u_int __read_mostly      ncsize; /* the size as computed on creation or resizing */
495 SYSCTL_UINT(_vfs_cache_param, OID_AUTO, size, CTLFLAG_RD, &ncsize, 0,
496     "Total namecache capacity");
497
498 u_int ncsizefactor = 2;
499 SYSCTL_UINT(_vfs_cache_param, OID_AUTO, sizefactor, CTLFLAG_RW, &ncsizefactor, 0,
500     "Size factor for namecache");
501
502 static u_long __read_mostly     ncnegfactor = 5; /* ratio of negative entries */
503 SYSCTL_ULONG(_vfs_cache_param, OID_AUTO, negfactor, CTLFLAG_RW, &ncnegfactor, 0,
504     "Ratio of negative namecache entries");
505
506 /*
507  * Negative entry % of namecache capacity above which automatic eviction is allowed.
508  *
509  * Check cache_neg_evict_cond for details.
510  */
511 static u_int ncnegminpct = 3;
512
513 static u_int __read_mostly     neg_min; /* the above recomputed against ncsize */
514 SYSCTL_UINT(_vfs_cache_param, OID_AUTO, negmin, CTLFLAG_RD, &neg_min, 0,
515     "Negative entry count above which automatic eviction is allowed");
516
517 /*
518  * Structures associated with name caching.
519  */
520 #define NCHHASH(hash) \
521         (&nchashtbl[(hash) & nchash])
522 static __read_mostly CK_SLIST_HEAD(nchashhead, namecache) *nchashtbl;/* Hash Table */
523 static u_long __read_mostly     nchash;                 /* size of hash table */
524 SYSCTL_ULONG(_debug, OID_AUTO, nchash, CTLFLAG_RD, &nchash, 0,
525     "Size of namecache hash table");
526 static u_long __exclusive_cache_line    numneg; /* number of negative entries allocated */
527 static u_long __exclusive_cache_line    numcache;/* number of cache entries allocated */
528
529 struct nchstats nchstats;               /* cache effectiveness statistics */
530
531 static u_int __exclusive_cache_line neg_cycle;
532
533 #define ncneghash       3
534 #define numneglists     (ncneghash + 1)
535
536 struct neglist {
537         struct mtx              nl_evict_lock;
538         struct mtx              nl_lock __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
539         TAILQ_HEAD(, namecache) nl_list;
540         TAILQ_HEAD(, namecache) nl_hotlist;
541         u_long                  nl_hotnum;
542 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
543
544 static struct neglist neglists[numneglists];
545
546 static inline struct neglist *
547 NCP2NEGLIST(struct namecache *ncp)
548 {
549
550         return (&neglists[(((uintptr_t)(ncp) >> 8) & ncneghash)]);
551 }
552
553 static inline struct negstate *
554 NCP2NEGSTATE(struct namecache *ncp)
555 {
556
557         MPASS(atomic_load_char(&ncp->nc_flag) & NCF_NEGATIVE);
558         return (&ncp->nc_neg);
559 }
560
561 #define numbucketlocks (ncbuckethash + 1)
562 static u_int __read_mostly  ncbuckethash;
563 static struct mtx_padalign __read_mostly  *bucketlocks;
564 #define HASH2BUCKETLOCK(hash) \
565         ((struct mtx *)(&bucketlocks[((hash) & ncbuckethash)]))
566
567 #define numvnodelocks (ncvnodehash + 1)
568 static u_int __read_mostly  ncvnodehash;
569 static struct mtx __read_mostly *vnodelocks;
570 static inline struct mtx *
571 VP2VNODELOCK(struct vnode *vp)
572 {
573
574         return (&vnodelocks[(((uintptr_t)(vp) >> 8) & ncvnodehash)]);
575 }
576
577 static void
578 cache_out_ts(struct namecache *ncp, struct timespec *tsp, int *ticksp)
579 {
580         struct namecache_ts *ncp_ts;
581
582         KASSERT((ncp->nc_flag & NCF_TS) != 0 ||
583             (tsp == NULL && ticksp == NULL),
584             ("No NCF_TS"));
585
586         if (tsp == NULL)
587                 return;
588
589         ncp_ts = __containerof(ncp, struct namecache_ts, nc_nc);
590         *tsp = ncp_ts->nc_time;
591         *ticksp = ncp_ts->nc_ticks;
592 }
593
594 #ifdef DEBUG_CACHE
595 static int __read_mostly        doingcache = 1; /* 1 => enable the cache */
596 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, vfscache, CTLFLAG_RW, &doingcache, 0,
597     "VFS namecache enabled");
598 #endif
599
600 /* Export size information to userland */
601 SYSCTL_INT(_debug_sizeof, OID_AUTO, namecache, CTLFLAG_RD, SYSCTL_NULL_INT_PTR,
602     sizeof(struct namecache), "sizeof(struct namecache)");
603
604 /*
605  * The new name cache statistics
606  */
607 static SYSCTL_NODE(_vfs_cache, OID_AUTO, stats, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
608     "Name cache statistics");
609
610 #define STATNODE_ULONG(name, varname, descr)                                    \
611         SYSCTL_ULONG(_vfs_cache_stats, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, &varname, 0, descr);
612 #define STATNODE_COUNTER(name, varname, descr)                                  \
613         static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(varname);                               \
614         SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_stats, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, &varname, \
615             descr);
616 STATNODE_ULONG(neg, numneg, "Number of negative cache entries");
617 STATNODE_ULONG(count, numcache, "Number of cache entries");
618 STATNODE_COUNTER(heldvnodes, numcachehv, "Number of namecache entries with vnodes held");
619 STATNODE_COUNTER(drops, numdrops, "Number of dropped entries due to reaching the limit");
620 STATNODE_COUNTER(miss, nummiss, "Number of cache misses");
621 STATNODE_COUNTER(misszap, nummisszap, "Number of cache misses we do not want to cache");
622 STATNODE_COUNTER(poszaps, numposzaps,
623     "Number of cache hits (positive) we do not want to cache");
624 STATNODE_COUNTER(poshits, numposhits, "Number of cache hits (positive)");
625 STATNODE_COUNTER(negzaps, numnegzaps,
626     "Number of cache hits (negative) we do not want to cache");
627 STATNODE_COUNTER(neghits, numneghits, "Number of cache hits (negative)");
628 /* These count for vn_getcwd(), too. */
629 STATNODE_COUNTER(fullpathcalls, numfullpathcalls, "Number of fullpath search calls");
630 STATNODE_COUNTER(fullpathfail2, numfullpathfail2,
631     "Number of fullpath search errors (VOP_VPTOCNP failures)");
632 STATNODE_COUNTER(fullpathfail4, numfullpathfail4, "Number of fullpath search errors (ENOMEM)");
633 STATNODE_COUNTER(fullpathfound, numfullpathfound, "Number of successful fullpath calls");
634 STATNODE_COUNTER(symlinktoobig, symlinktoobig, "Number of times symlink did not fit the cache");
635
636 /*
637  * Debug or developer statistics.
638  */
639 static SYSCTL_NODE(_vfs_cache, OID_AUTO, debug, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
640     "Name cache debugging");
641 #define DEBUGNODE_ULONG(name, varname, descr)                                   \
642         SYSCTL_ULONG(_vfs_cache_debug, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, &varname, 0, descr);
643 static u_long zap_bucket_relock_success;
644 DEBUGNODE_ULONG(zap_bucket_relock_success, zap_bucket_relock_success,
645     "Number of successful removals after relocking");
646 static u_long zap_bucket_fail;
647 DEBUGNODE_ULONG(zap_bucket_fail, zap_bucket_fail, "");
648 static u_long zap_bucket_fail2;
649 DEBUGNODE_ULONG(zap_bucket_fail2, zap_bucket_fail2, "");
650 static u_long cache_lock_vnodes_cel_3_failures;
651 DEBUGNODE_ULONG(vnodes_cel_3_failures, cache_lock_vnodes_cel_3_failures,
652     "Number of times 3-way vnode locking failed");
653
654 static void cache_zap_locked(struct namecache *ncp);
655 static int vn_fullpath_any_smr(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf,
656     char **retbuf, size_t *buflen, size_t addend);
657 static int vn_fullpath_any(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf,
658     char **retbuf, size_t *buflen);
659 static int vn_fullpath_dir(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf,
660     char **retbuf, size_t *len, size_t addend);
661
662 static MALLOC_DEFINE(M_VFSCACHE, "vfscache", "VFS name cache entries");
663
664 static inline void
665 cache_assert_vlp_locked(struct mtx *vlp)
666 {
667
668         if (vlp != NULL)
669                 mtx_assert(vlp, MA_OWNED);
670 }
671
672 static inline void
673 cache_assert_vnode_locked(struct vnode *vp)
674 {
675         struct mtx *vlp;
676
677         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
678         cache_assert_vlp_locked(vlp);
679 }
680
681 /*
682  * Directory vnodes with entries are held for two reasons:
683  * 1. make them less of a target for reclamation in vnlru
684  * 2. suffer smaller performance penalty in locked lookup as requeieing is avoided
685  *
686  * It will be feasible to stop doing it altogether if all filesystems start
687  * supporting lockless lookup.
688  */
689 static void
690 cache_hold_vnode(struct vnode *vp)
691 {
692
693         cache_assert_vnode_locked(vp);
694         VNPASS(LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src), vp);
695         vhold(vp);
696         counter_u64_add(numcachehv, 1);
697 }
698
699 static void
700 cache_drop_vnode(struct vnode *vp)
701 {
702
703         /*
704          * Called after all locks are dropped, meaning we can't assert
705          * on the state of v_cache_src.
706          */
707         vdrop(vp);
708         counter_u64_add(numcachehv, -1);
709 }
710
711 /*
712  * UMA zones.
713  */
714 static uma_zone_t __read_mostly cache_zone_small;
715 static uma_zone_t __read_mostly cache_zone_small_ts;
716 static uma_zone_t __read_mostly cache_zone_large;
717 static uma_zone_t __read_mostly cache_zone_large_ts;
718
719 char *
720 cache_symlink_alloc(size_t size, int flags)
721 {
722
723         if (size < CACHE_ZONE_SMALL_SIZE) {
724                 return (uma_zalloc_smr(cache_zone_small, flags));
725         }
726         if (size < CACHE_ZONE_LARGE_SIZE) {
727                 return (uma_zalloc_smr(cache_zone_large, flags));
728         }
729         counter_u64_add(symlinktoobig, 1);
730         SDT_PROBE1(vfs, namecache, symlink, alloc__fail, size);
731         return (NULL);
732 }
733
734 void
735 cache_symlink_free(char *string, size_t size)
736 {
737
738         MPASS(string != NULL);
739         KASSERT(size < CACHE_ZONE_LARGE_SIZE,
740             ("%s: size %zu too big", __func__, size));
741
742         if (size < CACHE_ZONE_SMALL_SIZE) {
743                 uma_zfree_smr(cache_zone_small, string);
744                 return;
745         }
746         if (size < CACHE_ZONE_LARGE_SIZE) {
747                 uma_zfree_smr(cache_zone_large, string);
748                 return;
749         }
750         __assert_unreachable();
751 }
752
753 static struct namecache *
754 cache_alloc_uma(int len, bool ts)
755 {
756         struct namecache_ts *ncp_ts;
757         struct namecache *ncp;
758
759         if (__predict_false(ts)) {
760                 if (len <= CACHE_PATH_CUTOFF)
761                         ncp_ts = uma_zalloc_smr(cache_zone_small_ts, M_WAITOK);
762                 else
763                         ncp_ts = uma_zalloc_smr(cache_zone_large_ts, M_WAITOK);
764                 ncp = &ncp_ts->nc_nc;
765         } else {
766                 if (len <= CACHE_PATH_CUTOFF)
767                         ncp = uma_zalloc_smr(cache_zone_small, M_WAITOK);
768                 else
769                         ncp = uma_zalloc_smr(cache_zone_large, M_WAITOK);
770         }
771         return (ncp);
772 }
773
774 static void
775 cache_free_uma(struct namecache *ncp)
776 {
777         struct namecache_ts *ncp_ts;
778
779         if (__predict_false(ncp->nc_flag & NCF_TS)) {
780                 ncp_ts = __containerof(ncp, struct namecache_ts, nc_nc);
781                 if (ncp->nc_nlen <= CACHE_PATH_CUTOFF)
782                         uma_zfree_smr(cache_zone_small_ts, ncp_ts);
783                 else
784                         uma_zfree_smr(cache_zone_large_ts, ncp_ts);
785         } else {
786                 if (ncp->nc_nlen <= CACHE_PATH_CUTOFF)
787                         uma_zfree_smr(cache_zone_small, ncp);
788                 else
789                         uma_zfree_smr(cache_zone_large, ncp);
790         }
791 }
792
793 static struct namecache *
794 cache_alloc(int len, bool ts)
795 {
796         u_long lnumcache;
797
798         /*
799          * Avoid blowout in namecache entries.
800          *
801          * Bugs:
802          * 1. filesystems may end up trying to add an already existing entry
803          * (for example this can happen after a cache miss during concurrent
804          * lookup), in which case we will call cache_neg_evict despite not
805          * adding anything.
806          * 2. the routine may fail to free anything and no provisions are made
807          * to make it try harder (see the inside for failure modes)
808          * 3. it only ever looks at negative entries.
809          */
810         lnumcache = atomic_fetchadd_long(&numcache, 1) + 1;
811         if (cache_neg_evict_cond(lnumcache)) {
812                 lnumcache = atomic_load_long(&numcache);
813         }
814         if (__predict_false(lnumcache >= ncsize)) {
815                 atomic_subtract_long(&numcache, 1);
816                 counter_u64_add(numdrops, 1);
817                 return (NULL);
818         }
819         return (cache_alloc_uma(len, ts));
820 }
821
822 static void
823 cache_free(struct namecache *ncp)
824 {
825
826         MPASS(ncp != NULL);
827         if ((ncp->nc_flag & NCF_DVDROP) != 0) {
828                 cache_drop_vnode(ncp->nc_dvp);
829         }
830         cache_free_uma(ncp);
831         atomic_subtract_long(&numcache, 1);
832 }
833
834 static void
835 cache_free_batch(struct cache_freebatch *batch)
836 {
837         struct namecache *ncp, *nnp;
838         int i;
839
840         i = 0;
841         if (TAILQ_EMPTY(batch))
842                 goto out;
843         TAILQ_FOREACH_SAFE(ncp, batch, nc_dst, nnp) {
844                 if ((ncp->nc_flag & NCF_DVDROP) != 0) {
845                         cache_drop_vnode(ncp->nc_dvp);
846                 }
847                 cache_free_uma(ncp);
848                 i++;
849         }
850         atomic_subtract_long(&numcache, i);
851 out:
852         SDT_PROBE1(vfs, namecache, purge, batch, i);
853 }
854
855 /*
856  * Hashing.
857  *
858  * The code was made to use FNV in 2001 and this choice needs to be revisited.
859  *
860  * Short summary of the difficulty:
861  * The longest name which can be inserted is NAME_MAX characters in length (or
862  * 255 at the time of writing this comment), while majority of names used in
863  * practice are significantly shorter (mostly below 10). More importantly
864  * majority of lookups performed find names are even shorter than that.
865  *
866  * This poses a problem where hashes which do better than FNV past word size
867  * (or so) tend to come with additional overhead when finalizing the result,
868  * making them noticeably slower for the most commonly used range.
869  *
870  * Consider a path like: /usr/obj/usr/src/sys/amd64/GENERIC/vnode_if.c
871  *
872  * When looking it up the most time consuming part by a large margin (at least
873  * on amd64) is hashing.  Replacing FNV with something which pessimizes short
874  * input would make the slowest part stand out even more.
875  */
876
877 /*
878  * TODO: With the value stored we can do better than computing the hash based
879  * on the address.
880  */
881 static void
882 cache_prehash(struct vnode *vp)
883 {
884
885         vp->v_nchash = fnv_32_buf(&vp, sizeof(vp), FNV1_32_INIT);
886 }
887
888 static uint32_t
889 cache_get_hash(char *name, u_char len, struct vnode *dvp)
890 {
891
892         return (fnv_32_buf(name, len, dvp->v_nchash));
893 }
894
895 static uint32_t
896 cache_get_hash_iter_start(struct vnode *dvp)
897 {
898
899         return (dvp->v_nchash);
900 }
901
902 static uint32_t
903 cache_get_hash_iter(char c, uint32_t hash)
904 {
905
906         return (fnv_32_buf(&c, 1, hash));
907 }
908
909 static uint32_t
910 cache_get_hash_iter_finish(uint32_t hash)
911 {
912
913         return (hash);
914 }
915
916 static inline struct nchashhead *
917 NCP2BUCKET(struct namecache *ncp)
918 {
919         uint32_t hash;
920
921         hash = cache_get_hash(ncp->nc_name, ncp->nc_nlen, ncp->nc_dvp);
922         return (NCHHASH(hash));
923 }
924
925 static inline struct mtx *
926 NCP2BUCKETLOCK(struct namecache *ncp)
927 {
928         uint32_t hash;
929
930         hash = cache_get_hash(ncp->nc_name, ncp->nc_nlen, ncp->nc_dvp);
931         return (HASH2BUCKETLOCK(hash));
932 }
933
934 #ifdef INVARIANTS
935 static void
936 cache_assert_bucket_locked(struct namecache *ncp)
937 {
938         struct mtx *blp;
939
940         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
941         mtx_assert(blp, MA_OWNED);
942 }
943
944 static void
945 cache_assert_bucket_unlocked(struct namecache *ncp)
946 {
947         struct mtx *blp;
948
949         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
950         mtx_assert(blp, MA_NOTOWNED);
951 }
952 #else
953 #define cache_assert_bucket_locked(x) do { } while (0)
954 #define cache_assert_bucket_unlocked(x) do { } while (0)
955 #endif
956
957 #define cache_sort_vnodes(x, y) _cache_sort_vnodes((void **)(x), (void **)(y))
958 static void
959 _cache_sort_vnodes(void **p1, void **p2)
960 {
961         void *tmp;
962
963         MPASS(*p1 != NULL || *p2 != NULL);
964
965         if (*p1 > *p2) {
966                 tmp = *p2;
967                 *p2 = *p1;
968                 *p1 = tmp;
969         }
970 }
971
972 static void
973 cache_lock_all_buckets(void)
974 {
975         u_int i;
976
977         for (i = 0; i < numbucketlocks; i++)
978                 mtx_lock(&bucketlocks[i]);
979 }
980
981 static void
982 cache_unlock_all_buckets(void)
983 {
984         u_int i;
985
986         for (i = 0; i < numbucketlocks; i++)
987                 mtx_unlock(&bucketlocks[i]);
988 }
989
990 static void
991 cache_lock_all_vnodes(void)
992 {
993         u_int i;
994
995         for (i = 0; i < numvnodelocks; i++)
996                 mtx_lock(&vnodelocks[i]);
997 }
998
999 static void
1000 cache_unlock_all_vnodes(void)
1001 {
1002         u_int i;
1003
1004         for (i = 0; i < numvnodelocks; i++)
1005                 mtx_unlock(&vnodelocks[i]);
1006 }
1007
1008 static int
1009 cache_trylock_vnodes(struct mtx *vlp1, struct mtx *vlp2)
1010 {
1011
1012         cache_sort_vnodes(&vlp1, &vlp2);
1013
1014         if (vlp1 != NULL) {
1015                 if (!mtx_trylock(vlp1))
1016                         return (EAGAIN);
1017         }
1018         if (!mtx_trylock(vlp2)) {
1019                 if (vlp1 != NULL)
1020                         mtx_unlock(vlp1);
1021                 return (EAGAIN);
1022         }
1023
1024         return (0);
1025 }
1026
1027 static void
1028 cache_lock_vnodes(struct mtx *vlp1, struct mtx *vlp2)
1029 {
1030
1031         MPASS(vlp1 != NULL || vlp2 != NULL);
1032         MPASS(vlp1 <= vlp2);
1033
1034         if (vlp1 != NULL)
1035                 mtx_lock(vlp1);
1036         if (vlp2 != NULL)
1037                 mtx_lock(vlp2);
1038 }
1039
1040 static void
1041 cache_unlock_vnodes(struct mtx *vlp1, struct mtx *vlp2)
1042 {
1043
1044         MPASS(vlp1 != NULL || vlp2 != NULL);
1045
1046         if (vlp1 != NULL)
1047                 mtx_unlock(vlp1);
1048         if (vlp2 != NULL)
1049                 mtx_unlock(vlp2);
1050 }
1051
1052 static int
1053 sysctl_nchstats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1054 {
1055         struct nchstats snap;
1056
1057         if (req->oldptr == NULL)
1058                 return (SYSCTL_OUT(req, 0, sizeof(snap)));
1059
1060         snap = nchstats;
1061         snap.ncs_goodhits = counter_u64_fetch(numposhits);
1062         snap.ncs_neghits = counter_u64_fetch(numneghits);
1063         snap.ncs_badhits = counter_u64_fetch(numposzaps) +
1064             counter_u64_fetch(numnegzaps);
1065         snap.ncs_miss = counter_u64_fetch(nummisszap) +
1066             counter_u64_fetch(nummiss);
1067
1068         return (SYSCTL_OUT(req, &snap, sizeof(snap)));
1069 }
1070 SYSCTL_PROC(_vfs_cache, OID_AUTO, nchstats, CTLTYPE_OPAQUE | CTLFLAG_RD |
1071     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_nchstats, "LU",
1072     "VFS cache effectiveness statistics");
1073
1074 static void
1075 cache_recalc_neg_min(void)
1076 {
1077
1078         neg_min = (ncsize * ncnegminpct) / 100;
1079 }
1080
1081 static int
1082 sysctl_negminpct(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1083 {
1084         u_int val;
1085         int error;
1086
1087         val = ncnegminpct;
1088         error = sysctl_handle_int(oidp, &val, 0, req);
1089         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
1090                 return (error);
1091
1092         if (val == ncnegminpct)
1093                 return (0);
1094         if (val < 0 || val > 99)
1095                 return (EINVAL);
1096         ncnegminpct = val;
1097         cache_recalc_neg_min();
1098         return (0);
1099 }
1100
1101 SYSCTL_PROC(_vfs_cache_param, OID_AUTO, negminpct,
1102     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, NULL, 0, sysctl_negminpct,
1103     "I", "Negative entry \% of namecache capacity above which automatic eviction is allowed");
1104
1105 #ifdef DEBUG_CACHE
1106 /*
1107  * Grab an atomic snapshot of the name cache hash chain lengths
1108  */
1109 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, hashstat,
1110     CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, NULL,
1111     "hash table stats");
1112
1113 static int
1114 sysctl_debug_hashstat_rawnchash(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1115 {
1116         struct nchashhead *ncpp;
1117         struct namecache *ncp;
1118         int i, error, n_nchash, *cntbuf;
1119
1120 retry:
1121         n_nchash = nchash + 1;  /* nchash is max index, not count */
1122         if (req->oldptr == NULL)
1123                 return SYSCTL_OUT(req, 0, n_nchash * sizeof(int));
1124         cntbuf = malloc(n_nchash * sizeof(int), M_TEMP, M_ZERO | M_WAITOK);
1125         cache_lock_all_buckets();
1126         if (n_nchash != nchash + 1) {
1127                 cache_unlock_all_buckets();
1128                 free(cntbuf, M_TEMP);
1129                 goto retry;
1130         }
1131         /* Scan hash tables counting entries */
1132         for (ncpp = nchashtbl, i = 0; i < n_nchash; ncpp++, i++)
1133                 CK_SLIST_FOREACH(ncp, ncpp, nc_hash)
1134                         cntbuf[i]++;
1135         cache_unlock_all_buckets();
1136         for (error = 0, i = 0; i < n_nchash; i++)
1137                 if ((error = SYSCTL_OUT(req, &cntbuf[i], sizeof(int))) != 0)
1138                         break;
1139         free(cntbuf, M_TEMP);
1140         return (error);
1141 }
1142 SYSCTL_PROC(_debug_hashstat, OID_AUTO, rawnchash, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RD|
1143     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_debug_hashstat_rawnchash, "S,int",
1144     "nchash chain lengths");
1145
1146 static int
1147 sysctl_debug_hashstat_nchash(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1148 {
1149         int error;
1150         struct nchashhead *ncpp;
1151         struct namecache *ncp;
1152         int n_nchash;
1153         int count, maxlength, used, pct;
1154
1155         if (!req->oldptr)
1156                 return SYSCTL_OUT(req, 0, 4 * sizeof(int));
1157
1158         cache_lock_all_buckets();
1159         n_nchash = nchash + 1;  /* nchash is max index, not count */
1160         used = 0;
1161         maxlength = 0;
1162
1163         /* Scan hash tables for applicable entries */
1164         for (ncpp = nchashtbl; n_nchash > 0; n_nchash--, ncpp++) {
1165                 count = 0;
1166                 CK_SLIST_FOREACH(ncp, ncpp, nc_hash) {
1167                         count++;
1168                 }
1169                 if (count)
1170                         used++;
1171                 if (maxlength < count)
1172                         maxlength = count;
1173         }
1174         n_nchash = nchash + 1;
1175         cache_unlock_all_buckets();
1176         pct = (used * 100) / (n_nchash / 100);
1177         error = SYSCTL_OUT(req, &n_nchash, sizeof(n_nchash));
1178         if (error)
1179                 return (error);
1180         error = SYSCTL_OUT(req, &used, sizeof(used));
1181         if (error)
1182                 return (error);
1183         error = SYSCTL_OUT(req, &maxlength, sizeof(maxlength));
1184         if (error)
1185                 return (error);
1186         error = SYSCTL_OUT(req, &pct, sizeof(pct));
1187         if (error)
1188                 return (error);
1189         return (0);
1190 }
1191 SYSCTL_PROC(_debug_hashstat, OID_AUTO, nchash, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RD|
1192     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_debug_hashstat_nchash, "I",
1193     "nchash statistics (number of total/used buckets, maximum chain length, usage percentage)");
1194 #endif
1195
1196 /*
1197  * Negative entries management
1198  *
1199  * Various workloads create plenty of negative entries and barely use them
1200  * afterwards. Moreover malicious users can keep performing bogus lookups
1201  * adding even more entries. For example "make tinderbox" as of writing this
1202  * comment ends up with 2.6M namecache entries in total, 1.2M of which are
1203  * negative.
1204  *
1205  * As such, a rather aggressive eviction method is needed. The currently
1206  * employed method is a placeholder.
1207  *
1208  * Entries are split over numneglists separate lists, each of which is further
1209  * split into hot and cold entries. Entries get promoted after getting a hit.
