]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/kern/vfs_cache.c
zfs: merge openzfs/zfs@14b43fbd9 (master) into main
[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  *      @(#)vfs_cache.c 8.5 (Berkeley) 3/22/95
35  */
36
37 #include <sys/cdefs.h>
38 __FBSDID("$FreeBSD$");
39
40 #include "opt_ddb.h"
41 #include "opt_ktrace.h"
42
43 #include <sys/param.h>
44 #include <sys/systm.h>
45 #include <sys/capsicum.h>
46 #include <sys/counter.h>
47 #include <sys/filedesc.h>
48 #include <sys/fnv_hash.h>
49 #include <sys/kernel.h>
50 #include <sys/ktr.h>
51 #include <sys/lock.h>
52 #include <sys/malloc.h>
53 #include <sys/fcntl.h>
54 #include <sys/jail.h>
55 #include <sys/mount.h>
56 #include <sys/namei.h>
57 #include <sys/proc.h>
58 #include <sys/seqc.h>
59 #include <sys/sdt.h>
60 #include <sys/smr.h>
61 #include <sys/smp.h>
62 #include <sys/syscallsubr.h>
63 #include <sys/sysctl.h>
64 #include <sys/sysproto.h>
65 #include <sys/vnode.h>
66 #include <ck_queue.h>
67 #ifdef KTRACE
68 #include <sys/ktrace.h>
69 #endif
70 #ifdef INVARIANTS
71 #include <machine/_inttypes.h>
72 #endif
73
74 #include <sys/capsicum.h>
75
76 #include <security/audit/audit.h>
77 #include <security/mac/mac_framework.h>
78
79 #ifdef DDB
80 #include <ddb/ddb.h>
81 #endif
82
83 #include <vm/uma.h>
84
85 /*
86  * High level overview of name caching in the VFS layer.
87  *
88  * Originally caching was implemented as part of UFS, later extracted to allow
89  * use by other filesystems. A decision was made to make it optional and
90  * completely detached from the rest of the kernel, which comes with limitations
91  * outlined near the end of this comment block.
92  *
93  * This fundamental choice needs to be revisited. In the meantime, the current
94  * state is described below. Significance of all notable routines is explained
95  * in comments placed above their implementation. Scattered thoroughout the
96  * file are TODO comments indicating shortcomings which can be fixed without
97  * reworking everything (most of the fixes will likely be reusable). Various
98  * details are omitted from this explanation to not clutter the overview, they
99  * have to be checked by reading the code and associated commentary.
100  *
101  * Keep in mind that it's individual path components which are cached, not full
102  * paths. That is, for a fully cached path "foo/bar/baz" there are 3 entries,
103  * one for each name.
104  *
105  * I. Data organization
106  *
107  * Entries are described by "struct namecache" objects and stored in a hash
108  * table. See cache_get_hash for more information.
109  *
110  * "struct vnode" contains pointers to source entries (names which can be found
111  * when traversing through said vnode), destination entries (names of that
112  * vnode (see "Limitations" for a breakdown on the subject) and a pointer to
113  * the parent vnode.
114  *
115  * The (directory vnode; name) tuple reliably determines the target entry if
116  * it exists.
117  *
118  * Since there are no small locks at this time (all are 32 bytes in size on
119  * LP64), the code works around the problem by introducing lock arrays to
120  * protect hash buckets and vnode lists.
121  *
122  * II. Filesystem integration
123  *
124  * Filesystems participating in name caching do the following:
125  * - set vop_lookup routine to vfs_cache_lookup
126  * - set vop_cachedlookup to whatever can perform the lookup if the above fails
127  * - if they support lockless lookup (see below), vop_fplookup_vexec and
128  *   vop_fplookup_symlink are set along with the MNTK_FPLOOKUP flag on the
129  *   mount point
130  * - call cache_purge or cache_vop_* routines to eliminate stale entries as
131  *   applicable
132  * - call cache_enter to add entries depending on the MAKEENTRY flag
133  *
134  * With the above in mind, there are 2 entry points when doing lookups:
135  * - ... -> namei -> cache_fplookup -- this is the default
136  * - ... -> VOP_LOOKUP -> vfs_cache_lookup -- normally only called by namei
137  *   should the above fail
138  *
139  * Example code flow how an entry is added:
140  * ... -> namei -> cache_fplookup -> cache_fplookup_noentry -> VOP_LOOKUP ->
141  * vfs_cache_lookup -> VOP_CACHEDLOOKUP -> ufs_lookup_ino -> cache_enter
142  *
143  * III. Performance considerations
144  *
145  * For lockless case forward lookup avoids any writes to shared areas apart
146  * from the terminal path component. In other words non-modifying lookups of
147  * different files don't suffer any scalability problems in the namecache.
148  * Looking up the same file is limited by VFS and goes beyond the scope of this
149  * file.
150  *
151  * At least on amd64 the single-threaded bottleneck for long paths is hashing
152  * (see cache_get_hash). There are cases where the code issues acquire fence
153  * multiple times, they can be combined on architectures which suffer from it.
154  *
155  * For locked case each encountered vnode has to be referenced and locked in
156  * order to be handed out to the caller (normally that's namei). This
157  * introduces significant hit single-threaded and serialization multi-threaded.
158  *
159  * Reverse lookup (e.g., "getcwd") fully scales provided it is fully cached --
160  * avoids any writes to shared areas to any components.
161  *
162  * Unrelated insertions are partially serialized on updating the global entry
163  * counter and possibly serialized on colliding bucket or vnode locks.
164  *
165  * IV. Observability
166  *
167  * Note not everything has an explicit dtrace probe nor it should have, thus
168  * some of the one-liners below depend on implementation details.
169  *
170  * Examples:
171  *
172  * # Check what lookups failed to be handled in a lockless manner. Column 1 is
173  * # line number, column 2 is status code (see cache_fpl_status)
174  * dtrace -n 'vfs:fplookup:lookup:done { @[arg1, arg2] = count(); }'
175  *
176  * # Lengths of names added by binary name
177  * dtrace -n 'fbt::cache_enter_time:entry { @[execname] = quantize(args[2]->cn_namelen); }'
178  *
179  * # Same as above but only those which exceed 64 characters
180  * dtrace -n 'fbt::cache_enter_time:entry /args[2]->cn_namelen > 64/ { @[execname] = quantize(args[2]->cn_namelen); }'
181  *
182  * # Who is performing lookups with spurious slashes (e.g., "foo//bar") and what
183  * # path is it
184  * dtrace -n 'fbt::cache_fplookup_skip_slashes:entry { @[execname, stringof(args[0]->cnp->cn_pnbuf)] = count(); }'
185  *
186  * V. Limitations and implementation defects
187  *
188  * - since it is possible there is no entry for an open file, tools like
189  *   "procstat" may fail to resolve fd -> vnode -> path to anything
190  * - even if a filesystem adds an entry, it may get purged (e.g., due to memory
191  *   shortage) in which case the above problem applies
192  * - hardlinks are not tracked, thus if a vnode is reachable in more than one
193  *   way, resolving a name may return a different path than the one used to
194  *   open it (even if said path is still valid)
195  * - by default entries are not added for newly created files
196  * - adding an entry may need to evict negative entry first, which happens in 2
197  *   distinct places (evicting on lookup, adding in a later VOP) making it
198  *   impossible to simply reuse it
199  * - there is a simple scheme to evict negative entries as the cache is approaching
200  *   its capacity, but it is very unclear if doing so is a good idea to begin with
201  * - vnodes are subject to being recycled even if target inode is left in memory,
202  *   which loses the name cache entries when it perhaps should not. in case of tmpfs
203  *   names get duplicated -- kept by filesystem itself and namecache separately
204  * - struct namecache has a fixed size and comes in 2 variants, often wasting space.
205  *   now hard to replace with malloc due to dependence on SMR.
206  * - lack of better integration with the kernel also turns nullfs into a layered
207  *   filesystem instead of something which can take advantage of caching
208  */
209
210 static SYSCTL_NODE(_vfs, OID_AUTO, cache, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
211     "Name cache");
212
213 SDT_PROVIDER_DECLARE(vfs);
214 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, enter, done, "struct vnode *", "char *",
215     "struct vnode *");
216 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, enter, duplicate, "struct vnode *", "char *",
217     "struct vnode *");
218 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, enter_negative, done, "struct vnode *",
219     "char *");
220 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, fullpath_smr, hit, "struct vnode *",
221     "const char *");
222 SDT_PROBE_DEFINE4(vfs, namecache, fullpath_smr, miss, "struct vnode *",
223     "struct namecache *", "int", "int");
224 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, fullpath, entry, "struct vnode *");
225 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, fullpath, hit, "struct vnode *",
226     "char *", "struct vnode *");
227 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, fullpath, miss, "struct vnode *");
228 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, fullpath, return, "int",
229     "struct vnode *", "char *");
230 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, lookup, hit, "struct vnode *", "char *",
231     "struct vnode *");
232 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, lookup, hit__negative,
233     "struct vnode *", "char *");
234 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, lookup, miss, "struct vnode *",
235     "char *");
236 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, removecnp, hit, "struct vnode *",
237     "struct componentname *");
238 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, removecnp, miss, "struct vnode *",
239     "struct componentname *");
240 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, purge, done, "struct vnode *");
241 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, purge, batch, "int");
242 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, purge_negative, done, "struct vnode *");
243 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, purgevfs, done, "struct mount *");
244 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, zap, done, "struct vnode *", "char *",
245     "struct vnode *");
246 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, zap_negative, done, "struct vnode *",
247     "char *");
248 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, evict_negative, done, "struct vnode *",
249     "char *");
250 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, symlink, alloc__fail, "size_t");
251
252 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, fplookup, lookup, done, "struct nameidata", "int", "bool");
253 SDT_PROBE_DECLARE(vfs, namei, lookup, entry);
254 SDT_PROBE_DECLARE(vfs, namei, lookup, return);
255
256 /*
257  * This structure describes the elements in the cache of recent
258  * names looked up by namei.
259  */
260 struct negstate {
261         u_char neg_flag;
262         u_char neg_hit;
263 };
264 _Static_assert(sizeof(struct negstate) <= sizeof(struct vnode *),
265     "the state must fit in a union with a pointer without growing it");
266
267 struct  namecache {
268         LIST_ENTRY(namecache) nc_src;   /* source vnode list */
269         TAILQ_ENTRY(namecache) nc_dst;  /* destination vnode list */
270         CK_SLIST_ENTRY(namecache) nc_hash;/* hash chain */
271         struct  vnode *nc_dvp;          /* vnode of parent of name */
272         union {
273                 struct  vnode *nu_vp;   /* vnode the name refers to */
274                 struct  negstate nu_neg;/* negative entry state */
275         } n_un;
276         u_char  nc_flag;                /* flag bits */
277         u_char  nc_nlen;                /* length of name */
278         char    nc_name[0];             /* segment name + nul */
279 };
280
281 /*
282  * struct namecache_ts repeats struct namecache layout up to the
283  * nc_nlen member.
284  * struct namecache_ts is used in place of struct namecache when time(s) need
285  * to be stored.  The nc_dotdottime field is used when a cache entry is mapping
286  * both a non-dotdot directory name plus dotdot for the directory's
287  * parent.
288  *
289  * See below for alignment requirement.
290  */
291 struct  namecache_ts {
292         struct  timespec nc_time;       /* timespec provided by fs */
293         struct  timespec nc_dotdottime; /* dotdot timespec provided by fs */
294         int     nc_ticks;               /* ticks value when entry was added */
295         int     nc_pad;
296         struct namecache nc_nc;
297 };
298
299 TAILQ_HEAD(cache_freebatch, namecache);
300
301 /*
302  * At least mips n32 performs 64-bit accesses to timespec as found
303  * in namecache_ts and requires them to be aligned. Since others
304  * may be in the same spot suffer a little bit and enforce the
305  * alignment for everyone. Note this is a nop for 64-bit platforms.
306  */
307 #define CACHE_ZONE_ALIGNMENT    UMA_ALIGNOF(time_t)
308
309 /*
310  * TODO: the initial value of CACHE_PATH_CUTOFF was inherited from the
311  * 4.4 BSD codebase. Later on struct namecache was tweaked to become
312  * smaller and the value was bumped to retain the total size, but it
313  * was never re-evaluated for suitability. A simple test counting
314  * lengths during package building shows that the value of 45 covers
315  * about 86% of all added entries, reaching 99% at 65.
316  *
317  * Regardless of the above, use of dedicated zones instead of malloc may be
318  * inducing additional waste. This may be hard to address as said zones are
319  * tied to VFS SMR. Even if retaining them, the current split should be
320  * re-evaluated.
321  */
322 #ifdef __LP64__
323 #define CACHE_PATH_CUTOFF       45
324 #define CACHE_LARGE_PAD         6
325 #else
326 #define CACHE_PATH_CUTOFF       41
327 #define CACHE_LARGE_PAD         2
328 #endif
329
330 #define CACHE_ZONE_SMALL_SIZE           (offsetof(struct namecache, nc_name) + CACHE_PATH_CUTOFF + 1)
331 #define CACHE_ZONE_SMALL_TS_SIZE        (offsetof(struct namecache_ts, nc_nc) + CACHE_ZONE_SMALL_SIZE)
332 #define CACHE_ZONE_LARGE_SIZE           (offsetof(struct namecache, nc_name) + NAME_MAX + 1 + CACHE_LARGE_PAD)
333 #define CACHE_ZONE_LARGE_TS_SIZE        (offsetof(struct namecache_ts, nc_nc) + CACHE_ZONE_LARGE_SIZE)
334
335 _Static_assert((CACHE_ZONE_SMALL_SIZE % (CACHE_ZONE_ALIGNMENT + 1)) == 0, "bad zone size");
336 _Static_assert((CACHE_ZONE_SMALL_TS_SIZE % (CACHE_ZONE_ALIGNMENT + 1)) == 0, "bad zone size");
337 _Static_assert((CACHE_ZONE_LARGE_SIZE % (CACHE_ZONE_ALIGNMENT + 1)) == 0, "bad zone size");
338 _Static_assert((CACHE_ZONE_LARGE_TS_SIZE % (CACHE_ZONE_ALIGNMENT + 1)) == 0, "bad zone size");
339
340 #define nc_vp           n_un.nu_vp
341 #define nc_neg          n_un.nu_neg
342
343 /*
344  * Flags in namecache.nc_flag
345  */
346 #define NCF_WHITE       0x01
347 #define NCF_ISDOTDOT    0x02
348 #define NCF_TS          0x04
349 #define NCF_DTS         0x08
350 #define NCF_DVDROP      0x10
351 #define NCF_NEGATIVE    0x20
352 #define NCF_INVALID     0x40
353 #define NCF_WIP         0x80
354
355 /*
356  * Flags in negstate.neg_flag
357  */
358 #define NEG_HOT         0x01
359
360 static bool     cache_neg_evict_cond(u_long lnumcache);
361
362 /*
363  * Mark an entry as invalid.
364  *
365  * This is called before it starts getting deconstructed.
366  */
367 static void
368 cache_ncp_invalidate(struct namecache *ncp)
369 {
370
371         KASSERT((ncp->nc_flag & NCF_INVALID) == 0,
372             ("%s: entry %p already invalid", __func__, ncp));
373         atomic_store_char(&ncp->nc_flag, ncp->nc_flag | NCF_INVALID);
374         atomic_thread_fence_rel();
375 }
376
377 /*
378  * Check whether the entry can be safely used.
379  *
380  * All places which elide locks are supposed to call this after they are
381  * done with reading from an entry.
382  */
383 #define cache_ncp_canuse(ncp)   ({                                      \
384         struct namecache *_ncp = (ncp);                                 \
385         u_char _nc_flag;                                                \
386                                                                         \
387         atomic_thread_fence_acq();                                      \
388         _nc_flag = atomic_load_char(&_ncp->nc_flag);                    \
389         __predict_true((_nc_flag & (NCF_INVALID | NCF_WIP)) == 0);      \
390 })
391
392 /*
393  * Like the above but also checks NCF_WHITE.
394  */
395 #define cache_fpl_neg_ncp_canuse(ncp)   ({                              \
396         struct namecache *_ncp = (ncp);                                 \
397         u_char _nc_flag;                                                \
398                                                                         \
399         atomic_thread_fence_acq();                                      \
400         _nc_flag = atomic_load_char(&_ncp->nc_flag);                    \
401         __predict_true((_nc_flag & (NCF_INVALID | NCF_WIP | NCF_WHITE)) == 0);  \
402 })
403
404 VFS_SMR_DECLARE;
405
406 static SYSCTL_NODE(_vfs_cache, OID_AUTO, param, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
407     "Name cache parameters");
408
409 static u_int __read_mostly      ncsize; /* the size as computed on creation or resizing */
410 SYSCTL_UINT(_vfs_cache_param, OID_AUTO, size, CTLFLAG_RW, &ncsize, 0,
411     "Total namecache capacity");
412
413 u_int ncsizefactor = 2;
414 SYSCTL_UINT(_vfs_cache_param, OID_AUTO, sizefactor, CTLFLAG_RW, &ncsizefactor, 0,
415     "Size factor for namecache");
416
417 static u_long __read_mostly     ncnegfactor = 5; /* ratio of negative entries */
418 SYSCTL_ULONG(_vfs_cache_param, OID_AUTO, negfactor, CTLFLAG_RW, &ncnegfactor, 0,
419     "Ratio of negative namecache entries");
420
421 /*
422  * Negative entry % of namecache capacity above which automatic eviction is allowed.
423  *
424  * Check cache_neg_evict_cond for details.
425  */
426 static u_int ncnegminpct = 3;
427
428 static u_int __read_mostly     neg_min; /* the above recomputed against ncsize */
429 SYSCTL_UINT(_vfs_cache_param, OID_AUTO, negmin, CTLFLAG_RD, &neg_min, 0,
430     "Negative entry count above which automatic eviction is allowed");
431
432 /*
433  * Structures associated with name caching.
434  */
435 #define NCHHASH(hash) \
436         (&nchashtbl[(hash) & nchash])
437 static __read_mostly CK_SLIST_HEAD(nchashhead, namecache) *nchashtbl;/* Hash Table */
438 static u_long __read_mostly     nchash;                 /* size of hash table */
439 SYSCTL_ULONG(_debug, OID_AUTO, nchash, CTLFLAG_RD, &nchash, 0,
440     "Size of namecache hash table");
441 static u_long __exclusive_cache_line    numneg; /* number of negative entries allocated */
442 static u_long __exclusive_cache_line    numcache;/* number of cache entries allocated */
443
444 struct nchstats nchstats;               /* cache effectiveness statistics */
445
446 static bool __read_frequently cache_fast_revlookup = true;
447 SYSCTL_BOOL(_vfs, OID_AUTO, cache_fast_revlookup, CTLFLAG_RW,
448     &cache_fast_revlookup, 0, "");
449
450 static bool __read_mostly cache_rename_add = true;
451 SYSCTL_BOOL(_vfs, OID_AUTO, cache_rename_add, CTLFLAG_RW,
452     &cache_rename_add, 0, "");
453
454 static u_int __exclusive_cache_line neg_cycle;
455
456 #define ncneghash       3
457 #define numneglists     (ncneghash + 1)
458
459 struct neglist {
460         struct mtx              nl_evict_lock;
461         struct mtx              nl_lock __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
462         TAILQ_HEAD(, namecache) nl_list;
463         TAILQ_HEAD(, namecache) nl_hotlist;
464         u_long                  nl_hotnum;
465 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
466
467 static struct neglist neglists[numneglists];
468
469 static inline struct neglist *
470 NCP2NEGLIST(struct namecache *ncp)
471 {
472
473         return (&neglists[(((uintptr_t)(ncp) >> 8) & ncneghash)]);
474 }
475
476 static inline struct negstate *
477 NCP2NEGSTATE(struct namecache *ncp)
478 {
479
480         MPASS(atomic_load_char(&ncp->nc_flag) & NCF_NEGATIVE);
481         return (&ncp->nc_neg);
482 }
483
484 #define numbucketlocks (ncbuckethash + 1)
485 static u_int __read_mostly  ncbuckethash;
486 static struct mtx_padalign __read_mostly  *bucketlocks;
487 #define HASH2BUCKETLOCK(hash) \
488         ((struct mtx *)(&bucketlocks[((hash) & ncbuckethash)]))
489
490 #define numvnodelocks (ncvnodehash + 1)
491 static u_int __read_mostly  ncvnodehash;
492 static struct mtx __read_mostly *vnodelocks;
493 static inline struct mtx *
494 VP2VNODELOCK(struct vnode *vp)
495 {
496
497         return (&vnodelocks[(((uintptr_t)(vp) >> 8) & ncvnodehash)]);
498 }
499
500 static void
501 cache_out_ts(struct namecache *ncp, struct timespec *tsp, int *ticksp)
502 {
503         struct namecache_ts *ncp_ts;
504
505         KASSERT((ncp->nc_flag & NCF_TS) != 0 ||
506             (tsp == NULL && ticksp == NULL),
507             ("No NCF_TS"));
508
509         if (tsp == NULL)
510                 return;
511
512         ncp_ts = __containerof(ncp, struct namecache_ts, nc_nc);
513         *tsp = ncp_ts->nc_time;
514         *ticksp = ncp_ts->nc_ticks;
515 }
516
517 #ifdef DEBUG_CACHE
518 static int __read_mostly        doingcache = 1; /* 1 => enable the cache */
519 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, vfscache, CTLFLAG_RW, &doingcache, 0,
520     "VFS namecache enabled");
521 #endif
522
523 /* Export size information to userland */
524 SYSCTL_INT(_debug_sizeof, OID_AUTO, namecache, CTLFLAG_RD, SYSCTL_NULL_INT_PTR,
525     sizeof(struct namecache), "sizeof(struct namecache)");
526
527 /*
528  * The new name cache statistics
529  */
530 static SYSCTL_NODE(_vfs_cache, OID_AUTO, stats, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
531     "Name cache statistics");
532
533 #define STATNODE_ULONG(name, varname, descr)                                    \
534         SYSCTL_ULONG(_vfs_cache_stats, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, &varname, 0, descr);
535 #define STATNODE_COUNTER(name, varname, descr)                                  \
536         static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(varname);                               \
537         SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_stats, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, &varname, \
538             descr);
539 STATNODE_ULONG(neg, numneg, "Number of negative cache entries");
540 STATNODE_ULONG(count, numcache, "Number of cache entries");
541 STATNODE_COUNTER(heldvnodes, numcachehv, "Number of namecache entries with vnodes held");
542 STATNODE_COUNTER(drops, numdrops, "Number of dropped entries due to reaching the limit");
543 STATNODE_COUNTER(dothits, dothits, "Number of '.' hits");
544 STATNODE_COUNTER(dotdothis, dotdothits, "Number of '..' hits");
545 STATNODE_COUNTER(miss, nummiss, "Number of cache misses");
546 STATNODE_COUNTER(misszap, nummisszap, "Number of cache misses we do not want to cache");
547 STATNODE_COUNTER(posszaps, numposzaps,
548     "Number of cache hits (positive) we do not want to cache");
549 STATNODE_COUNTER(poshits, numposhits, "Number of cache hits (positive)");
550 STATNODE_COUNTER(negzaps, numnegzaps,
551     "Number of cache hits (negative) we do not want to cache");
552 STATNODE_COUNTER(neghits, numneghits, "Number of cache hits (negative)");
553 /* These count for vn_getcwd(), too. */
554 STATNODE_COUNTER(fullpathcalls, numfullpathcalls, "Number of fullpath search calls");
555 STATNODE_COUNTER(fullpathfail1, numfullpathfail1, "Number of fullpath search errors (ENOTDIR)");
556 STATNODE_COUNTER(fullpathfail2, numfullpathfail2,
557     "Number of fullpath search errors (VOP_VPTOCNP failures)");
558 STATNODE_COUNTER(fullpathfail4, numfullpathfail4, "Number of fullpath search errors (ENOMEM)");
559 STATNODE_COUNTER(fullpathfound, numfullpathfound, "Number of successful fullpath calls");
560 STATNODE_COUNTER(symlinktoobig, symlinktoobig, "Number of times symlink did not fit the cache");
561
562 /*
563  * Debug or developer statistics.
564  */
565 static SYSCTL_NODE(_vfs_cache, OID_AUTO, debug, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
566     "Name cache debugging");
567 #define DEBUGNODE_ULONG(name, varname, descr)                                   \
568         SYSCTL_ULONG(_vfs_cache_debug, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, &varname, 0, descr);
569 #define DEBUGNODE_COUNTER(name, varname, descr)                                 \
570         static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(varname);                               \
571         SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_debug, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, &varname, \
572             descr);
573 DEBUGNODE_COUNTER(zap_bucket_relock_success, zap_bucket_relock_success,
574     "Number of successful removals after relocking");
575 static long zap_bucket_fail;
576 DEBUGNODE_ULONG(zap_bucket_fail, zap_bucket_fail, "");
577 static long zap_bucket_fail2;
578 DEBUGNODE_ULONG(zap_bucket_fail2, zap_bucket_fail2, "");
579 static long cache_lock_vnodes_cel_3_failures;
580 DEBUGNODE_ULONG(vnodes_cel_3_failures, cache_lock_vnodes_cel_3_failures,
581     "Number of times 3-way vnode locking failed");
582
583 static void cache_zap_locked(struct namecache *ncp);
584 static int vn_fullpath_hardlink(struct nameidata *ndp, char **retbuf,
585     char **freebuf, size_t *buflen);
586 static int vn_fullpath_any_smr(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf,
587     char **retbuf, size_t *buflen, size_t addend);
588 static int vn_fullpath_any(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf,
589     char **retbuf, size_t *buflen);
590 static int vn_fullpath_dir(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf,
591     char **retbuf, size_t *len, size_t addend);
592
593 static MALLOC_DEFINE(M_VFSCACHE, "vfscache", "VFS name cache entries");
594
595 static inline void
596 cache_assert_vlp_locked(struct mtx *vlp)
597 {
598
599         if (vlp != NULL)
600                 mtx_assert(vlp, MA_OWNED);
601 }
602
603 static inline void
604 cache_assert_vnode_locked(struct vnode *vp)
605 {
606         struct mtx *vlp;
607
608         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
609         cache_assert_vlp_locked(vlp);
610 }
611
612 /*
613  * Directory vnodes with entries are held for two reasons:
614  * 1. make them less of a target for reclamation in vnlru
615  * 2. suffer smaller performance penalty in locked lookup as requeieing is avoided
616  *
617  * It will be feasible to stop doing it altogether if all filesystems start
618  * supporting lockless lookup.
619  */
620 static void
621 cache_hold_vnode(struct vnode *vp)
622 {
623
624         cache_assert_vnode_locked(vp);
625         VNPASS(LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src), vp);
626         vhold(vp);
627         counter_u64_add(numcachehv, 1);
628 }
629
630 static void
631 cache_drop_vnode(struct vnode *vp)
632 {
633
634         /*
635          * Called after all locks are dropped, meaning we can't assert
636          * on the state of v_cache_src.
637          */
638         vdrop(vp);
639         counter_u64_add(numcachehv, -1);
640 }
641
642 /*
643  * UMA zones.
644  */
645 static uma_zone_t __read_mostly cache_zone_small;
646 static uma_zone_t __read_mostly cache_zone_small_ts;
647 static uma_zone_t __read_mostly cache_zone_large;
648 static uma_zone_t __read_mostly cache_zone_large_ts;
649
650 char *
651 cache_symlink_alloc(size_t size, int flags)
652 {
653
654         if (size < CACHE_ZONE_SMALL_SIZE) {
655                 return (uma_zalloc_smr(cache_zone_small, flags));
656         }
657         if (size < CACHE_ZONE_LARGE_SIZE) {
658                 return (uma_zalloc_smr(cache_zone_large, flags));
659         }
660         counter_u64_add(symlinktoobig, 1);
661         SDT_PROBE1(vfs, namecache, symlink, alloc__fail, size);
662         return (NULL);
663 }
664
665 void
666 cache_symlink_free(char *string, size_t size)
667 {
668
669         MPASS(string != NULL);
670         KASSERT(size < CACHE_ZONE_LARGE_SIZE,
671             ("%s: size %zu too big", __func__, size));
672
673         if (size < CACHE_ZONE_SMALL_SIZE) {
674                 uma_zfree_smr(cache_zone_small, string);
675                 return;
676         }
677         if (size < CACHE_ZONE_LARGE_SIZE) {
678                 uma_zfree_smr(cache_zone_large, string);
679                 return;
680         }
681         __assert_unreachable();
682 }
683
684 static struct namecache *
685 cache_alloc_uma(int len, bool ts)
686 {
687         struct namecache_ts *ncp_ts;
688         struct namecache *ncp;
689
690         if (__predict_false(ts)) {
691                 if (len <= CACHE_PATH_CUTOFF)
692                         ncp_ts = uma_zalloc_smr(cache_zone_small_ts, M_WAITOK);
693                 else
694                         ncp_ts = uma_zalloc_smr(cache_zone_large_ts, M_WAITOK);
695                 ncp = &ncp_ts->nc_nc;
696         } else {
697                 if (len <= CACHE_PATH_CUTOFF)
698                         ncp = uma_zalloc_smr(cache_zone_small, M_WAITOK);
699                 else
700                         ncp = uma_zalloc_smr(cache_zone_large, M_WAITOK);
701         }
702         return (ncp);
703 }
704
705 static void
706 cache_free_uma(struct namecache *ncp)
707 {
708         struct namecache_ts *ncp_ts;
709
710         if (__predict_false(ncp->nc_flag & NCF_TS)) {
711                 ncp_ts = __containerof(ncp, struct namecache_ts, nc_nc);
712                 if (ncp->nc_nlen <= CACHE_PATH_CUTOFF)
713                         uma_zfree_smr(cache_zone_small_ts, ncp_ts);
714                 else
715                         uma_zfree_smr(cache_zone_large_ts, ncp_ts);
716         } else {
717                 if (ncp->nc_nlen <= CACHE_PATH_CUTOFF)
718                         uma_zfree_smr(cache_zone_small, ncp);
719                 else
720                         uma_zfree_smr(cache_zone_large, ncp);
721         }
722 }
723
724 static struct namecache *
725 cache_alloc(int len, bool ts)
726 {
727         u_long lnumcache;
728
729         /*
730          * Avoid blowout in namecache entries.
731          *
732          * Bugs:
733          * 1. filesystems may end up trying to add an already existing entry
734          * (for example this can happen after a cache miss during concurrent
735          * lookup), in which case we will call cache_neg_evict despite not
736          * adding anything.
737          * 2. the routine may fail to free anything and no provisions are made
738          * to make it try harder (see the inside for failure modes)
739          * 3. it only ever looks at negative entries.
740          */
741         lnumcache = atomic_fetchadd_long(&numcache, 1) + 1;
742         if (cache_neg_evict_cond(lnumcache)) {
743                 lnumcache = atomic_load_long(&numcache);
744         }
745         if (__predict_false(lnumcache >= ncsize)) {
746                 atomic_subtract_long(&numcache, 1);
747                 counter_u64_add(numdrops, 1);
748                 return (NULL);
749         }
750         return (cache_alloc_uma(len, ts));
751 }
752
753 static void
754 cache_free(struct namecache *ncp)
755 {
756
757         MPASS(ncp != NULL);
758         if ((ncp->nc_flag & NCF_DVDROP) != 0) {
759                 cache_drop_vnode(ncp->nc_dvp);
760         }
761         cache_free_uma(ncp);
762         atomic_subtract_long(&numcache, 1);
763 }
764
765 static void
766 cache_free_batch(struct cache_freebatch *batch)
767 {
768         struct namecache *ncp, *nnp;
769         int i;
770
771         i = 0;
772         if (TAILQ_EMPTY(batch))
773                 goto out;
774         TAILQ_FOREACH_SAFE(ncp, batch, nc_dst, nnp) {
775                 if ((ncp->nc_flag & NCF_DVDROP) != 0) {
776                         cache_drop_vnode(ncp->nc_dvp);
777                 }
778                 cache_free_uma(ncp);
779                 i++;
780         }
781         atomic_subtract_long(&numcache, i);
782 out:
783         SDT_PROBE1(vfs, namecache, purge, batch, i);
784 }
785
786 /*
787  * Hashing.
788  *
789  * The code was made to use FNV in 2001 and this choice needs to be revisited.
790  *
791  * Short summary of the difficulty:
792  * The longest name which can be inserted is NAME_MAX characters in length (or
793  * 255 at the time of writing this comment), while majority of names used in
794  * practice are significantly shorter (mostly below 10). More importantly
795  * majority of lookups performed find names are even shorter than that.
796  *
797  * This poses a problem where hashes which do better than FNV past word size
798  * (or so) tend to come with additional overhead when finalizing the result,
799  * making them noticeably slower for the most commonly used range.
800  *
801  * Consider a path like: /usr/obj/usr/src/sys/amd64/GENERIC/vnode_if.c
802  *
803  * When looking it up the most time consuming part by a large margin (at least
804  * on amd64) is hashing.  Replacing FNV with something which pessimizes short
805  * input would make the slowest part stand out even more.
806  */
807
808 /*
809  * TODO: With the value stored we can do better than computing the hash based
810  * on the address.
811  */
812 static void
813 cache_prehash(struct vnode *vp)
814 {
815
816         vp->v_nchash = fnv_32_buf(&vp, sizeof(vp), FNV1_32_INIT);
817 }
818
819 static uint32_t
820 cache_get_hash(char *name, u_char len, struct vnode *dvp)
821 {
822
823         return (fnv_32_buf(name, len, dvp->v_nchash));
824 }
825
826 static uint32_t
827 cache_get_hash_iter_start(struct vnode *dvp)
828 {
829
830         return (dvp->v_nchash);
831 }
832
833 static uint32_t
834 cache_get_hash_iter(char c, uint32_t hash)
835 {
836
837         return (fnv_32_buf(&c, 1, hash));
838 }
839
840 static uint32_t
841 cache_get_hash_iter_finish(uint32_t hash)
842 {
843
844         return (hash);
845 }
846
847 static inline struct nchashhead *
848 NCP2BUCKET(struct namecache *ncp)
849 {
850         uint32_t hash;
851
852         hash = cache_get_hash(ncp->nc_name, ncp->nc_nlen, ncp->nc_dvp);
853         return (NCHHASH(hash));
854 }
855
856 static inline struct mtx *
857 NCP2BUCKETLOCK(struct namecache *ncp)
858 {
859         uint32_t hash;
860
861         hash = cache_get_hash(ncp->nc_name, ncp->nc_nlen, ncp->nc_dvp);
862         return (HASH2BUCKETLOCK(hash));
863 }
864
865 #ifdef INVARIANTS
866 static void
867 cache_assert_bucket_locked(struct namecache *ncp)
868 {
869         struct mtx *blp;
870
871         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
872         mtx_assert(blp, MA_OWNED);
873 }
874
875 static void
876 cache_assert_bucket_unlocked(struct namecache *ncp)
877 {
878         struct mtx *blp;
879
880         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
881         mtx_assert(blp, MA_NOTOWNED);
882 }
883 #else
884 #define cache_assert_bucket_locked(x) do { } while (0)
885 #define cache_assert_bucket_unlocked(x) do { } while (0)
886 #endif
887
888 #define cache_sort_vnodes(x, y) _cache_sort_vnodes((void **)(x), (void **)(y))
889 static void
890 _cache_sort_vnodes(void **p1, void **p2)
891 {
892         void *tmp;
893
894         MPASS(*p1 != NULL || *p2 != NULL);
895
896         if (*p1 > *p2) {
897                 tmp = *p2;
898                 *p2 = *p1;
899                 *p1 = tmp;
900         }
901 }
902
903 static void
904 cache_lock_all_buckets(void)
905 {
906         u_int i;
907
908         for (i = 0; i < numbucketlocks; i++)
909                 mtx_lock(&bucketlocks[i]);
910 }
911
912 static void
913 cache_unlock_all_buckets(void)
914 {
915         u_int i;
916
917         for (i = 0; i < numbucketlocks; i++)
918                 mtx_unlock(&bucketlocks[i]);
919 }
920
921 static void
922 cache_lock_all_vnodes(void)
923 {
924         u_int i;
925
926         for (i = 0; i < numvnodelocks; i++)
927                 mtx_lock(&vnodelocks[i]);
928 }
929
930 static void
931 cache_unlock_all_vnodes(void)
932 {
933         u_int i;
934
935         for (i = 0; i < numvnodelocks; i++)
936                 mtx_unlock(&vnodelocks[i]);
937 }
938
939 static int
940 cache_trylock_vnodes(struct mtx *vlp1, struct mtx *vlp2)
941 {
942
943         cache_sort_vnodes(&vlp1, &vlp2);
944
945         if (vlp1 != NULL) {
946                 if (!mtx_trylock(vlp1))
947                         return (EAGAIN);
948         }
949         if (!mtx_trylock(vlp2)) {
950                 if (vlp1 != NULL)
951                         mtx_unlock(vlp1);
952                 return (EAGAIN);
953         }
954
955         return (0);
956 }
957
958 static void
959 cache_lock_vnodes(struct mtx *vlp1, struct mtx *vlp2)
960 {
961
962         MPASS(vlp1 != NULL || vlp2 != NULL);
963         MPASS(vlp1 <= vlp2);
964
965         if (vlp1 != NULL)
966                 mtx_lock(vlp1);
967         if (vlp2 != NULL)
968                 mtx_lock(vlp2);
969 }
970
971 static void
972 cache_unlock_vnodes(struct mtx *vlp1, struct mtx *vlp2)
973 {
974
975         MPASS(vlp1 != NULL || vlp2 != NULL);
976
977         if (vlp1 != NULL)
978                 mtx_unlock(vlp1);
979         if (vlp2 != NULL)
980                 mtx_unlock(vlp2);
981 }
982
983 static int
984 sysctl_nchstats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
985 {
986         struct nchstats snap;
987
988         if (req->oldptr == NULL)
989                 return (SYSCTL_OUT(req, 0, sizeof(snap)));
990
991         snap = nchstats;
992         snap.ncs_goodhits = counter_u64_fetch(numposhits);
993         snap.ncs_neghits = counter_u64_fetch(numneghits);
994         snap.ncs_badhits = counter_u64_fetch(numposzaps) +
995             counter_u64_fetch(numnegzaps);
996         snap.ncs_miss = counter_u64_fetch(nummisszap) +
997             counter_u64_fetch(nummiss);
998
999         return (SYSCTL_OUT(req, &snap, sizeof(snap)));
1000 }
1001 SYSCTL_PROC(_vfs_cache, OID_AUTO, nchstats, CTLTYPE_OPAQUE | CTLFLAG_RD |
1002     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_nchstats, "LU",
1003     "VFS cache effectiveness statistics");
1004
1005 static void
1006 cache_recalc_neg_min(u_int val)
1007 {
1008
1009         neg_min = (ncsize * val) / 100;
1010 }
1011
1012 static int
1013 sysctl_negminpct(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1014 {
1015         u_int val;
1016         int error;
1017
1018         val = ncnegminpct;
1019         error = sysctl_handle_int(oidp, &val, 0, req);
1020         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
1021                 return (error);
1022
1023         if (val == ncnegminpct)
1024                 return (0);
1025         if (val < 0 || val > 99)
1026                 return (EINVAL);
1027         ncnegminpct = val;
1028         cache_recalc_neg_min(val);
1029         return (0);
1030 }
1031
1032 SYSCTL_PROC(_vfs_cache_param, OID_AUTO, negminpct,
1033     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, NULL, 0, sysctl_negminpct,
1034     "I", "Negative entry \% of namecache capacity above which automatic eviction is allowed");
1035
1036 #ifdef DIAGNOSTIC
1037 /*
1038  * Grab an atomic snapshot of the name cache hash chain lengths
1039  */
1040 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, hashstat,
1041     CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, NULL,
1042     "hash table stats");
1043
1044 static int
1045 sysctl_debug_hashstat_rawnchash(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1046 {
1047         struct nchashhead *ncpp;
1048         struct namecache *ncp;
1049         int i, error, n_nchash, *cntbuf;
1050
1051 retry:
1052         n_nchash = nchash + 1;  /* nchash is max index, not count */
1053         if (req->oldptr == NULL)
1054                 return SYSCTL_OUT(req, 0, n_nchash * sizeof(int));
1055         cntbuf = malloc(n_nchash * sizeof(int), M_TEMP, M_ZERO | M_WAITOK);
1056         cache_lock_all_buckets();
1057         if (n_nchash != nchash + 1) {
1058                 cache_unlock_all_buckets();
1059                 free(cntbuf, M_TEMP);
1060                 goto retry;
1061         }
1062         /* Scan hash tables counting entries */
1063         for (ncpp = nchashtbl, i = 0; i < n_nchash; ncpp++, i++)
1064                 CK_SLIST_FOREACH(ncp, ncpp, nc_hash)
1065                         cntbuf[i]++;
1066         cache_unlock_all_buckets();
1067         for (error = 0, i = 0; i < n_nchash; i++)
1068                 if ((error = SYSCTL_OUT(req, &cntbuf[i], sizeof(int))) != 0)
1069                         break;
1070         free(cntbuf, M_TEMP);
1071         return (error);
1072 }
1073 SYSCTL_PROC(_debug_hashstat, OID_AUTO, rawnchash, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RD|
1074     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_debug_hashstat_rawnchash, "S,int",
1075     "nchash chain lengths");
1076
1077 static int
1078 sysctl_debug_hashstat_nchash(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1079 {
1080         int error;
1081         struct nchashhead *ncpp;
1082         struct namecache *ncp;
1083         int n_nchash;
1084         int count, maxlength, used, pct;
1085
1086         if (!req->oldptr)
1087                 return SYSCTL_OUT(req, 0, 4 * sizeof(int));
1088
1089         cache_lock_all_buckets();
1090         n_nchash = nchash + 1;  /* nchash is max index, not count */
1091         used = 0;
1092         maxlength = 0;
1093
1094         /* Scan hash tables for applicable entries */
1095         for (ncpp = nchashtbl; n_nchash > 0; n_nchash--, ncpp++) {
1096                 count = 0;
1097                 CK_SLIST_FOREACH(ncp, ncpp, nc_hash) {
1098                         count++;
1099                 }
1100                 if (count)
1101                         used++;
1102                 if (maxlength < count)
1103                         maxlength = count;
1104         }
1105         n_nchash = nchash + 1;
1106         cache_unlock_all_buckets();
1107         pct = (used * 100) / (n_nchash / 100);
1108         error = SYSCTL_OUT(req, &n_nchash, sizeof(n_nchash));
1109         if (error)
1110                 return (error);
1111         error = SYSCTL_OUT(req, &used, sizeof(used));
1112         if (error)
1113                 return (error);
1114         error = SYSCTL_OUT(req, &maxlength, sizeof(maxlength));
1115         if (error)
1116                 return (error);
1117         error = SYSCTL_OUT(req, &pct, sizeof(pct));
1118         if (error)
1119                 return (error);
1120         return (0);
1121 }
1122 SYSCTL_PROC(_debug_hashstat, OID_AUTO, nchash, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RD|
1123     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_debug_hashstat_nchash, "I",
1124     "nchash statistics (number of total/used buckets, maximum chain length, usage percentage)");
1125 #endif
1126
1127 /*
1128  * Negative entries management
1129  *
1130  * Various workloads create plenty of negative entries and barely use them
1131  * afterwards. Moreover malicious users can keep performing bogus lookups
1132  * adding even more entries. For example "make tinderbox" as of writing this
1133  * comment ends up with 2.6M namecache entries in total, 1.2M of which are
1134  * negative.