1210  * Eviction happens on addition of new entry.
1211  */
1212 static SYSCTL_NODE(_vfs_cache, OID_AUTO, neg, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
1213     "Name cache negative entry statistics");
1214
1215 SYSCTL_ULONG(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, count, CTLFLAG_RD, &numneg, 0,
1216     "Number of negative cache entries");
1217
1218 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(neg_created);
1219 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, created, CTLFLAG_RD, &neg_created,
1220     "Number of created negative entries");
1221
1222 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(neg_evicted);
1223 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, evicted, CTLFLAG_RD, &neg_evicted,
1224     "Number of evicted negative entries");
1225
1226 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(neg_evict_skipped_empty);
1227 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, evict_skipped_empty, CTLFLAG_RD,
1228     &neg_evict_skipped_empty,
1229     "Number of times evicting failed due to lack of entries");
1230
1231 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(neg_evict_skipped_missed);
1232 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, evict_skipped_missed, CTLFLAG_RD,
1233     &neg_evict_skipped_missed,
1234     "Number of times evicting failed due to target entry disappearing");
1235
1236 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(neg_evict_skipped_contended);
1237 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, evict_skipped_contended, CTLFLAG_RD,
1238     &neg_evict_skipped_contended,
1239     "Number of times evicting failed due to contention");
1240
1241 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, hits, CTLFLAG_RD, &numneghits,
1242     "Number of cache hits (negative)");
1243
1244 static int
1245 sysctl_neg_hot(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1246 {
1247         int i, out;
1248
1249         out = 0;
1250         for (i = 0; i < numneglists; i++)
1251                 out += neglists[i].nl_hotnum;
1252
1253         return (SYSCTL_OUT(req, &out, sizeof(out)));
1254 }
1255 SYSCTL_PROC(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, hot, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RD |
1256     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_neg_hot, "I",
1257     "Number of hot negative entries");
1258
1259 static void
1260 cache_neg_init(struct namecache *ncp)
1261 {
1262         struct negstate *ns;
1263
1264         ncp->nc_flag |= NCF_NEGATIVE;
1265         ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1266         ns->neg_flag = 0;
1267         ns->neg_hit = 0;
1268         counter_u64_add(neg_created, 1);
1269 }
1270
1271 #define CACHE_NEG_PROMOTION_THRESH 2
1272
1273 static bool
1274 cache_neg_hit_prep(struct namecache *ncp)
1275 {
1276         struct negstate *ns;
1277         u_char n;
1278
1279         ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1280         n = atomic_load_char(&ns->neg_hit);
1281         for (;;) {
1282                 if (n >= CACHE_NEG_PROMOTION_THRESH)
1283                         return (false);
1284                 if (atomic_fcmpset_8(&ns->neg_hit, &n, n + 1))
1285                         break;
1286         }
1287         return (n + 1 == CACHE_NEG_PROMOTION_THRESH);
1288 }
1289
1290 /*
1291  * Nothing to do here but it is provided for completeness as some
1292  * cache_neg_hit_prep callers may end up returning without even
1293  * trying to promote.
1294  */
1295 #define cache_neg_hit_abort(ncp)        do { } while (0)
1296
1297 static void
1298 cache_neg_hit_finish(struct namecache *ncp)
1299 {
1300
1301         SDT_PROBE2(vfs, namecache, lookup, hit__negative, ncp->nc_dvp, ncp->nc_name);
1302         counter_u64_add(numneghits, 1);
1303 }
1304
1305 /*
1306  * Move a negative entry to the hot list.
1307  */
1308 static void
1309 cache_neg_promote_locked(struct namecache *ncp)
1310 {
1311         struct neglist *nl;
1312         struct negstate *ns;
1313
1314         ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1315         nl = NCP2NEGLIST(ncp);
1316         mtx_assert(&nl->nl_lock, MA_OWNED);
1317         if ((ns->neg_flag & NEG_HOT) == 0) {
1318                 TAILQ_REMOVE(&nl->nl_list, ncp, nc_dst);
1319                 TAILQ_INSERT_TAIL(&nl->nl_hotlist, ncp, nc_dst);
1320                 nl->nl_hotnum++;
1321                 ns->neg_flag |= NEG_HOT;
1322         }
1323 }
1324
1325 /*
1326  * Move a hot negative entry to the cold list.
1327  */
1328 static void
1329 cache_neg_demote_locked(struct namecache *ncp)
1330 {
1331         struct neglist *nl;
1332         struct negstate *ns;
1333
1334         ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1335         nl = NCP2NEGLIST(ncp);
1336         mtx_assert(&nl->nl_lock, MA_OWNED);
1337         MPASS(ns->neg_flag & NEG_HOT);
1338         TAILQ_REMOVE(&nl->nl_hotlist, ncp, nc_dst);
1339         TAILQ_INSERT_TAIL(&nl->nl_list, ncp, nc_dst);
1340         nl->nl_hotnum--;
1341         ns->neg_flag &= ~NEG_HOT;
1342         atomic_store_char(&ns->neg_hit, 0);
1343 }
1344
1345 /*
1346  * Move a negative entry to the hot list if it matches the lookup.
1347  *
1348  * We have to take locks, but they may be contended and in the worst
1349  * case we may need to go off CPU. We don't want to spin within the
1350  * smr section and we can't block with it. Exiting the section means
1351  * the found entry could have been evicted. We are going to look it
1352  * up again.
1353  */
1354 static bool
1355 cache_neg_promote_cond(struct vnode *dvp, struct componentname *cnp,
1356     struct namecache *oncp, uint32_t hash)
1357 {
1358         struct namecache *ncp;
1359         struct neglist *nl;
1360         u_char nc_flag;
1361
1362         nl = NCP2NEGLIST(oncp);
1363
1364         mtx_lock(&nl->nl_lock);
1365         /*
1366          * For hash iteration.
1367          */
1368         vfs_smr_enter();
1369
1370         /*
1371          * Avoid all surprises by only succeeding if we got the same entry and
1372          * bailing completely otherwise.
1373          * XXX There are no provisions to keep the vnode around, meaning we may
1374          * end up promoting a negative entry for a *new* vnode and returning
1375          * ENOENT on its account. This is the error we want to return anyway
1376          * and promotion is harmless.
1377          *
1378          * In particular at this point there can be a new ncp which matches the
1379          * search but hashes to a different neglist.
1380          */
1381         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1382                 if (ncp == oncp)
1383                         break;
1384         }
1385
1386         /*
1387          * No match to begin with.
1388          */
1389         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
1390                 goto out_abort;
1391         }
1392
1393         /*
1394          * The newly found entry may be something different...
1395          */
1396         if (!(ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
1397             !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))) {
1398                 goto out_abort;
1399         }
1400
1401         /*
1402          * ... and not even negative.
1403          */
1404         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
1405         if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) == 0) {
1406                 goto out_abort;
1407         }
1408
1409         if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
1410                 goto out_abort;
1411         }
1412
1413         cache_neg_promote_locked(ncp);
1414         cache_neg_hit_finish(ncp);
1415         vfs_smr_exit();
1416         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1417         return (true);
1418 out_abort:
1419         vfs_smr_exit();
1420         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1421         return (false);
1422 }
1423
1424 static void
1425 cache_neg_promote(struct namecache *ncp)
1426 {
1427         struct neglist *nl;
1428
1429         nl = NCP2NEGLIST(ncp);
1430         mtx_lock(&nl->nl_lock);
1431         cache_neg_promote_locked(ncp);
1432         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1433 }
1434
1435 static void
1436 cache_neg_insert(struct namecache *ncp)
1437 {
1438         struct neglist *nl;
1439
1440         MPASS(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE);
1441         cache_assert_bucket_locked(ncp);
1442         nl = NCP2NEGLIST(ncp);
1443         mtx_lock(&nl->nl_lock);
1444         TAILQ_INSERT_TAIL(&nl->nl_list, ncp, nc_dst);
1445         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1446         atomic_add_long(&numneg, 1);
1447 }
1448
1449 static void
1450 cache_neg_remove(struct namecache *ncp)
1451 {
1452         struct neglist *nl;
1453         struct negstate *ns;
1454
1455         cache_assert_bucket_locked(ncp);
1456         nl = NCP2NEGLIST(ncp);
1457         ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1458         mtx_lock(&nl->nl_lock);
1459         if ((ns->neg_flag & NEG_HOT) != 0) {
1460                 TAILQ_REMOVE(&nl->nl_hotlist, ncp, nc_dst);
1461                 nl->nl_hotnum--;
1462         } else {
1463                 TAILQ_REMOVE(&nl->nl_list, ncp, nc_dst);
1464         }
1465         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1466         atomic_subtract_long(&numneg, 1);
1467 }
1468
1469 static struct neglist *
1470 cache_neg_evict_select_list(void)
1471 {
1472         struct neglist *nl;
1473         u_int c;
1474
1475         c = atomic_fetchadd_int(&neg_cycle, 1) + 1;
1476         nl = &neglists[c % numneglists];
1477         if (!mtx_trylock(&nl->nl_evict_lock)) {
1478                 counter_u64_add(neg_evict_skipped_contended, 1);
1479                 return (NULL);
1480         }
1481         return (nl);
1482 }
1483
1484 static struct namecache *
1485 cache_neg_evict_select_entry(struct neglist *nl)
1486 {
1487         struct namecache *ncp, *lncp;
1488         struct negstate *ns, *lns;
1489         int i;
1490
1491         mtx_assert(&nl->nl_evict_lock, MA_OWNED);
1492         mtx_assert(&nl->nl_lock, MA_OWNED);
1493         ncp = TAILQ_FIRST(&nl->nl_list);
1494         if (ncp == NULL)
1495                 return (NULL);
1496         lncp = ncp;
1497         lns = NCP2NEGSTATE(lncp);
1498         for (i = 1; i < 4; i++) {
1499                 ncp = TAILQ_NEXT(ncp, nc_dst);
1500                 if (ncp == NULL)
1501                         break;
1502                 ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1503                 if (ns->neg_hit < lns->neg_hit) {
1504                         lncp = ncp;
1505                         lns = ns;
1506                 }
1507         }
1508         return (lncp);
1509 }
1510
1511 static bool
1512 cache_neg_evict(void)
1513 {
1514         struct namecache *ncp, *ncp2;
1515         struct neglist *nl;
1516         struct vnode *dvp;
1517         struct mtx *dvlp;
1518         struct mtx *blp;
1519         uint32_t hash;
1520         u_char nlen;
1521         bool evicted;
1522
1523         nl = cache_neg_evict_select_list();
1524         if (nl == NULL) {
1525                 return (false);
1526         }
1527
1528         mtx_lock(&nl->nl_lock);
1529         ncp = TAILQ_FIRST(&nl->nl_hotlist);
1530         if (ncp != NULL) {
1531                 cache_neg_demote_locked(ncp);
1532         }
1533         ncp = cache_neg_evict_select_entry(nl);
1534         if (ncp == NULL) {
1535                 counter_u64_add(neg_evict_skipped_empty, 1);
1536                 mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1537                 mtx_unlock(&nl->nl_evict_lock);
1538                 return (false);
1539         }
1540         nlen = ncp->nc_nlen;
1541         dvp = ncp->nc_dvp;
1542         hash = cache_get_hash(ncp->nc_name, nlen, dvp);
1543         dvlp = VP2VNODELOCK(dvp);
1544         blp = HASH2BUCKETLOCK(hash);
1545         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1546         mtx_unlock(&nl->nl_evict_lock);
1547         mtx_lock(dvlp);
1548         mtx_lock(blp);
1549         /*
1550          * Note that since all locks were dropped above, the entry may be
1551          * gone or reallocated to be something else.
1552          */
1553         CK_SLIST_FOREACH(ncp2, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1554                 if (ncp2 == ncp && ncp2->nc_dvp == dvp &&
1555                     ncp2->nc_nlen == nlen && (ncp2->nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
1556                         break;
1557         }
1558         if (ncp2 == NULL) {
1559                 counter_u64_add(neg_evict_skipped_missed, 1);
1560                 ncp = NULL;
1561                 evicted = false;
1562         } else {
1563                 MPASS(dvlp == VP2VNODELOCK(ncp->nc_dvp));
1564                 MPASS(blp == NCP2BUCKETLOCK(ncp));
1565                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, evict_negative, done, ncp->nc_dvp,
1566                     ncp->nc_name);
1567                 cache_zap_locked(ncp);
1568                 counter_u64_add(neg_evicted, 1);
1569                 evicted = true;
1570         }
1571         mtx_unlock(blp);
1572         mtx_unlock(dvlp);
1573         if (ncp != NULL)
1574                 cache_free(ncp);
1575         return (evicted);
1576 }
1577
1578 /*
1579  * Maybe evict a negative entry to create more room.
1580  *
1581  * The ncnegfactor parameter limits what fraction of the total count
1582  * can comprise of negative entries. However, if the cache is just
1583  * warming up this leads to excessive evictions.  As such, ncnegminpct
1584  * (recomputed to neg_min) dictates whether the above should be
1585  * applied.
1586  *
1587  * Try evicting if the cache is close to full capacity regardless of
1588  * other considerations.
1589  */
1590 static bool
1591 cache_neg_evict_cond(u_long lnumcache)
1592 {
1593         u_long lnumneg;
1594
1595         if (ncsize - 1000 < lnumcache)
1596                 goto out_evict;
1597         lnumneg = atomic_load_long(&numneg);
1598         if (lnumneg < neg_min)
1599                 return (false);
1600         if (lnumneg * ncnegfactor < lnumcache)
1601                 return (false);
1602 out_evict:
1603         return (cache_neg_evict());
1604 }
1605
1606 /*
1607  * cache_zap_locked():
1608  *
1609  *   Removes a namecache entry from cache, whether it contains an actual
1610  *   pointer to a vnode or if it is just a negative cache entry.
1611  */
1612 static void
1613 cache_zap_locked(struct namecache *ncp)
1614 {
1615         struct nchashhead *ncpp;
1616         struct vnode *dvp, *vp;
1617
1618         dvp = ncp->nc_dvp;
1619         vp = ncp->nc_vp;
1620
1621         if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE))
1622                 cache_assert_vnode_locked(vp);
1623         cache_assert_vnode_locked(dvp);
1624         cache_assert_bucket_locked(ncp);
1625
1626         cache_ncp_invalidate(ncp);
1627
1628         ncpp = NCP2BUCKET(ncp);
1629         CK_SLIST_REMOVE(ncpp, ncp, namecache, nc_hash);
1630         if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE)) {
1631                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, zap, done, dvp, ncp->nc_name, vp);
1632                 TAILQ_REMOVE(&vp->v_cache_dst, ncp, nc_dst);
1633                 if (ncp == vp->v_cache_dd) {
1634                         atomic_store_ptr(&vp->v_cache_dd, NULL);
1635                 }
1636         } else {
1637                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, zap_negative, done, dvp, ncp->nc_name);
1638                 cache_neg_remove(ncp);
1639         }
1640         if (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) {
1641                 if (ncp == dvp->v_cache_dd) {
1642                         atomic_store_ptr(&dvp->v_cache_dd, NULL);
1643                 }
1644         } else {
1645                 LIST_REMOVE(ncp, nc_src);
1646                 if (LIST_EMPTY(&dvp->v_cache_src)) {
1647                         ncp->nc_flag |= NCF_DVDROP;
1648                 }
1649         }
1650 }
1651
1652 static void
1653 cache_zap_negative_locked_vnode_kl(struct namecache *ncp, struct vnode *vp)
1654 {
1655         struct mtx *blp;
1656
1657         MPASS(ncp->nc_dvp == vp);
1658         MPASS(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE);
1659         cache_assert_vnode_locked(vp);
1660
1661         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
1662         mtx_lock(blp);
1663         cache_zap_locked(ncp);
1664         mtx_unlock(blp);
1665 }
1666
1667 static bool
1668 cache_zap_locked_vnode_kl2(struct namecache *ncp, struct vnode *vp,
1669     struct mtx **vlpp)
1670 {
1671         struct mtx *pvlp, *vlp1, *vlp2, *to_unlock;
1672         struct mtx *blp;
1673
1674         MPASS(vp == ncp->nc_dvp || vp == ncp->nc_vp);
1675         cache_assert_vnode_locked(vp);
1676
1677         if (ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE) {
1678                 if (*vlpp != NULL) {
1679                         mtx_unlock(*vlpp);
1680                         *vlpp = NULL;
1681                 }
1682                 cache_zap_negative_locked_vnode_kl(ncp, vp);
1683                 return (true);
1684         }
1685
1686         pvlp = VP2VNODELOCK(vp);
1687         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
1688         vlp1 = VP2VNODELOCK(ncp->nc_dvp);
1689         vlp2 = VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp);
1690
1691         if (*vlpp == vlp1 || *vlpp == vlp2) {
1692                 to_unlock = *vlpp;
1693                 *vlpp = NULL;
1694         } else {
1695                 if (*vlpp != NULL) {
1696                         mtx_unlock(*vlpp);
1697                         *vlpp = NULL;
1698                 }
1699                 cache_sort_vnodes(&vlp1, &vlp2);
1700                 if (vlp1 == pvlp) {
1701                         mtx_lock(vlp2);
1702                         to_unlock = vlp2;
1703                 } else {
1704                         if (!mtx_trylock(vlp1))
1705                                 goto out_relock;
1706                         to_unlock = vlp1;
1707                 }
1708         }
1709         mtx_lock(blp);
1710         cache_zap_locked(ncp);
1711         mtx_unlock(blp);
1712         if (to_unlock != NULL)
1713                 mtx_unlock(to_unlock);
1714         return (true);
1715
1716 out_relock:
1717         mtx_unlock(vlp2);
1718         mtx_lock(vlp1);
1719         mtx_lock(vlp2);
1720         MPASS(*vlpp == NULL);
1721         *vlpp = vlp1;
1722         return (false);
1723 }
1724
1725 /*
1726  * If trylocking failed we can get here. We know enough to take all needed locks
1727  * in the right order and re-lookup the entry.
1728  */
1729 static int
1730 cache_zap_unlocked_bucket(struct namecache *ncp, struct componentname *cnp,
1731     struct vnode *dvp, struct mtx *dvlp, struct mtx *vlp, uint32_t hash,
1732     struct mtx *blp)
1733 {
1734         struct namecache *rncp;
1735         struct mtx *rvlp;
1736
1737         cache_assert_bucket_unlocked(ncp);
1738
1739         cache_sort_vnodes(&dvlp, &vlp);
1740         cache_lock_vnodes(dvlp, vlp);
1741         mtx_lock(blp);
1742         CK_SLIST_FOREACH(rncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1743                 if (rncp == ncp && rncp->nc_dvp == dvp &&
1744                     rncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
1745                     !bcmp(rncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, rncp->nc_nlen))
1746                         break;
1747         }
1748
1749         if (rncp == NULL)
1750                 goto out_mismatch;
1751
1752         if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE))
1753                 rvlp = VP2VNODELOCK(rncp->nc_vp);
1754         else
1755                 rvlp = NULL;
1756         if (rvlp != vlp)
1757                 goto out_mismatch;
1758
1759         cache_zap_locked(rncp);
1760         mtx_unlock(blp);
1761         cache_unlock_vnodes(dvlp, vlp);
1762         atomic_add_long(&zap_bucket_relock_success, 1);
1763         return (0);
1764
1765 out_mismatch:
1766         mtx_unlock(blp);
1767         cache_unlock_vnodes(dvlp, vlp);
1768         return (EAGAIN);
1769 }
1770
1771 static int __noinline
1772 cache_zap_locked_bucket(struct namecache *ncp, struct componentname *cnp,
1773     uint32_t hash, struct mtx *blp)
1774 {
1775         struct mtx *dvlp, *vlp;
1776         struct vnode *dvp;
1777
1778         cache_assert_bucket_locked(ncp);
1779
1780         dvlp = VP2VNODELOCK(ncp->nc_dvp);
1781         vlp = NULL;
1782         if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE))
1783                 vlp = VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp);
1784         if (cache_trylock_vnodes(dvlp, vlp) == 0) {
1785                 cache_zap_locked(ncp);
1786                 mtx_unlock(blp);
1787                 cache_unlock_vnodes(dvlp, vlp);
1788                 return (0);
1789         }
1790
1791         dvp = ncp->nc_dvp;
1792         mtx_unlock(blp);
1793         return (cache_zap_unlocked_bucket(ncp, cnp, dvp, dvlp, vlp, hash, blp));
1794 }
1795
1796 static __noinline int
1797 cache_remove_cnp(struct vnode *dvp, struct componentname *cnp)
1798 {
1799         struct namecache *ncp;
1800         struct mtx *blp;
1801         struct mtx *dvlp, *dvlp2;
1802         uint32_t hash;
1803         int error;
1804
1805         if (cnp->cn_namelen == 2 &&
1806             cnp->cn_nameptr[0] == '.' && cnp->cn_nameptr[1] == '.') {
1807                 dvlp = VP2VNODELOCK(dvp);
1808                 dvlp2 = NULL;
1809                 mtx_lock(dvlp);
1810 retry_dotdot:
1811                 ncp = dvp->v_cache_dd;
1812                 if (ncp == NULL) {
1813                         mtx_unlock(dvlp);
1814                         if (dvlp2 != NULL)
1815                                 mtx_unlock(dvlp2);
1816                         SDT_PROBE2(vfs, namecache, removecnp, miss, dvp, cnp);
1817                         return (0);
1818                 }
1819                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
1820                         if (!cache_zap_locked_vnode_kl2(ncp, dvp, &dvlp2))
1821                                 goto retry_dotdot;
1822                         MPASS(dvp->v_cache_dd == NULL);
1823                         mtx_unlock(dvlp);
1824                         if (dvlp2 != NULL)
1825                                 mtx_unlock(dvlp2);
1826                         cache_free(ncp);
1827                 } else {
1828                         atomic_store_ptr(&dvp->v_cache_dd, NULL);
1829                         mtx_unlock(dvlp);
1830                         if (dvlp2 != NULL)
1831                                 mtx_unlock(dvlp2);
1832                 }
1833                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, removecnp, hit, dvp, cnp);
1834                 return (1);
1835         }
1836
1837         /*
1838          * XXX note that access here is completely unlocked with no provisions
1839          * to keep the hash allocated. If one is sufficiently unlucky a
1840          * parallel cache resize can reallocate the hash, unmap backing pages
1841          * and cause the empty check below to fault.
1842          *
1843          * Fixing this has epsilon priority, but can be done with no overhead
1844          * for this codepath with sufficient effort.
1845          */
1846         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp);
1847         blp = HASH2BUCKETLOCK(hash);
1848 retry:
1849         if (CK_SLIST_EMPTY(NCHHASH(hash)))
1850                 goto out_no_entry;
1851
1852         mtx_lock(blp);
1853
1854         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1855                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
1856                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))
1857                         break;
1858         }
1859
1860         if (ncp == NULL) {
1861                 mtx_unlock(blp);
1862                 goto out_no_entry;
1863         }
1864
1865         error = cache_zap_locked_bucket(ncp, cnp, hash, blp);
1866         if (__predict_false(error != 0)) {
1867                 atomic_add_long(&zap_bucket_fail, 1);
1868                 goto retry;
1869         }
1870         counter_u64_add(numposzaps, 1);
1871         SDT_PROBE2(vfs, namecache, removecnp, hit, dvp, cnp);
1872         cache_free(ncp);
1873         return (1);
1874 out_no_entry:
1875         counter_u64_add(nummisszap, 1);
1876         SDT_PROBE2(vfs, namecache, removecnp, miss, dvp, cnp);
1877         return (0);
1878 }
1879
1880 static int __noinline
1881 cache_lookup_dot(struct vnode *dvp, struct vnode **vpp, struct componentname *cnp,
1882     struct timespec *tsp, int *ticksp)
1883 {
1884         int ltype;
1885
1886         *vpp = dvp;
1887         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, ".", *vpp);
1888         if (tsp != NULL)
1889                 timespecclear(tsp);
1890         if (ticksp != NULL)
1891                 *ticksp = ticks;
1892         vrefact(*vpp);
1893         /*
1894          * When we lookup "." we still can be asked to lock it
1895          * differently...
1896          */
1897         ltype = cnp->cn_lkflags & LK_TYPE_MASK;
1898         if (ltype != VOP_ISLOCKED(*vpp)) {
1899                 if (ltype == LK_EXCLUSIVE) {
1900                         vn_lock(*vpp, LK_UPGRADE | LK_RETRY);
1901                         if (VN_IS_DOOMED((*vpp))) {
1902                                 /* forced unmount */
1903                                 vrele(*vpp);
1904                                 *vpp = NULL;
1905                                 return (ENOENT);
1906                         }
1907                 } else
1908                         vn_lock(*vpp, LK_DOWNGRADE | LK_RETRY);
1909         }
1910         return (-1);
1911 }
1912
1913 static int __noinline
1914 cache_lookup_dotdot(struct vnode *dvp, struct vnode **vpp, struct componentname *cnp,
1915     struct timespec *tsp, int *ticksp)
1916 {
1917         struct namecache_ts *ncp_ts;
1918         struct namecache *ncp;
1919         struct mtx *dvlp;
1920         enum vgetstate vs;
1921         int error, ltype;
1922         bool whiteout;
1923
1924         MPASS((cnp->cn_flags & ISDOTDOT) != 0);
1925
1926         if ((cnp->cn_flags & MAKEENTRY) == 0) {
1927                 cache_remove_cnp(dvp, cnp);
1928                 return (0);
1929         }
1930
1931 retry:
1932         dvlp = VP2VNODELOCK(dvp);
1933         mtx_lock(dvlp);
1934         ncp = dvp->v_cache_dd;
1935         if (ncp == NULL) {
1936                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, lookup, miss, dvp, "..");
1937                 mtx_unlock(dvlp);
1938                 return (0);
1939         }
1940         if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
1941                 if (ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE)
1942                         *vpp = NULL;
1943                 else
1944                         *vpp = ncp->nc_vp;
1945         } else
1946                 *vpp = ncp->nc_dvp;
1947         if (*vpp == NULL)
1948                 goto negative_success;
1949         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, "..", *vpp);
1950         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
1951         if ((ncp->nc_flag & (NCF_ISDOTDOT | NCF_DTS)) ==
1952             NCF_DTS && tsp != NULL) {
1953                 ncp_ts = __containerof(ncp, struct namecache_ts, nc_nc);
1954                 *tsp = ncp_ts->nc_dotdottime;
1955         }
1956
1957         MPASS(dvp != *vpp);
1958         ltype = VOP_ISLOCKED(dvp);
1959         VOP_UNLOCK(dvp);
1960         vs = vget_prep(*vpp);
1961         mtx_unlock(dvlp);
1962         error = vget_finish(*vpp, cnp->cn_lkflags, vs);
1963         vn_lock(dvp, ltype | LK_RETRY);
1964         if (VN_IS_DOOMED(dvp)) {
1965                 if (error == 0)
1966                         vput(*vpp);
1967                 *vpp = NULL;
1968                 return (ENOENT);
1969         }
1970         if (error) {
1971                 *vpp = NULL;
1972                 goto retry;
1973         }
1974         return (-1);
1975 negative_success:
1976         if (__predict_false(cnp->cn_nameiop == CREATE)) {
1977                 if (cnp->cn_flags & ISLASTCN) {
1978                         counter_u64_add(numnegzaps, 1);
1979                         cache_zap_negative_locked_vnode_kl(ncp, dvp);
1980                         mtx_unlock(dvlp);
1981                         cache_free(ncp);
1982                         return (0);
1983                 }
1984         }
1985
1986         whiteout = (ncp->nc_flag & NCF_WHITE);
1987         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
1988         if (cache_neg_hit_prep(ncp))
1989                 cache_neg_promote(ncp);
1990         else
1991                 cache_neg_hit_finish(ncp);
1992         mtx_unlock(dvlp);
1993         if (whiteout)
1994                 cnp->cn_flags |= ISWHITEOUT;
1995         return (ENOENT);
1996 }
1997
1998 /**
1999  * Lookup a name in the name cache
2000  *
2001  * # Arguments
2002  *
2003  * - dvp:       Parent directory in which to search.
2004  * - vpp:       Return argument.  Will contain desired vnode on cache hit.
2005  * - cnp:       Parameters of the name search.  The most interesting bits of
2006  *              the cn_flags field have the following meanings:
2007  *      - MAKEENTRY:    If clear, free an entry from the cache rather than look
2008  *                      it up.
2009  *      - ISDOTDOT:     Must be set if and only if cn_nameptr == ".."
2010  * - tsp:       Return storage for cache timestamp.  On a successful (positive
2011  *              or negative) lookup, tsp will be filled with any timespec that
2012  *              was stored when this cache entry was created.  However, it will
2013  *              be clear for "." entries.
2014  * - ticks:     Return storage for alternate cache timestamp.  On a successful
2015  *              (positive or negative) lookup, it will contain the ticks value
2016  *              that was current when the cache entry was created, unless cnp
2017  *              was ".".
2018  *
2019  * Either both tsp and ticks have to be provided or neither of them.
2020  *
2021  * # Returns
2022  *
2023  * - -1:        A positive cache hit.  vpp will contain the desired vnode.
2024  * - ENOENT:    A negative cache hit, or dvp was recycled out from under us due
2025  *              to a forced unmount.  vpp will not be modified.  If the entry
2026  *              is a whiteout, then the ISWHITEOUT flag will be set in
2027  *              cnp->cn_flags.
2028  * - 0:         A cache miss.  vpp will not be modified.
2029  *
2030  * # Locking
2031  *
2032  * On a cache hit, vpp will be returned locked and ref'd.  If we're looking up
2033  * .., dvp is unlocked.  If we're looking up . an extra ref is taken, but the
2034  * lock is not recursively acquired.
2035  */
2036 static int __noinline
2037 cache_lookup_fallback(struct vnode *dvp, struct vnode **vpp, struct componentname *cnp,
2038     struct timespec *tsp, int *ticksp)
2039 {
2040         struct namecache *ncp;
2041         struct mtx *blp;
2042         uint32_t hash;
2043         enum vgetstate vs;
2044         int error;
2045         bool whiteout;
2046
2047         MPASS((cnp->cn_flags & ISDOTDOT) == 0);
2048         MPASS((cnp->cn_flags & (MAKEENTRY | NC_KEEPPOSENTRY)) != 0);
2049
2050 retry:
2051         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp);
2052         blp = HASH2BUCKETLOCK(hash);
2053         mtx_lock(blp);
2054
2055         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
2056                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
2057                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))
2058                         break;
2059         }
2060
2061         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
2062                 mtx_unlock(blp);
2063                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, lookup, miss, dvp, cnp->cn_nameptr);
2064                 counter_u64_add(nummiss, 1);
2065                 return (0);
2066         }
2067
2068         if (ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE)
2069                 goto negative_success;
2070
2071         counter_u64_add(numposhits, 1);
2072         *vpp = ncp->nc_vp;
2073         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, ncp->nc_name, *vpp);
2074         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
2075         MPASS(dvp != *vpp);
2076         vs = vget_prep(*vpp);
2077         mtx_unlock(blp);
2078         error = vget_finish(*vpp, cnp->cn_lkflags, vs);
2079         if (error) {
2080                 *vpp = NULL;
2081                 goto retry;
2082         }
2083         return (-1);
2084 negative_success:
2085         /*
2086          * We don't get here with regular lookup apart from corner cases.
2087          */
2088         if (__predict_true(cnp->cn_nameiop == CREATE)) {
2089                 if (cnp->cn_flags & ISLASTCN) {
2090                         counter_u64_add(numnegzaps, 1);
2091                         error = cache_zap_locked_bucket(ncp, cnp, hash, blp);
2092                         if (__predict_false(error != 0)) {
2093                                 atomic_add_long(&zap_bucket_fail2, 1);
2094                                 goto retry;
2095                         }
2096                         cache_free(ncp);
2097                         return (0);
2098                 }
2099         }
2100
2101         whiteout = (ncp->nc_flag & NCF_WHITE);
2102         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
2103         if (cache_neg_hit_prep(ncp))
2104                 cache_neg_promote(ncp);
2105         else
2106                 cache_neg_hit_finish(ncp);
2107         mtx_unlock(blp);
2108         if (whiteout)
2109                 cnp->cn_flags |= ISWHITEOUT;
2110         return (ENOENT);
2111 }
2112
2113 int
2114 cache_lookup(struct vnode *dvp, struct vnode **vpp, struct componentname *cnp,
2115     struct timespec *tsp, int *ticksp)
2116 {
2117         struct namecache *ncp;
2118         uint32_t hash;
2119         enum vgetstate vs;
2120         int error;
2121         bool whiteout, neg_promote;
2122         u_short nc_flag;
2123
2124         MPASS((tsp == NULL && ticksp == NULL) || (tsp != NULL && ticksp != NULL));
2125
2126 #ifdef DEBUG_CACHE
2127         if (__predict_false(!doingcache)) {
2128                 cnp->cn_flags &= ~MAKEENTRY;
2129                 return (0);
2130         }
2131 #endif
2132
2133         if (__predict_false(cnp->cn_nameptr[0] == '.')) {
2134                 if (cnp->cn_namelen == 1)
2135                         return (cache_lookup_dot(dvp, vpp, cnp, tsp, ticksp));
2136                 if (cnp->cn_namelen == 2 && cnp->cn_nameptr[1] == '.')
2137                         return (cache_lookup_dotdot(dvp, vpp, cnp, tsp, ticksp));
2138         }
2139
2140         MPASS((cnp->cn_flags & ISDOTDOT) == 0);
2141
2142         if ((cnp->cn_flags & (MAKEENTRY | NC_KEEPPOSENTRY)) == 0) {
2143                 cache_remove_cnp(dvp, cnp);
2144                 return (0);
2145         }
2146
2147         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp);
2148         vfs_smr_enter();
2149
2150         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
2151                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
2152                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))
2153                         break;
2154         }
2155
2156         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
2157                 vfs_smr_exit();
2158                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, lookup, miss, dvp, cnp->cn_nameptr);
2159                 counter_u64_add(nummiss, 1);
2160                 return (0);
2161         }
2162
2163         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
2164         if (nc_flag & NCF_NEGATIVE)
2165                 goto negative_success;
2166
2167         counter_u64_add(numposhits, 1);
2168         *vpp = ncp->nc_vp;
2169         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, ncp->nc_name, *vpp);
2170         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
2171         MPASS(dvp != *vpp);
2172         if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
2173                 vfs_smr_exit();
2174                 *vpp = NULL;
2175                 goto out_fallback;
2176         }
2177         vs = vget_prep_smr(*vpp);
2178         vfs_smr_exit();
2179         if (__predict_false(vs == VGET_NONE)) {
2180                 *vpp = NULL;
2181                 goto out_fallback;
2182         }
2183         error = vget_finish(*vpp, cnp->cn_lkflags, vs);
2184         if (error) {
2185                 *vpp = NULL;
2186                 goto out_fallback;
2187         }
2188         return (-1);
2189 negative_success:
2190         if (cnp->cn_nameiop == CREATE) {
2191                 if (cnp->cn_flags & ISLASTCN) {
2192                         vfs_smr_exit();
2193                         goto out_fallback;
2194                 }
2195         }
2196
2197         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
2198         whiteout = (atomic_load_char(&ncp->nc_flag) & NCF_WHITE);
2199         neg_promote = cache_neg_hit_prep(ncp);
2200         if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
2201                 cache_neg_hit_abort(ncp);
2202                 vfs_smr_exit();
2203                 goto out_fallback;
2204         }
2205         if (neg_promote) {
2206                 vfs_smr_exit();
2207                 if (!cache_neg_promote_cond(dvp, cnp, ncp, hash))
2208                         goto out_fallback;
2209         } else {
2210                 cache_neg_hit_finish(ncp);
2211                 vfs_smr_exit();
2212         }
2213         if (whiteout)
2214                 cnp->cn_flags |= ISWHITEOUT;
2215         return (ENOENT);
2216 out_fallback:
2217         return (cache_lookup_fallback(dvp, vpp, cnp, tsp, ticksp));
2218 }
2219
2220 struct celockstate {
2221         struct mtx *vlp[3];
2222         struct mtx *blp[2];
2223 };
2224 CTASSERT((nitems(((struct celockstate *)0)->vlp) == 3));
2225 CTASSERT((nitems(((struct celockstate *)0)->blp) == 2));
2226
2227 static inline void
2228 cache_celockstate_init(struct celockstate *cel)
2229 {
2230
2231         bzero(cel, sizeof(*cel));
2232 }
2233
2234 static void
2235 cache_lock_vnodes_cel(struct celockstate *cel, struct vnode *vp,
2236     struct vnode *dvp)
2237 {
2238         struct mtx *vlp1, *vlp2;
2239
2240         MPASS(cel->vlp[0] == NULL);
2241         MPASS(cel->vlp[1] == NULL);
2242         MPASS(cel->vlp[2] == NULL);
2243
2244         MPASS(vp != NULL || dvp != NULL);
2245
2246         vlp1 = VP2VNODELOCK(vp);
2247         vlp2 = VP2VNODELOCK(dvp);
2248         cache_sort_vnodes(&vlp1, &vlp2);
2249
2250         if (vlp1 != NULL) {
2251                 mtx_lock(vlp1);
2252                 cel->vlp[0] = vlp1;
2253         }
2254         mtx_lock(vlp2);
2255         cel->vlp[1] = vlp2;
2256 }
2257
2258 static void
2259 cache_unlock_vnodes_cel(struct celockstate *cel)
2260 {
2261
2262         MPASS(cel->vlp[0] != NULL || cel->vlp[1] != NULL);
2263
2264         if (cel->vlp[0] != NULL)
2265                 mtx_unlock(cel->vlp[0]);
2266         if (cel->vlp[1] != NULL)
2267                 mtx_unlock(cel->vlp[1]);
2268         if (cel->vlp[2] != NULL)
2269                 mtx_unlock(cel->vlp[2]);
2270 }
2271
2272 static bool
2273 cache_lock_vnodes_cel_3(struct celockstate *cel, struct vnode *vp)
2274 {
2275         struct mtx *vlp;
2276         bool ret;
2277
2278         cache_assert_vlp_locked(cel->vlp[0]);
2279         cache_assert_vlp_locked(cel->vlp[1]);
2280         MPASS(cel->vlp[2] == NULL);
2281
2282         MPASS(vp != NULL);
2283         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2284
2285         ret = true;
2286         if (vlp >= cel->vlp[1]) {
2287                 mtx_lock(vlp);
2288         } else {
2289                 if (mtx_trylock(vlp))
2290                         goto out;
2291                 cache_unlock_vnodes_cel(cel);
2292                 atomic_add_long(&cache_lock_vnodes_cel_3_failures, 1);
2293                 if (vlp < cel->vlp[0]) {
2294                         mtx_lock(vlp);
2295                         mtx_lock(cel->vlp[0]);
2296                         mtx_lock(cel->vlp[1]);
2297                 } else {
2298                         if (cel->vlp[0] != NULL)
2299                                 mtx_lock(cel->vlp[0]);
2300                         mtx_lock(vlp);
2301                         mtx_lock(cel->vlp[1]);
2302                 }
2303                 ret = false;
2304         }
2305 out:
2306         cel->vlp[2] = vlp;
2307         return (ret);
2308 }
2309
2310 static void
2311 cache_lock_buckets_cel(struct celockstate *cel, struct mtx *blp1,
2312     struct mtx *blp2)
2313 {
2314
2315         MPASS(cel->blp[0] == NULL);
2316         MPASS(cel->blp[1] == NULL);
2317
2318         cache_sort_vnodes(&blp1, &blp2);
2319
2320         if (blp1 != NULL) {
2321                 mtx_lock(blp1);
2322                 cel->blp[0] = blp1;
2323         }
2324         mtx_lock(blp2);
2325         cel->blp[1] = blp2;
2326 }
2327
2328 static void
2329 cache_unlock_buckets_cel(struct celockstate *cel)
2330 {
2331
2332         if (cel->blp[0] != NULL)
2333                 mtx_unlock(cel->blp[0]);
2334         mtx_unlock(cel->blp[1]);
2335 }
2336
2337 /*
2338  * Lock part of the cache affected by the insertion.
2339  *
2340  * This means vnodelocks for dvp, vp and the relevant bucketlock.
2341  * However, insertion can result in removal of an old entry. In this
2342  * case we have an additional vnode and bucketlock pair to lock.
2343  *
2344  * That is, in the worst case we have to lock 3 vnodes and 2 bucketlocks, while
2345  * preserving the locking order (smaller address first).
2346  */
2347 static void
2348 cache_enter_lock(struct celockstate *cel, struct vnode *dvp, struct vnode *vp,
2349     uint32_t hash)
2350 {
2351         struct namecache *ncp;
2352         struct mtx *blps[2];
2353         u_char nc_flag;
2354
2355         blps[0] = HASH2BUCKETLOCK(hash);
2356         for (;;) {
2357                 blps[1] = NULL;
2358                 cache_lock_vnodes_cel(cel, dvp, vp);
2359                 if (vp == NULL || vp->v_type != VDIR)
2360                         break;
2361                 ncp = atomic_load_consume_ptr(&vp->v_cache_dd);
2362                 if (ncp == NULL)
2363                         break;
2364                 nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
2365                 if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0)
2366                         break;
2367                 MPASS(ncp->nc_dvp == vp);
2368                 blps[1] = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
2369                 if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
2370                         break;
2371                 if (cache_lock_vnodes_cel_3(cel, ncp->nc_vp))
2372                         break;
2373                 /*
2374                  * All vnodes got re-locked. Re-validate the state and if
2375                  * nothing changed we are done. Otherwise restart.
2376                  */
2377                 if (ncp == vp->v_cache_dd &&
2378                     (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0 &&
2379                     blps[1] == NCP2BUCKETLOCK(ncp) &&
2380                     VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp) == cel->vlp[2])
2381                         break;
2382                 cache_unlock_vnodes_cel(cel);
2383                 cel->vlp[0] = NULL;
2384                 cel->vlp[1] = NULL;
2385                 cel->vlp[2] = NULL;
2386         }
2387         cache_lock_buckets_cel(cel, blps[0], blps[1]);
2388 }
2389
2390 static void
2391 cache_enter_lock_dd(struct celockstate *cel, struct vnode *dvp, struct vnode *vp,
2392     uint32_t hash)
2393 {
2394         struct namecache *ncp;
2395         struct mtx *blps[2];
2396         u_char nc_flag;
2397
2398         blps[0] = HASH2BUCKETLOCK(hash);
2399         for (;;) {
2400                 blps[1] = NULL;
2401                 cache_lock_vnodes_cel(cel, dvp, vp);
2402                 ncp = atomic_load_consume_ptr(&dvp->v_cache_dd);
2403                 if (ncp == NULL)
2404                         break;
2405                 nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
2406                 if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0)
2407                         break;
2408                 MPASS(ncp->nc_dvp == dvp);
2409                 blps[1] = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
2410                 if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
2411                         break;
2412                 if (cache_lock_vnodes_cel_3(cel, ncp->nc_vp))
2413                         break;
2414                 if (ncp == dvp->v_cache_dd &&
2415                     (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0 &&
2416                     blps[1] == NCP2BUCKETLOCK(ncp) &&
2417                     VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp) == cel->vlp[2])
2418                         break;
2419                 cache_unlock_vnodes_cel(cel);
2420                 cel->vlp[0] = NULL;
2421                 cel->vlp[1] = NULL;
2422                 cel->vlp[2] = NULL;
2423         }
2424         cache_lock_buckets_cel(cel, blps[0], blps[1]);
2425 }
2426
2427 static void
2428 cache_enter_unlock(struct celockstate *cel)
2429 {
2430
2431         cache_unlock_buckets_cel(cel);
2432         cache_unlock_vnodes_cel(cel);
2433 }
2434
2435 static void __noinline
2436 cache_enter_dotdot_prep(struct vnode *dvp, struct vnode *vp,
2437     struct componentname *cnp)
2438 {
2439         struct celockstate cel;
2440         struct namecache *ncp;
2441         uint32_t hash;
2442         int len;
2443
2444         if (atomic_load_ptr(&dvp->v_cache_dd) == NULL)
2445                 return;
2446         len = cnp->cn_namelen;
2447         cache_celockstate_init(&cel);
2448         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, len, dvp);
2449         cache_enter_lock_dd(&cel, dvp, vp, hash);
2450         ncp = dvp->v_cache_dd;
2451         if (ncp != NULL && (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT)) {
2452                 KASSERT(ncp->nc_dvp == dvp, ("wrong isdotdot parent"));
2453                 cache_zap_locked(ncp);
2454         } else {
2455                 ncp = NULL;
2456         }
2457         atomic_store_ptr(&dvp->v_cache_dd, NULL);
2458         cache_enter_unlock(&cel);
2459         if (ncp != NULL)
2460                 cache_free(ncp);
2461 }
2462
2463 /*
2464  * Add an entry to the cache.
2465  */
2466 void
2467 cache_enter_time(struct vnode *dvp, struct vnode *vp, struct componentname *cnp,
2468     struct timespec *tsp, struct timespec *dtsp)
2469 {
2470         struct celockstate cel;
2471         struct namecache *ncp, *n2, *ndd;
2472         struct namecache_ts *ncp_ts;
2473         struct nchashhead *ncpp;
2474         uint32_t hash;
2475         int flag;
2476         int len;
2477
2478         KASSERT(cnp->cn_namelen <= NAME_MAX,
2479             ("%s: passed len %ld exceeds NAME_MAX (%d)", __func__, cnp->cn_namelen,
2480             NAME_MAX));
2481         VNPASS(!VN_IS_DOOMED(dvp), dvp);
2482         VNPASS(dvp->v_type != VNON, dvp);
2483         if (vp != NULL) {
2484                 VNPASS(!VN_IS_DOOMED(vp), vp);
2485                 VNPASS(vp->v_type != VNON, vp);
2486         }
2487         if (cnp->cn_namelen == 1 && cnp->cn_nameptr[0] == '.') {
2488                 KASSERT(dvp == vp,
2489                     ("%s: different vnodes for dot entry (%p; %p)\n", __func__,
2490                     dvp, vp));
2491         } else {
2492                 KASSERT(dvp != vp,
2493                     ("%s: same vnode for non-dot entry [%s] (%p)\n", __func__,
2494                     cnp->cn_nameptr, dvp));
2495         }
2496
2497 #ifdef DEBUG_CACHE
2498         if (__predict_false(!doingcache))
2499                 return;
2500 #endif
2501
2502         flag = 0;
2503         if (__predict_false(cnp->cn_nameptr[0] == '.')) {
2504                 if (cnp->cn_namelen == 1)
2505                         return;
2506                 if (cnp->cn_namelen == 2 && cnp->cn_nameptr[1] == '.') {
2507                         cache_enter_dotdot_prep(dvp, vp, cnp);
2508                         flag = NCF_ISDOTDOT;
2509                 }
2510         }
2511
2512         ncp = cache_alloc(cnp->cn_namelen, tsp != NULL);
2513         if (ncp == NULL)
2514                 return;
2515
2516         cache_celockstate_init(&cel);
2517         ndd = NULL;
2518         ncp_ts = NULL;
2519
2520         /*
2521          * Calculate the hash key and setup as much of the new
2522          * namecache entry as possible before acquiring the lock.
2523          */
2524         ncp->nc_flag = flag | NCF_WIP;
2525         ncp->nc_vp = vp;
2526         if (vp == NULL)
2527                 cache_neg_init(ncp);
2528         ncp->nc_dvp = dvp;
2529         if (tsp != NULL) {
2530                 ncp_ts = __containerof(ncp, struct namecache_ts, nc_nc);
2531                 ncp_ts->nc_time = *tsp;
2532                 ncp_ts->nc_ticks = ticks;
2533                 ncp_ts->nc_nc.nc_flag |= NCF_TS;
2534                 if (dtsp != NULL) {
2535                         ncp_ts->nc_dotdottime = *dtsp;
2536                         ncp_ts->nc_nc.nc_flag |= NCF_DTS;
2537                 }
2538         }
2539         len = ncp->nc_nlen = cnp->cn_namelen;
2540         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, len, dvp);
2541         memcpy(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, len);
2542         ncp->nc_name[len] = '\0';
2543         cache_enter_lock(&cel, dvp, vp, hash);
2544
2545         /*
2546          * See if this vnode or negative entry is already in the cache
2547          * with this name.  This can happen with concurrent lookups of
2548          * the same path name.
2549          */
2550         ncpp = NCHHASH(hash);
2551         CK_SLIST_FOREACH(n2, ncpp, nc_hash) {
2552                 if (n2->nc_dvp == dvp &&
2553                     n2->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
2554                     !bcmp(n2->nc_name, cnp->cn_nameptr, n2->nc_nlen)) {
2555                         MPASS(cache_ncp_canuse(n2));
2556                         if ((n2->nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
2557                                 KASSERT(vp == NULL,
2558                                     ("%s: found entry pointing to a different vnode (%p != %p) ; name [%s]",
2559                                     __func__, NULL, vp, cnp->cn_nameptr));
2560                         else
2561                                 KASSERT(n2->nc_vp == vp,
2562                                     ("%s: found entry pointing to a different vnode (%p != %p) ; name [%s]",
2563                                     __func__, n2->nc_vp, vp, cnp->cn_nameptr));
2564                         /*
2565                          * Entries are supposed to be immutable unless in the
2566                          * process of getting destroyed. Accommodating for
2567                          * changing timestamps is possible but not worth it.
2568                          * This should be harmless in terms of correctness, in
2569                          * the worst case resulting in an earlier expiration.
2570                          * Alternatively, the found entry can be replaced
2571                          * altogether.
2572                          */
2573                         MPASS((n2->nc_flag & (NCF_TS | NCF_DTS)) == (ncp->nc_flag & (NCF_TS | NCF_DTS)));
2574 #if 0
2575                         if (tsp != NULL) {
2576                                 KASSERT((n2->nc_flag & NCF_TS) != 0,
2577                                     ("no NCF_TS"));
2578                                 n2_ts = __containerof(n2, struct namecache_ts, nc_nc);
2579                                 n2_ts->nc_time = ncp_ts->nc_time;
2580                                 n2_ts->nc_ticks = ncp_ts->nc_ticks;
2581                                 if (dtsp != NULL) {
2582                                         n2_ts->nc_dotdottime = ncp_ts->nc_dotdottime;
2583                                         n2_ts->nc_nc.nc_flag |= NCF_DTS;
2584                                 }
2585                         }
2586 #endif
2587                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, enter, duplicate, dvp, ncp->nc_name,
2588                             vp);
2589                         goto out_unlock_free;
2590                 }
2591         }
2592
2593         if (flag == NCF_ISDOTDOT) {
2594                 /*
2595                  * See if we are trying to add .. entry, but some other lookup
2596                  * has populated v_cache_dd pointer already.
2597                  */
2598                 if (dvp->v_cache_dd != NULL)
2599                         goto out_unlock_free;
2600                 KASSERT(vp == NULL || vp->v_type == VDIR,
2601                     ("wrong vnode type %p", vp));
2602                 atomic_thread_fence_rel();
2603                 atomic_store_ptr(&dvp->v_cache_dd, ncp);
2604         }
2605
2606         if (vp != NULL) {
2607                 if (flag != NCF_ISDOTDOT) {
2608                         /*
2609                          * For this case, the cache entry maps both the
2610                          * directory name in it and the name ".." for the
2611                          * directory's parent.
2612                          */
2613                         if ((ndd = vp->v_cache_dd) != NULL) {
2614                                 if ((ndd->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0)
2615                                         cache_zap_locked(ndd);
2616                                 else
2617                                         ndd = NULL;
2618                         }
2619                         atomic_thread_fence_rel();
2620                         atomic_store_ptr(&vp->v_cache_dd, ncp);
2621                 } else if (vp->v_type != VDIR) {
2622                         if (vp->v_cache_dd != NULL) {
2623                                 atomic_store_ptr(&vp->v_cache_dd, NULL);
2624                         }
2625                 }
2626         }
2627
2628         if (flag != NCF_ISDOTDOT) {
2629                 if (LIST_EMPTY(&dvp->v_cache_src)) {
2630                         cache_hold_vnode(dvp);
2631                 }
2632                 LIST_INSERT_HEAD(&dvp->v_cache_src, ncp, nc_src);
2633         }
2634
2635         /*
2636          * If the entry is "negative", we place it into the
2637          * "negative" cache queue, otherwise, we place it into the
2638          * destination vnode's cache entries queue.
2639          */
2640         if (vp != NULL) {
2641                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vp->v_cache_dst, ncp, nc_dst);
2642                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, enter, done, dvp, ncp->nc_name,
2643                     vp);
2644         } else {
2645                 if (cnp->cn_flags & ISWHITEOUT)
2646                         atomic_store_char(&ncp->nc_flag, ncp->nc_flag | NCF_WHITE);
2647                 cache_neg_insert(ncp);
2648                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, enter_negative, done, dvp,
2649                     ncp->nc_name);
2650         }
2651
2652         /*
2653          * Insert the new namecache entry into the appropriate chain
2654          * within the cache entries table.