1135  *
1136  * As such, a rather aggressive eviction method is needed. The currently
1137  * employed method is a placeholder.
1138  *
1139  * Entries are split over numneglists separate lists, each of which is further
1140  * split into hot and cold entries. Entries get promoted after getting a hit.
1141  * Eviction happens on addition of new entry.
1142  */
1143 static SYSCTL_NODE(_vfs_cache, OID_AUTO, neg, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
1144     "Name cache negative entry statistics");
1145
1146 SYSCTL_ULONG(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, count, CTLFLAG_RD, &numneg, 0,
1147     "Number of negative cache entries");
1148
1149 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(neg_created);
1150 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, created, CTLFLAG_RD, &neg_created,
1151     "Number of created negative entries");
1152
1153 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(neg_evicted);
1154 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, evicted, CTLFLAG_RD, &neg_evicted,
1155     "Number of evicted negative entries");
1156
1157 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(neg_evict_skipped_empty);
1158 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, evict_skipped_empty, CTLFLAG_RD,
1159     &neg_evict_skipped_empty,
1160     "Number of times evicting failed due to lack of entries");
1161
1162 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(neg_evict_skipped_missed);
1163 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, evict_skipped_missed, CTLFLAG_RD,
1164     &neg_evict_skipped_missed,
1165     "Number of times evicting failed due to target entry disappearing");
1166
1167 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(neg_evict_skipped_contended);
1168 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, evict_skipped_contended, CTLFLAG_RD,
1169     &neg_evict_skipped_contended,
1170     "Number of times evicting failed due to contention");
1171
1172 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, hits, CTLFLAG_RD, &numneghits,
1173     "Number of cache hits (negative)");
1174
1175 static int
1176 sysctl_neg_hot(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1177 {
1178         int i, out;
1179
1180         out = 0;
1181         for (i = 0; i < numneglists; i++)
1182                 out += neglists[i].nl_hotnum;
1183
1184         return (SYSCTL_OUT(req, &out, sizeof(out)));
1185 }
1186 SYSCTL_PROC(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, hot, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RD |
1187     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_neg_hot, "I",
1188     "Number of hot negative entries");
1189
1190 static void
1191 cache_neg_init(struct namecache *ncp)
1192 {
1193         struct negstate *ns;
1194
1195         ncp->nc_flag |= NCF_NEGATIVE;
1196         ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1197         ns->neg_flag = 0;
1198         ns->neg_hit = 0;
1199         counter_u64_add(neg_created, 1);
1200 }
1201
1202 #define CACHE_NEG_PROMOTION_THRESH 2
1203
1204 static bool
1205 cache_neg_hit_prep(struct namecache *ncp)
1206 {
1207         struct negstate *ns;
1208         u_char n;
1209
1210         ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1211         n = atomic_load_char(&ns->neg_hit);
1212         for (;;) {
1213                 if (n >= CACHE_NEG_PROMOTION_THRESH)
1214                         return (false);
1215                 if (atomic_fcmpset_8(&ns->neg_hit, &n, n + 1))
1216                         break;
1217         }
1218         return (n + 1 == CACHE_NEG_PROMOTION_THRESH);
1219 }
1220
1221 /*
1222  * Nothing to do here but it is provided for completeness as some
1223  * cache_neg_hit_prep callers may end up returning without even
1224  * trying to promote.
1225  */
1226 #define cache_neg_hit_abort(ncp)        do { } while (0)
1227
1228 static void
1229 cache_neg_hit_finish(struct namecache *ncp)
1230 {
1231
1232         SDT_PROBE2(vfs, namecache, lookup, hit__negative, ncp->nc_dvp, ncp->nc_name);
1233         counter_u64_add(numneghits, 1);
1234 }
1235
1236 /*
1237  * Move a negative entry to the hot list.
1238  */
1239 static void
1240 cache_neg_promote_locked(struct namecache *ncp)
1241 {
1242         struct neglist *nl;
1243         struct negstate *ns;
1244
1245         ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1246         nl = NCP2NEGLIST(ncp);
1247         mtx_assert(&nl->nl_lock, MA_OWNED);
1248         if ((ns->neg_flag & NEG_HOT) == 0) {
1249                 TAILQ_REMOVE(&nl->nl_list, ncp, nc_dst);
1250                 TAILQ_INSERT_TAIL(&nl->nl_hotlist, ncp, nc_dst);
1251                 nl->nl_hotnum++;
1252                 ns->neg_flag |= NEG_HOT;
1253         }
1254 }
1255
1256 /*
1257  * Move a hot negative entry to the cold list.
1258  */
1259 static void
1260 cache_neg_demote_locked(struct namecache *ncp)
1261 {
1262         struct neglist *nl;
1263         struct negstate *ns;
1264
1265         ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1266         nl = NCP2NEGLIST(ncp);
1267         mtx_assert(&nl->nl_lock, MA_OWNED);
1268         MPASS(ns->neg_flag & NEG_HOT);
1269         TAILQ_REMOVE(&nl->nl_hotlist, ncp, nc_dst);
1270         TAILQ_INSERT_TAIL(&nl->nl_list, ncp, nc_dst);
1271         nl->nl_hotnum--;
1272         ns->neg_flag &= ~NEG_HOT;
1273         atomic_store_char(&ns->neg_hit, 0);
1274 }
1275
1276 /*
1277  * Move a negative entry to the hot list if it matches the lookup.
1278  *
1279  * We have to take locks, but they may be contended and in the worst
1280  * case we may need to go off CPU. We don't want to spin within the
1281  * smr section and we can't block with it. Exiting the section means
1282  * the found entry could have been evicted. We are going to look it
1283  * up again.
1284  */
1285 static bool
1286 cache_neg_promote_cond(struct vnode *dvp, struct componentname *cnp,
1287     struct namecache *oncp, uint32_t hash)
1288 {
1289         struct namecache *ncp;
1290         struct neglist *nl;
1291         u_char nc_flag;
1292
1293         nl = NCP2NEGLIST(oncp);
1294
1295         mtx_lock(&nl->nl_lock);
1296         /*
1297          * For hash iteration.
1298          */
1299         vfs_smr_enter();
1300
1301         /*
1302          * Avoid all surprises by only succeeding if we got the same entry and
1303          * bailing completely otherwise.
1304          * XXX There are no provisions to keep the vnode around, meaning we may
1305          * end up promoting a negative entry for a *new* vnode and returning
1306          * ENOENT on its account. This is the error we want to return anyway
1307          * and promotion is harmless.
1308          *
1309          * In particular at this point there can be a new ncp which matches the
1310          * search but hashes to a different neglist.
1311          */
1312         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1313                 if (ncp == oncp)
1314                         break;
1315         }
1316
1317         /*
1318          * No match to begin with.
1319          */
1320         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
1321                 goto out_abort;
1322         }
1323
1324         /*
1325          * The newly found entry may be something different...
1326          */
1327         if (!(ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
1328             !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))) {
1329                 goto out_abort;
1330         }
1331
1332         /*
1333          * ... and not even negative.
1334          */
1335         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
1336         if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) == 0) {
1337                 goto out_abort;
1338         }
1339
1340         if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
1341                 goto out_abort;
1342         }
1343
1344         cache_neg_promote_locked(ncp);
1345         cache_neg_hit_finish(ncp);
1346         vfs_smr_exit();
1347         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1348         return (true);
1349 out_abort:
1350         vfs_smr_exit();
1351         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1352         return (false);
1353 }
1354
1355 static void
1356 cache_neg_promote(struct namecache *ncp)
1357 {
1358         struct neglist *nl;
1359
1360         nl = NCP2NEGLIST(ncp);
1361         mtx_lock(&nl->nl_lock);
1362         cache_neg_promote_locked(ncp);
1363         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1364 }
1365
1366 static void
1367 cache_neg_insert(struct namecache *ncp)
1368 {
1369         struct neglist *nl;
1370
1371         MPASS(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE);
1372         cache_assert_bucket_locked(ncp);
1373         nl = NCP2NEGLIST(ncp);
1374         mtx_lock(&nl->nl_lock);
1375         TAILQ_INSERT_TAIL(&nl->nl_list, ncp, nc_dst);
1376         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1377         atomic_add_long(&numneg, 1);
1378 }
1379
1380 static void
1381 cache_neg_remove(struct namecache *ncp)
1382 {
1383         struct neglist *nl;
1384         struct negstate *ns;
1385
1386         cache_assert_bucket_locked(ncp);
1387         nl = NCP2NEGLIST(ncp);
1388         ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1389         mtx_lock(&nl->nl_lock);
1390         if ((ns->neg_flag & NEG_HOT) != 0) {
1391                 TAILQ_REMOVE(&nl->nl_hotlist, ncp, nc_dst);
1392                 nl->nl_hotnum--;
1393         } else {
1394                 TAILQ_REMOVE(&nl->nl_list, ncp, nc_dst);
1395         }
1396         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1397         atomic_subtract_long(&numneg, 1);
1398 }
1399
1400 static struct neglist *
1401 cache_neg_evict_select_list(void)
1402 {
1403         struct neglist *nl;
1404         u_int c;
1405
1406         c = atomic_fetchadd_int(&neg_cycle, 1) + 1;
1407         nl = &neglists[c % numneglists];
1408         if (!mtx_trylock(&nl->nl_evict_lock)) {
1409                 counter_u64_add(neg_evict_skipped_contended, 1);
1410                 return (NULL);
1411         }
1412         return (nl);
1413 }
1414
1415 static struct namecache *
1416 cache_neg_evict_select_entry(struct neglist *nl)
1417 {
1418         struct namecache *ncp, *lncp;
1419         struct negstate *ns, *lns;
1420         int i;
1421
1422         mtx_assert(&nl->nl_evict_lock, MA_OWNED);
1423         mtx_assert(&nl->nl_lock, MA_OWNED);
1424         ncp = TAILQ_FIRST(&nl->nl_list);
1425         if (ncp == NULL)
1426                 return (NULL);
1427         lncp = ncp;
1428         lns = NCP2NEGSTATE(lncp);
1429         for (i = 1; i < 4; i++) {
1430                 ncp = TAILQ_NEXT(ncp, nc_dst);
1431                 if (ncp == NULL)
1432                         break;
1433                 ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1434                 if (ns->neg_hit < lns->neg_hit) {
1435                         lncp = ncp;
1436                         lns = ns;
1437                 }
1438         }
1439         return (lncp);
1440 }
1441
1442 static bool
1443 cache_neg_evict(void)
1444 {
1445         struct namecache *ncp, *ncp2;
1446         struct neglist *nl;
1447         struct vnode *dvp;
1448         struct mtx *dvlp;
1449         struct mtx *blp;
1450         uint32_t hash;
1451         u_char nlen;
1452         bool evicted;
1453
1454         nl = cache_neg_evict_select_list();
1455         if (nl == NULL) {
1456                 return (false);
1457         }
1458
1459         mtx_lock(&nl->nl_lock);
1460         ncp = TAILQ_FIRST(&nl->nl_hotlist);
1461         if (ncp != NULL) {
1462                 cache_neg_demote_locked(ncp);
1463         }
1464         ncp = cache_neg_evict_select_entry(nl);
1465         if (ncp == NULL) {
1466                 counter_u64_add(neg_evict_skipped_empty, 1);
1467                 mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1468                 mtx_unlock(&nl->nl_evict_lock);
1469                 return (false);
1470         }
1471         nlen = ncp->nc_nlen;
1472         dvp = ncp->nc_dvp;
1473         hash = cache_get_hash(ncp->nc_name, nlen, dvp);
1474         dvlp = VP2VNODELOCK(dvp);
1475         blp = HASH2BUCKETLOCK(hash);
1476         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1477         mtx_unlock(&nl->nl_evict_lock);
1478         mtx_lock(dvlp);
1479         mtx_lock(blp);
1480         /*
1481          * Note that since all locks were dropped above, the entry may be
1482          * gone or reallocated to be something else.
1483          */
1484         CK_SLIST_FOREACH(ncp2, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1485                 if (ncp2 == ncp && ncp2->nc_dvp == dvp &&
1486                     ncp2->nc_nlen == nlen && (ncp2->nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
1487                         break;
1488         }
1489         if (ncp2 == NULL) {
1490                 counter_u64_add(neg_evict_skipped_missed, 1);
1491                 ncp = NULL;
1492                 evicted = false;
1493         } else {
1494                 MPASS(dvlp == VP2VNODELOCK(ncp->nc_dvp));
1495                 MPASS(blp == NCP2BUCKETLOCK(ncp));
1496                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, evict_negative, done, ncp->nc_dvp,
1497                     ncp->nc_name);
1498                 cache_zap_locked(ncp);
1499                 counter_u64_add(neg_evicted, 1);
1500                 evicted = true;
1501         }
1502         mtx_unlock(blp);
1503         mtx_unlock(dvlp);
1504         if (ncp != NULL)
1505                 cache_free(ncp);
1506         return (evicted);
1507 }
1508
1509 /*
1510  * Maybe evict a negative entry to create more room.
1511  *
1512  * The ncnegfactor parameter limits what fraction of the total count
1513  * can comprise of negative entries. However, if the cache is just
1514  * warming up this leads to excessive evictions.  As such, ncnegminpct
1515  * (recomputed to neg_min) dictates whether the above should be
1516  * applied.
1517  *
1518  * Try evicting if the cache is close to full capacity regardless of
1519  * other considerations.
1520  */
1521 static bool
1522 cache_neg_evict_cond(u_long lnumcache)
1523 {
1524         u_long lnumneg;
1525
1526         if (ncsize - 1000 < lnumcache)
1527                 goto out_evict;
1528         lnumneg = atomic_load_long(&numneg);
1529         if (lnumneg < neg_min)
1530                 return (false);
1531         if (lnumneg * ncnegfactor < lnumcache)
1532                 return (false);
1533 out_evict:
1534         return (cache_neg_evict());
1535 }
1536
1537 /*
1538  * cache_zap_locked():
1539  *
1540  *   Removes a namecache entry from cache, whether it contains an actual
1541  *   pointer to a vnode or if it is just a negative cache entry.
1542  */
1543 static void
1544 cache_zap_locked(struct namecache *ncp)
1545 {
1546         struct nchashhead *ncpp;
1547         struct vnode *dvp, *vp;
1548
1549         dvp = ncp->nc_dvp;
1550         vp = ncp->nc_vp;
1551
1552         if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE))
1553                 cache_assert_vnode_locked(vp);
1554         cache_assert_vnode_locked(dvp);
1555         cache_assert_bucket_locked(ncp);
1556
1557         cache_ncp_invalidate(ncp);
1558
1559         ncpp = NCP2BUCKET(ncp);
1560         CK_SLIST_REMOVE(ncpp, ncp, namecache, nc_hash);
1561         if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE)) {
1562                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, zap, done, dvp, ncp->nc_name, vp);
1563                 TAILQ_REMOVE(&vp->v_cache_dst, ncp, nc_dst);
1564                 if (ncp == vp->v_cache_dd) {
1565                         atomic_store_ptr(&vp->v_cache_dd, NULL);
1566                 }
1567         } else {
1568                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, zap_negative, done, dvp, ncp->nc_name);
1569                 cache_neg_remove(ncp);
1570         }
1571         if (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) {
1572                 if (ncp == dvp->v_cache_dd) {
1573                         atomic_store_ptr(&dvp->v_cache_dd, NULL);
1574                 }
1575         } else {
1576                 LIST_REMOVE(ncp, nc_src);
1577                 if (LIST_EMPTY(&dvp->v_cache_src)) {
1578                         ncp->nc_flag |= NCF_DVDROP;
1579                 }
1580         }
1581 }
1582
1583 static void
1584 cache_zap_negative_locked_vnode_kl(struct namecache *ncp, struct vnode *vp)
1585 {
1586         struct mtx *blp;
1587
1588         MPASS(ncp->nc_dvp == vp);
1589         MPASS(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE);
1590         cache_assert_vnode_locked(vp);
1591
1592         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
1593         mtx_lock(blp);
1594         cache_zap_locked(ncp);
1595         mtx_unlock(blp);
1596 }
1597
1598 static bool
1599 cache_zap_locked_vnode_kl2(struct namecache *ncp, struct vnode *vp,
1600     struct mtx **vlpp)
1601 {
1602         struct mtx *pvlp, *vlp1, *vlp2, *to_unlock;
1603         struct mtx *blp;
1604
1605         MPASS(vp == ncp->nc_dvp || vp == ncp->nc_vp);
1606         cache_assert_vnode_locked(vp);
1607
1608         if (ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE) {
1609                 if (*vlpp != NULL) {
1610                         mtx_unlock(*vlpp);
1611                         *vlpp = NULL;
1612                 }
1613                 cache_zap_negative_locked_vnode_kl(ncp, vp);
1614                 return (true);
1615         }
1616
1617         pvlp = VP2VNODELOCK(vp);
1618         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
1619         vlp1 = VP2VNODELOCK(ncp->nc_dvp);
1620         vlp2 = VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp);
1621
1622         if (*vlpp == vlp1 || *vlpp == vlp2) {
1623                 to_unlock = *vlpp;
1624                 *vlpp = NULL;
1625         } else {
1626                 if (*vlpp != NULL) {
1627                         mtx_unlock(*vlpp);
1628                         *vlpp = NULL;
1629                 }
1630                 cache_sort_vnodes(&vlp1, &vlp2);
1631                 if (vlp1 == pvlp) {
1632                         mtx_lock(vlp2);
1633                         to_unlock = vlp2;
1634                 } else {
1635                         if (!mtx_trylock(vlp1))
1636                                 goto out_relock;
1637                         to_unlock = vlp1;
1638                 }
1639         }
1640         mtx_lock(blp);
1641         cache_zap_locked(ncp);
1642         mtx_unlock(blp);
1643         if (to_unlock != NULL)
1644                 mtx_unlock(to_unlock);
1645         return (true);
1646
1647 out_relock:
1648         mtx_unlock(vlp2);
1649         mtx_lock(vlp1);
1650         mtx_lock(vlp2);
1651         MPASS(*vlpp == NULL);
1652         *vlpp = vlp1;
1653         return (false);
1654 }
1655
1656 /*
1657  * If trylocking failed we can get here. We know enough to take all needed locks
1658  * in the right order and re-lookup the entry.