2655          */
2656         CK_SLIST_INSERT_HEAD(ncpp, ncp, nc_hash);
2657
2658         atomic_thread_fence_rel();
2659         /*
2660          * Mark the entry as fully constructed.
2661          * It is immutable past this point until its removal.
2662          */
2663         atomic_store_char(&ncp->nc_flag, ncp->nc_flag & ~NCF_WIP);
2664
2665         cache_enter_unlock(&cel);
2666         if (ndd != NULL)
2667                 cache_free(ndd);
2668         return;
2669 out_unlock_free:
2670         cache_enter_unlock(&cel);
2671         cache_free(ncp);
2672         return;
2673 }
2674
2675 /*
2676  * A variant of the above accepting flags.
2677  *
2678  * - VFS_CACHE_DROPOLD -- if a conflicting entry is found, drop it.
2679  *
2680  * TODO: this routine is a hack. It blindly removes the old entry, even if it
2681  * happens to match and it is doing it in an inefficient manner. It was added
2682  * to accommodate NFS which runs into a case where the target for a given name
2683  * may change from under it. Note this does nothing to solve the following
2684  * race: 2 callers of cache_enter_time_flags pass a different target vnode for
2685  * the same [dvp, cnp]. It may be argued that code doing this is broken.
2686  */
2687 void
2688 cache_enter_time_flags(struct vnode *dvp, struct vnode *vp, struct componentname *cnp,
2689     struct timespec *tsp, struct timespec *dtsp, int flags)
2690 {
2691
2692         MPASS((flags & ~(VFS_CACHE_DROPOLD)) == 0);
2693
2694         if (flags & VFS_CACHE_DROPOLD)
2695                 cache_remove_cnp(dvp, cnp);
2696         cache_enter_time(dvp, vp, cnp, tsp, dtsp);
2697 }
2698
2699 static u_long
2700 cache_roundup_2(u_long val)
2701 {
2702         u_long res;
2703
2704         for (res = 1; res <= val; res <<= 1)
2705                 continue;
2706
2707         return (res);
2708 }
2709
2710 static struct nchashhead *
2711 nchinittbl(u_long elements, u_long *hashmask)
2712 {
2713         struct nchashhead *hashtbl;
2714         u_long hashsize, i;
2715
2716         hashsize = cache_roundup_2(elements) / 2;
2717
2718         hashtbl = malloc(hashsize * sizeof(*hashtbl), M_VFSCACHE, M_WAITOK);
2719         for (i = 0; i < hashsize; i++)
2720                 CK_SLIST_INIT(&hashtbl[i]);
2721         *hashmask = hashsize - 1;
2722         return (hashtbl);
2723 }
2724
2725 static void
2726 ncfreetbl(struct nchashhead *hashtbl)
2727 {
2728
2729         free(hashtbl, M_VFSCACHE);
2730 }
2731
2732 /*
2733  * Name cache initialization, from vfs_init() when we are booting
2734  */
2735 static void
2736 nchinit(void *dummy __unused)
2737 {
2738         u_int i;
2739
2740         cache_zone_small = uma_zcreate("S VFS Cache", CACHE_ZONE_SMALL_SIZE,
2741             NULL, NULL, NULL, NULL, CACHE_ZONE_ALIGNMENT, UMA_ZONE_ZINIT);
2742         cache_zone_small_ts = uma_zcreate("STS VFS Cache", CACHE_ZONE_SMALL_TS_SIZE,
2743             NULL, NULL, NULL, NULL, CACHE_ZONE_ALIGNMENT, UMA_ZONE_ZINIT);
2744         cache_zone_large = uma_zcreate("L VFS Cache", CACHE_ZONE_LARGE_SIZE,
2745             NULL, NULL, NULL, NULL, CACHE_ZONE_ALIGNMENT, UMA_ZONE_ZINIT);
2746         cache_zone_large_ts = uma_zcreate("LTS VFS Cache", CACHE_ZONE_LARGE_TS_SIZE,
2747             NULL, NULL, NULL, NULL, CACHE_ZONE_ALIGNMENT, UMA_ZONE_ZINIT);
2748
2749         VFS_SMR_ZONE_SET(cache_zone_small);
2750         VFS_SMR_ZONE_SET(cache_zone_small_ts);
2751         VFS_SMR_ZONE_SET(cache_zone_large);
2752         VFS_SMR_ZONE_SET(cache_zone_large_ts);
2753
2754         ncsize = desiredvnodes * ncsizefactor;
2755         cache_recalc_neg_min();
2756         nchashtbl = nchinittbl(desiredvnodes * 2, &nchash);
2757         ncbuckethash = cache_roundup_2(mp_ncpus * mp_ncpus) - 1;
2758         if (ncbuckethash < 7) /* arbitrarily chosen to avoid having one lock */
2759                 ncbuckethash = 7;
2760         if (ncbuckethash > nchash)
2761                 ncbuckethash = nchash;
2762         bucketlocks = malloc(sizeof(*bucketlocks) * numbucketlocks, M_VFSCACHE,
2763             M_WAITOK | M_ZERO);
2764         for (i = 0; i < numbucketlocks; i++)
2765                 mtx_init(&bucketlocks[i], "ncbuc", NULL, MTX_DUPOK | MTX_RECURSE);
2766         ncvnodehash = ncbuckethash;
2767         vnodelocks = malloc(sizeof(*vnodelocks) * numvnodelocks, M_VFSCACHE,
2768             M_WAITOK | M_ZERO);
2769         for (i = 0; i < numvnodelocks; i++)
2770                 mtx_init(&vnodelocks[i], "ncvn", NULL, MTX_DUPOK | MTX_RECURSE);
2771
2772         for (i = 0; i < numneglists; i++) {
2773                 mtx_init(&neglists[i].nl_evict_lock, "ncnege", NULL, MTX_DEF);
2774                 mtx_init(&neglists[i].nl_lock, "ncnegl", NULL, MTX_DEF);
2775                 TAILQ_INIT(&neglists[i].nl_list);
2776                 TAILQ_INIT(&neglists[i].nl_hotlist);
2777         }
2778 }
2779 SYSINIT(vfs, SI_SUB_VFS, SI_ORDER_SECOND, nchinit, NULL);
2780
2781 void
2782 cache_vnode_init(struct vnode *vp)
2783 {
2784
2785         LIST_INIT(&vp->v_cache_src);
2786         TAILQ_INIT(&vp->v_cache_dst);
2787         vp->v_cache_dd = NULL;
2788         cache_prehash(vp);
2789 }
2790
2791 /*
2792  * Induce transient cache misses for lockless operation in cache_lookup() by
2793  * using a temporary hash table.
2794  *
2795  * This will force a fs lookup.
2796  *
2797  * Synchronisation is done in 2 steps, calling vfs_smr_synchronize each time
2798  * to observe all CPUs not performing the lookup.
2799  */
2800 static void
2801 cache_changesize_set_temp(struct nchashhead *temptbl, u_long temphash)
2802 {
2803
2804         MPASS(temphash < nchash);
2805         /*
2806          * Change the size. The new size is smaller and can safely be used
2807          * against the existing table. All lookups which now hash wrong will
2808          * result in a cache miss, which all callers are supposed to know how
2809          * to handle.
2810          */
2811         atomic_store_long(&nchash, temphash);
2812         atomic_thread_fence_rel();
2813         vfs_smr_synchronize();
2814         /*
2815          * At this point everyone sees the updated hash value, but they still
2816          * see the old table.
2817          */
2818         atomic_store_ptr(&nchashtbl, temptbl);
2819         atomic_thread_fence_rel();
2820         vfs_smr_synchronize();
2821         /*
2822          * At this point everyone sees the updated table pointer and size pair.
2823          */
2824 }
2825
2826 /*
2827  * Set the new hash table.
2828  *
2829  * Similarly to cache_changesize_set_temp(), this has to synchronize against
2830  * lockless operation in cache_lookup().
2831  */
2832 static void
2833 cache_changesize_set_new(struct nchashhead *new_tbl, u_long new_hash)
2834 {
2835
2836         MPASS(nchash < new_hash);
2837         /*
2838          * Change the pointer first. This wont result in out of bounds access
2839          * since the temporary table is guaranteed to be smaller.
2840          */
2841         atomic_store_ptr(&nchashtbl, new_tbl);
2842         atomic_thread_fence_rel();
2843         vfs_smr_synchronize();
2844         /*
2845          * At this point everyone sees the updated pointer value, but they
2846          * still see the old size.
2847          */
2848         atomic_store_long(&nchash, new_hash);
2849         atomic_thread_fence_rel();
2850         vfs_smr_synchronize();
2851         /*
2852          * At this point everyone sees the updated table pointer and size pair.
2853          */
2854 }
2855
2856 void
2857 cache_changesize(u_long newmaxvnodes)
2858 {
2859         struct nchashhead *new_nchashtbl, *old_nchashtbl, *temptbl;
2860         u_long new_nchash, old_nchash, temphash;
2861         struct namecache *ncp;
2862         uint32_t hash;
2863         u_long newncsize;
2864         u_long i;
2865
2866         newncsize = newmaxvnodes * ncsizefactor;
2867         newmaxvnodes = cache_roundup_2(newmaxvnodes * 2);
2868         if (newmaxvnodes < numbucketlocks)
2869                 newmaxvnodes = numbucketlocks;
2870
2871         new_nchashtbl = nchinittbl(newmaxvnodes, &new_nchash);
2872         /* If same hash table size, nothing to do */
2873         if (nchash == new_nchash) {
2874                 ncfreetbl(new_nchashtbl);
2875                 return;
2876         }
2877
2878         temptbl = nchinittbl(1, &temphash);
2879
2880         /*
2881          * Move everything from the old hash table to the new table.
2882          * None of the namecache entries in the table can be removed
2883          * because to do so, they have to be removed from the hash table.
2884          */
2885         cache_lock_all_vnodes();
2886         cache_lock_all_buckets();
2887         old_nchashtbl = nchashtbl;
2888         old_nchash = nchash;
2889         cache_changesize_set_temp(temptbl, temphash);
2890         for (i = 0; i <= old_nchash; i++) {
2891                 while ((ncp = CK_SLIST_FIRST(&old_nchashtbl[i])) != NULL) {
2892                         hash = cache_get_hash(ncp->nc_name, ncp->nc_nlen,
2893                             ncp->nc_dvp);
2894                         CK_SLIST_REMOVE(&old_nchashtbl[i], ncp, namecache, nc_hash);
2895                         CK_SLIST_INSERT_HEAD(&new_nchashtbl[hash & new_nchash], ncp, nc_hash);
2896                 }
2897         }
2898         ncsize = newncsize;
2899         cache_recalc_neg_min();
2900         cache_changesize_set_new(new_nchashtbl, new_nchash);
2901         cache_unlock_all_buckets();
2902         cache_unlock_all_vnodes();
2903         ncfreetbl(old_nchashtbl);
2904         ncfreetbl(temptbl);
2905 }
2906
2907 /*
2908  * Remove all entries from and to a particular vnode.
2909  */
2910 static void
2911 cache_purge_impl(struct vnode *vp)
2912 {
2913         struct cache_freebatch batch;
2914         struct namecache *ncp;
2915         struct mtx *vlp, *vlp2;
2916
2917         TAILQ_INIT(&batch);
2918         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2919         vlp2 = NULL;
2920         mtx_lock(vlp);
2921 retry:
2922         while (!LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src)) {
2923                 ncp = LIST_FIRST(&vp->v_cache_src);
2924                 if (!cache_zap_locked_vnode_kl2(ncp, vp, &vlp2))
2925                         goto retry;
2926                 TAILQ_INSERT_TAIL(&batch, ncp, nc_dst);
2927         }
2928         while (!TAILQ_EMPTY(&vp->v_cache_dst)) {
2929                 ncp = TAILQ_FIRST(&vp->v_cache_dst);
2930                 if (!cache_zap_locked_vnode_kl2(ncp, vp, &vlp2))
2931                         goto retry;
2932                 TAILQ_INSERT_TAIL(&batch, ncp, nc_dst);
2933         }
2934         ncp = vp->v_cache_dd;
2935         if (ncp != NULL) {
2936                 KASSERT(ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT,
2937                    ("lost dotdot link"));
2938                 if (!cache_zap_locked_vnode_kl2(ncp, vp, &vlp2))
2939                         goto retry;
2940                 TAILQ_INSERT_TAIL(&batch, ncp, nc_dst);
2941         }
2942         KASSERT(vp->v_cache_dd == NULL, ("incomplete purge"));
2943         mtx_unlock(vlp);
2944         if (vlp2 != NULL)
2945                 mtx_unlock(vlp2);
2946         cache_free_batch(&batch);
2947 }
2948
2949 /*
2950  * Opportunistic check to see if there is anything to do.
2951  */
2952 static bool
2953 cache_has_entries(struct vnode *vp)
2954 {
2955
2956         if (LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src) && TAILQ_EMPTY(&vp->v_cache_dst) &&
2957             atomic_load_ptr(&vp->v_cache_dd) == NULL)
2958                 return (false);
2959         return (true);
2960 }
2961
2962 void
2963 cache_purge(struct vnode *vp)
2964 {
2965
2966         SDT_PROBE1(vfs, namecache, purge, done, vp);
2967         if (!cache_has_entries(vp))
2968                 return;
2969         cache_purge_impl(vp);
2970 }
2971
2972 /*
2973  * Only to be used by vgone.
2974  */
2975 void
2976 cache_purge_vgone(struct vnode *vp)
2977 {
2978         struct mtx *vlp;
2979
2980         VNPASS(VN_IS_DOOMED(vp), vp);
2981         if (cache_has_entries(vp)) {
2982                 cache_purge_impl(vp);
2983                 return;
2984         }
2985
2986         /*
2987          * Serialize against a potential thread doing cache_purge.
2988          */
2989         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2990         mtx_wait_unlocked(vlp);
2991         if (cache_has_entries(vp)) {
2992                 cache_purge_impl(vp);
2993                 return;
2994         }
2995         return;
2996 }
2997
2998 /*
2999  * Remove all negative entries for a particular directory vnode.
3000  */
3001 void
3002 cache_purge_negative(struct vnode *vp)
3003 {
3004         struct cache_freebatch batch;
3005         struct namecache *ncp, *nnp;
3006         struct mtx *vlp;
3007
3008         SDT_PROBE1(vfs, namecache, purge_negative, done, vp);
3009         if (LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src))
3010                 return;
3011         TAILQ_INIT(&batch);
3012         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
3013         mtx_lock(vlp);
3014         LIST_FOREACH_SAFE(ncp, &vp->v_cache_src, nc_src, nnp) {
3015                 if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE))
3016                         continue;
3017                 cache_zap_negative_locked_vnode_kl(ncp, vp);
3018                 TAILQ_INSERT_TAIL(&batch, ncp, nc_dst);
3019         }
3020         mtx_unlock(vlp);
3021         cache_free_batch(&batch);
3022 }
3023
3024 /*
3025  * Entry points for modifying VOP operations.
3026  */
3027 void
3028 cache_vop_rename(struct vnode *fdvp, struct vnode *fvp, struct vnode *tdvp,
3029     struct vnode *tvp, struct componentname *fcnp, struct componentname *tcnp)
3030 {
3031
3032         ASSERT_VOP_IN_SEQC(fdvp);
3033         ASSERT_VOP_IN_SEQC(fvp);
3034         ASSERT_VOP_IN_SEQC(tdvp);
3035         if (tvp != NULL)
3036                 ASSERT_VOP_IN_SEQC(tvp);
3037
3038         cache_purge(fvp);
3039         if (tvp != NULL) {
3040                 cache_purge(tvp);
3041                 KASSERT(!cache_remove_cnp(tdvp, tcnp),
3042                     ("%s: lingering negative entry", __func__));
3043         } else {
3044                 cache_remove_cnp(tdvp, tcnp);
3045         }
3046
3047         /*
3048          * TODO
3049          *
3050          * Historically renaming was always purging all revelang entries,
3051          * but that's quite wasteful. In particular turns out that in many cases
3052          * the target file is immediately accessed after rename, inducing a cache
3053          * miss.
3054          *
3055          * Recode this to reduce relocking and reuse the existing entry (if any)
3056          * instead of just removing it above and allocating a new one here.
3057          */
3058         cache_enter(tdvp, fvp, tcnp);
3059 }
3060
3061 void
3062 cache_vop_rmdir(struct vnode *dvp, struct vnode *vp)
3063 {
3064
3065         ASSERT_VOP_IN_SEQC(dvp);
3066         ASSERT_VOP_IN_SEQC(vp);
3067         cache_purge(vp);
3068 }
3069
3070 #ifdef INVARIANTS
3071 /*
3072  * Validate that if an entry exists it matches.
3073  */
3074 void
3075 cache_validate(struct vnode *dvp, struct vnode *vp, struct componentname *cnp)
3076 {
3077         struct namecache *ncp;
3078         struct mtx *blp;
3079         uint32_t hash;
3080
3081         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp);
3082         if (CK_SLIST_EMPTY(NCHHASH(hash)))
3083                 return;
3084         blp = HASH2BUCKETLOCK(hash);
3085         mtx_lock(blp);
3086         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
3087                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
3088                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen)) {
3089                         if (ncp->nc_vp != vp)
3090                                 panic("%s: mismatch (%p != %p); ncp %p [%s] dvp %p\n",
3091                                     __func__, vp, ncp->nc_vp, ncp, ncp->nc_name, ncp->nc_dvp);
3092                 }
3093         }
3094         mtx_unlock(blp);
3095 }
3096
3097 void
3098 cache_assert_no_entries(struct vnode *vp)
3099 {
3100
3101         VNPASS(TAILQ_EMPTY(&vp->v_cache_dst), vp);
3102         VNPASS(LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src), vp);
3103         VNPASS(vp->v_cache_dd == NULL, vp);
3104 }
3105 #endif
3106
3107 /*
3108  * Flush all entries referencing a particular filesystem.
3109  */
3110 void
3111 cache_purgevfs(struct mount *mp)
3112 {
3113         struct vnode *vp, *mvp;
3114         size_t visited __sdt_used, purged __sdt_used;
3115
3116         visited = purged = 0;
3117         /*
3118          * Somewhat wasteful iteration over all vnodes. Would be better to
3119          * support filtering and avoid the interlock to begin with.
3120          */
3121         MNT_VNODE_FOREACH_ALL(vp, mp, mvp) {
3122                 visited++;
3123                 if (!cache_has_entries(vp)) {
3124                         VI_UNLOCK(vp);
3125                         continue;
3126                 }
3127                 vholdl(vp);
3128                 VI_UNLOCK(vp);
3129                 cache_purge(vp);
3130                 purged++;
3131                 vdrop(vp);
3132         }
3133
3134         SDT_PROBE3(vfs, namecache, purgevfs, done, mp, visited, purged);
3135 }
3136
3137 /*
3138  * Perform canonical checks and cache lookup and pass on to filesystem
3139  * through the vop_cachedlookup only if needed.
3140  */
3141
3142 int
3143 vfs_cache_lookup(struct vop_lookup_args *ap)
3144 {
3145         struct vnode *dvp;
3146         int error;
3147         struct vnode **vpp = ap->a_vpp;
3148         struct componentname *cnp = ap->a_cnp;
3149         int flags = cnp->cn_flags;
3150
3151         *vpp = NULL;
3152         dvp = ap->a_dvp;
3153
3154         if (dvp->v_type != VDIR)
3155                 return (ENOTDIR);
3156
3157         if ((flags & ISLASTCN) && (dvp->v_mount->mnt_flag & MNT_RDONLY) &&
3158             (cnp->cn_nameiop == DELETE || cnp->cn_nameiop == RENAME))
3159                 return (EROFS);
3160
3161         error = vn_dir_check_exec(dvp, cnp);
3162         if (error != 0)
3163                 return (error);
3164
3165         error = cache_lookup(dvp, vpp, cnp, NULL, NULL);
3166         if (error == 0)
3167                 return (VOP_CACHEDLOOKUP(dvp, vpp, cnp));
3168         if (error == -1)
3169                 return (0);
3170         return (error);
3171 }
3172
3173 /* Implementation of the getcwd syscall. */
3174 int
3175 sys___getcwd(struct thread *td, struct __getcwd_args *uap)
3176 {
3177         char *buf, *retbuf;
3178         size_t buflen;
3179         int error;
3180
3181         buflen = uap->buflen;
3182         if (__predict_false(buflen < 2))
3183                 return (EINVAL);
3184         if (buflen > MAXPATHLEN)
3185                 buflen = MAXPATHLEN;
3186
3187         buf = uma_zalloc(namei_zone, M_WAITOK);
3188         error = vn_getcwd(buf, &retbuf, &buflen);
3189         if (error == 0)
3190                 error = copyout(retbuf, uap->buf, buflen);
3191         uma_zfree(namei_zone, buf);
3192         return (error);
3193 }
3194
3195 int
3196 vn_getcwd(char *buf, char **retbuf, size_t *buflen)
3197 {
3198         struct pwd *pwd;
3199         int error;
3200
3201         vfs_smr_enter();
3202         pwd = pwd_get_smr();
3203         error = vn_fullpath_any_smr(pwd->pwd_cdir, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf,
3204             buflen, 0);
3205         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();
3206         if (error < 0) {
3207                 pwd = pwd_hold(curthread);
3208                 error = vn_fullpath_any(pwd->pwd_cdir, pwd->pwd_rdir, buf,
3209                     retbuf, buflen);
3210                 pwd_drop(pwd);
3211         }
3212
3213 #ifdef KTRACE
3214         if (KTRPOINT(curthread, KTR_NAMEI) && error == 0)
3215                 ktrnamei(*retbuf);
3216 #endif
3217         return (error);
3218 }
3219
3220 /*
3221  * Canonicalize a path by walking it forward and back.
3222  *
3223  * BUGS:
3224  * - Nothing guarantees the integrity of the entire chain. Consider the case
3225  *   where the path "foo/bar/baz/qux" is passed, but "bar" is moved out of
3226  *   "foo" into "quux" during the backwards walk. The result will be
3227  *   "quux/bar/baz/qux", which could not have been obtained by an incremental
3228  *   walk in userspace. Moreover, the path we return is inaccessible if the
3229  *   calling thread lacks permission to traverse "quux".
3230  */
3231 static int
3232 kern___realpathat(struct thread *td, int fd, const char *path, char *buf,
3233     size_t size, int flags, enum uio_seg pathseg)
3234 {
3235         struct nameidata nd;
3236         char *retbuf, *freebuf;
3237         int error;
3238
3239         if (flags != 0)
3240                 return (EINVAL);
3241         NDINIT_ATRIGHTS(&nd, LOOKUP, FOLLOW | WANTPARENT | AUDITVNODE1,
3242             pathseg, path, fd, &cap_fstat_rights);
3243         if ((error = namei(&nd)) != 0)
3244                 return (error);
3245
3246         if (nd.ni_vp->v_type == VREG && nd.ni_dvp->v_type != VDIR &&
3247             (nd.ni_vp->v_vflag & VV_ROOT) != 0) {
3248                 /*
3249                  * This happens if vp is a file mount. The call to
3250                  * vn_fullpath_hardlink can panic if path resolution can't be
3251                  * handled without the directory.
3252                  *
3253                  * To resolve this, we find the vnode which was mounted on -
3254                  * this should have a unique global path since we disallow
3255                  * mounting on linked files.
3256                  */
3257                 struct vnode *covered_vp;
3258                 error = vn_lock(nd.ni_vp, LK_SHARED);
3259                 if (error != 0)
3260                         goto out;
3261                 covered_vp = nd.ni_vp->v_mount->mnt_vnodecovered;
3262                 vref(covered_vp);
3263                 VOP_UNLOCK(nd.ni_vp);
3264                 error = vn_fullpath(covered_vp, &retbuf, &freebuf);
3265                 vrele(covered_vp);
3266         } else {
3267                 error = vn_fullpath_hardlink(nd.ni_vp, nd.ni_dvp, nd.ni_cnd.cn_nameptr,
3268                     nd.ni_cnd.cn_namelen, &retbuf, &freebuf, &size);
3269         }
3270         if (error == 0) {
3271                 error = copyout(retbuf, buf, size);
3272                 free(freebuf, M_TEMP);
3273         }
3274 out:
3275         vrele(nd.ni_vp);
3276         vrele(nd.ni_dvp);
3277         NDFREE_PNBUF(&nd);
3278         return (error);
3279 }
3280
3281 int
3282 sys___realpathat(struct thread *td, struct __realpathat_args *uap)
3283 {
3284
3285         return (kern___realpathat(td, uap->fd, uap->path, uap->buf, uap->size,
3286             uap->flags, UIO_USERSPACE));
3287 }
3288
3289 /*
3290  * Retrieve the full filesystem path that correspond to a vnode from the name
3291  * cache (if available)
3292  */
3293 int
3294 vn_fullpath(struct vnode *vp, char **retbuf, char **freebuf)
3295 {
3296         struct pwd *pwd;
3297         char *buf;
3298         size_t buflen;
3299         int error;
3300
3301         if (__predict_false(vp == NULL))
3302                 return (EINVAL);
3303
3304         buflen = MAXPATHLEN;
3305         buf = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
3306         vfs_smr_enter();
3307         pwd = pwd_get_smr();
3308         error = vn_fullpath_any_smr(vp, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf, &buflen, 0);
3309         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();
3310         if (error < 0) {
3311                 pwd = pwd_hold(curthread);
3312                 error = vn_fullpath_any(vp, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf, &buflen);
3313                 pwd_drop(pwd);
3314         }
3315         if (error == 0)
3316                 *freebuf = buf;
3317         else
3318                 free(buf, M_TEMP);
3319         return (error);
3320 }
3321
3322 /*
3323  * This function is similar to vn_fullpath, but it attempts to lookup the
3324  * pathname relative to the global root mount point.  This is required for the
3325  * auditing sub-system, as audited pathnames must be absolute, relative to the
3326  * global root mount point.
3327  */
3328 int
3329 vn_fullpath_global(struct vnode *vp, char **retbuf, char **freebuf)
3330 {
3331         char *buf;
3332         size_t buflen;
3333         int error;
3334
3335         if (__predict_false(vp == NULL))
3336                 return (EINVAL);
3337         buflen = MAXPATHLEN;
3338         buf = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
3339         vfs_smr_enter();
3340         error = vn_fullpath_any_smr(vp, rootvnode, buf, retbuf, &buflen, 0);
3341         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();
3342         if (error < 0) {
3343                 error = vn_fullpath_any(vp, rootvnode, buf, retbuf, &buflen);
3344         }
3345         if (error == 0)
3346                 *freebuf = buf;
3347         else
3348                 free(buf, M_TEMP);
3349         return (error);
3350 }
3351
3352 static struct namecache *
3353 vn_dd_from_dst(struct vnode *vp)
3354 {
3355         struct namecache *ncp;
3356
3357         cache_assert_vnode_locked(vp);
3358         TAILQ_FOREACH(ncp, &vp->v_cache_dst, nc_dst) {
3359                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0)
3360                         return (ncp);
3361         }
3362         return (NULL);
3363 }
3364
3365 int
3366 vn_vptocnp(struct vnode **vp, char *buf, size_t *buflen)
3367 {
3368         struct vnode *dvp;
3369         struct namecache *ncp;
3370         struct mtx *vlp;
3371         int error;
3372
3373         vlp = VP2VNODELOCK(*vp);
3374         mtx_lock(vlp);
3375         ncp = (*vp)->v_cache_dd;
3376         if (ncp != NULL && (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0) {
3377                 KASSERT(ncp == vn_dd_from_dst(*vp),
3378                     ("%s: mismatch for dd entry (%p != %p)", __func__,
3379                     ncp, vn_dd_from_dst(*vp)));
3380         } else {
3381                 ncp = vn_dd_from_dst(*vp);
3382         }
3383         if (ncp != NULL) {
3384                 if (*buflen < ncp->nc_nlen) {
3385                         mtx_unlock(vlp);
3386                         vrele(*vp);
3387                         counter_u64_add(numfullpathfail4, 1);
3388                         error = ENOMEM;
3389                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, error,
3390                             vp, NULL);
3391                         return (error);
3392                 }
3393                 *buflen -= ncp->nc_nlen;
3394                 memcpy(buf + *buflen, ncp->nc_name, ncp->nc_nlen);
3395                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, hit, ncp->nc_dvp,
3396                     ncp->nc_name, vp);
3397                 dvp = *vp;
3398                 *vp = ncp->nc_dvp;
3399                 vref(*vp);
3400                 mtx_unlock(vlp);
3401                 vrele(dvp);
3402                 return (0);
3403         }
3404         SDT_PROBE1(vfs, namecache, fullpath, miss, vp);
3405
3406         mtx_unlock(vlp);
3407         vn_lock(*vp, LK_SHARED | LK_RETRY);
3408         error = VOP_VPTOCNP(*vp, &dvp, buf, buflen);
3409         vput(*vp);
3410         if (error) {
3411                 counter_u64_add(numfullpathfail2, 1);
3412                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return,  error, vp, NULL);
3413                 return (error);
3414         }
3415
3416         *vp = dvp;
3417         if (VN_IS_DOOMED(dvp)) {
3418                 /* forced unmount */
3419                 vrele(dvp);
3420                 error = ENOENT;
3421                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, error, vp, NULL);
3422                 return (error);
3423         }
3424         /*
3425          * *vp has its use count incremented still.
3426          */
3427
3428         return (0);
3429 }
3430
3431 /*
3432  * Resolve a directory to a pathname.
3433  *
3434  * The name of the directory can always be found in the namecache or fetched
3435  * from the filesystem. There is also guaranteed to be only one parent, meaning
3436  * we can just follow vnodes up until we find the root.
3437  *
3438  * The vnode must be referenced.
3439  */
3440 static int
3441 vn_fullpath_dir(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf, char **retbuf,
3442     size_t *len, size_t addend)
3443 {
3444 #ifdef KDTRACE_HOOKS
3445         struct vnode *startvp = vp;
3446 #endif
3447         struct vnode *vp1;
3448         size_t buflen;
3449         int error;
3450         bool slash_prefixed;
3451
3452         VNPASS(vp->v_type == VDIR || VN_IS_DOOMED(vp), vp);
3453         VNPASS(vp->v_usecount > 0, vp);
3454
3455         buflen = *len;
3456
3457         slash_prefixed = true;
3458         if (addend == 0) {
3459                 MPASS(*len >= 2);
3460                 buflen--;
3461                 buf[buflen] = '\0';
3462                 slash_prefixed = false;
3463         }
3464
3465         error = 0;
3466
3467         SDT_PROBE1(vfs, namecache, fullpath, entry, vp);
3468         counter_u64_add(numfullpathcalls, 1);
3469         while (vp != rdir && vp != rootvnode) {
3470                 /*
3471                  * The vp vnode must be already fully constructed,
3472                  * since it is either found in namecache or obtained
3473                  * from VOP_VPTOCNP().  We may test for VV_ROOT safely
3474                  * without obtaining the vnode lock.
3475                  */
3476                 if ((vp->v_vflag & VV_ROOT) != 0) {
3477                         vn_lock(vp, LK_RETRY | LK_SHARED);
3478
3479                         /*
3480                          * With the vnode locked, check for races with
3481                          * unmount, forced or not.  Note that we
3482                          * already verified that vp is not equal to
3483                          * the root vnode, which means that
3484                          * mnt_vnodecovered can be NULL only for the
3485                          * case of unmount.
3486                          */
3487                         if (VN_IS_DOOMED(vp) ||
3488                             (vp1 = vp->v_mount->mnt_vnodecovered) == NULL ||
3489                             vp1->v_mountedhere != vp->v_mount) {
3490                                 vput(vp);
3491                                 error = ENOENT;
3492                                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return,
3493                                     error, vp, NULL);
3494                                 break;
3495                         }
3496
3497                         vref(vp1);
3498                         vput(vp);
3499                         vp = vp1;
3500                         continue;
3501                 }
3502                 VNPASS(vp->v_type == VDIR || VN_IS_DOOMED(vp), vp);
3503                 error = vn_vptocnp(&vp, buf, &buflen);
3504                 if (error)
3505                         break;
3506                 if (buflen == 0) {
3507                         vrele(vp);
3508                         error = ENOMEM;
3509                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, error,
3510                             startvp, NULL);
3511                         break;
3512                 }
3513                 buf[--buflen] = '/';
3514                 slash_prefixed = true;
3515         }
3516         if (error)
3517                 return (error);
3518         if (!slash_prefixed) {
3519                 if (buflen == 0) {
3520                         vrele(vp);
3521                         counter_u64_add(numfullpathfail4, 1);
3522                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, ENOMEM,
3523                             startvp, NULL);
3524                         return (ENOMEM);
3525                 }
3526                 buf[--buflen] = '/';
3527         }
3528         counter_u64_add(numfullpathfound, 1);
3529         vrele(vp);
3530
3531         *retbuf = buf + buflen;
3532         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, 0, startvp, *retbuf);
3533         *len -= buflen;
3534         *len += addend;
3535         return (0);
3536 }
3537
3538 /*
3539  * Resolve an arbitrary vnode to a pathname.
3540  *
3541  * Note 2 caveats:
3542  * - hardlinks are not tracked, thus if the vnode is not a directory this can
3543  *   resolve to a different path than the one used to find it
3544  * - namecache is not mandatory, meaning names are not guaranteed to be added
3545  *   (in which case resolving fails)
3546  */
3547 static void __inline
3548 cache_rev_failed_impl(int *reason, int line)
3549 {
3550
3551         *reason = line;
3552 }
3553 #define cache_rev_failed(var)   cache_rev_failed_impl((var), __LINE__)
3554
3555 static int
3556 vn_fullpath_any_smr(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf,
3557     char **retbuf, size_t *buflen, size_t addend)
3558 {
3559 #ifdef KDTRACE_HOOKS
3560         struct vnode *startvp = vp;
3561 #endif
3562         struct vnode *tvp;
3563         struct mount *mp;
3564         struct namecache *ncp;
3565         size_t orig_buflen;
3566         int reason;
3567         int error;
3568 #ifdef KDTRACE_HOOKS
3569         int i;
3570 #endif
3571         seqc_t vp_seqc, tvp_seqc;
3572         u_char nc_flag;
3573
3574         VFS_SMR_ASSERT_ENTERED();
3575
3576         if (!atomic_load_char(&cache_fast_lookup_enabled)) {
3577                 vfs_smr_exit();
3578                 return (-1);
3579         }
3580
3581         orig_buflen = *buflen;
3582
3583         if (addend == 0) {
3584                 MPASS(*buflen >= 2);
3585                 *buflen -= 1;
3586                 buf[*buflen] = '\0';
3587         }
3588
3589         if (vp == rdir || vp == rootvnode) {
3590                 if (addend == 0) {
3591                         *buflen -= 1;
3592                         buf[*buflen] = '/';
3593                 }
3594                 goto out_ok;
3595         }
3596
3597 #ifdef KDTRACE_HOOKS
3598         i = 0;
3599 #endif
3600         error = -1;
3601         ncp = NULL; /* for sdt probe down below */
3602         vp_seqc = vn_seqc_read_any(vp);
3603         if (seqc_in_modify(vp_seqc)) {
3604                 cache_rev_failed(&reason);
3605                 goto out_abort;
3606         }
3607
3608         for (;;) {
3609 #ifdef KDTRACE_HOOKS
3610                 i++;
3611 #endif
3612                 if ((vp->v_vflag & VV_ROOT) != 0) {
3613                         mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mount);
3614                         if (mp == NULL) {
3615                                 cache_rev_failed(&reason);
3616                                 goto out_abort;
3617                         }
3618                         tvp = atomic_load_ptr(&mp->mnt_vnodecovered);
3619                         tvp_seqc = vn_seqc_read_any(tvp);
3620                         if (seqc_in_modify(tvp_seqc)) {
3621                                 cache_rev_failed(&reason);
3622                                 goto out_abort;
3623                         }
3624                         if (!vn_seqc_consistent(vp, vp_seqc)) {
3625                                 cache_rev_failed(&reason);
3626                                 goto out_abort;
3627                         }
3628                         vp = tvp;
3629                         vp_seqc = tvp_seqc;
3630                         continue;
3631                 }
3632                 ncp = atomic_load_consume_ptr(&vp->v_cache_dd);
3633                 if (ncp == NULL) {
3634                         cache_rev_failed(&reason);
3635                         goto out_abort;
3636                 }
3637                 nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
3638                 if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
3639                         cache_rev_failed(&reason);
3640                         goto out_abort;
3641                 }
3642                 if (ncp->nc_nlen >= *buflen) {
3643                         cache_rev_failed(&reason);
3644                         error = ENOMEM;
3645                         goto out_abort;
3646                 }
3647                 *buflen -= ncp->nc_nlen;
3648                 memcpy(buf + *buflen, ncp->nc_name, ncp->nc_nlen);
3649                 *buflen -= 1;
3650                 buf[*buflen] = '/';
3651                 tvp = ncp->nc_dvp;
3652                 tvp_seqc = vn_seqc_read_any(tvp);
3653                 if (seqc_in_modify(tvp_seqc)) {
3654                         cache_rev_failed(&reason);
3655                         goto out_abort;
3656                 }
3657                 if (!vn_seqc_consistent(vp, vp_seqc)) {
3658                         cache_rev_failed(&reason);
3659                         goto out_abort;
3660                 }
3661                 /*
3662                  * Acquire fence provided by vn_seqc_read_any above.
3663                  */
3664                 if (__predict_false(atomic_load_ptr(&vp->v_cache_dd) != ncp)) {
3665                         cache_rev_failed(&reason);
3666                         goto out_abort;
3667                 }
3668                 if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
3669                         cache_rev_failed(&reason);
3670                         goto out_abort;
3671                 }
3672                 vp = tvp;
3673                 vp_seqc = tvp_seqc;
3674                 if (vp == rdir || vp == rootvnode)
3675                         break;
3676         }
3677 out_ok:
3678         vfs_smr_exit();
3679         *retbuf = buf + *buflen;
3680         *buflen = orig_buflen - *buflen + addend;
3681         SDT_PROBE2(vfs, namecache, fullpath_smr, hit, startvp, *retbuf);
3682         return (0);
3683
3684 out_abort:
3685         *buflen = orig_buflen;
3686         SDT_PROBE4(vfs, namecache, fullpath_smr, miss, startvp, ncp, reason, i);
3687         vfs_smr_exit();
3688         return (error);
3689 }
3690
3691 static int
3692 vn_fullpath_any(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf, char **retbuf,
3693     size_t *buflen)
3694 {
3695         size_t orig_buflen, addend;
3696         int error;
3697
3698         if (*buflen < 2)
3699                 return (EINVAL);
3700
3701         orig_buflen = *buflen;
3702
3703         vref(vp);
3704         addend = 0;
3705         if (vp->v_type != VDIR) {
3706                 *buflen -= 1;
3707                 buf[*buflen] = '\0';
3708                 error = vn_vptocnp(&vp, buf, buflen);
3709                 if (error)
3710                         return (error);
3711                 if (*buflen == 0) {
3712                         vrele(vp);
3713                         return (ENOMEM);
3714                 }
3715                 *buflen -= 1;
3716                 buf[*buflen] = '/';
3717                 addend = orig_buflen - *buflen;
3718         }
3719
3720         return (vn_fullpath_dir(vp, rdir, buf, retbuf, buflen, addend));
3721 }
3722
3723 /*
3724  * Resolve an arbitrary vnode to a pathname (taking care of hardlinks).
3725  *
3726  * Since the namecache does not track hardlinks, the caller is expected to
3727  * first look up the target vnode with WANTPARENT flag passed to namei to get
3728  * dvp and vp.
3729  *
3730  * Then we have 2 cases:
3731  * - if the found vnode is a directory, the path can be constructed just by
3732  *   following names up the chain
3733  * - otherwise we populate the buffer with the saved name and start resolving
3734  *   from the parent
3735  */
3736 int
3737 vn_fullpath_hardlink(struct vnode *vp, struct vnode *dvp,
3738     const char *hrdl_name, size_t hrdl_name_length,
3739     char **retbuf, char **freebuf, size_t *buflen)
3740 {
3741         char *buf, *tmpbuf;
3742         struct pwd *pwd;
3743         size_t addend;
3744         int error;
3745         __enum_uint8(vtype) type;
3746
3747         if (*buflen < 2)
3748                 return (EINVAL);
3749         if (*buflen > MAXPATHLEN)
3750                 *buflen = MAXPATHLEN;
3751
3752         buf = malloc(*buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
3753
3754         addend = 0;
3755
3756         /*
3757          * Check for VBAD to work around the vp_crossmp bug in lookup().
3758          *
3759          * For example consider tmpfs on /tmp and realpath /tmp. ni_vp will be
3760          * set to mount point's root vnode while ni_dvp will be vp_crossmp.
3761          * If the type is VDIR (like in this very case) we can skip looking
3762          * at ni_dvp in the first place. However, since vnodes get passed here
3763          * unlocked the target may transition to doomed state (type == VBAD)
3764          * before we get to evaluate the condition. If this happens, we will
3765          * populate part of the buffer and descend to vn_fullpath_dir with
3766          * vp == vp_crossmp. Prevent the problem by checking for VBAD.
3767          */
3768         type = atomic_load_8(&vp->v_type);
3769         if (type == VBAD) {
3770                 error = ENOENT;
3771                 goto out_bad;
3772         }
3773         if (type != VDIR) {
3774                 addend = hrdl_name_length + 2;
3775                 if (*buflen < addend) {
3776                         error = ENOMEM;
3777                         goto out_bad;
3778                 }
3779                 *buflen -= addend;
3780                 tmpbuf = buf + *buflen;
3781                 tmpbuf[0] = '/';
3782                 memcpy(&tmpbuf[1], hrdl_name, hrdl_name_length);
3783                 tmpbuf[addend - 1] = '\0';
3784                 vp = dvp;
3785         }
3786
3787         vfs_smr_enter();
3788         pwd = pwd_get_smr();
3789         error = vn_fullpath_any_smr(vp, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf, buflen,
3790             addend);
3791         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();
3792         if (error < 0) {
3793                 pwd = pwd_hold(curthread);
3794                 vref(vp);
3795                 error = vn_fullpath_dir(vp, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf, buflen,
3796                     addend);
3797                 pwd_drop(pwd);
3798         }
3799         if (error != 0)
3800                 goto out_bad;
3801
3802         *freebuf = buf;
3803
3804         return (0);
3805 out_bad:
3806         free(buf, M_TEMP);
3807         return (error);
3808 }
3809
3810 struct vnode *
3811 vn_dir_dd_ino(struct vnode *vp)
3812 {
3813         struct namecache *ncp;
3814         struct vnode *ddvp;
3815         struct mtx *vlp;
3816         enum vgetstate vs;
3817
3818         ASSERT_VOP_LOCKED(vp, "vn_dir_dd_ino");
3819         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
3820         mtx_lock(vlp);
3821         TAILQ_FOREACH(ncp, &(vp->v_cache_dst), nc_dst) {
3822                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0)
3823                         continue;
3824                 ddvp = ncp->nc_dvp;
3825                 vs = vget_prep(ddvp);
3826                 mtx_unlock(vlp);
3827                 if (vget_finish(ddvp, LK_SHARED | LK_NOWAIT, vs))
3828                         return (NULL);
3829                 return (ddvp);
3830         }
3831         mtx_unlock(vlp);
3832         return (NULL);
3833 }
3834
3835 int
3836 vn_commname(struct vnode *vp, char *buf, u_int buflen)
3837 {
3838         struct namecache *ncp;
3839         struct mtx *vlp;
3840         int l;
3841
3842         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
3843         mtx_lock(vlp);
3844         TAILQ_FOREACH(ncp, &vp->v_cache_dst, nc_dst)
3845                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0)
3846                         break;
3847         if (ncp == NULL) {
3848                 mtx_unlock(vlp);
3849                 return (ENOENT);
3850         }
3851         l = min(ncp->nc_nlen, buflen - 1);
3852         memcpy(buf, ncp->nc_name, l);
3853         mtx_unlock(vlp);
3854         buf[l] = '\0';
3855         return (0);
3856 }
3857
3858 /*
3859  * This function updates path string to vnode's full global path
3860  * and checks the size of the new path string against the pathlen argument.
3861  *
3862  * Requires a locked, referenced vnode.
3863  * Vnode is re-locked on success or ENODEV, otherwise unlocked.
3864  *
3865  * If vp is a directory, the call to vn_fullpath_global() always succeeds
3866  * because it falls back to the ".." lookup if the namecache lookup fails.
3867  */
3868 int
3869 vn_path_to_global_path(struct thread *td, struct vnode *vp, char *path,
3870     u_int pathlen)
3871 {
3872         struct nameidata nd;
3873         struct vnode *vp1;
3874         char *rpath, *fbuf;
3875         int error;
3876
3877         ASSERT_VOP_ELOCKED(vp, __func__);
3878
3879         /* Construct global filesystem path from vp. */
3880         VOP_UNLOCK(vp);
3881         error = vn_fullpath_global(vp, &rpath, &fbuf);
3882
3883         if (error != 0) {
3884                 vrele(vp);
3885                 return (error);
3886         }
3887
3888         if (strlen(rpath) >= pathlen) {
3889                 vrele(vp);
3890                 error = ENAMETOOLONG;
3891                 goto out;
3892         }
3893
3894         /*
3895          * Re-lookup the vnode by path to detect a possible rename.
3896          * As a side effect, the vnode is relocked.
3897          * If vnode was renamed, return ENOENT.
3898          */
3899         NDINIT(&nd, LOOKUP, FOLLOW | LOCKLEAF | AUDITVNODE1, UIO_SYSSPACE, path);
3900         error = namei(&nd);
3901         if (error != 0) {
3902                 vrele(vp);
3903                 goto out;
3904         }
3905         NDFREE_PNBUF(&nd);
3906         vp1 = nd.ni_vp;
3907         vrele(vp);
3908         if (vp1 == vp)
3909                 strcpy(path, rpath);
3910         else {
3911                 vput(vp1);
3912                 error = ENOENT;
3913         }
3914
3915 out:
3916         free(fbuf, M_TEMP);
3917         return (error);
3918 }
3919
3920 /*
3921  * This is similar to vn_path_to_global_path but allows for regular
3922  * files which may not be present in the cache.
3923  *
3924  * Requires a locked, referenced vnode.
3925  * Vnode is re-locked on success or ENODEV, otherwise unlocked.
3926  */
3927 int
3928 vn_path_to_global_path_hardlink(struct thread *td, struct vnode *vp,
3929     struct vnode *dvp, char *path, u_int pathlen, const char *leaf_name,
3930     size_t leaf_length)
3931 {
3932         struct nameidata nd;
3933         struct vnode *vp1;
3934         char *rpath, *fbuf;
3935         size_t len;
3936         int error;
3937
3938         ASSERT_VOP_ELOCKED(vp, __func__);
3939
3940         /*
3941          * Construct global filesystem path from dvp, vp and leaf
3942          * name.
3943          */
3944         VOP_UNLOCK(vp);
3945         len = pathlen;
3946         error = vn_fullpath_hardlink(vp, dvp, leaf_name, leaf_length,
3947             &rpath, &fbuf, &len);
3948
3949         if (error != 0) {
3950                 vrele(vp);
3951                 return (error);
3952         }
3953
3954         if (strlen(rpath) >= pathlen) {
3955                 vrele(vp);
3956                 error = ENAMETOOLONG;
3957                 goto out;
3958         }
3959
3960         /*
3961          * Re-lookup the vnode by path to detect a possible rename.
3962          * As a side effect, the vnode is relocked.
3963          * If vnode was renamed, return ENOENT.
3964          */
3965         NDINIT(&nd, LOOKUP, FOLLOW | LOCKLEAF | AUDITVNODE1, UIO_SYSSPACE, path);
3966         error = namei(&nd);
3967         if (error != 0) {
3968                 vrele(vp);
3969                 goto out;
3970         }
3971         NDFREE_PNBUF(&nd);
3972         vp1 = nd.ni_vp;
3973         vrele(vp);
3974         if (vp1 == vp)
3975                 strcpy(path, rpath);
3976         else {
3977                 vput(vp1);
3978                 error = ENOENT;
3979         }
3980
3981 out:
3982         free(fbuf, M_TEMP);
3983         return (error);
3984 }
3985
3986 #ifdef DDB
3987 static void
3988 db_print_vpath(struct vnode *vp)
3989 {
3990
3991         while (vp != NULL) {
3992                 db_printf("%p: ", vp);
3993                 if (vp == rootvnode) {
3994                         db_printf("/");
3995                         vp = NULL;
3996                 } else {
3997                         if (vp->v_vflag & VV_ROOT) {
3998                                 db_printf("<mount point>");
3999                                 vp = vp->v_mount->mnt_vnodecovered;
4000                         } else {
4001                                 struct namecache *ncp;
4002                                 char *ncn;
4003                                 int i;
4004
4005                                 ncp = TAILQ_FIRST(&vp->v_cache_dst);
4006                                 if (ncp != NULL) {
4007                                         ncn = ncp->nc_name;
4008                                         for (i = 0; i < ncp->nc_nlen; i++)
4009                                                 db_printf("%c", *ncn++);
4010                                         vp = ncp->nc_dvp;
4011                                 } else {
4012                                         vp = NULL;
4013                                 }
4014                         }
4015                 }
4016                 db_printf("\n");
4017         }
4018
4019         return;
4020 }
4021
4022 DB_SHOW_COMMAND(vpath, db_show_vpath)
4023 {
4024         struct vnode *vp;
4025
4026         if (!have_addr) {
4027                 db_printf("usage: show vpath <struct vnode *>\n");
4028                 return;
4029         }
4030
4031         vp = (struct vnode *)addr;
4032         db_print_vpath(vp);
4033 }
4034
4035 #endif
4036
4037 static int cache_fast_lookup = 1;
4038
4039 #define CACHE_FPL_FAILED        -2020
4040
4041 static int
4042 cache_vop_bad_vexec(struct vop_fplookup_vexec_args *v)
4043 {
4044         vn_printf(v->a_vp, "no proper vop_fplookup_vexec\n");
4045         panic("no proper vop_fplookup_vexec");
4046 }
4047
4048 static int
4049 cache_vop_bad_symlink(struct vop_fplookup_symlink_args *v)
4050 {
4051         vn_printf(v->a_vp, "no proper vop_fplookup_symlink\n");
4052         panic("no proper vop_fplookup_symlink");
4053 }
4054
4055 void
4056 cache_vop_vector_register(struct vop_vector *v)
4057 {
4058         size_t ops;
4059
4060         ops = 0;
4061         if (v->vop_fplookup_vexec != NULL) {
4062                 ops++;
4063         }
4064         if (v->vop_fplookup_symlink != NULL) {
4065                 ops++;
4066         }
4067
4068         if (ops == 2) {
4069                 return;
4070         }
4071
4072         if (ops == 0) {
4073                 v->vop_fplookup_vexec = cache_vop_bad_vexec;
4074                 v->vop_fplookup_symlink = cache_vop_bad_symlink;
4075                 return;
4076         }
4077
4078         printf("%s: invalid vop vector %p -- either all or none fplookup vops "
4079             "need to be provided",  __func__, v);
4080         if (v->vop_fplookup_vexec == NULL) {
4081                 printf("%s: missing vop_fplookup_vexec\n", __func__);
4082         }
4083         if (v->vop_fplookup_symlink == NULL) {
4084                 printf("%s: missing vop_fplookup_symlink\n", __func__);
4085         }
4086         panic("bad vop vector %p", v);
4087 }
4088
4089 #ifdef INVARIANTS
4090 void
4091 cache_validate_vop_vector(struct mount *mp, struct vop_vector *vops)
4092 {
4093         if (mp == NULL)
4094                 return;
4095
4096         if ((mp->mnt_kern_flag & MNTK_FPLOOKUP) == 0)
4097                 return;
4098
4099         if (vops->vop_fplookup_vexec == NULL ||
4100             vops->vop_fplookup_vexec == cache_vop_bad_vexec)
4101                 panic("bad vop_fplookup_vexec on vector %p for filesystem %s",
4102                     vops, mp->mnt_vfc->vfc_name);
4103
4104         if (vops->vop_fplookup_symlink == NULL ||
4105             vops->vop_fplookup_symlink == cache_vop_bad_symlink)
4106                 panic("bad vop_fplookup_symlink on vector %p for filesystem %s",
4107                     vops, mp->mnt_vfc->vfc_name);
4108 }
4109 #endif
4110
4111 void
4112 cache_fast_lookup_enabled_recalc(void)
4113 {
4114         int lookup_flag;
4115         int mac_on;
4116
4117 #ifdef MAC
4118         mac_on = mac_vnode_check_lookup_enabled();
4119         mac_on |= mac_vnode_check_readlink_enabled();
4120 #else
4121         mac_on = 0;
4122 #endif
4123
4124         lookup_flag = atomic_load_int(&cache_fast_lookup);
4125         if (lookup_flag && !mac_on) {
4126                 atomic_store_char(&cache_fast_lookup_enabled, true);
4127         } else {
4128                 atomic_store_char(&cache_fast_lookup_enabled, false);
4129         }
4130 }
4131
4132 static int
4133 syscal_vfs_cache_fast_lookup(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4134 {
4135         int error, old;
4136
4137         old = atomic_load_int(&cache_fast_lookup);
4138         error = sysctl_handle_int(oidp, arg1, arg2, req);
4139         if (error == 0 && req->newptr && old != atomic_load_int(&cache_fast_lookup))
4140                 cache_fast_lookup_enabled_recalc();
4141         return (error);
4142 }
4143 SYSCTL_PROC(_vfs_cache_param, OID_AUTO, fast_lookup, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RW|CTLFLAG_MPSAFE,
4144     &cache_fast_lookup, 0, syscal_vfs_cache_fast_lookup, "IU", "");
4145
4146 /*
4147  * Components of nameidata (or objects it can point to) which may
4148  * need restoring in case fast path lookup fails.