1659  */
1660 static int
1661 cache_zap_unlocked_bucket(struct namecache *ncp, struct componentname *cnp,
1662     struct vnode *dvp, struct mtx *dvlp, struct mtx *vlp, uint32_t hash,
1663     struct mtx *blp)
1664 {
1665         struct namecache *rncp;
1666
1667         cache_assert_bucket_unlocked(ncp);
1668
1669         cache_sort_vnodes(&dvlp, &vlp);
1670         cache_lock_vnodes(dvlp, vlp);
1671         mtx_lock(blp);
1672         CK_SLIST_FOREACH(rncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1673                 if (rncp == ncp && rncp->nc_dvp == dvp &&
1674                     rncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
1675                     !bcmp(rncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, rncp->nc_nlen))
1676                         break;
1677         }
1678         if (rncp != NULL) {
1679                 cache_zap_locked(rncp);
1680                 mtx_unlock(blp);
1681                 cache_unlock_vnodes(dvlp, vlp);
1682                 counter_u64_add(zap_bucket_relock_success, 1);
1683                 return (0);
1684         }
1685
1686         mtx_unlock(blp);
1687         cache_unlock_vnodes(dvlp, vlp);
1688         return (EAGAIN);
1689 }
1690
1691 static int __noinline
1692 cache_zap_locked_bucket(struct namecache *ncp, struct componentname *cnp,
1693     uint32_t hash, struct mtx *blp)
1694 {
1695         struct mtx *dvlp, *vlp;
1696         struct vnode *dvp;
1697
1698         cache_assert_bucket_locked(ncp);
1699
1700         dvlp = VP2VNODELOCK(ncp->nc_dvp);
1701         vlp = NULL;
1702         if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE))
1703                 vlp = VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp);
1704         if (cache_trylock_vnodes(dvlp, vlp) == 0) {
1705                 cache_zap_locked(ncp);
1706                 mtx_unlock(blp);
1707                 cache_unlock_vnodes(dvlp, vlp);
1708                 return (0);
1709         }
1710
1711         dvp = ncp->nc_dvp;
1712         mtx_unlock(blp);
1713         return (cache_zap_unlocked_bucket(ncp, cnp, dvp, dvlp, vlp, hash, blp));
1714 }
1715
1716 static __noinline int
1717 cache_remove_cnp(struct vnode *dvp, struct componentname *cnp)
1718 {
1719         struct namecache *ncp;
1720         struct mtx *blp;
1721         struct mtx *dvlp, *dvlp2;
1722         uint32_t hash;
1723         int error;
1724
1725         if (cnp->cn_namelen == 2 &&
1726             cnp->cn_nameptr[0] == '.' && cnp->cn_nameptr[1] == '.') {
1727                 dvlp = VP2VNODELOCK(dvp);
1728                 dvlp2 = NULL;
1729                 mtx_lock(dvlp);
1730 retry_dotdot:
1731                 ncp = dvp->v_cache_dd;
1732                 if (ncp == NULL) {
1733                         mtx_unlock(dvlp);
1734                         if (dvlp2 != NULL)
1735                                 mtx_unlock(dvlp2);
1736                         SDT_PROBE2(vfs, namecache, removecnp, miss, dvp, cnp);
1737                         return (0);
1738                 }
1739                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
1740                         if (!cache_zap_locked_vnode_kl2(ncp, dvp, &dvlp2))
1741                                 goto retry_dotdot;
1742                         MPASS(dvp->v_cache_dd == NULL);
1743                         mtx_unlock(dvlp);
1744                         if (dvlp2 != NULL)
1745                                 mtx_unlock(dvlp2);
1746                         cache_free(ncp);
1747                 } else {
1748                         atomic_store_ptr(&dvp->v_cache_dd, NULL);
1749                         mtx_unlock(dvlp);
1750                         if (dvlp2 != NULL)
1751                                 mtx_unlock(dvlp2);
1752                 }
1753                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, removecnp, hit, dvp, cnp);
1754                 return (1);
1755         }
1756
1757         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp);
1758         blp = HASH2BUCKETLOCK(hash);
1759 retry:
1760         if (CK_SLIST_EMPTY(NCHHASH(hash)))
1761                 goto out_no_entry;
1762
1763         mtx_lock(blp);
1764
1765         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1766                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
1767                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))
1768                         break;
1769         }
1770
1771         if (ncp == NULL) {
1772                 mtx_unlock(blp);
1773                 goto out_no_entry;
1774         }
1775
1776         error = cache_zap_locked_bucket(ncp, cnp, hash, blp);
1777         if (__predict_false(error != 0)) {
1778                 zap_bucket_fail++;
1779                 goto retry;
1780         }
1781         counter_u64_add(numposzaps, 1);
1782         SDT_PROBE2(vfs, namecache, removecnp, hit, dvp, cnp);
1783         cache_free(ncp);
1784         return (1);
1785 out_no_entry:
1786         counter_u64_add(nummisszap, 1);
1787         SDT_PROBE2(vfs, namecache, removecnp, miss, dvp, cnp);
1788         return (0);
1789 }
1790
1791 static int __noinline
1792 cache_lookup_dot(struct vnode *dvp, struct vnode **vpp, struct componentname *cnp,
1793     struct timespec *tsp, int *ticksp)
1794 {
1795         int ltype;
1796
1797         *vpp = dvp;
1798         counter_u64_add(dothits, 1);
1799         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, ".", *vpp);
1800         if (tsp != NULL)
1801                 timespecclear(tsp);
1802         if (ticksp != NULL)
1803                 *ticksp = ticks;
1804         vrefact(*vpp);
1805         /*
1806          * When we lookup "." we still can be asked to lock it
1807          * differently...
1808          */
1809         ltype = cnp->cn_lkflags & LK_TYPE_MASK;
1810         if (ltype != VOP_ISLOCKED(*vpp)) {
1811                 if (ltype == LK_EXCLUSIVE) {
1812                         vn_lock(*vpp, LK_UPGRADE | LK_RETRY);
1813                         if (VN_IS_DOOMED((*vpp))) {
1814                                 /* forced unmount */
1815                                 vrele(*vpp);
1816                                 *vpp = NULL;
1817                                 return (ENOENT);
1818                         }
1819                 } else
1820                         vn_lock(*vpp, LK_DOWNGRADE | LK_RETRY);
1821         }
1822         return (-1);
1823 }
1824
1825 static int __noinline
1826 cache_lookup_dotdot(struct vnode *dvp, struct vnode **vpp, struct componentname *cnp,
1827     struct timespec *tsp, int *ticksp)
1828 {
1829         struct namecache_ts *ncp_ts;
1830         struct namecache *ncp;
1831         struct mtx *dvlp;
1832         enum vgetstate vs;
1833         int error, ltype;
1834         bool whiteout;
1835
1836         MPASS((cnp->cn_flags & ISDOTDOT) != 0);
1837
1838         if ((cnp->cn_flags & MAKEENTRY) == 0) {
1839                 cache_remove_cnp(dvp, cnp);
1840                 return (0);
1841         }
1842
1843         counter_u64_add(dotdothits, 1);
1844 retry:
1845         dvlp = VP2VNODELOCK(dvp);
1846         mtx_lock(dvlp);
1847         ncp = dvp->v_cache_dd;
1848         if (ncp == NULL) {
1849                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, lookup, miss, dvp, "..");
1850                 mtx_unlock(dvlp);
1851                 return (0);
1852         }
1853         if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
1854                 if (ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE)
1855                         *vpp = NULL;
1856                 else
1857                         *vpp = ncp->nc_vp;
1858         } else
1859                 *vpp = ncp->nc_dvp;
1860         if (*vpp == NULL)
1861                 goto negative_success;
1862         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, "..", *vpp);
1863         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
1864         if ((ncp->nc_flag & (NCF_ISDOTDOT | NCF_DTS)) ==
1865             NCF_DTS && tsp != NULL) {
1866                 ncp_ts = __containerof(ncp, struct namecache_ts, nc_nc);
1867                 *tsp = ncp_ts->nc_dotdottime;
1868         }
1869
1870         MPASS(dvp != *vpp);
1871         ltype = VOP_ISLOCKED(dvp);
1872         VOP_UNLOCK(dvp);
1873         vs = vget_prep(*vpp);
1874         mtx_unlock(dvlp);
1875         error = vget_finish(*vpp, cnp->cn_lkflags, vs);
1876         vn_lock(dvp, ltype | LK_RETRY);
1877         if (VN_IS_DOOMED(dvp)) {
1878                 if (error == 0)
1879                         vput(*vpp);
1880                 *vpp = NULL;
1881                 return (ENOENT);
1882         }
1883         if (error) {
1884                 *vpp = NULL;
1885                 goto retry;
1886         }
1887         return (-1);
1888 negative_success:
1889         if (__predict_false(cnp->cn_nameiop == CREATE)) {
1890                 if (cnp->cn_flags & ISLASTCN) {
1891                         counter_u64_add(numnegzaps, 1);
1892                         cache_zap_negative_locked_vnode_kl(ncp, dvp);
1893                         mtx_unlock(dvlp);
1894                         cache_free(ncp);
1895                         return (0);
1896                 }
1897         }
1898
1899         whiteout = (ncp->nc_flag & NCF_WHITE);
1900         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
1901         if (cache_neg_hit_prep(ncp))
1902                 cache_neg_promote(ncp);
1903         else
1904                 cache_neg_hit_finish(ncp);
1905         mtx_unlock(dvlp);
1906         if (whiteout)
1907                 cnp->cn_flags |= ISWHITEOUT;
1908         return (ENOENT);
1909 }
1910
1911 /**
1912  * Lookup a name in the name cache
1913  *
1914  * # Arguments
1915  *
1916  * - dvp:       Parent directory in which to search.
1917  * - vpp:       Return argument.  Will contain desired vnode on cache hit.
1918  * - cnp:       Parameters of the name search.  The most interesting bits of
1919  *              the cn_flags field have the following meanings:
1920  *      - MAKEENTRY:    If clear, free an entry from the cache rather than look
1921  *                      it up.
1922  *      - ISDOTDOT:     Must be set if and only if cn_nameptr == ".."
1923  * - tsp:       Return storage for cache timestamp.  On a successful (positive
1924  *              or negative) lookup, tsp will be filled with any timespec that
1925  *              was stored when this cache entry was created.  However, it will
1926  *              be clear for "." entries.
1927  * - ticks:     Return storage for alternate cache timestamp.  On a successful
1928  *              (positive or negative) lookup, it will contain the ticks value
1929  *              that was current when the cache entry was created, unless cnp
1930  *              was ".".
1931  *
1932  * Either both tsp and ticks have to be provided or neither of them.
1933  *
1934  * # Returns
1935  *
1936  * - -1:        A positive cache hit.  vpp will contain the desired vnode.
1937  * - ENOENT:    A negative cache hit, or dvp was recycled out from under us due
1938  *              to a forced unmount.  vpp will not be modified.  If the entry
1939  *              is a whiteout, then the ISWHITEOUT flag will be set in
1940  *              cnp->cn_flags.
1941  * - 0:         A cache miss.  vpp will not be modified.
1942  *
1943  * # Locking
1944  *
1945  * On a cache hit, vpp will be returned locked and ref'd.  If we're looking up
1946  * .., dvp is unlocked.  If we're looking up . an extra ref is taken, but the
1947  * lock is not recursively acquired.
1948  */
1949 static int __noinline
1950 cache_lookup_fallback(struct vnode *dvp, struct vnode **vpp, struct componentname *cnp,
1951     struct timespec *tsp, int *ticksp)
1952 {
1953         struct namecache *ncp;
1954         struct mtx *blp;
1955         uint32_t hash;
1956         enum vgetstate vs;
1957         int error;
1958         bool whiteout;
1959
1960         MPASS((cnp->cn_flags & ISDOTDOT) == 0);
1961         MPASS((cnp->cn_flags & (MAKEENTRY | NC_KEEPPOSENTRY)) != 0);
1962
1963 retry:
1964         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp);
1965         blp = HASH2BUCKETLOCK(hash);
1966         mtx_lock(blp);
1967
1968         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1969                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
1970                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))
1971                         break;
1972         }
1973
1974         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
1975                 mtx_unlock(blp);
1976                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, lookup, miss, dvp, cnp->cn_nameptr);
1977                 counter_u64_add(nummiss, 1);
1978                 return (0);
1979         }
1980
1981         if (ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE)
1982                 goto negative_success;
1983
1984         counter_u64_add(numposhits, 1);
1985         *vpp = ncp->nc_vp;
1986         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, ncp->nc_name, *vpp);
1987         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
1988         MPASS(dvp != *vpp);
1989         vs = vget_prep(*vpp);
1990         mtx_unlock(blp);
1991         error = vget_finish(*vpp, cnp->cn_lkflags, vs);
1992         if (error) {
1993                 *vpp = NULL;
1994                 goto retry;
1995         }
1996         return (-1);
1997 negative_success:
1998         /*
1999          * We don't get here with regular lookup apart from corner cases.
2000          */
2001         if (__predict_true(cnp->cn_nameiop == CREATE)) {
2002                 if (cnp->cn_flags & ISLASTCN) {
2003                         counter_u64_add(numnegzaps, 1);
2004                         error = cache_zap_locked_bucket(ncp, cnp, hash, blp);
2005                         if (__predict_false(error != 0)) {
2006                                 zap_bucket_fail2++;
2007                                 goto retry;
2008                         }
2009                         cache_free(ncp);
2010                         return (0);
2011                 }
2012         }
2013
2014         whiteout = (ncp->nc_flag & NCF_WHITE);
2015         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
2016         if (cache_neg_hit_prep(ncp))
2017                 cache_neg_promote(ncp);
2018         else
2019                 cache_neg_hit_finish(ncp);
2020         mtx_unlock(blp);
2021         if (whiteout)
2022                 cnp->cn_flags |= ISWHITEOUT;
2023         return (ENOENT);
2024 }
2025
2026 int
2027 cache_lookup(struct vnode *dvp, struct vnode **vpp, struct componentname *cnp,
2028     struct timespec *tsp, int *ticksp)
2029 {
2030         struct namecache *ncp;
2031         uint32_t hash;
2032         enum vgetstate vs;
2033         int error;
2034         bool whiteout, neg_promote;
2035         u_short nc_flag;
2036
2037         MPASS((tsp == NULL && ticksp == NULL) || (tsp != NULL && ticksp != NULL));
2038
2039 #ifdef DEBUG_CACHE
2040         if (__predict_false(!doingcache)) {
2041                 cnp->cn_flags &= ~MAKEENTRY;
2042                 return (0);
2043         }
2044 #endif
2045
2046         if (__predict_false(cnp->cn_nameptr[0] == '.')) {
2047                 if (cnp->cn_namelen == 1)
2048                         return (cache_lookup_dot(dvp, vpp, cnp, tsp, ticksp));
2049                 if (cnp->cn_namelen == 2 && cnp->cn_nameptr[1] == '.')
2050                         return (cache_lookup_dotdot(dvp, vpp, cnp, tsp, ticksp));
2051         }
2052
2053         MPASS((cnp->cn_flags & ISDOTDOT) == 0);
2054
2055         if ((cnp->cn_flags & (MAKEENTRY | NC_KEEPPOSENTRY)) == 0) {
2056                 cache_remove_cnp(dvp, cnp);
2057                 return (0);
2058         }
2059
2060         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp);
2061         vfs_smr_enter();
2062
2063         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
2064                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
2065                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))
2066                         break;
2067         }
2068
2069         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
2070                 vfs_smr_exit();
2071                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, lookup, miss, dvp, cnp->cn_nameptr);
2072                 counter_u64_add(nummiss, 1);
2073                 return (0);
2074         }
2075
2076         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
2077         if (nc_flag & NCF_NEGATIVE)
2078                 goto negative_success;
2079
2080         counter_u64_add(numposhits, 1);
2081         *vpp = ncp->nc_vp;
2082         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, ncp->nc_name, *vpp);
2083         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
2084         MPASS(dvp != *vpp);
2085         if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
2086                 vfs_smr_exit();
2087                 *vpp = NULL;
2088                 goto out_fallback;
2089         }
2090         vs = vget_prep_smr(*vpp);
2091         vfs_smr_exit();
2092         if (__predict_false(vs == VGET_NONE)) {
2093                 *vpp = NULL;
2094                 goto out_fallback;
2095         }
2096         error = vget_finish(*vpp, cnp->cn_lkflags, vs);
2097         if (error) {
2098                 *vpp = NULL;
2099                 goto out_fallback;
2100         }
2101         return (-1);
2102 negative_success:
2103         if (cnp->cn_nameiop == CREATE) {
2104                 if (cnp->cn_flags & ISLASTCN) {
2105                         vfs_smr_exit();
2106                         goto out_fallback;
2107                 }
2108         }
2109
2110         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
2111         whiteout = (atomic_load_char(&ncp->nc_flag) & NCF_WHITE);
2112         neg_promote = cache_neg_hit_prep(ncp);
2113         if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
2114                 cache_neg_hit_abort(ncp);
2115                 vfs_smr_exit();
2116                 goto out_fallback;
2117         }
2118         if (neg_promote) {
2119                 vfs_smr_exit();
2120                 if (!cache_neg_promote_cond(dvp, cnp, ncp, hash))
2121                         goto out_fallback;
2122         } else {
2123                 cache_neg_hit_finish(ncp);
2124                 vfs_smr_exit();
2125         }
2126         if (whiteout)
2127                 cnp->cn_flags |= ISWHITEOUT;
2128         return (ENOENT);
2129 out_fallback:
2130         return (cache_lookup_fallback(dvp, vpp, cnp, tsp, ticksp));
2131 }
2132
2133 struct celockstate {
2134         struct mtx *vlp[3];
2135         struct mtx *blp[2];
2136 };
2137 CTASSERT((nitems(((struct celockstate *)0)->vlp) == 3));
2138 CTASSERT((nitems(((struct celockstate *)0)->blp) == 2));
2139
2140 static inline void
2141 cache_celockstate_init(struct celockstate *cel)
2142 {
2143
2144         bzero(cel, sizeof(*cel));
2145 }
2146
2147 static void
2148 cache_lock_vnodes_cel(struct celockstate *cel, struct vnode *vp,
2149     struct vnode *dvp)
2150 {
2151         struct mtx *vlp1, *vlp2;
2152
2153         MPASS(cel->vlp[0] == NULL);
2154         MPASS(cel->vlp[1] == NULL);
2155         MPASS(cel->vlp[2] == NULL);
2156
2157         MPASS(vp != NULL || dvp != NULL);
2158
2159         vlp1 = VP2VNODELOCK(vp);
2160         vlp2 = VP2VNODELOCK(dvp);
2161         cache_sort_vnodes(&vlp1, &vlp2);
2162
2163         if (vlp1 != NULL) {
2164                 mtx_lock(vlp1);
2165                 cel->vlp[0] = vlp1;
2166         }
2167         mtx_lock(vlp2);
2168         cel->vlp[1] = vlp2;
2169 }
2170
2171 static void
2172 cache_unlock_vnodes_cel(struct celockstate *cel)
2173 {
2174
2175         MPASS(cel->vlp[0] != NULL || cel->vlp[1] != NULL);
2176
2177         if (cel->vlp[0] != NULL)
2178                 mtx_unlock(cel->vlp[0]);
2179         if (cel->vlp[1] != NULL)
2180                 mtx_unlock(cel->vlp[1]);
2181         if (cel->vlp[2] != NULL)
2182                 mtx_unlock(cel->vlp[2]);
2183 }
2184
2185 static bool
2186 cache_lock_vnodes_cel_3(struct celockstate *cel, struct vnode *vp)
2187 {
2188         struct mtx *vlp;
2189         bool ret;
2190
2191         cache_assert_vlp_locked(cel->vlp[0]);
2192         cache_assert_vlp_locked(cel->vlp[1]);
2193         MPASS(cel->vlp[2] == NULL);
2194
2195         MPASS(vp != NULL);
2196         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2197
2198         ret = true;
2199         if (vlp >= cel->vlp[1]) {
2200                 mtx_lock(vlp);
2201         } else {
2202                 if (mtx_trylock(vlp))
2203                         goto out;
2204                 cache_lock_vnodes_cel_3_failures++;
2205                 cache_unlock_vnodes_cel(cel);
2206                 if (vlp < cel->vlp[0]) {
2207                         mtx_lock(vlp);
2208                         mtx_lock(cel->vlp[0]);
2209                         mtx_lock(cel->vlp[1]);
2210                 } else {
2211                         if (cel->vlp[0] != NULL)
2212                                 mtx_lock(cel->vlp[0]);
2213                         mtx_lock(vlp);
2214                         mtx_lock(cel->vlp[1]);
2215                 }
2216                 ret = false;
2217         }
2218 out:
2219         cel->vlp[2] = vlp;
2220         return (ret);
2221 }
2222
2223 static void
2224 cache_lock_buckets_cel(struct celockstate *cel, struct mtx *blp1,
2225     struct mtx *blp2)
2226 {
2227
2228         MPASS(cel->blp[0] == NULL);
2229         MPASS(cel->blp[1] == NULL);
2230
2231         cache_sort_vnodes(&blp1, &blp2);
2232
2233         if (blp1 != NULL) {
2234                 mtx_lock(blp1);
2235                 cel->blp[0] = blp1;
2236         }
2237         mtx_lock(blp2);
2238         cel->blp[1] = blp2;
2239 }
2240
2241 static void
2242 cache_unlock_buckets_cel(struct celockstate *cel)
2243 {
2244
2245         if (cel->blp[0] != NULL)
2246                 mtx_unlock(cel->blp[0]);
2247         mtx_unlock(cel->blp[1]);
2248 }
2249
2250 /*
2251  * Lock part of the cache affected by the insertion.