4149  */
4150 struct nameidata_outer {
4151         size_t ni_pathlen;
4152         int cn_flags;
4153 };
4154
4155 struct nameidata_saved {
4156 #ifdef INVARIANTS
4157         char *cn_nameptr;
4158         size_t ni_pathlen;
4159 #endif
4160 };
4161
4162 #ifdef INVARIANTS
4163 struct cache_fpl_debug {
4164         size_t ni_pathlen;
4165 };
4166 #endif
4167
4168 struct cache_fpl {
4169         struct nameidata *ndp;
4170         struct componentname *cnp;
4171         char *nulchar;
4172         struct vnode *dvp;
4173         struct vnode *tvp;
4174         seqc_t dvp_seqc;
4175         seqc_t tvp_seqc;
4176         uint32_t hash;
4177         struct nameidata_saved snd;
4178         struct nameidata_outer snd_outer;
4179         int line;
4180         enum cache_fpl_status status:8;
4181         bool in_smr;
4182         bool fsearch;
4183         struct pwd **pwd;
4184 #ifdef INVARIANTS
4185         struct cache_fpl_debug debug;
4186 #endif
4187 };
4188
4189 static bool cache_fplookup_mp_supported(struct mount *mp);
4190 static bool cache_fplookup_is_mp(struct cache_fpl *fpl);
4191 static int cache_fplookup_cross_mount(struct cache_fpl *fpl);
4192 static int cache_fplookup_partial_setup(struct cache_fpl *fpl);
4193 static int cache_fplookup_skip_slashes(struct cache_fpl *fpl);
4194 static int cache_fplookup_trailingslash(struct cache_fpl *fpl);
4195 static void cache_fpl_pathlen_dec(struct cache_fpl *fpl);
4196 static void cache_fpl_pathlen_inc(struct cache_fpl *fpl);
4197 static void cache_fpl_pathlen_add(struct cache_fpl *fpl, size_t n);
4198 static void cache_fpl_pathlen_sub(struct cache_fpl *fpl, size_t n);
4199
4200 static void
4201 cache_fpl_cleanup_cnp(struct componentname *cnp)
4202 {
4203
4204         uma_zfree(namei_zone, cnp->cn_pnbuf);
4205         cnp->cn_pnbuf = NULL;
4206         cnp->cn_nameptr = NULL;
4207 }
4208
4209 static struct vnode *
4210 cache_fpl_handle_root(struct cache_fpl *fpl)
4211 {
4212         struct nameidata *ndp;
4213         struct componentname *cnp;
4214
4215         ndp = fpl->ndp;
4216         cnp = fpl->cnp;
4217
4218         MPASS(*(cnp->cn_nameptr) == '/');
4219         cnp->cn_nameptr++;
4220         cache_fpl_pathlen_dec(fpl);
4221
4222         if (__predict_false(*(cnp->cn_nameptr) == '/')) {
4223                 do {
4224                         cnp->cn_nameptr++;
4225                         cache_fpl_pathlen_dec(fpl);
4226                 } while (*(cnp->cn_nameptr) == '/');
4227         }
4228
4229         return (ndp->ni_rootdir);
4230 }
4231
4232 static void
4233 cache_fpl_checkpoint_outer(struct cache_fpl *fpl)
4234 {
4235
4236         fpl->snd_outer.ni_pathlen = fpl->ndp->ni_pathlen;
4237         fpl->snd_outer.cn_flags = fpl->ndp->ni_cnd.cn_flags;
4238 }
4239
4240 static void
4241 cache_fpl_checkpoint(struct cache_fpl *fpl)
4242 {
4243
4244 #ifdef INVARIANTS
4245         fpl->snd.cn_nameptr = fpl->ndp->ni_cnd.cn_nameptr;
4246         fpl->snd.ni_pathlen = fpl->debug.ni_pathlen;
4247 #endif
4248 }
4249
4250 static void
4251 cache_fpl_restore_partial(struct cache_fpl *fpl)
4252 {
4253
4254         fpl->ndp->ni_cnd.cn_flags = fpl->snd_outer.cn_flags;
4255 #ifdef INVARIANTS
4256         fpl->debug.ni_pathlen = fpl->snd.ni_pathlen;
4257 #endif
4258 }
4259
4260 static void
4261 cache_fpl_restore_abort(struct cache_fpl *fpl)
4262 {
4263
4264         cache_fpl_restore_partial(fpl);
4265         /*
4266          * It is 0 on entry by API contract.
4267          */
4268         fpl->ndp->ni_resflags = 0;
4269         fpl->ndp->ni_cnd.cn_nameptr = fpl->ndp->ni_cnd.cn_pnbuf;
4270         fpl->ndp->ni_pathlen = fpl->snd_outer.ni_pathlen;
4271 }
4272
4273 #ifdef INVARIANTS
4274 #define cache_fpl_smr_assert_entered(fpl) ({                    \
4275         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
4276         MPASS(_fpl->in_smr == true);                            \
4277         VFS_SMR_ASSERT_ENTERED();                               \
4278 })
4279 #define cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl) ({                \
4280         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
4281         MPASS(_fpl->in_smr == false);                           \
4282         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();                           \
4283 })
4284 static void
4285 cache_fpl_assert_status(struct cache_fpl *fpl)
4286 {
4287
4288         switch (fpl->status) {
4289         case CACHE_FPL_STATUS_UNSET:
4290                 __assert_unreachable();
4291                 break;
4292         case CACHE_FPL_STATUS_DESTROYED:
4293         case CACHE_FPL_STATUS_ABORTED:
4294         case CACHE_FPL_STATUS_PARTIAL:
4295         case CACHE_FPL_STATUS_HANDLED:
4296                 break;
4297         }
4298 }
4299 #else
4300 #define cache_fpl_smr_assert_entered(fpl) do { } while (0)
4301 #define cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl) do { } while (0)
4302 #define cache_fpl_assert_status(fpl) do { } while (0)
4303 #endif
4304
4305 #define cache_fpl_smr_enter_initial(fpl) ({                     \
4306         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
4307         vfs_smr_enter();                                        \
4308         _fpl->in_smr = true;                                    \
4309 })
4310
4311 #define cache_fpl_smr_enter(fpl) ({                             \
4312         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
4313         MPASS(_fpl->in_smr == false);                           \
4314         vfs_smr_enter();                                        \
4315         _fpl->in_smr = true;                                    \
4316 })
4317
4318 #define cache_fpl_smr_exit(fpl) ({                              \
4319         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
4320         MPASS(_fpl->in_smr == true);                            \
4321         vfs_smr_exit();                                         \
4322         _fpl->in_smr = false;                                   \
4323 })
4324
4325 static int
4326 cache_fpl_aborted_early_impl(struct cache_fpl *fpl, int line)
4327 {
4328
4329         if (fpl->status != CACHE_FPL_STATUS_UNSET) {
4330                 KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_PARTIAL,
4331                     ("%s: converting to abort from %d at %d, set at %d\n",
4332                     __func__, fpl->status, line, fpl->line));
4333         }
4334         cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl);
4335         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_ABORTED;
4336         fpl->line = line;
4337         return (CACHE_FPL_FAILED);
4338 }
4339
4340 #define cache_fpl_aborted_early(x)      cache_fpl_aborted_early_impl((x), __LINE__)
4341
4342 static int __noinline
4343 cache_fpl_aborted_impl(struct cache_fpl *fpl, int line)
4344 {
4345         struct nameidata *ndp;
4346         struct componentname *cnp;
4347
4348         ndp = fpl->ndp;
4349         cnp = fpl->cnp;
4350
4351         if (fpl->status != CACHE_FPL_STATUS_UNSET) {
4352                 KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_PARTIAL,
4353                     ("%s: converting to abort from %d at %d, set at %d\n",
4354                     __func__, fpl->status, line, fpl->line));
4355         }
4356         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_ABORTED;
4357         fpl->line = line;
4358         if (fpl->in_smr)
4359                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4360         cache_fpl_restore_abort(fpl);
4361         /*
4362          * Resolving symlinks overwrites data passed by the caller.
4363          * Let namei know.
4364          */
4365         if (ndp->ni_loopcnt > 0) {
4366                 fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_DESTROYED;
4367                 cache_fpl_cleanup_cnp(cnp);
4368         }
4369         return (CACHE_FPL_FAILED);
4370 }
4371
4372 #define cache_fpl_aborted(x)    cache_fpl_aborted_impl((x), __LINE__)
4373
4374 static int __noinline
4375 cache_fpl_partial_impl(struct cache_fpl *fpl, int line)
4376 {
4377
4378         KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_UNSET,
4379             ("%s: setting to partial at %d, but already set to %d at %d\n",
4380             __func__, line, fpl->status, fpl->line));
4381         cache_fpl_smr_assert_entered(fpl);
4382         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_PARTIAL;
4383         fpl->line = line;
4384         return (cache_fplookup_partial_setup(fpl));
4385 }
4386
4387 #define cache_fpl_partial(x)    cache_fpl_partial_impl((x), __LINE__)
4388
4389 static int
4390 cache_fpl_handled_impl(struct cache_fpl *fpl, int line)
4391 {
4392
4393         KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_UNSET,
4394             ("%s: setting to handled at %d, but already set to %d at %d\n",
4395             __func__, line, fpl->status, fpl->line));
4396         cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl);
4397         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_HANDLED;
4398         fpl->line = line;
4399         return (0);
4400 }
4401
4402 #define cache_fpl_handled(x)    cache_fpl_handled_impl((x), __LINE__)
4403
4404 static int
4405 cache_fpl_handled_error_impl(struct cache_fpl *fpl, int error, int line)
4406 {
4407
4408         KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_UNSET,
4409             ("%s: setting to handled at %d, but already set to %d at %d\n",
4410             __func__, line, fpl->status, fpl->line));
4411         MPASS(error != 0);
4412         MPASS(error != CACHE_FPL_FAILED);
4413         cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl);
4414         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_HANDLED;
4415         fpl->line = line;
4416         fpl->dvp = NULL;
4417         fpl->tvp = NULL;
4418         return (error);
4419 }
4420
4421 #define cache_fpl_handled_error(x, e)   cache_fpl_handled_error_impl((x), (e), __LINE__)
4422
4423 static bool
4424 cache_fpl_terminated(struct cache_fpl *fpl)
4425 {
4426
4427         return (fpl->status != CACHE_FPL_STATUS_UNSET);
4428 }
4429
4430 #define CACHE_FPL_SUPPORTED_CN_FLAGS \
4431         (NC_NOMAKEENTRY | NC_KEEPPOSENTRY | LOCKLEAF | LOCKPARENT | WANTPARENT | \
4432          FAILIFEXISTS | FOLLOW | EMPTYPATH | LOCKSHARED | ISRESTARTED | WILLBEDIR | \
4433          ISOPEN | NOMACCHECK | AUDITVNODE1 | AUDITVNODE2 | NOCAPCHECK | OPENREAD | \
4434          OPENWRITE | WANTIOCTLCAPS)
4435
4436 #define CACHE_FPL_INTERNAL_CN_FLAGS \
4437         (ISDOTDOT | MAKEENTRY | ISLASTCN)
4438
4439 _Static_assert((CACHE_FPL_SUPPORTED_CN_FLAGS & CACHE_FPL_INTERNAL_CN_FLAGS) == 0,
4440     "supported and internal flags overlap");
4441
4442 static bool
4443 cache_fpl_islastcn(struct nameidata *ndp)
4444 {
4445
4446         return (*ndp->ni_next == 0);
4447 }
4448
4449 static bool
4450 cache_fpl_istrailingslash(struct cache_fpl *fpl)
4451 {
4452
4453         MPASS(fpl->nulchar > fpl->cnp->cn_pnbuf);
4454         return (*(fpl->nulchar - 1) == '/');
4455 }
4456
4457 static bool
4458 cache_fpl_isdotdot(struct componentname *cnp)
4459 {
4460
4461         if (cnp->cn_namelen == 2 &&
4462             cnp->cn_nameptr[1] == '.' && cnp->cn_nameptr[0] == '.')
4463                 return (true);
4464         return (false);
4465 }
4466
4467 static bool
4468 cache_can_fplookup(struct cache_fpl *fpl)
4469 {
4470         struct nameidata *ndp;
4471         struct componentname *cnp;
4472         struct thread *td;
4473
4474         ndp = fpl->ndp;
4475         cnp = fpl->cnp;
4476         td = curthread;
4477
4478         if (!atomic_load_char(&cache_fast_lookup_enabled)) {
4479                 cache_fpl_aborted_early(fpl);
4480                 return (false);
4481         }
4482         if ((cnp->cn_flags & ~CACHE_FPL_SUPPORTED_CN_FLAGS) != 0) {
4483                 cache_fpl_aborted_early(fpl);
4484                 return (false);
4485         }
4486         if (IN_CAPABILITY_MODE(td)) {
4487                 cache_fpl_aborted_early(fpl);
4488                 return (false);
4489         }
4490         if (AUDITING_TD(td)) {
4491                 cache_fpl_aborted_early(fpl);
4492                 return (false);
4493         }
4494         if (ndp->ni_startdir != NULL) {
4495                 cache_fpl_aborted_early(fpl);
4496                 return (false);
4497         }
4498         return (true);
4499 }
4500
4501 static int __noinline
4502 cache_fplookup_dirfd(struct cache_fpl *fpl, struct vnode **vpp)
4503 {
4504         struct nameidata *ndp;
4505         struct componentname *cnp;
4506         int error;
4507         bool fsearch;
4508
4509         ndp = fpl->ndp;
4510         cnp = fpl->cnp;
4511
4512         error = fgetvp_lookup_smr(ndp, vpp, &fsearch);
4513         if (__predict_false(error != 0)) {
4514                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4515         }
4516         fpl->fsearch = fsearch;
4517         if ((*vpp)->v_type != VDIR) {
4518                 if (!((cnp->cn_flags & EMPTYPATH) != 0 && cnp->cn_pnbuf[0] == '\0')) {
4519                         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4520                         return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENOTDIR));
4521                 }
4522         }
4523         return (0);
4524 }
4525
4526 static int __noinline
4527 cache_fplookup_negative_promote(struct cache_fpl *fpl, struct namecache *oncp,
4528     uint32_t hash)
4529 {
4530         struct componentname *cnp;
4531         struct vnode *dvp;
4532
4533         cnp = fpl->cnp;
4534         dvp = fpl->dvp;
4535
4536         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4537         if (cache_neg_promote_cond(dvp, cnp, oncp, hash))
4538                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENOENT));
4539         else
4540                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4541 }
4542
4543 /*
4544  * The target vnode is not supported, prepare for the slow path to take over.
4545  */
4546 static int __noinline
4547 cache_fplookup_partial_setup(struct cache_fpl *fpl)
4548 {
4549         struct nameidata *ndp;
4550         struct componentname *cnp;
4551         enum vgetstate dvs;
4552         struct vnode *dvp;
4553         struct pwd *pwd;
4554         seqc_t dvp_seqc;
4555
4556         ndp = fpl->ndp;
4557         cnp = fpl->cnp;
4558         pwd = *(fpl->pwd);
4559         dvp = fpl->dvp;
4560         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4561
4562         if (!pwd_hold_smr(pwd)) {
4563                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4564         }
4565
4566         /*
4567          * Note that seqc is checked before the vnode is locked, so by
4568          * the time regular lookup gets to it it may have moved.
4569          *
4570          * Ultimately this does not affect correctness, any lookup errors
4571          * are userspace racing with itself. It is guaranteed that any
4572          * path which ultimately gets found could also have been found
4573          * by regular lookup going all the way in absence of concurrent
4574          * modifications.
4575          */
4576         dvs = vget_prep_smr(dvp);
4577         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4578         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
4579                 pwd_drop(pwd);
4580                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4581         }
4582
4583         vget_finish_ref(dvp, dvs);
4584         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
4585                 vrele(dvp);
4586                 pwd_drop(pwd);
4587                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4588         }
4589
4590         cache_fpl_restore_partial(fpl);
4591 #ifdef INVARIANTS
4592         if (cnp->cn_nameptr != fpl->snd.cn_nameptr) {
4593                 panic("%s: cn_nameptr mismatch (%p != %p) full [%s]\n", __func__,
4594                     cnp->cn_nameptr, fpl->snd.cn_nameptr, cnp->cn_pnbuf);
4595         }
4596 #endif
4597
4598         ndp->ni_startdir = dvp;
4599         cnp->cn_flags |= MAKEENTRY;
4600         if (cache_fpl_islastcn(ndp))
4601                 cnp->cn_flags |= ISLASTCN;
4602         if (cache_fpl_isdotdot(cnp))
4603                 cnp->cn_flags |= ISDOTDOT;
4604
4605         /*
4606          * Skip potential extra slashes parsing did not take care of.
4607          * cache_fplookup_skip_slashes explains the mechanism.
4608          */
4609         if (__predict_false(*(cnp->cn_nameptr) == '/')) {
4610                 do {
4611                         cnp->cn_nameptr++;
4612                         cache_fpl_pathlen_dec(fpl);
4613                 } while (*(cnp->cn_nameptr) == '/');
4614         }
4615
4616         ndp->ni_pathlen = fpl->nulchar - cnp->cn_nameptr + 1;
4617 #ifdef INVARIANTS
4618         if (ndp->ni_pathlen != fpl->debug.ni_pathlen) {
4619                 panic("%s: mismatch (%zu != %zu) nulchar %p nameptr %p [%s] ; full string [%s]\n",
4620                     __func__, ndp->ni_pathlen, fpl->debug.ni_pathlen, fpl->nulchar,
4621                     cnp->cn_nameptr, cnp->cn_nameptr, cnp->cn_pnbuf);
4622         }
4623 #endif
4624         return (0);
4625 }
4626
4627 static int
4628 cache_fplookup_final_child(struct cache_fpl *fpl, enum vgetstate tvs)
4629 {
4630         struct componentname *cnp;
4631         struct vnode *tvp;
4632         seqc_t tvp_seqc;
4633         int error, lkflags;
4634
4635         cnp = fpl->cnp;
4636         tvp = fpl->tvp;
4637         tvp_seqc = fpl->tvp_seqc;
4638
4639         if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) != 0) {
4640                 lkflags = LK_SHARED;
4641                 if ((cnp->cn_flags & LOCKSHARED) == 0)
4642                         lkflags = LK_EXCLUSIVE;
4643                 error = vget_finish(tvp, lkflags, tvs);
4644                 if (__predict_false(error != 0)) {
4645                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4646                 }
4647         } else {
4648                 vget_finish_ref(tvp, tvs);
4649         }
4650
4651         if (!vn_seqc_consistent(tvp, tvp_seqc)) {
4652                 if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) != 0)
4653                         vput(tvp);
4654                 else
4655                         vrele(tvp);
4656                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4657         }
4658
4659         return (cache_fpl_handled(fpl));
4660 }
4661
4662 /*
4663  * They want to possibly modify the state of the namecache.
4664  */
4665 static int __noinline
4666 cache_fplookup_final_modifying(struct cache_fpl *fpl)
4667 {
4668         struct nameidata *ndp __diagused;
4669         struct componentname *cnp;
4670         enum vgetstate dvs;
4671         struct vnode *dvp, *tvp;
4672         struct mount *mp;
4673         seqc_t dvp_seqc;
4674         int error;
4675         bool docache;
4676
4677         ndp = fpl->ndp;
4678         cnp = fpl->cnp;
4679         dvp = fpl->dvp;
4680         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4681
4682         MPASS(*(cnp->cn_nameptr) != '/');
4683         MPASS(cache_fpl_islastcn(ndp));
4684         if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) == 0)
4685                 MPASS((cnp->cn_flags & WANTPARENT) != 0);
4686         MPASS((cnp->cn_flags & TRAILINGSLASH) == 0);
4687         MPASS(cnp->cn_nameiop == CREATE || cnp->cn_nameiop == DELETE ||
4688             cnp->cn_nameiop == RENAME);
4689         MPASS((cnp->cn_flags & MAKEENTRY) == 0);
4690         MPASS((cnp->cn_flags & ISDOTDOT) == 0);
4691
4692         docache = (cnp->cn_flags & NOCACHE) ^ NOCACHE;
4693         if (cnp->cn_nameiop == DELETE || cnp->cn_nameiop == RENAME)
4694                 docache = false;
4695
4696         /*
4697          * Regular lookup nulifies the slash, which we don't do here.
4698          * Don't take chances with filesystem routines seeing it for
4699          * the last entry.
4700          */
4701         if (cache_fpl_istrailingslash(fpl)) {
4702                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4703         }
4704
4705         mp = atomic_load_ptr(&dvp->v_mount);
4706         if (__predict_false(mp == NULL)) {
4707                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4708         }
4709
4710         if (__predict_false(mp->mnt_flag & MNT_RDONLY)) {
4711                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4712                 /*
4713                  * Original code keeps not checking for CREATE which
4714                  * might be a bug. For now let the old lookup decide.
4715                  */
4716                 if (cnp->cn_nameiop == CREATE) {
4717                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4718                 }
4719                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, EROFS));
4720         }
4721
4722         if (fpl->tvp != NULL && (cnp->cn_flags & FAILIFEXISTS) != 0) {
4723                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4724                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, EEXIST));
4725         }
4726
4727         /*
4728          * Secure access to dvp; check cache_fplookup_partial_setup for
4729          * reasoning.
4730          *
4731          * XXX At least UFS requires its lookup routine to be called for
4732          * the last path component, which leads to some level of complication
4733          * and inefficiency:
4734          * - the target routine always locks the target vnode, but our caller
4735          *   may not need it locked
4736          * - some of the VOP machinery asserts that the parent is locked, which
4737          *   once more may be not required
4738          *
4739          * TODO: add a flag for filesystems which don't need this.
4740          */
4741         dvs = vget_prep_smr(dvp);
4742         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4743         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
4744                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4745         }
4746
4747         vget_finish_ref(dvp, dvs);
4748         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
4749                 vrele(dvp);
4750                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4751         }
4752
4753         error = vn_lock(dvp, LK_EXCLUSIVE);
4754         if (__predict_false(error != 0)) {
4755                 vrele(dvp);
4756                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4757         }
4758
4759         tvp = NULL;
4760         cnp->cn_flags |= ISLASTCN;
4761         if (docache)
4762                 cnp->cn_flags |= MAKEENTRY;
4763         if (cache_fpl_isdotdot(cnp))
4764                 cnp->cn_flags |= ISDOTDOT;
4765         cnp->cn_lkflags = LK_EXCLUSIVE;
4766         error = VOP_LOOKUP(dvp, &tvp, cnp);
4767         switch (error) {
4768         case EJUSTRETURN:
4769         case 0:
4770                 break;
4771         case ENOTDIR:
4772         case ENOENT:
4773                 vput(dvp);
4774                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, error));
4775         default:
4776                 vput(dvp);
4777                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4778         }
4779
4780         fpl->tvp = tvp;
4781
4782         if (tvp == NULL) {
4783                 MPASS(error == EJUSTRETURN);
4784                 if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) == 0) {
4785                         VOP_UNLOCK(dvp);
4786                 }
4787                 return (cache_fpl_handled(fpl));
4788         }
4789
4790         /*
4791          * There are very hairy corner cases concerning various flag combinations
4792          * and locking state. In particular here we only hold one lock instead of
4793          * two.
4794          *
4795          * Skip the complexity as it is of no significance for normal workloads.
4796          */
4797         if (__predict_false(tvp == dvp)) {
4798                 vput(dvp);
4799                 vrele(tvp);
4800                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4801         }
4802
4803         /*
4804          * If they want the symlink itself we are fine, but if they want to
4805          * follow it regular lookup has to be engaged.
4806          */
4807         if (tvp->v_type == VLNK) {
4808                 if ((cnp->cn_flags & FOLLOW) != 0) {
4809                         vput(dvp);
4810                         vput(tvp);
4811                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4812                 }
4813         }
4814
4815         /*
4816          * Since we expect this to be the terminal vnode it should almost never
4817          * be a mount point.
4818          */
4819         if (__predict_false(cache_fplookup_is_mp(fpl))) {
4820                 vput(dvp);
4821                 vput(tvp);
4822                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4823         }
4824
4825         if ((cnp->cn_flags & FAILIFEXISTS) != 0) {
4826                 vput(dvp);
4827                 vput(tvp);
4828                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, EEXIST));
4829         }
4830
4831         if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) == 0) {
4832                 VOP_UNLOCK(tvp);
4833         }
4834
4835         if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) == 0) {
4836                 VOP_UNLOCK(dvp);
4837         }
4838
4839         return (cache_fpl_handled(fpl));
4840 }
4841
4842 static int __noinline
4843 cache_fplookup_modifying(struct cache_fpl *fpl)
4844 {
4845         struct nameidata *ndp;
4846
4847         ndp = fpl->ndp;
4848
4849         if (!cache_fpl_islastcn(ndp)) {
4850                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4851         }
4852         return (cache_fplookup_final_modifying(fpl));
4853 }
4854
4855 static int __noinline
4856 cache_fplookup_final_withparent(struct cache_fpl *fpl)
4857 {
4858         struct componentname *cnp;
4859         enum vgetstate dvs, tvs;
4860         struct vnode *dvp, *tvp;
4861         seqc_t dvp_seqc;
4862         int error;
4863
4864         cnp = fpl->cnp;
4865         dvp = fpl->dvp;
4866         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4867         tvp = fpl->tvp;
4868
4869         MPASS((cnp->cn_flags & (LOCKPARENT|WANTPARENT)) != 0);
4870
4871         /*
4872          * This is less efficient than it can be for simplicity.