2252  *
2253  * This means vnodelocks for dvp, vp and the relevant bucketlock.
2254  * However, insertion can result in removal of an old entry. In this
2255  * case we have an additional vnode and bucketlock pair to lock.
2256  *
2257  * That is, in the worst case we have to lock 3 vnodes and 2 bucketlocks, while
2258  * preserving the locking order (smaller address first).
2259  */
2260 static void
2261 cache_enter_lock(struct celockstate *cel, struct vnode *dvp, struct vnode *vp,
2262     uint32_t hash)
2263 {
2264         struct namecache *ncp;
2265         struct mtx *blps[2];
2266         u_char nc_flag;
2267
2268         blps[0] = HASH2BUCKETLOCK(hash);
2269         for (;;) {
2270                 blps[1] = NULL;
2271                 cache_lock_vnodes_cel(cel, dvp, vp);
2272                 if (vp == NULL || vp->v_type != VDIR)
2273                         break;
2274                 ncp = atomic_load_consume_ptr(&vp->v_cache_dd);
2275                 if (ncp == NULL)
2276                         break;
2277                 nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
2278                 if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0)
2279                         break;
2280                 MPASS(ncp->nc_dvp == vp);
2281                 blps[1] = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
2282                 if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
2283                         break;
2284                 if (cache_lock_vnodes_cel_3(cel, ncp->nc_vp))
2285                         break;
2286                 /*
2287                  * All vnodes got re-locked. Re-validate the state and if
2288                  * nothing changed we are done. Otherwise restart.
2289                  */
2290                 if (ncp == vp->v_cache_dd &&
2291                     (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0 &&
2292                     blps[1] == NCP2BUCKETLOCK(ncp) &&
2293                     VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp) == cel->vlp[2])
2294                         break;
2295                 cache_unlock_vnodes_cel(cel);
2296                 cel->vlp[0] = NULL;
2297                 cel->vlp[1] = NULL;
2298                 cel->vlp[2] = NULL;
2299         }
2300         cache_lock_buckets_cel(cel, blps[0], blps[1]);
2301 }
2302
2303 static void
2304 cache_enter_lock_dd(struct celockstate *cel, struct vnode *dvp, struct vnode *vp,
2305     uint32_t hash)
2306 {
2307         struct namecache *ncp;
2308         struct mtx *blps[2];
2309         u_char nc_flag;
2310
2311         blps[0] = HASH2BUCKETLOCK(hash);
2312         for (;;) {
2313                 blps[1] = NULL;
2314                 cache_lock_vnodes_cel(cel, dvp, vp);
2315                 ncp = atomic_load_consume_ptr(&dvp->v_cache_dd);
2316                 if (ncp == NULL)
2317                         break;
2318                 nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
2319                 if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0)
2320                         break;
2321                 MPASS(ncp->nc_dvp == dvp);
2322                 blps[1] = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
2323                 if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
2324                         break;
2325                 if (cache_lock_vnodes_cel_3(cel, ncp->nc_vp))
2326                         break;
2327                 if (ncp == dvp->v_cache_dd &&
2328                     (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0 &&
2329                     blps[1] == NCP2BUCKETLOCK(ncp) &&
2330                     VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp) == cel->vlp[2])
2331                         break;
2332                 cache_unlock_vnodes_cel(cel);
2333                 cel->vlp[0] = NULL;
2334                 cel->vlp[1] = NULL;
2335                 cel->vlp[2] = NULL;
2336         }
2337         cache_lock_buckets_cel(cel, blps[0], blps[1]);
2338 }
2339
2340 static void
2341 cache_enter_unlock(struct celockstate *cel)
2342 {
2343
2344         cache_unlock_buckets_cel(cel);
2345         cache_unlock_vnodes_cel(cel);
2346 }
2347
2348 static void __noinline
2349 cache_enter_dotdot_prep(struct vnode *dvp, struct vnode *vp,
2350     struct componentname *cnp)
2351 {
2352         struct celockstate cel;
2353         struct namecache *ncp;
2354         uint32_t hash;
2355         int len;
2356
2357         if (atomic_load_ptr(&dvp->v_cache_dd) == NULL)
2358                 return;
2359         len = cnp->cn_namelen;
2360         cache_celockstate_init(&cel);
2361         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, len, dvp);
2362         cache_enter_lock_dd(&cel, dvp, vp, hash);
2363         ncp = dvp->v_cache_dd;
2364         if (ncp != NULL && (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT)) {
2365                 KASSERT(ncp->nc_dvp == dvp, ("wrong isdotdot parent"));
2366                 cache_zap_locked(ncp);
2367         } else {
2368                 ncp = NULL;
2369         }
2370         atomic_store_ptr(&dvp->v_cache_dd, NULL);
2371         cache_enter_unlock(&cel);
2372         if (ncp != NULL)
2373                 cache_free(ncp);
2374 }
2375
2376 /*
2377  * Add an entry to the cache.
2378  */
2379 void
2380 cache_enter_time(struct vnode *dvp, struct vnode *vp, struct componentname *cnp,
2381     struct timespec *tsp, struct timespec *dtsp)
2382 {
2383         struct celockstate cel;
2384         struct namecache *ncp, *n2, *ndd;
2385         struct namecache_ts *ncp_ts;
2386         struct nchashhead *ncpp;
2387         uint32_t hash;
2388         int flag;
2389         int len;
2390
2391         KASSERT(cnp->cn_namelen <= NAME_MAX,
2392             ("%s: passed len %ld exceeds NAME_MAX (%d)", __func__, cnp->cn_namelen,
2393             NAME_MAX));
2394 #ifdef notyet
2395         /*
2396          * Not everything doing this is weeded out yet.
2397          */
2398         VNPASS(dvp != vp, dvp);
2399 #endif
2400         VNPASS(!VN_IS_DOOMED(dvp), dvp);
2401         VNPASS(dvp->v_type != VNON, dvp);
2402         if (vp != NULL) {
2403                 VNPASS(!VN_IS_DOOMED(vp), vp);
2404                 VNPASS(vp->v_type != VNON, vp);
2405         }
2406
2407 #ifdef DEBUG_CACHE
2408         if (__predict_false(!doingcache))
2409                 return;
2410 #endif
2411
2412         flag = 0;
2413         if (__predict_false(cnp->cn_nameptr[0] == '.')) {
2414                 if (cnp->cn_namelen == 1)
2415                         return;
2416                 if (cnp->cn_namelen == 2 && cnp->cn_nameptr[1] == '.') {
2417                         cache_enter_dotdot_prep(dvp, vp, cnp);
2418                         flag = NCF_ISDOTDOT;
2419                 }
2420         }
2421
2422         ncp = cache_alloc(cnp->cn_namelen, tsp != NULL);
2423         if (ncp == NULL)
2424                 return;
2425
2426         cache_celockstate_init(&cel);
2427         ndd = NULL;
2428         ncp_ts = NULL;
2429
2430         /*
2431          * Calculate the hash key and setup as much of the new
2432          * namecache entry as possible before acquiring the lock.
2433          */
2434         ncp->nc_flag = flag | NCF_WIP;
2435         ncp->nc_vp = vp;
2436         if (vp == NULL)
2437                 cache_neg_init(ncp);
2438         ncp->nc_dvp = dvp;
2439         if (tsp != NULL) {
2440                 ncp_ts = __containerof(ncp, struct namecache_ts, nc_nc);
2441                 ncp_ts->nc_time = *tsp;
2442                 ncp_ts->nc_ticks = ticks;
2443                 ncp_ts->nc_nc.nc_flag |= NCF_TS;
2444                 if (dtsp != NULL) {
2445                         ncp_ts->nc_dotdottime = *dtsp;
2446                         ncp_ts->nc_nc.nc_flag |= NCF_DTS;
2447                 }
2448         }
2449         len = ncp->nc_nlen = cnp->cn_namelen;
2450         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, len, dvp);
2451         memcpy(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, len);
2452         ncp->nc_name[len] = '\0';
2453         cache_enter_lock(&cel, dvp, vp, hash);
2454
2455         /*
2456          * See if this vnode or negative entry is already in the cache
2457          * with this name.  This can happen with concurrent lookups of
2458          * the same path name.
2459          */
2460         ncpp = NCHHASH(hash);
2461         CK_SLIST_FOREACH(n2, ncpp, nc_hash) {
2462                 if (n2->nc_dvp == dvp &&
2463                     n2->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
2464                     !bcmp(n2->nc_name, cnp->cn_nameptr, n2->nc_nlen)) {
2465                         MPASS(cache_ncp_canuse(n2));
2466                         if ((n2->nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
2467                                 KASSERT(vp == NULL,
2468                                     ("%s: found entry pointing to a different vnode (%p != %p) ; name [%s]",
2469                                     __func__, NULL, vp, cnp->cn_nameptr));
2470                         else
2471                                 KASSERT(n2->nc_vp == vp,
2472                                     ("%s: found entry pointing to a different vnode (%p != %p) ; name [%s]",
2473                                     __func__, n2->nc_vp, vp, cnp->cn_nameptr));
2474                         /*
2475                          * Entries are supposed to be immutable unless in the
2476                          * process of getting destroyed. Accommodating for
2477                          * changing timestamps is possible but not worth it.
2478                          * This should be harmless in terms of correctness, in
2479                          * the worst case resulting in an earlier expiration.
2480                          * Alternatively, the found entry can be replaced
2481                          * altogether.
2482                          */
2483                         MPASS((n2->nc_flag & (NCF_TS | NCF_DTS)) == (ncp->nc_flag & (NCF_TS | NCF_DTS)));
2484 #if 0
2485                         if (tsp != NULL) {
2486                                 KASSERT((n2->nc_flag & NCF_TS) != 0,
2487                                     ("no NCF_TS"));
2488                                 n2_ts = __containerof(n2, struct namecache_ts, nc_nc);
2489                                 n2_ts->nc_time = ncp_ts->nc_time;
2490                                 n2_ts->nc_ticks = ncp_ts->nc_ticks;
2491                                 if (dtsp != NULL) {
2492                                         n2_ts->nc_dotdottime = ncp_ts->nc_dotdottime;
2493                                         n2_ts->nc_nc.nc_flag |= NCF_DTS;
2494                                 }
2495                         }
2496 #endif
2497                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, enter, duplicate, dvp, ncp->nc_name,
2498                             vp);
2499                         goto out_unlock_free;
2500                 }
2501         }
2502
2503         if (flag == NCF_ISDOTDOT) {
2504                 /*
2505                  * See if we are trying to add .. entry, but some other lookup
2506                  * has populated v_cache_dd pointer already.
2507                  */
2508                 if (dvp->v_cache_dd != NULL)
2509                         goto out_unlock_free;
2510                 KASSERT(vp == NULL || vp->v_type == VDIR,
2511                     ("wrong vnode type %p", vp));
2512                 atomic_thread_fence_rel();
2513                 atomic_store_ptr(&dvp->v_cache_dd, ncp);
2514         }
2515
2516         if (vp != NULL) {
2517                 if (flag != NCF_ISDOTDOT) {
2518                         /*
2519                          * For this case, the cache entry maps both the
2520                          * directory name in it and the name ".." for the
2521                          * directory's parent.
2522                          */
2523                         if ((ndd = vp->v_cache_dd) != NULL) {
2524                                 if ((ndd->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0)
2525                                         cache_zap_locked(ndd);
2526                                 else
2527                                         ndd = NULL;
2528                         }
2529                         atomic_thread_fence_rel();
2530                         atomic_store_ptr(&vp->v_cache_dd, ncp);
2531                 } else if (vp->v_type != VDIR) {
2532                         if (vp->v_cache_dd != NULL) {
2533                                 atomic_store_ptr(&vp->v_cache_dd, NULL);
2534                         }
2535                 }
2536         }
2537
2538         if (flag != NCF_ISDOTDOT) {
2539                 if (LIST_EMPTY(&dvp->v_cache_src)) {
2540                         cache_hold_vnode(dvp);
2541                 }
2542                 LIST_INSERT_HEAD(&dvp->v_cache_src, ncp, nc_src);
2543         }
2544
2545         /*
2546          * If the entry is "negative", we place it into the
2547          * "negative" cache queue, otherwise, we place it into the
2548          * destination vnode's cache entries queue.
2549          */
2550         if (vp != NULL) {
2551                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vp->v_cache_dst, ncp, nc_dst);
2552                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, enter, done, dvp, ncp->nc_name,
2553                     vp);
2554         } else {
2555                 if (cnp->cn_flags & ISWHITEOUT)
2556                         atomic_store_char(&ncp->nc_flag, ncp->nc_flag | NCF_WHITE);
2557                 cache_neg_insert(ncp);
2558                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, enter_negative, done, dvp,
2559                     ncp->nc_name);
2560         }
2561
2562         /*
2563          * Insert the new namecache entry into the appropriate chain
2564          * within the cache entries table.
2565          */
2566         CK_SLIST_INSERT_HEAD(ncpp, ncp, nc_hash);
2567
2568         atomic_thread_fence_rel();
2569         /*
2570          * Mark the entry as fully constructed.
2571          * It is immutable past this point until its removal.
2572          */
2573         atomic_store_char(&ncp->nc_flag, ncp->nc_flag & ~NCF_WIP);
2574
2575         cache_enter_unlock(&cel);
2576         if (ndd != NULL)
2577                 cache_free(ndd);
2578         return;
2579 out_unlock_free:
2580         cache_enter_unlock(&cel);
2581         cache_free(ncp);
2582         return;
2583 }
2584
2585 /*
2586  * A variant of the above accepting flags.
2587  *
2588  * - VFS_CACHE_DROPOLD -- if a conflicting entry is found, drop it.
2589  *
2590  * TODO: this routine is a hack. It blindly removes the old entry, even if it
2591  * happens to match and it is doing it in an inefficient manner. It was added
2592  * to accomodate NFS which runs into a case where the target for a given name
2593  * may change from under it. Note this does nothing to solve the following
2594  * race: 2 callers of cache_enter_time_flags pass a different target vnode for
2595  * the same [dvp, cnp]. It may be argued that code doing this is broken.
2596  */
2597 void
2598 cache_enter_time_flags(struct vnode *dvp, struct vnode *vp, struct componentname *cnp,
2599     struct timespec *tsp, struct timespec *dtsp, int flags)
2600 {
2601
2602         MPASS((flags & ~(VFS_CACHE_DROPOLD)) == 0);
2603
2604         if (flags & VFS_CACHE_DROPOLD)
2605                 cache_remove_cnp(dvp, cnp);
2606         cache_enter_time(dvp, vp, cnp, tsp, dtsp);
2607 }
2608
2609 static u_int
2610 cache_roundup_2(u_int val)
2611 {
2612         u_int res;
2613
2614         for (res = 1; res <= val; res <<= 1)
2615                 continue;
2616
2617         return (res);
2618 }
2619
2620 static struct nchashhead *
2621 nchinittbl(u_long elements, u_long *hashmask)
2622 {
2623         struct nchashhead *hashtbl;
2624         u_long hashsize, i;
2625
2626         hashsize = cache_roundup_2(elements) / 2;
2627
2628         hashtbl = malloc((u_long)hashsize * sizeof(*hashtbl), M_VFSCACHE, M_WAITOK);
2629         for (i = 0; i < hashsize; i++)
2630                 CK_SLIST_INIT(&hashtbl[i]);
2631         *hashmask = hashsize - 1;
2632         return (hashtbl);
2633 }
2634
2635 static void
2636 ncfreetbl(struct nchashhead *hashtbl)
2637 {
2638
2639         free(hashtbl, M_VFSCACHE);
2640 }
2641
2642 /*
2643  * Name cache initialization, from vfs_init() when we are booting
2644  */
2645 static void
2646 nchinit(void *dummy __unused)
2647 {
2648         u_int i;
2649
2650         cache_zone_small = uma_zcreate("S VFS Cache", CACHE_ZONE_SMALL_SIZE,
2651             NULL, NULL, NULL, NULL, CACHE_ZONE_ALIGNMENT, UMA_ZONE_ZINIT);
2652         cache_zone_small_ts = uma_zcreate("STS VFS Cache", CACHE_ZONE_SMALL_TS_SIZE,
2653             NULL, NULL, NULL, NULL, CACHE_ZONE_ALIGNMENT, UMA_ZONE_ZINIT);
2654         cache_zone_large = uma_zcreate("L VFS Cache", CACHE_ZONE_LARGE_SIZE,
2655             NULL, NULL, NULL, NULL, CACHE_ZONE_ALIGNMENT, UMA_ZONE_ZINIT);
2656         cache_zone_large_ts = uma_zcreate("LTS VFS Cache", CACHE_ZONE_LARGE_TS_SIZE,
2657             NULL, NULL, NULL, NULL, CACHE_ZONE_ALIGNMENT, UMA_ZONE_ZINIT);
2658
2659         VFS_SMR_ZONE_SET(cache_zone_small);
2660         VFS_SMR_ZONE_SET(cache_zone_small_ts);
2661         VFS_SMR_ZONE_SET(cache_zone_large);
2662         VFS_SMR_ZONE_SET(cache_zone_large_ts);
2663
2664         ncsize = desiredvnodes * ncsizefactor;
2665         cache_recalc_neg_min(ncnegminpct);
2666         nchashtbl = nchinittbl(desiredvnodes * 2, &nchash);
2667         ncbuckethash = cache_roundup_2(mp_ncpus * mp_ncpus) - 1;
2668         if (ncbuckethash < 7) /* arbitrarily chosen to avoid having one lock */
2669                 ncbuckethash = 7;
2670         if (ncbuckethash > nchash)
2671                 ncbuckethash = nchash;
2672         bucketlocks = malloc(sizeof(*bucketlocks) * numbucketlocks, M_VFSCACHE,
2673             M_WAITOK | M_ZERO);
2674         for (i = 0; i < numbucketlocks; i++)
2675                 mtx_init(&bucketlocks[i], "ncbuc", NULL, MTX_DUPOK | MTX_RECURSE);
2676         ncvnodehash = ncbuckethash;
2677         vnodelocks = malloc(sizeof(*vnodelocks) * numvnodelocks, M_VFSCACHE,
2678             M_WAITOK | M_ZERO);
2679         for (i = 0; i < numvnodelocks; i++)
2680                 mtx_init(&vnodelocks[i], "ncvn", NULL, MTX_DUPOK | MTX_RECURSE);
2681
2682         for (i = 0; i < numneglists; i++) {
2683                 mtx_init(&neglists[i].nl_evict_lock, "ncnege", NULL, MTX_DEF);
2684                 mtx_init(&neglists[i].nl_lock, "ncnegl", NULL, MTX_DEF);
2685                 TAILQ_INIT(&neglists[i].nl_list);
2686                 TAILQ_INIT(&neglists[i].nl_hotlist);
2687         }
2688 }
2689 SYSINIT(vfs, SI_SUB_VFS, SI_ORDER_SECOND, nchinit, NULL);
2690
2691 void
2692 cache_vnode_init(struct vnode *vp)
2693 {
2694
2695         LIST_INIT(&vp->v_cache_src);
2696         TAILQ_INIT(&vp->v_cache_dst);
2697         vp->v_cache_dd = NULL;
2698         cache_prehash(vp);
2699 }
2700
2701 /*
2702  * Induce transient cache misses for lockless operation in cache_lookup() by
2703  * using a temporary hash table.
2704  *
2705  * This will force a fs lookup.
2706  *
2707  * Synchronisation is done in 2 steps, calling vfs_smr_synchronize each time
2708  * to observe all CPUs not performing the lookup.
2709  */
2710 static void
2711 cache_changesize_set_temp(struct nchashhead *temptbl, u_long temphash)
2712 {
2713
2714         MPASS(temphash < nchash);
2715         /*
2716          * Change the size. The new size is smaller and can safely be used
2717          * against the existing table. All lookups which now hash wrong will
2718          * result in a cache miss, which all callers are supposed to know how
2719          * to handle.
2720          */
2721         atomic_store_long(&nchash, temphash);
2722         atomic_thread_fence_rel();
2723         vfs_smr_synchronize();
2724         /*
2725          * At this point everyone sees the updated hash value, but they still
2726          * see the old table.
2727          */
2728         atomic_store_ptr(&nchashtbl, temptbl);
2729         atomic_thread_fence_rel();
2730         vfs_smr_synchronize();
2731         /*
2732          * At this point everyone sees the updated table pointer and size pair.
2733          */
2734 }
2735
2736 /*
2737  * Set the new hash table.
2738  *
2739  * Similarly to cache_changesize_set_temp(), this has to synchronize against
2740  * lockless operation in cache_lookup().
2741  */
2742 static void
2743 cache_changesize_set_new(struct nchashhead *new_tbl, u_long new_hash)
2744 {
2745
2746         MPASS(nchash < new_hash);
2747         /*
2748          * Change the pointer first. This wont result in out of bounds access
2749          * since the temporary table is guaranteed to be smaller.
2750          */
2751         atomic_store_ptr(&nchashtbl, new_tbl);
2752         atomic_thread_fence_rel();
2753         vfs_smr_synchronize();
2754         /*
2755          * At this point everyone sees the updated pointer value, but they
2756          * still see the old size.
2757          */
2758         atomic_store_long(&nchash, new_hash);
2759         atomic_thread_fence_rel();
2760         vfs_smr_synchronize();
2761         /*
2762          * At this point everyone sees the updated table pointer and size pair.
2763          */
2764 }
2765
2766 void
2767 cache_changesize(u_long newmaxvnodes)
2768 {
2769         struct nchashhead *new_nchashtbl, *old_nchashtbl, *temptbl;
2770         u_long new_nchash, old_nchash, temphash;
2771         struct namecache *ncp;
2772         uint32_t hash;
2773         u_long newncsize;
2774         int i;
2775
2776         newncsize = newmaxvnodes * ncsizefactor;
2777         newmaxvnodes = cache_roundup_2(newmaxvnodes * 2);
2778         if (newmaxvnodes < numbucketlocks)
2779                 newmaxvnodes = numbucketlocks;
2780
2781         new_nchashtbl = nchinittbl(newmaxvnodes, &new_nchash);
2782         /* If same hash table size, nothing to do */
2783         if (nchash == new_nchash) {
2784                 ncfreetbl(new_nchashtbl);
2785                 return;
2786         }
2787
2788         temptbl = nchinittbl(1, &temphash);
2789
2790         /*
2791          * Move everything from the old hash table to the new table.
2792          * None of the namecache entries in the table can be removed
2793          * because to do so, they have to be removed from the hash table.
2794          */
2795         cache_lock_all_vnodes();
2796         cache_lock_all_buckets();
2797         old_nchashtbl = nchashtbl;
2798         old_nchash = nchash;
2799         cache_changesize_set_temp(temptbl, temphash);
2800         for (i = 0; i <= old_nchash; i++) {
2801                 while ((ncp = CK_SLIST_FIRST(&old_nchashtbl[i])) != NULL) {
2802                         hash = cache_get_hash(ncp->nc_name, ncp->nc_nlen,
2803                             ncp->nc_dvp);
2804                         CK_SLIST_REMOVE(&old_nchashtbl[i], ncp, namecache, nc_hash);
2805                         CK_SLIST_INSERT_HEAD(&new_nchashtbl[hash & new_nchash], ncp, nc_hash);
2806                 }
2807         }
2808         ncsize = newncsize;
2809         cache_recalc_neg_min(ncnegminpct);
2810         cache_changesize_set_new(new_nchashtbl, new_nchash);
2811         cache_unlock_all_buckets();
2812         cache_unlock_all_vnodes();
2813         ncfreetbl(old_nchashtbl);
2814         ncfreetbl(temptbl);
2815 }
2816
2817 /*
2818  * Remove all entries from and to a particular vnode.
2819  */
2820 static void
2821 cache_purge_impl(struct vnode *vp)
2822 {
2823         struct cache_freebatch batch;
2824         struct namecache *ncp;
2825         struct mtx *vlp, *vlp2;
2826
2827         TAILQ_INIT(&batch);
2828         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2829         vlp2 = NULL;
2830         mtx_lock(vlp);
2831 retry:
2832         while (!LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src)) {
2833                 ncp = LIST_FIRST(&vp->v_cache_src);
2834                 if (!cache_zap_locked_vnode_kl2(ncp, vp, &vlp2))
2835                         goto retry;
2836                 TAILQ_INSERT_TAIL(&batch, ncp, nc_dst);
2837         }
2838         while (!TAILQ_EMPTY(&vp->v_cache_dst)) {
2839                 ncp = TAILQ_FIRST(&vp->v_cache_dst);
2840                 if (!cache_zap_locked_vnode_kl2(ncp, vp, &vlp2))
2841                         goto retry;
2842                 TAILQ_INSERT_TAIL(&batch, ncp, nc_dst);
2843         }
2844         ncp = vp->v_cache_dd;
2845         if (ncp != NULL) {
2846                 KASSERT(ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT,
2847                    ("lost dotdot link"));
2848                 if (!cache_zap_locked_vnode_kl2(ncp, vp, &vlp2))
2849                         goto retry;
2850                 TAILQ_INSERT_TAIL(&batch, ncp, nc_dst);
2851         }
2852         KASSERT(vp->v_cache_dd == NULL, ("incomplete purge"));
2853         mtx_unlock(vlp);
2854         if (vlp2 != NULL)
2855                 mtx_unlock(vlp2);
2856         cache_free_batch(&batch);
2857 }
2858
2859 /*
2860  * Opportunistic check to see if there is anything to do.
2861  */
2862 static bool
2863 cache_has_entries(struct vnode *vp)
2864 {
2865
2866         if (LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src) && TAILQ_EMPTY(&vp->v_cache_dst) &&
2867             atomic_load_ptr(&vp->v_cache_dd) == NULL)
2868                 return (false);
2869         return (true);
2870 }
2871
2872 void
2873 cache_purge(struct vnode *vp)
2874 {
2875
2876         SDT_PROBE1(vfs, namecache, purge, done, vp);
2877         if (!cache_has_entries(vp))
2878                 return;
2879         cache_purge_impl(vp);
2880 }
2881
2882 /*
2883  * Only to be used by vgone.
2884  */
2885 void
2886 cache_purge_vgone(struct vnode *vp)
2887 {
2888         struct mtx *vlp;
2889
2890         VNPASS(VN_IS_DOOMED(vp), vp);
2891         if (cache_has_entries(vp)) {
2892                 cache_purge_impl(vp);
2893                 return;
2894         }
2895
2896         /*
2897          * Serialize against a potential thread doing cache_purge.
2898          */
2899         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2900         mtx_wait_unlocked(vlp);
2901         if (cache_has_entries(vp)) {
2902                 cache_purge_impl(vp);
2903                 return;
2904         }
2905         return;
2906 }
2907
2908 /*
2909  * Remove all negative entries for a particular directory vnode.
2910  */
2911 void
2912 cache_purge_negative(struct vnode *vp)
2913 {
2914         struct cache_freebatch batch;
2915         struct namecache *ncp, *nnp;
2916         struct mtx *vlp;
2917
2918         SDT_PROBE1(vfs, namecache, purge_negative, done, vp);
2919         if (LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src))
2920                 return;
2921         TAILQ_INIT(&batch);
2922         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2923         mtx_lock(vlp);
2924         LIST_FOREACH_SAFE(ncp, &vp->v_cache_src, nc_src, nnp) {
2925                 if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE))
2926                         continue;
2927                 cache_zap_negative_locked_vnode_kl(ncp, vp);
2928                 TAILQ_INSERT_TAIL(&batch, ncp, nc_dst);
2929         }
2930         mtx_unlock(vlp);
2931         cache_free_batch(&batch);
2932 }
2933
2934 /*
2935  * Entry points for modifying VOP operations.
2936  */
2937 void
2938 cache_vop_rename(struct vnode *fdvp, struct vnode *fvp, struct vnode *tdvp,
2939     struct vnode *tvp, struct componentname *fcnp, struct componentname *tcnp)
2940 {
2941
2942         ASSERT_VOP_IN_SEQC(fdvp);
2943         ASSERT_VOP_IN_SEQC(fvp);
2944         ASSERT_VOP_IN_SEQC(tdvp);
2945         if (tvp != NULL)
2946                 ASSERT_VOP_IN_SEQC(tvp);
2947
2948         cache_purge(fvp);
2949         if (tvp != NULL) {
2950                 cache_purge(tvp);
2951                 KASSERT(!cache_remove_cnp(tdvp, tcnp),
2952                     ("%s: lingering negative entry", __func__));
2953         } else {
2954                 cache_remove_cnp(tdvp, tcnp);
2955         }
2956
2957         /*
2958          * TODO
2959          *
2960          * Historically renaming was always purging all revelang entries,
2961          * but that's quite wasteful. In particular turns out that in many cases
2962          * the target file is immediately accessed after rename, inducing a cache
2963          * miss.
2964          *
2965          * Recode this to reduce relocking and reuse the existing entry (if any)
2966          * instead of just removing it above and allocating a new one here.
2967          */
2968         if (cache_rename_add) {
2969                 cache_enter(tdvp, fvp, tcnp);
2970         }
2971 }
2972
2973 void
2974 cache_vop_rmdir(struct vnode *dvp, struct vnode *vp)
2975 {
2976
2977         ASSERT_VOP_IN_SEQC(dvp);
2978         ASSERT_VOP_IN_SEQC(vp);
2979         cache_purge(vp);
2980 }
2981
2982 #ifdef INVARIANTS
2983 /*
2984  * Validate that if an entry exists it matches.
2985  */
2986 void
2987 cache_validate(struct vnode *dvp, struct vnode *vp, struct componentname *cnp)
2988 {
2989         struct namecache *ncp;
2990         struct mtx *blp;
2991         uint32_t hash;
2992
2993         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp);
2994         if (CK_SLIST_EMPTY(NCHHASH(hash)))
2995                 return;
2996         blp = HASH2BUCKETLOCK(hash);
2997         mtx_lock(blp);
2998         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
2999                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
3000                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen)) {
3001                         if (ncp->nc_vp != vp)
3002                                 panic("%s: mismatch (%p != %p); ncp %p [%s] dvp %p\n",
3003                                     __func__, vp, ncp->nc_vp, ncp, ncp->nc_name, ncp->nc_dvp);
3004                 }
3005         }
3006         mtx_unlock(blp);
3007 }
3008 #endif
3009
3010 /*
3011  * Flush all entries referencing a particular filesystem.
3012  */
3013 void
3014 cache_purgevfs(struct mount *mp)
3015 {
3016         struct vnode *vp, *mvp;
3017
3018         SDT_PROBE1(vfs, namecache, purgevfs, done, mp);
3019         /*
3020          * Somewhat wasteful iteration over all vnodes. Would be better to
3021          * support filtering and avoid the interlock to begin with.
3022          */
3023         MNT_VNODE_FOREACH_ALL(vp, mp, mvp) {
3024                 if (!cache_has_entries(vp)) {
3025                         VI_UNLOCK(vp);
3026                         continue;
3027                 }
3028                 vholdl(vp);
3029                 VI_UNLOCK(vp);
3030                 cache_purge(vp);
3031                 vdrop(vp);
3032         }
3033 }
3034
3035 /*
3036  * Perform canonical checks and cache lookup and pass on to filesystem
3037  * through the vop_cachedlookup only if needed.
3038  */
3039
3040 int
3041 vfs_cache_lookup(struct vop_lookup_args *ap)
3042 {
3043         struct vnode *dvp;
3044         int error;
3045         struct vnode **vpp = ap->a_vpp;
3046         struct componentname *cnp = ap->a_cnp;
3047         int flags = cnp->cn_flags;
3048
3049         *vpp = NULL;
3050         dvp = ap->a_dvp;
3051
3052         if (dvp->v_type != VDIR)
3053                 return (ENOTDIR);
3054
3055         if ((flags & ISLASTCN) && (dvp->v_mount->mnt_flag & MNT_RDONLY) &&
3056             (cnp->cn_nameiop == DELETE || cnp->cn_nameiop == RENAME))
3057                 return (EROFS);
3058
3059         error = vn_dir_check_exec(dvp, cnp);
3060         if (error != 0)
3061                 return (error);
3062
3063         error = cache_lookup(dvp, vpp, cnp, NULL, NULL);
3064         if (error == 0)
3065                 return (VOP_CACHEDLOOKUP(dvp, vpp, cnp));
3066         if (error == -1)
3067                 return (0);
3068         return (error);
3069 }
3070
3071 /* Implementation of the getcwd syscall. */
3072 int
3073 sys___getcwd(struct thread *td, struct __getcwd_args *uap)
3074 {
3075         char *buf, *retbuf;
3076         size_t buflen;
3077         int error;
3078
3079         buflen = uap->buflen;
3080         if (__predict_false(buflen < 2))
3081                 return (EINVAL);
3082         if (buflen > MAXPATHLEN)
3083                 buflen = MAXPATHLEN;
3084
3085         buf = uma_zalloc(namei_zone, M_WAITOK);
3086         error = vn_getcwd(buf, &retbuf, &buflen);
3087         if (error == 0)
3088                 error = copyout(retbuf, uap->buf, buflen);
3089         uma_zfree(namei_zone, buf);
3090         return (error);
3091 }
3092
3093 int
3094 vn_getcwd(char *buf, char **retbuf, size_t *buflen)
3095 {
3096         struct pwd *pwd;
3097         int error;
3098
3099         vfs_smr_enter();
3100         pwd = pwd_get_smr();
3101         error = vn_fullpath_any_smr(pwd->pwd_cdir, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf,
3102             buflen, 0);
3103         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();
3104         if (error < 0) {
3105                 pwd = pwd_hold(curthread);
3106                 error = vn_fullpath_any(pwd->pwd_cdir, pwd->pwd_rdir, buf,
3107                     retbuf, buflen);
3108                 pwd_drop(pwd);
3109         }
3110
3111 #ifdef KTRACE
3112         if (KTRPOINT(curthread, KTR_NAMEI) && error == 0)
3113                 ktrnamei(*retbuf);
3114 #endif
3115         return (error);
3116 }
3117
3118 static int
3119 kern___realpathat(struct thread *td, int fd, const char *path, char *buf,
3120     size_t size, int flags, enum uio_seg pathseg)
3121 {
3122         struct nameidata nd;
3123         char *retbuf, *freebuf;
3124         int error;
3125
3126         if (flags != 0)
3127                 return (EINVAL);
3128         NDINIT_ATRIGHTS(&nd, LOOKUP, FOLLOW | SAVENAME | WANTPARENT | AUDITVNODE1,
3129             pathseg, path, fd, &cap_fstat_rights, td);
3130         if ((error = namei(&nd)) != 0)
3131                 return (error);
3132         error = vn_fullpath_hardlink(&nd, &retbuf, &freebuf, &size);
3133         if (error == 0) {
3134                 error = copyout(retbuf, buf, size);
3135                 free(freebuf, M_TEMP);
3136         }
3137         NDFREE(&nd, 0);
3138         return (error);
3139 }
3140
3141 int
3142 sys___realpathat(struct thread *td, struct __realpathat_args *uap)
3143 {
3144
3145         return (kern___realpathat(td, uap->fd, uap->path, uap->buf, uap->size,
3146             uap->flags, UIO_USERSPACE));
3147 }
3148
3149 /*
3150  * Retrieve the full filesystem path that correspond to a vnode from the name
3151  * cache (if available)
3152  */
3153 int
3154 vn_fullpath(struct vnode *vp, char **retbuf, char **freebuf)
3155 {
3156         struct pwd *pwd;
3157         char *buf;
3158         size_t buflen;
3159         int error;
3160
3161         if (__predict_false(vp == NULL))
3162                 return (EINVAL);
3163
3164         buflen = MAXPATHLEN;
3165         buf = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
3166         vfs_smr_enter();
3167         pwd = pwd_get_smr();
3168         error = vn_fullpath_any_smr(vp, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf, &buflen, 0);
3169         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();
3170         if (error < 0) {
3171                 pwd = pwd_hold(curthread);
3172                 error = vn_fullpath_any(vp, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf, &buflen);
3173                 pwd_drop(pwd);
3174         }
3175         if (error == 0)
3176                 *freebuf = buf;
3177         else
3178                 free(buf, M_TEMP);
3179         return (error);
3180 }
3181
3182 /*
3183  * This function is similar to vn_fullpath, but it attempts to lookup the
3184  * pathname relative to the global root mount point.  This is required for the
3185  * auditing sub-system, as audited pathnames must be absolute, relative to the
3186  * global root mount point.