4873          */
4874         dvs = vget_prep_smr(dvp);
4875         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
4876                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4877         }
4878         tvs = vget_prep_smr(tvp);
4879         if (__predict_false(tvs == VGET_NONE)) {
4880                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4881                 vget_abort(dvp, dvs);
4882                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4883         }
4884
4885         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4886
4887         if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) != 0) {
4888                 error = vget_finish(dvp, LK_EXCLUSIVE, dvs);
4889                 if (__predict_false(error != 0)) {
4890                         vget_abort(tvp, tvs);
4891                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4892                 }
4893         } else {
4894                 vget_finish_ref(dvp, dvs);
4895         }
4896
4897         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
4898                 vget_abort(tvp, tvs);
4899                 if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) != 0)
4900                         vput(dvp);
4901                 else
4902                         vrele(dvp);
4903                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4904         }
4905
4906         error = cache_fplookup_final_child(fpl, tvs);
4907         if (__predict_false(error != 0)) {
4908                 MPASS(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_ABORTED ||
4909                     fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_DESTROYED);
4910                 if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) != 0)
4911                         vput(dvp);
4912                 else
4913                         vrele(dvp);
4914                 return (error);
4915         }
4916
4917         MPASS(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_HANDLED);
4918         return (0);
4919 }
4920
4921 static int
4922 cache_fplookup_final(struct cache_fpl *fpl)
4923 {
4924         struct componentname *cnp;
4925         enum vgetstate tvs;
4926         struct vnode *dvp, *tvp;
4927         seqc_t dvp_seqc;
4928
4929         cnp = fpl->cnp;
4930         dvp = fpl->dvp;
4931         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4932         tvp = fpl->tvp;
4933
4934         MPASS(*(cnp->cn_nameptr) != '/');
4935
4936         if (cnp->cn_nameiop != LOOKUP) {
4937                 return (cache_fplookup_final_modifying(fpl));
4938         }
4939
4940         if ((cnp->cn_flags & (LOCKPARENT|WANTPARENT)) != 0)
4941                 return (cache_fplookup_final_withparent(fpl));
4942
4943         tvs = vget_prep_smr(tvp);
4944         if (__predict_false(tvs == VGET_NONE)) {
4945                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4946         }
4947
4948         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
4949                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4950                 vget_abort(tvp, tvs);
4951                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4952         }
4953
4954         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4955         return (cache_fplookup_final_child(fpl, tvs));
4956 }
4957
4958 /*
4959  * Comment from locked lookup:
4960  * Check for degenerate name (e.g. / or "") which is a way of talking about a
4961  * directory, e.g. like "/." or ".".
4962  */
4963 static int __noinline
4964 cache_fplookup_degenerate(struct cache_fpl *fpl)
4965 {
4966         struct componentname *cnp;
4967         struct vnode *dvp;
4968         enum vgetstate dvs;
4969         int error, lkflags;
4970 #ifdef INVARIANTS
4971         char *cp;
4972 #endif
4973
4974         fpl->tvp = fpl->dvp;
4975         fpl->tvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4976
4977         cnp = fpl->cnp;
4978         dvp = fpl->dvp;
4979
4980 #ifdef INVARIANTS
4981         for (cp = cnp->cn_pnbuf; *cp != '\0'; cp++) {
4982                 KASSERT(*cp == '/',
4983                     ("%s: encountered non-slash; string [%s]\n", __func__,
4984                     cnp->cn_pnbuf));
4985         }
4986 #endif
4987
4988         if (__predict_false(cnp->cn_nameiop != LOOKUP)) {
4989                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4990                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, EISDIR));
4991         }
4992
4993         if ((cnp->cn_flags & (LOCKPARENT|WANTPARENT)) != 0) {
4994                 return (cache_fplookup_final_withparent(fpl));
4995         }
4996
4997         dvs = vget_prep_smr(dvp);
4998         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4999         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
5000                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5001         }
5002
5003         if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) != 0) {
5004                 lkflags = LK_SHARED;
5005                 if ((cnp->cn_flags & LOCKSHARED) == 0)
5006                         lkflags = LK_EXCLUSIVE;
5007                 error = vget_finish(dvp, lkflags, dvs);
5008                 if (__predict_false(error != 0)) {
5009                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5010                 }
5011         } else {
5012                 vget_finish_ref(dvp, dvs);
5013         }
5014         return (cache_fpl_handled(fpl));
5015 }
5016
5017 static int __noinline
5018 cache_fplookup_emptypath(struct cache_fpl *fpl)
5019 {
5020         struct nameidata *ndp;
5021         struct componentname *cnp;
5022         enum vgetstate tvs;
5023         struct vnode *tvp;
5024         int error, lkflags;
5025
5026         fpl->tvp = fpl->dvp;
5027         fpl->tvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
5028
5029         ndp = fpl->ndp;
5030         cnp = fpl->cnp;
5031         tvp = fpl->tvp;
5032
5033         MPASS(*cnp->cn_pnbuf == '\0');
5034
5035         if (__predict_false((cnp->cn_flags & EMPTYPATH) == 0)) {
5036                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
5037                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENOENT));
5038         }
5039
5040         MPASS((cnp->cn_flags & (LOCKPARENT | WANTPARENT)) == 0);
5041
5042         tvs = vget_prep_smr(tvp);
5043         cache_fpl_smr_exit(fpl);
5044         if (__predict_false(tvs == VGET_NONE)) {
5045                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5046         }
5047
5048         if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) != 0) {
5049                 lkflags = LK_SHARED;
5050                 if ((cnp->cn_flags & LOCKSHARED) == 0)
5051                         lkflags = LK_EXCLUSIVE;
5052                 error = vget_finish(tvp, lkflags, tvs);
5053                 if (__predict_false(error != 0)) {
5054                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5055                 }
5056         } else {
5057                 vget_finish_ref(tvp, tvs);
5058         }
5059
5060         ndp->ni_resflags |= NIRES_EMPTYPATH;
5061         return (cache_fpl_handled(fpl));
5062 }
5063
5064 static int __noinline
5065 cache_fplookup_noentry(struct cache_fpl *fpl)
5066 {
5067         struct nameidata *ndp;
5068         struct componentname *cnp;
5069         enum vgetstate dvs;
5070         struct vnode *dvp, *tvp;
5071         seqc_t dvp_seqc;
5072         int error;
5073
5074         ndp = fpl->ndp;
5075         cnp = fpl->cnp;
5076         dvp = fpl->dvp;
5077         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
5078
5079         MPASS((cnp->cn_flags & MAKEENTRY) == 0);
5080         MPASS((cnp->cn_flags & ISDOTDOT) == 0);
5081         if (cnp->cn_nameiop == LOOKUP)
5082                 MPASS((cnp->cn_flags & NOCACHE) == 0);
5083         MPASS(!cache_fpl_isdotdot(cnp));
5084
5085         /*
5086          * Hack: delayed name len checking.
5087          */
5088         if (__predict_false(cnp->cn_namelen > NAME_MAX)) {
5089                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
5090                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENAMETOOLONG));
5091         }
5092
5093         if (cnp->cn_nameptr[0] == '/') {
5094                 return (cache_fplookup_skip_slashes(fpl));
5095         }
5096
5097         if (cnp->cn_pnbuf[0] == '\0') {
5098                 return (cache_fplookup_emptypath(fpl));
5099         }
5100
5101         if (cnp->cn_nameptr[0] == '\0') {
5102                 if (fpl->tvp == NULL) {
5103                         return (cache_fplookup_degenerate(fpl));
5104                 }
5105                 return (cache_fplookup_trailingslash(fpl));
5106         }
5107
5108         if (cnp->cn_nameiop != LOOKUP) {
5109                 fpl->tvp = NULL;
5110                 return (cache_fplookup_modifying(fpl));
5111         }
5112
5113         /*
5114          * Only try to fill in the component if it is the last one,
5115          * otherwise not only there may be several to handle but the
5116          * walk may be complicated.
5117          */
5118         if (!cache_fpl_islastcn(ndp)) {
5119                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5120         }
5121
5122         /*
5123          * Regular lookup nulifies the slash, which we don't do here.
5124          * Don't take chances with filesystem routines seeing it for
5125          * the last entry.
5126          */
5127         if (cache_fpl_istrailingslash(fpl)) {
5128                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5129         }
5130
5131         /*
5132          * Secure access to dvp; check cache_fplookup_partial_setup for
5133          * reasoning.
5134          */
5135         dvs = vget_prep_smr(dvp);
5136         cache_fpl_smr_exit(fpl);
5137         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
5138                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5139         }
5140
5141         vget_finish_ref(dvp, dvs);
5142         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
5143                 vrele(dvp);
5144                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5145         }
5146
5147         error = vn_lock(dvp, LK_SHARED);
5148         if (__predict_false(error != 0)) {
5149                 vrele(dvp);
5150                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5151         }
5152
5153         tvp = NULL;
5154         /*
5155          * TODO: provide variants which don't require locking either vnode.
5156          */
5157         cnp->cn_flags |= ISLASTCN | MAKEENTRY;
5158         cnp->cn_lkflags = LK_SHARED;
5159         if ((cnp->cn_flags & LOCKSHARED) == 0) {
5160                 cnp->cn_lkflags = LK_EXCLUSIVE;
5161         }
5162         error = VOP_LOOKUP(dvp, &tvp, cnp);
5163         switch (error) {
5164         case EJUSTRETURN:
5165         case 0:
5166                 break;
5167         case ENOTDIR:
5168         case ENOENT:
5169                 vput(dvp);
5170                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, error));
5171         default:
5172                 vput(dvp);
5173                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5174         }
5175
5176         fpl->tvp = tvp;
5177
5178         if (tvp == NULL) {
5179                 MPASS(error == EJUSTRETURN);
5180                 if ((cnp->cn_flags & (WANTPARENT | LOCKPARENT)) == 0) {
5181                         vput(dvp);
5182                 } else if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) == 0) {
5183                         VOP_UNLOCK(dvp);
5184                 }
5185                 return (cache_fpl_handled(fpl));
5186         }
5187
5188         if (tvp->v_type == VLNK) {
5189                 if ((cnp->cn_flags & FOLLOW) != 0) {
5190                         vput(dvp);
5191                         vput(tvp);
5192                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5193                 }
5194         }
5195
5196         if (__predict_false(cache_fplookup_is_mp(fpl))) {
5197                 vput(dvp);
5198                 vput(tvp);
5199                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5200         }
5201
5202         if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) == 0) {
5203                 VOP_UNLOCK(tvp);
5204         }
5205
5206         if ((cnp->cn_flags & (WANTPARENT | LOCKPARENT)) == 0) {
5207                 vput(dvp);
5208         } else if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) == 0) {
5209                 VOP_UNLOCK(dvp);
5210         }
5211         return (cache_fpl_handled(fpl));
5212 }
5213
5214 static int __noinline
5215 cache_fplookup_dot(struct cache_fpl *fpl)
5216 {
5217         int error;
5218
5219         MPASS(!seqc_in_modify(fpl->dvp_seqc));
5220
5221         if (__predict_false(fpl->dvp->v_type != VDIR)) {
5222                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
5223                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENOTDIR));
5224         }
5225
5226         /*
5227          * Just re-assign the value. seqc will be checked later for the first
5228          * non-dot path component in line and/or before deciding to return the
5229          * vnode.
5230          */
5231         fpl->tvp = fpl->dvp;
5232         fpl->tvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
5233
5234         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, fpl->dvp, ".", fpl->dvp);
5235
5236         error = 0;
5237         if (cache_fplookup_is_mp(fpl)) {
5238                 error = cache_fplookup_cross_mount(fpl);
5239         }
5240         return (error);
5241 }
5242
5243 static int __noinline
5244 cache_fplookup_dotdot(struct cache_fpl *fpl)
5245 {
5246         struct nameidata *ndp;
5247         struct componentname *cnp;
5248         struct namecache *ncp;
5249         struct vnode *dvp;
5250         struct prison *pr;
5251         u_char nc_flag;
5252
5253         ndp = fpl->ndp;
5254         cnp = fpl->cnp;
5255         dvp = fpl->dvp;
5256
5257         MPASS(cache_fpl_isdotdot(cnp));
5258
5259         /*
5260          * XXX this is racy the same way regular lookup is
5261          */
5262         for (pr = cnp->cn_cred->cr_prison; pr != NULL;
5263             pr = pr->pr_parent)
5264                 if (dvp == pr->pr_root)
5265                         break;
5266
5267         if (dvp == ndp->ni_rootdir ||
5268             dvp == ndp->ni_topdir ||
5269             dvp == rootvnode ||
5270             pr != NULL) {
5271                 fpl->tvp = dvp;
5272                 fpl->tvp_seqc = vn_seqc_read_any(dvp);
5273                 if (seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc)) {
5274                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5275                 }
5276                 return (0);
5277         }
5278
5279         if ((dvp->v_vflag & VV_ROOT) != 0) {
5280                 /*
5281                  * TODO
5282                  * The opposite of climb mount is needed here.
5283                  */
5284                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5285         }
5286
5287         if (__predict_false(dvp->v_type != VDIR)) {
5288                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
5289                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENOTDIR));
5290         }
5291
5292         ncp = atomic_load_consume_ptr(&dvp->v_cache_dd);
5293         if (ncp == NULL) {
5294                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5295         }
5296
5297         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
5298         if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
5299                 if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
5300                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5301                 fpl->tvp = ncp->nc_vp;
5302         } else {
5303                 fpl->tvp = ncp->nc_dvp;
5304         }
5305
5306         fpl->tvp_seqc = vn_seqc_read_any(fpl->tvp);
5307         if (seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc)) {
5308                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5309         }
5310
5311         /*
5312          * Acquire fence provided by vn_seqc_read_any above.
5313          */
5314         if (__predict_false(atomic_load_ptr(&dvp->v_cache_dd) != ncp)) {
5315                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5316         }
5317
5318         if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
5319                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5320         }
5321
5322         return (0);
5323 }
5324
5325 static int __noinline
5326 cache_fplookup_neg(struct cache_fpl *fpl, struct namecache *ncp, uint32_t hash)
5327 {
5328         u_char nc_flag __diagused;
5329         bool neg_promote;
5330
5331 #ifdef INVARIANTS
5332         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
5333         MPASS((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0);
5334 #endif
5335         /*
5336          * If they want to create an entry we need to replace this one.
5337          */
5338         if (__predict_false(fpl->cnp->cn_nameiop != LOOKUP)) {
5339                 fpl->tvp = NULL;
5340                 return (cache_fplookup_modifying(fpl));
5341         }
5342         neg_promote = cache_neg_hit_prep(ncp);
5343         if (!cache_fpl_neg_ncp_canuse(ncp)) {
5344                 cache_neg_hit_abort(ncp);
5345                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5346         }
5347         if (neg_promote) {
5348                 return (cache_fplookup_negative_promote(fpl, ncp, hash));
5349         }
5350         cache_neg_hit_finish(ncp);
5351         cache_fpl_smr_exit(fpl);
5352         return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENOENT));
5353 }
5354
5355 /*
5356  * Resolve a symlink. Called by filesystem-specific routines.
5357  *
5358  * Code flow is:
5359  * ... -> cache_fplookup_symlink -> VOP_FPLOOKUP_SYMLINK -> cache_symlink_resolve
5360  */
5361 int
5362 cache_symlink_resolve(struct cache_fpl *fpl, const char *string, size_t len)
5363 {
5364         struct nameidata *ndp;
5365         struct componentname *cnp;
5366         size_t adjust;
5367
5368         ndp = fpl->ndp;
5369         cnp = fpl->cnp;
5370
5371         if (__predict_false(len == 0)) {
5372                 return (ENOENT);
5373         }
5374
5375         if (__predict_false(len > MAXPATHLEN - 2)) {
5376                 if (cache_fpl_istrailingslash(fpl)) {
5377                         return (EAGAIN);
5378                 }
5379         }
5380
5381         ndp->ni_pathlen = fpl->nulchar - cnp->cn_nameptr - cnp->cn_namelen + 1;
5382 #ifdef INVARIANTS
5383         if (ndp->ni_pathlen != fpl->debug.ni_pathlen) {
5384                 panic("%s: mismatch (%zu != %zu) nulchar %p nameptr %p [%s] ; full string [%s]\n",
5385                     __func__, ndp->ni_pathlen, fpl->debug.ni_pathlen, fpl->nulchar,
5386                     cnp->cn_nameptr, cnp->cn_nameptr, cnp->cn_pnbuf);
5387         }
5388 #endif
5389
5390         if (__predict_false(len + ndp->ni_pathlen > MAXPATHLEN)) {
5391                 return (ENAMETOOLONG);
5392         }
5393
5394         if (__predict_false(ndp->ni_loopcnt++ >= MAXSYMLINKS)) {
5395                 return (ELOOP);
5396         }
5397
5398         adjust = len;
5399         if (ndp->ni_pathlen > 1) {
5400                 bcopy(ndp->ni_next, cnp->cn_pnbuf + len, ndp->ni_pathlen);
5401         } else {
5402                 if (cache_fpl_istrailingslash(fpl)) {
5403                         adjust = len + 1;
5404                         cnp->cn_pnbuf[len] = '/';
5405                         cnp->cn_pnbuf[len + 1] = '\0';
5406                 } else {
5407                         cnp->cn_pnbuf[len] = '\0';
5408                 }
5409         }
5410         bcopy(string, cnp->cn_pnbuf, len);
5411
5412         ndp->ni_pathlen += adjust;
5413         cache_fpl_pathlen_add(fpl, adjust);
5414         cnp->cn_nameptr = cnp->cn_pnbuf;
5415         fpl->nulchar = &cnp->cn_nameptr[ndp->ni_pathlen - 1];
5416         fpl->tvp = NULL;
5417         return (0);
5418 }
5419
5420 static int __noinline
5421 cache_fplookup_symlink(struct cache_fpl *fpl)
5422 {
5423         struct mount *mp;
5424         struct nameidata *ndp;
5425         struct componentname *cnp;
5426         struct vnode *dvp, *tvp;
5427         struct pwd *pwd;
5428         int error;
5429
5430         ndp = fpl->ndp;
5431         cnp = fpl->cnp;
5432         dvp = fpl->dvp;
5433         tvp = fpl->tvp;
5434         pwd = *(fpl->pwd);
5435
5436         if (cache_fpl_islastcn(ndp)) {
5437                 if ((cnp->cn_flags & FOLLOW) == 0) {
5438                         return (cache_fplookup_final(fpl));
5439                 }
5440         }
5441
5442         mp = atomic_load_ptr(&dvp->v_mount);
5443         if (__predict_false(mp == NULL)) {
5444                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5445         }
5446
5447         /*
5448          * Note this check races against setting the flag just like regular
5449          * lookup.
5450          */
5451         if (__predict_false((mp->mnt_flag & MNT_NOSYMFOLLOW) != 0)) {
5452                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
5453                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, EACCES));
5454         }
5455
5456         error = VOP_FPLOOKUP_SYMLINK(tvp, fpl);
5457         if (__predict_false(error != 0)) {
5458                 switch (error) {
5459                 case EAGAIN:
5460                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5461                 case ENOENT:
5462                 case ENAMETOOLONG:
5463                 case ELOOP:
5464                         cache_fpl_smr_exit(fpl);
5465                         return (cache_fpl_handled_error(fpl, error));
5466                 default:
5467                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5468                 }
5469         }
5470
5471         if (*(cnp->cn_nameptr) == '/') {
5472                 fpl->dvp = cache_fpl_handle_root(fpl);
5473                 fpl->dvp_seqc = vn_seqc_read_any(fpl->dvp);
5474                 if (seqc_in_modify(fpl->dvp_seqc)) {
5475                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5476                 }
5477                 /*
5478                  * The main loop assumes that ->dvp points to a vnode belonging
5479                  * to a filesystem which can do lockless lookup, but the absolute
5480                  * symlink can be wandering off to one which does not.
5481                  */
5482                 mp = atomic_load_ptr(&fpl->dvp->v_mount);
5483                 if (__predict_false(mp == NULL)) {
5484                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5485                 }
5486                 if (!cache_fplookup_mp_supported(mp)) {
5487                         cache_fpl_checkpoint(fpl);
5488                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5489                 }
5490                 if (__predict_false(pwd->pwd_adir != pwd->pwd_rdir)) {
5491                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5492                 }
5493         }
5494         return (0);
5495 }
5496
5497 static int
5498 cache_fplookup_next(struct cache_fpl *fpl)
5499 {
5500         struct componentname *cnp;
5501         struct namecache *ncp;
5502         struct vnode *dvp, *tvp;
5503         u_char nc_flag;
5504         uint32_t hash;
5505         int error;
5506
5507         cnp = fpl->cnp;
5508         dvp = fpl->dvp;
5509         hash = fpl->hash;
5510
5511         if (__predict_false(cnp->cn_nameptr[0] == '.')) {
5512                 if (cnp->cn_namelen == 1) {
5513                         return (cache_fplookup_dot(fpl));
5514                 }
5515                 if (cnp->cn_namelen == 2 && cnp->cn_nameptr[1] == '.') {
5516                         return (cache_fplookup_dotdot(fpl));
5517                 }
5518         }
5519
5520         MPASS(!cache_fpl_isdotdot(cnp));
5521
5522         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
5523                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
5524                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))
5525                         break;
5526         }
5527
5528         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
5529                 return (cache_fplookup_noentry(fpl));
5530         }
5531
5532         tvp = atomic_load_ptr(&ncp->nc_vp);
5533         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
5534         if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0) {
5535                 return (cache_fplookup_neg(fpl, ncp, hash));
5536         }
5537
5538         if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
5539                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5540         }
5541
5542         fpl->tvp = tvp;
5543         fpl->tvp_seqc = vn_seqc_read_any(tvp);
5544         if (seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc)) {
5545                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5546         }
5547
5548         counter_u64_add(numposhits, 1);
5549         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, ncp->nc_name, tvp);
5550
5551         error = 0;
5552         if (cache_fplookup_is_mp(fpl)) {
5553                 error = cache_fplookup_cross_mount(fpl);
5554         }
5555         return (error);
5556 }
5557
5558 static bool
5559 cache_fplookup_mp_supported(struct mount *mp)
5560 {
5561
5562         MPASS(mp != NULL);
5563         if ((mp->mnt_kern_flag & MNTK_FPLOOKUP) == 0)
5564                 return (false);
5565         return (true);
5566 }
5567
5568 /*
5569  * Walk up the mount stack (if any).
5570  *
5571  * Correctness is provided in the following ways:
5572  * - all vnodes are protected from freeing with SMR
5573  * - struct mount objects are type stable making them always safe to access
5574  * - stability of the particular mount is provided by busying it
5575  * - relationship between the vnode which is mounted on and the mount is
5576  *   verified with the vnode sequence counter after busying
5577  * - association between root vnode of the mount and the mount is protected
5578  *   by busy
5579  *
5580  * From that point on we can read the sequence counter of the root vnode
5581  * and get the next mount on the stack (if any) using the same protection.
5582  *
5583  * By the end of successful walk we are guaranteed the reached state was
5584  * indeed present at least at some point which matches the regular lookup.
5585  */
5586 static int __noinline
5587 cache_fplookup_climb_mount(struct cache_fpl *fpl)
5588 {
5589         struct mount *mp, *prev_mp;
5590         struct mount_pcpu *mpcpu, *prev_mpcpu;
5591         struct vnode *vp;
5592         seqc_t vp_seqc;
5593
5594         vp = fpl->tvp;
5595         vp_seqc = fpl->tvp_seqc;
5596
5597         VNPASS(vp->v_type == VDIR || vp->v_type == VREG || vp->v_type == VBAD, vp);
5598         mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mountedhere);
5599         if (__predict_false(mp == NULL)) {
5600                 return (0);
5601         }
5602
5603         prev_mp = NULL;
5604         for (;;) {
5605                 if (!vfs_op_thread_enter_crit(mp, mpcpu)) {
5606                         if (prev_mp != NULL)
5607                                 vfs_op_thread_exit_crit(prev_mp, prev_mpcpu);
5608                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5609                 }
5610                 if (prev_mp != NULL)
5611                         vfs_op_thread_exit_crit(prev_mp, prev_mpcpu);
5612                 if (!vn_seqc_consistent(vp, vp_seqc)) {
5613                         vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5614                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5615                 }
5616                 if (!cache_fplookup_mp_supported(mp)) {
5617                         vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5618                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5619                 }
5620                 vp = atomic_load_ptr(&mp->mnt_rootvnode);
5621                 if (vp == NULL) {
5622                         vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5623                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5624                 }
5625                 vp_seqc = vn_seqc_read_any(vp);
5626                 if (seqc_in_modify(vp_seqc)) {
5627                         vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5628                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5629                 }
5630                 prev_mp = mp;
5631                 prev_mpcpu = mpcpu;
5632                 mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mountedhere);
5633                 if (mp == NULL)
5634                         break;
5635         }
5636
5637         vfs_op_thread_exit_crit(prev_mp, prev_mpcpu);
5638         fpl->tvp = vp;
5639         fpl->tvp_seqc = vp_seqc;
5640         return (0);
5641 }
5642
5643 static int __noinline
5644 cache_fplookup_cross_mount(struct cache_fpl *fpl)
5645 {
5646         struct mount *mp;
5647         struct mount_pcpu *mpcpu;
5648         struct vnode *vp;
5649         seqc_t vp_seqc;
5650
5651         vp = fpl->tvp;
5652         vp_seqc = fpl->tvp_seqc;
5653
5654         VNPASS(vp->v_type == VDIR || vp->v_type == VREG || vp->v_type == VBAD, vp);
5655         mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mountedhere);
5656         if (__predict_false(mp == NULL)) {
5657                 return (0);
5658         }
5659
5660         if (!vfs_op_thread_enter_crit(mp, mpcpu)) {
5661                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5662         }
5663         if (!vn_seqc_consistent(vp, vp_seqc)) {
5664                 vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5665                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5666         }
5667         if (!cache_fplookup_mp_supported(mp)) {
5668                 vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5669                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5670         }
5671         vp = atomic_load_ptr(&mp->mnt_rootvnode);
5672         if (__predict_false(vp == NULL)) {
5673                 vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5674                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5675         }
5676         vp_seqc = vn_seqc_read_any(vp);
5677         vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5678         if (seqc_in_modify(vp_seqc)) {
5679                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5680         }
5681         mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mountedhere);
5682         if (__predict_false(mp != NULL)) {
5683                 /*
5684                  * There are possibly more mount points on top.