3187  */
3188 int
3189 vn_fullpath_global(struct vnode *vp, char **retbuf, char **freebuf)
3190 {
3191         char *buf;
3192         size_t buflen;
3193         int error;
3194
3195         if (__predict_false(vp == NULL))
3196                 return (EINVAL);
3197         buflen = MAXPATHLEN;
3198         buf = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
3199         vfs_smr_enter();
3200         error = vn_fullpath_any_smr(vp, rootvnode, buf, retbuf, &buflen, 0);
3201         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();
3202         if (error < 0) {
3203                 error = vn_fullpath_any(vp, rootvnode, buf, retbuf, &buflen);
3204         }
3205         if (error == 0)
3206                 *freebuf = buf;
3207         else
3208                 free(buf, M_TEMP);
3209         return (error);
3210 }
3211
3212 static struct namecache *
3213 vn_dd_from_dst(struct vnode *vp)
3214 {
3215         struct namecache *ncp;
3216
3217         cache_assert_vnode_locked(vp);
3218         TAILQ_FOREACH(ncp, &vp->v_cache_dst, nc_dst) {
3219                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0)
3220                         return (ncp);
3221         }
3222         return (NULL);
3223 }
3224
3225 int
3226 vn_vptocnp(struct vnode **vp, char *buf, size_t *buflen)
3227 {
3228         struct vnode *dvp;
3229         struct namecache *ncp;
3230         struct mtx *vlp;
3231         int error;
3232
3233         vlp = VP2VNODELOCK(*vp);
3234         mtx_lock(vlp);
3235         ncp = (*vp)->v_cache_dd;
3236         if (ncp != NULL && (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0) {
3237                 KASSERT(ncp == vn_dd_from_dst(*vp),
3238                     ("%s: mismatch for dd entry (%p != %p)", __func__,
3239                     ncp, vn_dd_from_dst(*vp)));
3240         } else {
3241                 ncp = vn_dd_from_dst(*vp);
3242         }
3243         if (ncp != NULL) {
3244                 if (*buflen < ncp->nc_nlen) {
3245                         mtx_unlock(vlp);
3246                         vrele(*vp);
3247                         counter_u64_add(numfullpathfail4, 1);
3248                         error = ENOMEM;
3249                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, error,
3250                             vp, NULL);
3251                         return (error);
3252                 }
3253                 *buflen -= ncp->nc_nlen;
3254                 memcpy(buf + *buflen, ncp->nc_name, ncp->nc_nlen);
3255                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, hit, ncp->nc_dvp,
3256                     ncp->nc_name, vp);
3257                 dvp = *vp;
3258                 *vp = ncp->nc_dvp;
3259                 vref(*vp);
3260                 mtx_unlock(vlp);
3261                 vrele(dvp);
3262                 return (0);
3263         }
3264         SDT_PROBE1(vfs, namecache, fullpath, miss, vp);
3265
3266         mtx_unlock(vlp);
3267         vn_lock(*vp, LK_SHARED | LK_RETRY);
3268         error = VOP_VPTOCNP(*vp, &dvp, buf, buflen);
3269         vput(*vp);
3270         if (error) {
3271                 counter_u64_add(numfullpathfail2, 1);
3272                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return,  error, vp, NULL);
3273                 return (error);
3274         }
3275
3276         *vp = dvp;
3277         if (VN_IS_DOOMED(dvp)) {
3278                 /* forced unmount */
3279                 vrele(dvp);
3280                 error = ENOENT;
3281                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, error, vp, NULL);
3282                 return (error);
3283         }
3284         /*
3285          * *vp has its use count incremented still.
3286          */
3287
3288         return (0);
3289 }
3290
3291 /*
3292  * Resolve a directory to a pathname.
3293  *
3294  * The name of the directory can always be found in the namecache or fetched
3295  * from the filesystem. There is also guaranteed to be only one parent, meaning
3296  * we can just follow vnodes up until we find the root.
3297  *
3298  * The vnode must be referenced.
3299  */
3300 static int
3301 vn_fullpath_dir(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf, char **retbuf,
3302     size_t *len, size_t addend)
3303 {
3304 #ifdef KDTRACE_HOOKS
3305         struct vnode *startvp = vp;
3306 #endif
3307         struct vnode *vp1;
3308         size_t buflen;
3309         int error;
3310         bool slash_prefixed;
3311
3312         VNPASS(vp->v_type == VDIR || VN_IS_DOOMED(vp), vp);
3313         VNPASS(vp->v_usecount > 0, vp);
3314
3315         buflen = *len;
3316
3317         slash_prefixed = true;
3318         if (addend == 0) {
3319                 MPASS(*len >= 2);
3320                 buflen--;
3321                 buf[buflen] = '\0';
3322                 slash_prefixed = false;
3323         }
3324
3325         error = 0;
3326
3327         SDT_PROBE1(vfs, namecache, fullpath, entry, vp);
3328         counter_u64_add(numfullpathcalls, 1);
3329         while (vp != rdir && vp != rootvnode) {
3330                 /*
3331                  * The vp vnode must be already fully constructed,
3332                  * since it is either found in namecache or obtained
3333                  * from VOP_VPTOCNP().  We may test for VV_ROOT safely
3334                  * without obtaining the vnode lock.
3335                  */
3336                 if ((vp->v_vflag & VV_ROOT) != 0) {
3337                         vn_lock(vp, LK_RETRY | LK_SHARED);
3338
3339                         /*
3340                          * With the vnode locked, check for races with
3341                          * unmount, forced or not.  Note that we
3342                          * already verified that vp is not equal to
3343                          * the root vnode, which means that
3344                          * mnt_vnodecovered can be NULL only for the
3345                          * case of unmount.
3346                          */
3347                         if (VN_IS_DOOMED(vp) ||
3348                             (vp1 = vp->v_mount->mnt_vnodecovered) == NULL ||
3349                             vp1->v_mountedhere != vp->v_mount) {
3350                                 vput(vp);
3351                                 error = ENOENT;
3352                                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return,
3353                                     error, vp, NULL);
3354                                 break;
3355                         }
3356
3357                         vref(vp1);
3358                         vput(vp);
3359                         vp = vp1;
3360                         continue;
3361                 }
3362                 if (vp->v_type != VDIR) {
3363                         vrele(vp);
3364                         counter_u64_add(numfullpathfail1, 1);
3365                         error = ENOTDIR;
3366                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return,
3367                             error, vp, NULL);
3368                         break;
3369                 }
3370                 error = vn_vptocnp(&vp, buf, &buflen);
3371                 if (error)
3372                         break;
3373                 if (buflen == 0) {
3374                         vrele(vp);
3375                         error = ENOMEM;
3376                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, error,
3377                             startvp, NULL);
3378                         break;
3379                 }
3380                 buf[--buflen] = '/';
3381                 slash_prefixed = true;
3382         }
3383         if (error)
3384                 return (error);
3385         if (!slash_prefixed) {
3386                 if (buflen == 0) {
3387                         vrele(vp);
3388                         counter_u64_add(numfullpathfail4, 1);
3389                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, ENOMEM,
3390                             startvp, NULL);
3391                         return (ENOMEM);
3392                 }
3393                 buf[--buflen] = '/';
3394         }
3395         counter_u64_add(numfullpathfound, 1);
3396         vrele(vp);
3397
3398         *retbuf = buf + buflen;
3399         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, 0, startvp, *retbuf);
3400         *len -= buflen;
3401         *len += addend;
3402         return (0);
3403 }
3404
3405 /*
3406  * Resolve an arbitrary vnode to a pathname.
3407  *
3408  * Note 2 caveats:
3409  * - hardlinks are not tracked, thus if the vnode is not a directory this can
3410  *   resolve to a different path than the one used to find it
3411  * - namecache is not mandatory, meaning names are not guaranteed to be added
3412  *   (in which case resolving fails)
3413  */
3414 static void __inline
3415 cache_rev_failed_impl(int *reason, int line)
3416 {
3417
3418         *reason = line;
3419 }
3420 #define cache_rev_failed(var)   cache_rev_failed_impl((var), __LINE__)
3421
3422 static int
3423 vn_fullpath_any_smr(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf,
3424     char **retbuf, size_t *buflen, size_t addend)
3425 {
3426 #ifdef KDTRACE_HOOKS
3427         struct vnode *startvp = vp;
3428 #endif
3429         struct vnode *tvp;
3430         struct mount *mp;
3431         struct namecache *ncp;
3432         size_t orig_buflen;
3433         int reason;
3434         int error;
3435 #ifdef KDTRACE_HOOKS
3436         int i;
3437 #endif
3438         seqc_t vp_seqc, tvp_seqc;
3439         u_char nc_flag;
3440
3441         VFS_SMR_ASSERT_ENTERED();
3442
3443         if (!cache_fast_revlookup) {
3444                 vfs_smr_exit();
3445                 return (-1);
3446         }
3447
3448         orig_buflen = *buflen;
3449
3450         if (addend == 0) {
3451                 MPASS(*buflen >= 2);
3452                 *buflen -= 1;
3453                 buf[*buflen] = '\0';
3454         }
3455
3456         if (vp == rdir || vp == rootvnode) {
3457                 if (addend == 0) {
3458                         *buflen -= 1;
3459                         buf[*buflen] = '/';
3460                 }
3461                 goto out_ok;
3462         }
3463
3464 #ifdef KDTRACE_HOOKS
3465         i = 0;
3466 #endif
3467         error = -1;
3468         ncp = NULL; /* for sdt probe down below */
3469         vp_seqc = vn_seqc_read_any(vp);
3470         if (seqc_in_modify(vp_seqc)) {
3471                 cache_rev_failed(&reason);
3472                 goto out_abort;
3473         }
3474
3475         for (;;) {
3476 #ifdef KDTRACE_HOOKS
3477                 i++;
3478 #endif
3479                 if ((vp->v_vflag & VV_ROOT) != 0) {
3480                         mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mount);
3481                         if (mp == NULL) {
3482                                 cache_rev_failed(&reason);
3483                                 goto out_abort;
3484                         }
3485                         tvp = atomic_load_ptr(&mp->mnt_vnodecovered);
3486                         tvp_seqc = vn_seqc_read_any(tvp);
3487                         if (seqc_in_modify(tvp_seqc)) {
3488                                 cache_rev_failed(&reason);
3489                                 goto out_abort;
3490                         }
3491                         if (!vn_seqc_consistent(vp, vp_seqc)) {
3492                                 cache_rev_failed(&reason);
3493                                 goto out_abort;
3494                         }
3495                         vp = tvp;
3496                         vp_seqc = tvp_seqc;
3497                         continue;
3498                 }
3499                 ncp = atomic_load_consume_ptr(&vp->v_cache_dd);
3500                 if (ncp == NULL) {
3501                         cache_rev_failed(&reason);
3502                         goto out_abort;
3503                 }
3504                 nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
3505                 if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
3506                         cache_rev_failed(&reason);
3507                         goto out_abort;
3508                 }
3509                 if (ncp->nc_nlen >= *buflen) {
3510                         cache_rev_failed(&reason);
3511                         error = ENOMEM;
3512                         goto out_abort;
3513                 }
3514                 *buflen -= ncp->nc_nlen;
3515                 memcpy(buf + *buflen, ncp->nc_name, ncp->nc_nlen);
3516                 *buflen -= 1;
3517                 buf[*buflen] = '/';
3518                 tvp = ncp->nc_dvp;
3519                 tvp_seqc = vn_seqc_read_any(tvp);
3520                 if (seqc_in_modify(tvp_seqc)) {
3521                         cache_rev_failed(&reason);
3522                         goto out_abort;
3523                 }
3524                 if (!vn_seqc_consistent(vp, vp_seqc)) {
3525                         cache_rev_failed(&reason);
3526                         goto out_abort;
3527                 }
3528                 /*
3529                  * Acquire fence provided by vn_seqc_read_any above.
3530                  */
3531                 if (__predict_false(atomic_load_ptr(&vp->v_cache_dd) != ncp)) {
3532                         cache_rev_failed(&reason);
3533                         goto out_abort;
3534                 }
3535                 if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
3536                         cache_rev_failed(&reason);
3537                         goto out_abort;
3538                 }
3539                 vp = tvp;
3540                 vp_seqc = tvp_seqc;
3541                 if (vp == rdir || vp == rootvnode)
3542                         break;
3543         }
3544 out_ok:
3545         vfs_smr_exit();
3546         *retbuf = buf + *buflen;
3547         *buflen = orig_buflen - *buflen + addend;
3548         SDT_PROBE2(vfs, namecache, fullpath_smr, hit, startvp, *retbuf);
3549         return (0);
3550
3551 out_abort:
3552         *buflen = orig_buflen;
3553         SDT_PROBE4(vfs, namecache, fullpath_smr, miss, startvp, ncp, reason, i);
3554         vfs_smr_exit();
3555         return (error);
3556 }
3557
3558 static int
3559 vn_fullpath_any(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf, char **retbuf,
3560     size_t *buflen)
3561 {
3562         size_t orig_buflen, addend;
3563         int error;
3564
3565         if (*buflen < 2)
3566                 return (EINVAL);
3567
3568         orig_buflen = *buflen;
3569
3570         vref(vp);
3571         addend = 0;
3572         if (vp->v_type != VDIR) {
3573                 *buflen -= 1;
3574                 buf[*buflen] = '\0';
3575                 error = vn_vptocnp(&vp, buf, buflen);
3576                 if (error)
3577                         return (error);
3578                 if (*buflen == 0) {
3579                         vrele(vp);
3580                         return (ENOMEM);
3581                 }
3582                 *buflen -= 1;
3583                 buf[*buflen] = '/';
3584                 addend = orig_buflen - *buflen;
3585         }
3586
3587         return (vn_fullpath_dir(vp, rdir, buf, retbuf, buflen, addend));
3588 }
3589
3590 /*
3591  * Resolve an arbitrary vnode to a pathname (taking care of hardlinks).
3592  *
3593  * Since the namecache does not track hardlinks, the caller is expected to first
3594  * look up the target vnode with SAVENAME | WANTPARENT flags passed to namei.
3595  *
3596  * Then we have 2 cases:
3597  * - if the found vnode is a directory, the path can be constructed just by
3598  *   following names up the chain
3599  * - otherwise we populate the buffer with the saved name and start resolving
3600  *   from the parent
3601  */
3602 static int
3603 vn_fullpath_hardlink(struct nameidata *ndp, char **retbuf, char **freebuf,
3604     size_t *buflen)
3605 {
3606         char *buf, *tmpbuf;
3607         struct pwd *pwd;
3608         struct componentname *cnp;
3609         struct vnode *vp;
3610         size_t addend;
3611         int error;
3612         enum vtype type;
3613
3614         if (*buflen < 2)
3615                 return (EINVAL);
3616         if (*buflen > MAXPATHLEN)
3617                 *buflen = MAXPATHLEN;
3618
3619         buf = malloc(*buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
3620
3621         addend = 0;
3622         vp = ndp->ni_vp;
3623         /*
3624          * Check for VBAD to work around the vp_crossmp bug in lookup().
3625          *
3626          * For example consider tmpfs on /tmp and realpath /tmp. ni_vp will be
3627          * set to mount point's root vnode while ni_dvp will be vp_crossmp.
3628          * If the type is VDIR (like in this very case) we can skip looking
3629          * at ni_dvp in the first place. However, since vnodes get passed here
3630          * unlocked the target may transition to doomed state (type == VBAD)
3631          * before we get to evaluate the condition. If this happens, we will
3632          * populate part of the buffer and descend to vn_fullpath_dir with
3633          * vp == vp_crossmp. Prevent the problem by checking for VBAD.
3634          *
3635          * This should be atomic_load(&vp->v_type) but it is illegal to take
3636          * an address of a bit field, even if said field is sized to char.
3637          * Work around the problem by reading the value into a full-sized enum
3638          * and then re-reading it with atomic_load which will still prevent
3639          * the compiler from re-reading down the road.
3640          */
3641         type = vp->v_type;
3642         type = atomic_load_int(&type);
3643         if (type == VBAD) {
3644                 error = ENOENT;
3645                 goto out_bad;
3646         }
3647         if (type != VDIR) {
3648                 cnp = &ndp->ni_cnd;
3649                 addend = cnp->cn_namelen + 2;
3650                 if (*buflen < addend) {
3651                         error = ENOMEM;
3652                         goto out_bad;
3653                 }
3654                 *buflen -= addend;
3655                 tmpbuf = buf + *buflen;
3656                 tmpbuf[0] = '/';
3657                 memcpy(&tmpbuf[1], cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen);
3658                 tmpbuf[addend - 1] = '\0';
3659                 vp = ndp->ni_dvp;
3660         }
3661
3662         vfs_smr_enter();
3663         pwd = pwd_get_smr();
3664         error = vn_fullpath_any_smr(vp, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf, buflen,
3665             addend);
3666         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();
3667         if (error < 0) {
3668                 pwd = pwd_hold(curthread);
3669                 vref(vp);
3670                 error = vn_fullpath_dir(vp, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf, buflen,
3671                     addend);
3672                 pwd_drop(pwd);
3673         }
3674         if (error != 0)
3675                 goto out_bad;
3676
3677         *freebuf = buf;
3678
3679         return (0);
3680 out_bad:
3681         free(buf, M_TEMP);
3682         return (error);
3683 }
3684
3685 struct vnode *
3686 vn_dir_dd_ino(struct vnode *vp)
3687 {
3688         struct namecache *ncp;
3689         struct vnode *ddvp;
3690         struct mtx *vlp;
3691         enum vgetstate vs;
3692
3693         ASSERT_VOP_LOCKED(vp, "vn_dir_dd_ino");
3694         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
3695         mtx_lock(vlp);
3696         TAILQ_FOREACH(ncp, &(vp->v_cache_dst), nc_dst) {
3697                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0)
3698                         continue;
3699                 ddvp = ncp->nc_dvp;
3700                 vs = vget_prep(ddvp);
3701                 mtx_unlock(vlp);
3702                 if (vget_finish(ddvp, LK_SHARED | LK_NOWAIT, vs))
3703                         return (NULL);
3704                 return (ddvp);
3705         }
3706         mtx_unlock(vlp);
3707         return (NULL);
3708 }
3709
3710 int
3711 vn_commname(struct vnode *vp, char *buf, u_int buflen)
3712 {
3713         struct namecache *ncp;
3714         struct mtx *vlp;
3715         int l;
3716
3717         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
3718         mtx_lock(vlp);
3719         TAILQ_FOREACH(ncp, &vp->v_cache_dst, nc_dst)
3720                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0)
3721                         break;
3722         if (ncp == NULL) {
3723                 mtx_unlock(vlp);
3724                 return (ENOENT);
3725         }
3726         l = min(ncp->nc_nlen, buflen - 1);
3727         memcpy(buf, ncp->nc_name, l);
3728         mtx_unlock(vlp);
3729         buf[l] = '\0';
3730         return (0);
3731 }
3732
3733 /*
3734  * This function updates path string to vnode's full global path
3735  * and checks the size of the new path string against the pathlen argument.
3736  *
3737  * Requires a locked, referenced vnode.
3738  * Vnode is re-locked on success or ENODEV, otherwise unlocked.
3739  *
3740  * If vp is a directory, the call to vn_fullpath_global() always succeeds
3741  * because it falls back to the ".." lookup if the namecache lookup fails.
3742  */
3743 int
3744 vn_path_to_global_path(struct thread *td, struct vnode *vp, char *path,
3745     u_int pathlen)
3746 {
3747         struct nameidata nd;
3748         struct vnode *vp1;
3749         char *rpath, *fbuf;
3750         int error;
3751
3752         ASSERT_VOP_ELOCKED(vp, __func__);
3753
3754         /* Construct global filesystem path from vp. */
3755         VOP_UNLOCK(vp);
3756         error = vn_fullpath_global(vp, &rpath, &fbuf);
3757
3758         if (error != 0) {
3759                 vrele(vp);
3760                 return (error);
3761         }
3762
3763         if (strlen(rpath) >= pathlen) {
3764                 vrele(vp);
3765                 error = ENAMETOOLONG;
3766                 goto out;
3767         }
3768
3769         /*
3770          * Re-lookup the vnode by path to detect a possible rename.
3771          * As a side effect, the vnode is relocked.
3772          * If vnode was renamed, return ENOENT.