5685                  * Normally this does not happen so for simplicity just start
5686                  * over.
5687                  */
5688                 return (cache_fplookup_climb_mount(fpl));
5689         }
5690
5691         fpl->tvp = vp;
5692         fpl->tvp_seqc = vp_seqc;
5693         return (0);
5694 }
5695
5696 /*
5697  * Check if a vnode is mounted on.
5698  */
5699 static bool
5700 cache_fplookup_is_mp(struct cache_fpl *fpl)
5701 {
5702         struct vnode *vp;
5703
5704         vp = fpl->tvp;
5705         return ((vn_irflag_read(vp) & VIRF_MOUNTPOINT) != 0);
5706 }
5707
5708 /*
5709  * Parse the path.
5710  *
5711  * The code was originally copy-pasted from regular lookup and despite
5712  * clean ups leaves performance on the table. Any modifications here
5713  * must take into account that in case off fallback the resulting
5714  * nameidata state has to be compatible with the original.
5715  */
5716
5717 /*
5718  * Debug ni_pathlen tracking.
5719  */
5720 #ifdef INVARIANTS
5721 static void
5722 cache_fpl_pathlen_add(struct cache_fpl *fpl, size_t n)
5723 {
5724
5725         fpl->debug.ni_pathlen += n;
5726         KASSERT(fpl->debug.ni_pathlen <= PATH_MAX,
5727             ("%s: pathlen overflow to %zd\n", __func__, fpl->debug.ni_pathlen));
5728 }
5729
5730 static void
5731 cache_fpl_pathlen_sub(struct cache_fpl *fpl, size_t n)
5732 {
5733
5734         fpl->debug.ni_pathlen -= n;
5735         KASSERT(fpl->debug.ni_pathlen <= PATH_MAX,
5736             ("%s: pathlen underflow to %zd\n", __func__, fpl->debug.ni_pathlen));
5737 }
5738
5739 static void
5740 cache_fpl_pathlen_inc(struct cache_fpl *fpl)
5741 {
5742
5743         cache_fpl_pathlen_add(fpl, 1);
5744 }
5745
5746 static void
5747 cache_fpl_pathlen_dec(struct cache_fpl *fpl)
5748 {
5749
5750         cache_fpl_pathlen_sub(fpl, 1);
5751 }
5752 #else
5753 static void
5754 cache_fpl_pathlen_add(struct cache_fpl *fpl, size_t n)
5755 {
5756 }
5757
5758 static void
5759 cache_fpl_pathlen_sub(struct cache_fpl *fpl, size_t n)
5760 {
5761 }
5762
5763 static void
5764 cache_fpl_pathlen_inc(struct cache_fpl *fpl)
5765 {
5766 }
5767
5768 static void
5769 cache_fpl_pathlen_dec(struct cache_fpl *fpl)
5770 {
5771 }
5772 #endif
5773
5774 static void
5775 cache_fplookup_parse(struct cache_fpl *fpl)
5776 {
5777         struct nameidata *ndp;
5778         struct componentname *cnp;
5779         struct vnode *dvp;
5780         char *cp;
5781         uint32_t hash;
5782
5783         ndp = fpl->ndp;
5784         cnp = fpl->cnp;
5785         dvp = fpl->dvp;
5786
5787         /*
5788          * Find the end of this path component, it is either / or nul.
5789          *
5790          * Store / as a temporary sentinel so that we only have one character
5791          * to test for. Pathnames tend to be short so this should not be
5792          * resulting in cache misses.
5793          *
5794          * TODO: fix this to be word-sized.
5795          */
5796         MPASS(&cnp->cn_nameptr[fpl->debug.ni_pathlen - 1] >= cnp->cn_pnbuf);
5797         KASSERT(&cnp->cn_nameptr[fpl->debug.ni_pathlen - 1] == fpl->nulchar,
5798             ("%s: mismatch between pathlen (%zu) and nulchar (%p != %p), string [%s]\n",
5799             __func__, fpl->debug.ni_pathlen, &cnp->cn_nameptr[fpl->debug.ni_pathlen - 1],
5800             fpl->nulchar, cnp->cn_pnbuf));
5801         KASSERT(*fpl->nulchar == '\0',
5802             ("%s: expected nul at %p; string [%s]\n", __func__, fpl->nulchar,
5803             cnp->cn_pnbuf));
5804         hash = cache_get_hash_iter_start(dvp);
5805         *fpl->nulchar = '/';
5806         for (cp = cnp->cn_nameptr; *cp != '/'; cp++) {
5807                 KASSERT(*cp != '\0',
5808                     ("%s: encountered unexpected nul; string [%s]\n", __func__,
5809                     cnp->cn_nameptr));
5810                 hash = cache_get_hash_iter(*cp, hash);
5811                 continue;
5812         }
5813         *fpl->nulchar = '\0';
5814         fpl->hash = cache_get_hash_iter_finish(hash);
5815
5816         cnp->cn_namelen = cp - cnp->cn_nameptr;
5817         cache_fpl_pathlen_sub(fpl, cnp->cn_namelen);
5818
5819 #ifdef INVARIANTS
5820         /*
5821          * cache_get_hash only accepts lengths up to NAME_MAX. This is fine since
5822          * we are going to fail this lookup with ENAMETOOLONG (see below).
5823          */
5824         if (cnp->cn_namelen <= NAME_MAX) {
5825                 if (fpl->hash != cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp)) {
5826                         panic("%s: mismatched hash for [%s] len %ld", __func__,
5827                             cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen);
5828                 }
5829         }
5830 #endif
5831
5832         /*
5833          * Hack: we have to check if the found path component's length exceeds
5834          * NAME_MAX. However, the condition is very rarely true and check can
5835          * be elided in the common case -- if an entry was found in the cache,
5836          * then it could not have been too long to begin with.
5837          */
5838         ndp->ni_next = cp;
5839 }
5840
5841 static void
5842 cache_fplookup_parse_advance(struct cache_fpl *fpl)
5843 {
5844         struct nameidata *ndp;
5845         struct componentname *cnp;
5846
5847         ndp = fpl->ndp;
5848         cnp = fpl->cnp;
5849
5850         cnp->cn_nameptr = ndp->ni_next;
5851         KASSERT(*(cnp->cn_nameptr) == '/',
5852             ("%s: should have seen slash at %p ; buf %p [%s]\n", __func__,
5853             cnp->cn_nameptr, cnp->cn_pnbuf, cnp->cn_pnbuf));
5854         cnp->cn_nameptr++;
5855         cache_fpl_pathlen_dec(fpl);
5856 }
5857
5858 /*
5859  * Skip spurious slashes in a pathname (e.g., "foo///bar") and retry.
5860  *
5861  * Lockless lookup tries to elide checking for spurious slashes and should they
5862  * be present is guaranteed to fail to find an entry. In this case the caller
5863  * must check if the name starts with a slash and call this routine.  It is
5864  * going to fast forward across the spurious slashes and set the state up for
5865  * retry.
5866  */
5867 static int __noinline
5868 cache_fplookup_skip_slashes(struct cache_fpl *fpl)
5869 {
5870         struct nameidata *ndp;
5871         struct componentname *cnp;
5872
5873         ndp = fpl->ndp;
5874         cnp = fpl->cnp;
5875
5876         MPASS(*(cnp->cn_nameptr) == '/');
5877         do {
5878                 cnp->cn_nameptr++;
5879                 cache_fpl_pathlen_dec(fpl);
5880         } while (*(cnp->cn_nameptr) == '/');
5881
5882         /*
5883          * Go back to one slash so that cache_fplookup_parse_advance has
5884          * something to skip.
5885          */
5886         cnp->cn_nameptr--;
5887         cache_fpl_pathlen_inc(fpl);
5888
5889         /*
5890          * cache_fplookup_parse_advance starts from ndp->ni_next
5891          */
5892         ndp->ni_next = cnp->cn_nameptr;
5893
5894         /*
5895          * See cache_fplookup_dot.
5896          */
5897         fpl->tvp = fpl->dvp;
5898         fpl->tvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
5899
5900         return (0);
5901 }
5902
5903 /*
5904  * Handle trailing slashes (e.g., "foo/").
5905  *
5906  * If a trailing slash is found the terminal vnode must be a directory.
5907  * Regular lookup shortens the path by nulifying the first trailing slash and
5908  * sets the TRAILINGSLASH flag to denote this took place. There are several
5909  * checks on it performed later.
5910  *
5911  * Similarly to spurious slashes, lockless lookup handles this in a speculative
5912  * manner relying on an invariant that a non-directory vnode will get a miss.
5913  * In this case cn_nameptr[0] == '\0' and cn_namelen == 0.
5914  *
5915  * Thus for a path like "foo/bar/" the code unwinds the state back to "bar/"
5916  * and denotes this is the last path component, which avoids looping back.
5917  *
5918  * Only plain lookups are supported for now to restrict corner cases to handle.
5919  */
5920 static int __noinline
5921 cache_fplookup_trailingslash(struct cache_fpl *fpl)
5922 {
5923 #ifdef INVARIANTS
5924         size_t ni_pathlen;
5925 #endif
5926         struct nameidata *ndp;
5927         struct componentname *cnp;
5928         struct namecache *ncp;
5929         struct vnode *tvp;
5930         char *cn_nameptr_orig, *cn_nameptr_slash;
5931         seqc_t tvp_seqc;
5932         u_char nc_flag;
5933
5934         ndp = fpl->ndp;
5935         cnp = fpl->cnp;
5936         tvp = fpl->tvp;
5937         tvp_seqc = fpl->tvp_seqc;
5938
5939         MPASS(fpl->dvp == fpl->tvp);
5940         KASSERT(cache_fpl_istrailingslash(fpl),
5941             ("%s: expected trailing slash at %p; string [%s]\n", __func__, fpl->nulchar - 1,
5942             cnp->cn_pnbuf));
5943         KASSERT(cnp->cn_nameptr[0] == '\0',
5944             ("%s: expected nul char at %p; string [%s]\n", __func__, &cnp->cn_nameptr[0],
5945             cnp->cn_pnbuf));
5946         KASSERT(cnp->cn_namelen == 0,
5947             ("%s: namelen 0 but got %ld; string [%s]\n", __func__, cnp->cn_namelen,
5948             cnp->cn_pnbuf));
5949         MPASS(cnp->cn_nameptr > cnp->cn_pnbuf);
5950
5951         if (cnp->cn_nameiop != LOOKUP) {
5952                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5953         }
5954
5955         if (__predict_false(tvp->v_type != VDIR)) {
5956                 if (!vn_seqc_consistent(tvp, tvp_seqc)) {
5957                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5958                 }
5959                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
5960                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENOTDIR));
5961         }
5962
5963         /*
5964          * Denote the last component.
5965          */
5966         ndp->ni_next = &cnp->cn_nameptr[0];
5967         MPASS(cache_fpl_islastcn(ndp));
5968
5969         /*
5970          * Unwind trailing slashes.
5971          */
5972         cn_nameptr_orig = cnp->cn_nameptr;
5973         while (cnp->cn_nameptr >= cnp->cn_pnbuf) {
5974                 cnp->cn_nameptr--;
5975                 if (cnp->cn_nameptr[0] != '/') {
5976                         break;
5977                 }
5978         }
5979
5980         /*
5981          * Unwind to the beginning of the path component.
5982          *
5983          * Note the path may or may not have started with a slash.
5984          */
5985         cn_nameptr_slash = cnp->cn_nameptr;
5986         while (cnp->cn_nameptr > cnp->cn_pnbuf) {
5987                 cnp->cn_nameptr--;
5988                 if (cnp->cn_nameptr[0] == '/') {
5989                         break;
5990                 }
5991         }
5992         if (cnp->cn_nameptr[0] == '/') {
5993                 cnp->cn_nameptr++;
5994         }
5995
5996         cnp->cn_namelen = cn_nameptr_slash - cnp->cn_nameptr + 1;
5997         cache_fpl_pathlen_add(fpl, cn_nameptr_orig - cnp->cn_nameptr);
5998         cache_fpl_checkpoint(fpl);
5999
6000 #ifdef INVARIANTS
6001         ni_pathlen = fpl->nulchar - cnp->cn_nameptr + 1;
6002         if (ni_pathlen != fpl->debug.ni_pathlen) {
6003                 panic("%s: mismatch (%zu != %zu) nulchar %p nameptr %p [%s] ; full string [%s]\n",
6004                     __func__, ni_pathlen, fpl->debug.ni_pathlen, fpl->nulchar,
6005                     cnp->cn_nameptr, cnp->cn_nameptr, cnp->cn_pnbuf);
6006         }
6007 #endif
6008
6009         /*
6010          * If this was a "./" lookup the parent directory is already correct.
6011          */
6012         if (cnp->cn_nameptr[0] == '.' && cnp->cn_namelen == 1) {
6013                 return (0);
6014         }
6015
6016         /*
6017          * Otherwise we need to look it up.
6018          */
6019         tvp = fpl->tvp;
6020         ncp = atomic_load_consume_ptr(&tvp->v_cache_dd);
6021         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
6022                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
6023         }
6024         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
6025         if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
6026                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
6027         }
6028         fpl->dvp = ncp->nc_dvp;
6029         fpl->dvp_seqc = vn_seqc_read_any(fpl->dvp);
6030         if (seqc_in_modify(fpl->dvp_seqc)) {
6031                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
6032         }
6033         return (0);
6034 }
6035
6036 /*
6037  * See the API contract for VOP_FPLOOKUP_VEXEC.
6038  */
6039 static int __noinline
6040 cache_fplookup_failed_vexec(struct cache_fpl *fpl, int error)
6041 {
6042         struct componentname *cnp;
6043         struct vnode *dvp;
6044         seqc_t dvp_seqc;
6045
6046         cnp = fpl->cnp;
6047         dvp = fpl->dvp;
6048         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
6049
6050         /*
6051          * Hack: delayed empty path checking.
6052          */
6053         if (cnp->cn_pnbuf[0] == '\0') {
6054                 return (cache_fplookup_emptypath(fpl));
6055         }
6056
6057         /*
6058          * TODO: Due to ignoring trailing slashes lookup will perform a
6059          * permission check on the last dir when it should not be doing it.  It
6060          * may fail, but said failure should be ignored. It is possible to fix
6061          * it up fully without resorting to regular lookup, but for now just
6062          * abort.
6063          */
6064         if (cache_fpl_istrailingslash(fpl)) {
6065                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
6066         }
6067
6068         /*
6069          * Hack: delayed degenerate path checking.
6070          */
6071         if (cnp->cn_nameptr[0] == '\0' && fpl->tvp == NULL) {
6072                 return (cache_fplookup_degenerate(fpl));
6073         }
6074
6075         /*
6076          * Hack: delayed name len checking.
6077          */
6078         if (__predict_false(cnp->cn_namelen > NAME_MAX)) {
6079                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
6080                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENAMETOOLONG));
6081         }
6082
6083         /*
6084          * Hack: they may be looking up foo/bar, where foo is not a directory.
6085          * In such a case we need to return ENOTDIR, but we may happen to get
6086          * here with a different error.
6087          */
6088         if (dvp->v_type != VDIR) {
6089                 error = ENOTDIR;
6090         }
6091
6092         /*
6093          * Hack: handle O_SEARCH.
6094          *
6095          * Open Group Base Specifications Issue 7, 2018 edition states:
6096          * <quote>
6097          * If the access mode of the open file description associated with the
6098          * file descriptor is not O_SEARCH, the function shall check whether
6099          * directory searches are permitted using the current permissions of
6100          * the directory underlying the file descriptor. If the access mode is
6101          * O_SEARCH, the function shall not perform the check.
6102          * </quote>
6103          *
6104          * Regular lookup tests for the NOEXECCHECK flag for every path
6105          * component to decide whether to do the permission check. However,
6106          * since most lookups never have the flag (and when they do it is only
6107          * present for the first path component), lockless lookup only acts on
6108          * it if there is a permission problem. Here the flag is represented
6109          * with a boolean so that we don't have to clear it on the way out.
6110          *
6111          * For simplicity this always aborts.
6112          * TODO: check if this is the first lookup and ignore the permission
6113          * problem. Note the flag has to survive fallback (if it happens to be
6114          * performed).
6115          */
6116         if (fpl->fsearch) {
6117                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
6118         }
6119
6120         switch (error) {
6121         case EAGAIN:
6122                 if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
6123                         error = cache_fpl_aborted(fpl);
6124                 } else {
6125                         cache_fpl_partial(fpl);
6126                 }
6127                 break;
6128         default:
6129                 if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
6130                         error = cache_fpl_aborted(fpl);
6131                 } else {
6132                         cache_fpl_smr_exit(fpl);
6133                         cache_fpl_handled_error(fpl, error);
6134                 }
6135                 break;
6136         }
6137         return (error);
6138 }
6139
6140 static int
6141 cache_fplookup_impl(struct vnode *dvp, struct cache_fpl *fpl)
6142 {
6143         struct nameidata *ndp;
6144         struct componentname *cnp;
6145         struct mount *mp;
6146         int error;
6147
6148         ndp = fpl->ndp;
6149         cnp = fpl->cnp;
6150
6151         cache_fpl_checkpoint(fpl);
6152
6153         /*
6154          * The vnode at hand is almost always stable, skip checking for it.
6155          * Worst case this postpones the check towards the end of the iteration
6156          * of the main loop.
6157          */
6158         fpl->dvp = dvp;
6159         fpl->dvp_seqc = vn_seqc_read_notmodify(fpl->dvp);
6160
6161         mp = atomic_load_ptr(&dvp->v_mount);
6162         if (__predict_false(mp == NULL || !cache_fplookup_mp_supported(mp))) {
6163                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
6164         }
6165
6166         MPASS(fpl->tvp == NULL);
6167
6168         for (;;) {
6169                 cache_fplookup_parse(fpl);
6170
6171                 error = VOP_FPLOOKUP_VEXEC(fpl->dvp, cnp->cn_cred);
6172                 if (__predict_false(error != 0)) {
6173                         error = cache_fplookup_failed_vexec(fpl, error);
6174                         break;
6175                 }
6176
6177                 error = cache_fplookup_next(fpl);
6178                 if (__predict_false(cache_fpl_terminated(fpl))) {
6179                         break;
6180                 }
6181
6182                 VNPASS(!seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc), fpl->tvp);
6183
6184                 if (fpl->tvp->v_type == VLNK) {
6185                         error = cache_fplookup_symlink(fpl);
6186                         if (cache_fpl_terminated(fpl)) {
6187                                 break;
6188                         }
6189                 } else {
6190                         if (cache_fpl_islastcn(ndp)) {
6191                                 error = cache_fplookup_final(fpl);
6192                                 break;
6193                         }
6194
6195                         if (!vn_seqc_consistent(fpl->dvp, fpl->dvp_seqc)) {
6196                                 error = cache_fpl_aborted(fpl);
6197                                 break;
6198                         }
6199
6200                         fpl->dvp = fpl->tvp;
6201                         fpl->dvp_seqc = fpl->tvp_seqc;
6202                         cache_fplookup_parse_advance(fpl);
6203                 }
6204
6205                 cache_fpl_checkpoint(fpl);
6206         }
6207
6208         return (error);
6209 }
6210
6211 /*
6212  * Fast path lookup protected with SMR and sequence counters.
6213  *
6214  * Note: all VOP_FPLOOKUP_VEXEC routines have a comment referencing this one.
6215  *
6216  * Filesystems can opt in by setting the MNTK_FPLOOKUP flag and meeting criteria
6217  * outlined below.
6218  *
6219  * Traditional vnode lookup conceptually looks like this:
6220  *
6221  * vn_lock(current);
6222  * for (;;) {
6223  *      next = find();
6224  *      vn_lock(next);
6225  *      vn_unlock(current);
6226  *      current = next;
6227  *      if (last)
6228  *          break;
6229  * }
6230  * return (current);
6231  *
6232  * Each jump to the next vnode is safe memory-wise and atomic with respect to
6233  * any modifications thanks to holding respective locks.
6234  *
6235  * The same guarantee can be provided with a combination of safe memory
6236  * reclamation and sequence counters instead. If all operations which affect
6237  * the relationship between the current vnode and the one we are looking for
6238  * also modify the counter, we can verify whether all the conditions held as
6239  * we made the jump. This includes things like permissions, mount points etc.
6240  * Counter modification is provided by enclosing relevant places in
6241  * vn_seqc_write_begin()/end() calls.
6242  *
6243  * Thus this translates to:
6244  *
6245  * vfs_smr_enter();
6246  * dvp_seqc = seqc_read_any(dvp);
6247  * if (seqc_in_modify(dvp_seqc)) // someone is altering the vnode
6248  *     abort();
6249  * for (;;) {
6250  *      tvp = find();
6251  *      tvp_seqc = seqc_read_any(tvp);
6252  *      if (seqc_in_modify(tvp_seqc)) // someone is altering the target vnode
6253  *          abort();
6254  *      if (!seqc_consistent(dvp, dvp_seqc) // someone is altering the vnode
6255  *          abort();
6256  *      dvp = tvp; // we know nothing of importance has changed
6257  *      dvp_seqc = tvp_seqc; // store the counter for the tvp iteration
6258  *      if (last)
6259  *          break;
6260  * }
6261  * vget(); // secure the vnode
6262  * if (!seqc_consistent(tvp, tvp_seqc) // final check
6263  *          abort();
6264  * // at this point we know nothing has changed for any parent<->child pair
6265  * // as they were crossed during the lookup, meaning we matched the guarantee
6266  * // of the locked variant
6267  * return (tvp);
6268  *
6269  * The API contract for VOP_FPLOOKUP_VEXEC routines is as follows:
6270  * - they are called while within vfs_smr protection which they must never exit
6271  * - EAGAIN can be returned to denote checking could not be performed, it is
6272  *   always valid to return it
6273  * - if the sequence counter has not changed the result must be valid
6274  * - if the sequence counter has changed both false positives and false negatives
6275  *   are permitted (since the result will be rejected later)
6276  * - for simple cases of unix permission checks vaccess_vexec_smr can be used
6277  *
6278  * Caveats to watch out for:
6279  * - vnodes are passed unlocked and unreferenced with nothing stopping
6280  *   VOP_RECLAIM, in turn meaning that ->v_data can become NULL. It is advised
6281  *   to use atomic_load_ptr to fetch it.
6282  * - the aforementioned object can also get freed, meaning absent other means it
6283  *   should be protected with vfs_smr
6284  * - either safely checking permissions as they are modified or guaranteeing
6285  *   their stability is left to the routine
6286  */
6287 int
6288 cache_fplookup(struct nameidata *ndp, enum cache_fpl_status *status,
6289     struct pwd **pwdp)
6290 {
6291         struct cache_fpl fpl;
6292         struct pwd *pwd;
6293         struct vnode *dvp;
6294         struct componentname *cnp;
6295         int error;
6296
6297         fpl.status = CACHE_FPL_STATUS_UNSET;
6298         fpl.in_smr = false;
6299         fpl.ndp = ndp;
6300         fpl.cnp = cnp = &ndp->ni_cnd;
6301         MPASS(ndp->ni_lcf == 0);
6302         KASSERT ((cnp->cn_flags & CACHE_FPL_INTERNAL_CN_FLAGS) == 0,
6303             ("%s: internal flags found in cn_flags %" PRIx64, __func__,
6304             cnp->cn_flags));
6305         MPASS(cnp->cn_nameptr == cnp->cn_pnbuf);
6306         MPASS(ndp->ni_resflags == 0);
6307
6308         if (__predict_false(!cache_can_fplookup(&fpl))) {
6309                 *status = fpl.status;
6310                 SDT_PROBE3(vfs, fplookup, lookup, done, ndp, fpl.line, fpl.status);
6311                 return (EOPNOTSUPP);
6312         }
6313
6314         cache_fpl_checkpoint_outer(&fpl);
6315
6316         cache_fpl_smr_enter_initial(&fpl);
6317 #ifdef INVARIANTS
6318         fpl.debug.ni_pathlen = ndp->ni_pathlen;
6319 #endif
6320         fpl.nulchar = &cnp->cn_nameptr[ndp->ni_pathlen - 1];
6321         fpl.fsearch = false;
6322         fpl.tvp = NULL; /* for degenerate path handling */
6323         fpl.pwd = pwdp;
6324         pwd = pwd_get_smr();
6325         *(fpl.pwd) = pwd;
6326         namei_setup_rootdir(ndp, cnp, pwd);
6327         ndp->ni_topdir = pwd->pwd_jdir;
6328
6329         if (cnp->cn_pnbuf[0] == '/') {
6330                 dvp = cache_fpl_handle_root(&fpl);
6331                 ndp->ni_resflags = NIRES_ABS;
6332         } else {
6333                 if (ndp->ni_dirfd == AT_FDCWD) {
6334                         dvp = pwd->pwd_cdir;
6335                 } else {
6336                         error = cache_fplookup_dirfd(&fpl, &dvp);
6337                         if (__predict_false(error != 0)) {
6338                                 goto out;
6339                         }
6340                 }
6341         }
6342
6343         SDT_PROBE4(vfs, namei, lookup, entry, dvp, cnp->cn_pnbuf, cnp->cn_flags, true);
6344         error = cache_fplookup_impl(dvp, &fpl);
6345 out:
6346         cache_fpl_smr_assert_not_entered(&fpl);
6347         cache_fpl_assert_status(&fpl);
6348         *status = fpl.status;
6349         if (SDT_PROBES_ENABLED()) {
6350                 SDT_PROBE3(vfs, fplookup, lookup, done, ndp, fpl.line, fpl.status);
6351                 if (fpl.status == CACHE_FPL_STATUS_HANDLED)
6352                         SDT_PROBE4(vfs, namei, lookup, return, error, ndp->ni_vp, true,
6353                             ndp);
6354         }
6355
6356         if (__predict_true(fpl.status == CACHE_FPL_STATUS_HANDLED)) {
6357                 MPASS(error != CACHE_FPL_FAILED);
6358                 if (error != 0) {
6359                         cache_fpl_cleanup_cnp(fpl.cnp);
6360                         MPASS(fpl.dvp == NULL);
6361                         MPASS(fpl.tvp == NULL);
6362                 }
6363                 ndp->ni_dvp = fpl.dvp;
6364                 ndp->ni_vp = fpl.tvp;
6365         }
6366         return (error);
6367 }