3773          */
3774         NDINIT(&nd, LOOKUP, FOLLOW | LOCKLEAF | AUDITVNODE1,
3775             UIO_SYSSPACE, path, td);
3776         error = namei(&nd);
3777         if (error != 0) {
3778                 vrele(vp);
3779                 goto out;
3780         }
3781         NDFREE(&nd, NDF_ONLY_PNBUF);
3782         vp1 = nd.ni_vp;
3783         vrele(vp);
3784         if (vp1 == vp)
3785                 strcpy(path, rpath);
3786         else {
3787                 vput(vp1);
3788                 error = ENOENT;
3789         }
3790
3791 out:
3792         free(fbuf, M_TEMP);
3793         return (error);
3794 }
3795
3796 #ifdef DDB
3797 static void
3798 db_print_vpath(struct vnode *vp)
3799 {
3800
3801         while (vp != NULL) {
3802                 db_printf("%p: ", vp);
3803                 if (vp == rootvnode) {
3804                         db_printf("/");
3805                         vp = NULL;
3806                 } else {
3807                         if (vp->v_vflag & VV_ROOT) {
3808                                 db_printf("<mount point>");
3809                                 vp = vp->v_mount->mnt_vnodecovered;
3810                         } else {
3811                                 struct namecache *ncp;
3812                                 char *ncn;
3813                                 int i;
3814
3815                                 ncp = TAILQ_FIRST(&vp->v_cache_dst);
3816                                 if (ncp != NULL) {
3817                                         ncn = ncp->nc_name;
3818                                         for (i = 0; i < ncp->nc_nlen; i++)
3819                                                 db_printf("%c", *ncn++);
3820                                         vp = ncp->nc_dvp;
3821                                 } else {
3822                                         vp = NULL;
3823                                 }
3824                         }
3825                 }
3826                 db_printf("\n");
3827         }
3828
3829         return;
3830 }
3831
3832 DB_SHOW_COMMAND(vpath, db_show_vpath)
3833 {
3834         struct vnode *vp;
3835
3836         if (!have_addr) {
3837                 db_printf("usage: show vpath <struct vnode *>\n");
3838                 return;
3839         }
3840
3841         vp = (struct vnode *)addr;
3842         db_print_vpath(vp);
3843 }
3844
3845 #endif
3846
3847 static int cache_fast_lookup = 1;
3848 static char __read_frequently cache_fast_lookup_enabled = true;
3849
3850 #define CACHE_FPL_FAILED        -2020
3851
3852 void
3853 cache_fast_lookup_enabled_recalc(void)
3854 {
3855         int lookup_flag;
3856         int mac_on;
3857
3858 #ifdef MAC
3859         mac_on = mac_vnode_check_lookup_enabled();
3860         mac_on |= mac_vnode_check_readlink_enabled();
3861 #else
3862         mac_on = 0;
3863 #endif
3864
3865         lookup_flag = atomic_load_int(&cache_fast_lookup);
3866         if (lookup_flag && !mac_on) {
3867                 atomic_store_char(&cache_fast_lookup_enabled, true);
3868         } else {
3869                 atomic_store_char(&cache_fast_lookup_enabled, false);
3870         }
3871 }
3872
3873 static int
3874 syscal_vfs_cache_fast_lookup(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3875 {
3876         int error, old;
3877
3878         old = atomic_load_int(&cache_fast_lookup);
3879         error = sysctl_handle_int(oidp, arg1, arg2, req);
3880         if (error == 0 && req->newptr && old != atomic_load_int(&cache_fast_lookup))
3881                 cache_fast_lookup_enabled_recalc();
3882         return (error);
3883 }
3884 SYSCTL_PROC(_vfs, OID_AUTO, cache_fast_lookup, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RW|CTLFLAG_MPSAFE,
3885     &cache_fast_lookup, 0, syscal_vfs_cache_fast_lookup, "IU", "");
3886
3887 /*
3888  * Components of nameidata (or objects it can point to) which may
3889  * need restoring in case fast path lookup fails.
3890  */
3891 struct nameidata_outer {
3892         size_t ni_pathlen;
3893         int cn_flags;
3894 };
3895
3896 struct nameidata_saved {
3897 #ifdef INVARIANTS
3898         char *cn_nameptr;
3899         size_t ni_pathlen;
3900 #endif
3901 };
3902
3903 #ifdef INVARIANTS
3904 struct cache_fpl_debug {
3905         size_t ni_pathlen;
3906 };
3907 #endif
3908
3909 struct cache_fpl {
3910         struct nameidata *ndp;
3911         struct componentname *cnp;
3912         char *nulchar;
3913         struct vnode *dvp;
3914         struct vnode *tvp;
3915         seqc_t dvp_seqc;
3916         seqc_t tvp_seqc;
3917         uint32_t hash;
3918         struct nameidata_saved snd;
3919         struct nameidata_outer snd_outer;
3920         int line;
3921         enum cache_fpl_status status:8;
3922         bool in_smr;
3923         bool fsearch;
3924         bool savename;
3925         struct pwd **pwd;
3926 #ifdef INVARIANTS
3927         struct cache_fpl_debug debug;
3928 #endif
3929 };
3930
3931 static bool cache_fplookup_mp_supported(struct mount *mp);
3932 static bool cache_fplookup_is_mp(struct cache_fpl *fpl);
3933 static int cache_fplookup_cross_mount(struct cache_fpl *fpl);
3934 static int cache_fplookup_partial_setup(struct cache_fpl *fpl);
3935 static int cache_fplookup_skip_slashes(struct cache_fpl *fpl);
3936 static int cache_fplookup_trailingslash(struct cache_fpl *fpl);
3937 static void cache_fpl_pathlen_dec(struct cache_fpl *fpl);
3938 static void cache_fpl_pathlen_inc(struct cache_fpl *fpl);
3939 static void cache_fpl_pathlen_add(struct cache_fpl *fpl, size_t n);
3940 static void cache_fpl_pathlen_sub(struct cache_fpl *fpl, size_t n);
3941
3942 static void
3943 cache_fpl_cleanup_cnp(struct componentname *cnp)
3944 {
3945
3946         uma_zfree(namei_zone, cnp->cn_pnbuf);
3947 #ifdef DIAGNOSTIC
3948         cnp->cn_pnbuf = NULL;
3949         cnp->cn_nameptr = NULL;
3950 #endif
3951 }
3952
3953 static struct vnode *
3954 cache_fpl_handle_root(struct cache_fpl *fpl)
3955 {
3956         struct nameidata *ndp;
3957         struct componentname *cnp;
3958
3959         ndp = fpl->ndp;
3960         cnp = fpl->cnp;
3961
3962         MPASS(*(cnp->cn_nameptr) == '/');
3963         cnp->cn_nameptr++;
3964         cache_fpl_pathlen_dec(fpl);
3965
3966         if (__predict_false(*(cnp->cn_nameptr) == '/')) {
3967                 do {
3968                         cnp->cn_nameptr++;
3969                         cache_fpl_pathlen_dec(fpl);
3970                 } while (*(cnp->cn_nameptr) == '/');
3971         }
3972
3973         return (ndp->ni_rootdir);
3974 }
3975
3976 static void
3977 cache_fpl_checkpoint_outer(struct cache_fpl *fpl)
3978 {
3979
3980         fpl->snd_outer.ni_pathlen = fpl->ndp->ni_pathlen;
3981         fpl->snd_outer.cn_flags = fpl->ndp->ni_cnd.cn_flags;
3982 }
3983
3984 static void
3985 cache_fpl_checkpoint(struct cache_fpl *fpl)
3986 {
3987
3988 #ifdef INVARIANTS
3989         fpl->snd.cn_nameptr = fpl->ndp->ni_cnd.cn_nameptr;
3990         fpl->snd.ni_pathlen = fpl->debug.ni_pathlen;
3991 #endif
3992 }
3993
3994 static void
3995 cache_fpl_restore_partial(struct cache_fpl *fpl)
3996 {
3997
3998         fpl->ndp->ni_cnd.cn_flags = fpl->snd_outer.cn_flags;
3999 #ifdef INVARIANTS
4000         fpl->debug.ni_pathlen = fpl->snd.ni_pathlen;
4001 #endif
4002 }
4003
4004 static void
4005 cache_fpl_restore_abort(struct cache_fpl *fpl)
4006 {
4007
4008         cache_fpl_restore_partial(fpl);
4009         /*
4010          * It is 0 on entry by API contract.
4011          */
4012         fpl->ndp->ni_resflags = 0;
4013         fpl->ndp->ni_cnd.cn_nameptr = fpl->ndp->ni_cnd.cn_pnbuf;
4014         fpl->ndp->ni_pathlen = fpl->snd_outer.ni_pathlen;
4015 }
4016
4017 #ifdef INVARIANTS
4018 #define cache_fpl_smr_assert_entered(fpl) ({                    \
4019         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
4020         MPASS(_fpl->in_smr == true);                            \
4021         VFS_SMR_ASSERT_ENTERED();                               \
4022 })
4023 #define cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl) ({                \
4024         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
4025         MPASS(_fpl->in_smr == false);                           \
4026         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();                           \
4027 })
4028 static void
4029 cache_fpl_assert_status(struct cache_fpl *fpl)
4030 {
4031
4032         switch (fpl->status) {
4033         case CACHE_FPL_STATUS_UNSET:
4034                 __assert_unreachable();
4035                 break;
4036         case CACHE_FPL_STATUS_DESTROYED:
4037         case CACHE_FPL_STATUS_ABORTED:
4038         case CACHE_FPL_STATUS_PARTIAL:
4039         case CACHE_FPL_STATUS_HANDLED:
4040                 break;
4041         }
4042 }
4043 #else
4044 #define cache_fpl_smr_assert_entered(fpl) do { } while (0)
4045 #define cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl) do { } while (0)
4046 #define cache_fpl_assert_status(fpl) do { } while (0)
4047 #endif
4048
4049 #define cache_fpl_smr_enter_initial(fpl) ({                     \
4050         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
4051         vfs_smr_enter();                                        \
4052         _fpl->in_smr = true;                                    \
4053 })
4054
4055 #define cache_fpl_smr_enter(fpl) ({                             \
4056         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
4057         MPASS(_fpl->in_smr == false);                           \
4058         vfs_smr_enter();                                        \
4059         _fpl->in_smr = true;                                    \
4060 })
4061
4062 #define cache_fpl_smr_exit(fpl) ({                              \
4063         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
4064         MPASS(_fpl->in_smr == true);                            \
4065         vfs_smr_exit();                                         \
4066         _fpl->in_smr = false;                                   \
4067 })
4068
4069 static int
4070 cache_fpl_aborted_early_impl(struct cache_fpl *fpl, int line)
4071 {
4072
4073         if (fpl->status != CACHE_FPL_STATUS_UNSET) {
4074                 KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_PARTIAL,
4075                     ("%s: converting to abort from %d at %d, set at %d\n",
4076                     __func__, fpl->status, line, fpl->line));
4077         }
4078         cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl);
4079         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_ABORTED;
4080         fpl->line = line;
4081         return (CACHE_FPL_FAILED);
4082 }
4083
4084 #define cache_fpl_aborted_early(x)      cache_fpl_aborted_early_impl((x), __LINE__)
4085
4086 static int __noinline
4087 cache_fpl_aborted_impl(struct cache_fpl *fpl, int line)
4088 {
4089         struct nameidata *ndp;
4090         struct componentname *cnp;
4091
4092         ndp = fpl->ndp;
4093         cnp = fpl->cnp;
4094
4095         if (fpl->status != CACHE_FPL_STATUS_UNSET) {
4096                 KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_PARTIAL,
4097                     ("%s: converting to abort from %d at %d, set at %d\n",
4098                     __func__, fpl->status, line, fpl->line));
4099         }
4100         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_ABORTED;
4101         fpl->line = line;
4102         if (fpl->in_smr)
4103                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4104         cache_fpl_restore_abort(fpl);
4105         /*
4106          * Resolving symlinks overwrites data passed by the caller.
4107          * Let namei know.
4108          */
4109         if (ndp->ni_loopcnt > 0) {
4110                 fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_DESTROYED;
4111                 cache_fpl_cleanup_cnp(cnp);
4112         }
4113         return (CACHE_FPL_FAILED);
4114 }
4115
4116 #define cache_fpl_aborted(x)    cache_fpl_aborted_impl((x), __LINE__)
4117
4118 static int __noinline
4119 cache_fpl_partial_impl(struct cache_fpl *fpl, int line)
4120 {
4121
4122         KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_UNSET,
4123             ("%s: setting to partial at %d, but already set to %d at %d\n",
4124             __func__, line, fpl->status, fpl->line));
4125         cache_fpl_smr_assert_entered(fpl);
4126         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_PARTIAL;
4127         fpl->line = line;
4128         return (cache_fplookup_partial_setup(fpl));
4129 }
4130
4131 #define cache_fpl_partial(x)    cache_fpl_partial_impl((x), __LINE__)
4132
4133 static int
4134 cache_fpl_handled_impl(struct cache_fpl *fpl, int line)
4135 {
4136
4137         KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_UNSET,
4138             ("%s: setting to handled at %d, but already set to %d at %d\n",
4139             __func__, line, fpl->status, fpl->line));
4140         cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl);
4141         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_HANDLED;
4142         fpl->line = line;
4143         return (0);
4144 }
4145
4146 #define cache_fpl_handled(x)    cache_fpl_handled_impl((x), __LINE__)
4147
4148 static int
4149 cache_fpl_handled_error_impl(struct cache_fpl *fpl, int error, int line)
4150 {
4151
4152         KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_UNSET,
4153             ("%s: setting to handled at %d, but already set to %d at %d\n",
4154             __func__, line, fpl->status, fpl->line));
4155         MPASS(error != 0);
4156         MPASS(error != CACHE_FPL_FAILED);
4157         cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl);
4158         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_HANDLED;
4159         fpl->line = line;
4160         fpl->dvp = NULL;
4161         fpl->tvp = NULL;
4162         fpl->savename = false;
4163         return (error);
4164 }
4165
4166 #define cache_fpl_handled_error(x, e)   cache_fpl_handled_error_impl((x), (e), __LINE__)
4167
4168 static bool
4169 cache_fpl_terminated(struct cache_fpl *fpl)
4170 {
4171
4172         return (fpl->status != CACHE_FPL_STATUS_UNSET);
4173 }
4174
4175 #define CACHE_FPL_SUPPORTED_CN_FLAGS \
4176         (NC_NOMAKEENTRY | NC_KEEPPOSENTRY | LOCKLEAF | LOCKPARENT | WANTPARENT | \
4177          FAILIFEXISTS | FOLLOW | LOCKSHARED | SAVENAME | SAVESTART | WILLBEDIR | \
4178          ISOPEN | NOMACCHECK | AUDITVNODE1 | AUDITVNODE2 | NOCAPCHECK)
4179
4180 #define CACHE_FPL_INTERNAL_CN_FLAGS \
4181         (ISDOTDOT | MAKEENTRY | ISLASTCN)
4182
4183 _Static_assert((CACHE_FPL_SUPPORTED_CN_FLAGS & CACHE_FPL_INTERNAL_CN_FLAGS) == 0,
4184     "supported and internal flags overlap");
4185
4186 static bool
4187 cache_fpl_islastcn(struct nameidata *ndp)
4188 {
4189
4190         return (*ndp->ni_next == 0);
4191 }
4192
4193 static bool
4194 cache_fpl_istrailingslash(struct cache_fpl *fpl)
4195 {
4196
4197         return (*(fpl->nulchar - 1) == '/');
4198 }
4199
4200 static bool
4201 cache_fpl_isdotdot(struct componentname *cnp)
4202 {
4203
4204         if (cnp->cn_namelen == 2 &&
4205             cnp->cn_nameptr[1] == '.' && cnp->cn_nameptr[0] == '.')
4206                 return (true);
4207         return (false);
4208 }
4209
4210 static bool
4211 cache_can_fplookup(struct cache_fpl *fpl)
4212 {
4213         struct nameidata *ndp;
4214         struct componentname *cnp;
4215         struct thread *td;
4216
4217         ndp = fpl->ndp;
4218         cnp = fpl->cnp;
4219         td = cnp->cn_thread;
4220
4221         if (!atomic_load_char(&cache_fast_lookup_enabled)) {
4222                 cache_fpl_aborted_early(fpl);
4223                 return (false);
4224         }
4225         if ((cnp->cn_flags & ~CACHE_FPL_SUPPORTED_CN_FLAGS) != 0) {
4226                 cache_fpl_aborted_early(fpl);
4227                 return (false);
4228         }
4229         if (IN_CAPABILITY_MODE(td)) {
4230                 cache_fpl_aborted_early(fpl);
4231                 return (false);
4232         }
4233         if (AUDITING_TD(td)) {
4234                 cache_fpl_aborted_early(fpl);
4235                 return (false);
4236         }
4237         if (ndp->ni_startdir != NULL) {
4238                 cache_fpl_aborted_early(fpl);
4239                 return (false);
4240         }
4241         return (true);
4242 }
4243
4244 static int
4245 cache_fplookup_dirfd(struct cache_fpl *fpl, struct vnode **vpp)
4246 {
4247         struct nameidata *ndp;
4248         int error;
4249         bool fsearch;
4250
4251         ndp = fpl->ndp;
4252         error = fgetvp_lookup_smr(ndp->ni_dirfd, ndp, vpp, &fsearch);
4253         if (__predict_false(error != 0)) {
4254                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4255         }
4256         fpl->fsearch = fsearch;
4257         return (0);
4258 }
4259
4260 static int __noinline
4261 cache_fplookup_negative_promote(struct cache_fpl *fpl, struct namecache *oncp,
4262     uint32_t hash)
4263 {
4264         struct componentname *cnp;
4265         struct vnode *dvp;
4266
4267         cnp = fpl->cnp;
4268         dvp = fpl->dvp;
4269
4270         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4271         if (cache_neg_promote_cond(dvp, cnp, oncp, hash))
4272                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENOENT));
4273         else
4274                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4275 }
4276
4277 /*
4278  * The target vnode is not supported, prepare for the slow path to take over.
4279  */
4280 static int __noinline
4281 cache_fplookup_partial_setup(struct cache_fpl *fpl)
4282 {
4283         struct nameidata *ndp;
4284         struct componentname *cnp;
4285         enum vgetstate dvs;
4286         struct vnode *dvp;
4287         struct pwd *pwd;
4288         seqc_t dvp_seqc;
4289
4290         ndp = fpl->ndp;
4291         cnp = fpl->cnp;
4292         pwd = *(fpl->pwd);
4293         dvp = fpl->dvp;
4294         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4295
4296         if (!pwd_hold_smr(pwd)) {
4297                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4298         }
4299
4300         /*
4301          * Note that seqc is checked before the vnode is locked, so by
4302          * the time regular lookup gets to it it may have moved.
4303          *
4304          * Ultimately this does not affect correctness, any lookup errors
4305          * are userspace racing with itself. It is guaranteed that any
4306          * path which ultimately gets found could also have been found
4307          * by regular lookup going all the way in absence of concurrent
4308          * modifications.
4309          */
4310         dvs = vget_prep_smr(dvp);
4311         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4312         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
4313                 pwd_drop(pwd);
4314                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4315         }
4316
4317         vget_finish_ref(dvp, dvs);
4318         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
4319                 vrele(dvp);
4320                 pwd_drop(pwd);
4321                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4322         }
4323
4324         cache_fpl_restore_partial(fpl);
4325 #ifdef INVARIANTS
4326         if (cnp->cn_nameptr != fpl->snd.cn_nameptr) {
4327                 panic("%s: cn_nameptr mismatch (%p != %p) full [%s]\n", __func__,
4328                     cnp->cn_nameptr, fpl->snd.cn_nameptr, cnp->cn_pnbuf);
4329         }
4330 #endif
4331
4332         ndp->ni_startdir = dvp;
4333         cnp->cn_flags |= MAKEENTRY;
4334         if (cache_fpl_islastcn(ndp))
4335                 cnp->cn_flags |= ISLASTCN;
4336         if (cache_fpl_isdotdot(cnp))
4337                 cnp->cn_flags |= ISDOTDOT;
4338
4339         /*
4340          * Skip potential extra slashes parsing did not take care of.
4341          * cache_fplookup_skip_slashes explains the mechanism.
4342          */
4343         if (__predict_false(*(cnp->cn_nameptr) == '/')) {
4344                 do {
4345                         cnp->cn_nameptr++;
4346                         cache_fpl_pathlen_dec(fpl);
4347                 } while (*(cnp->cn_nameptr) == '/');
4348         }
4349
4350         ndp->ni_pathlen = fpl->nulchar - cnp->cn_nameptr + 1;
4351 #ifdef INVARIANTS
4352         if (ndp->ni_pathlen != fpl->debug.ni_pathlen) {
4353                 panic("%s: mismatch (%zu != %zu) nulchar %p nameptr %p [%s] ; full string [%s]\n",
4354                     __func__, ndp->ni_pathlen, fpl->debug.ni_pathlen, fpl->nulchar,
4355                     cnp->cn_nameptr, cnp->cn_nameptr, cnp->cn_pnbuf);
4356         }
4357 #endif
4358         return (0);
4359 }
4360
4361 static int
4362 cache_fplookup_final_child(struct cache_fpl *fpl, enum vgetstate tvs)
4363 {
4364         struct componentname *cnp;
4365         struct vnode *tvp;
4366         seqc_t tvp_seqc;
4367         int error, lkflags;
4368
4369         cnp = fpl->cnp;
4370         tvp = fpl->tvp;
4371         tvp_seqc = fpl->tvp_seqc;
4372
4373         if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) != 0) {
4374                 lkflags = LK_SHARED;
4375                 if ((cnp->cn_flags & LOCKSHARED) == 0)
4376                         lkflags = LK_EXCLUSIVE;
4377                 error = vget_finish(tvp, lkflags, tvs);
4378                 if (__predict_false(error != 0)) {
4379                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4380                 }
4381         } else {
4382                 vget_finish_ref(tvp, tvs);
4383         }
4384
4385         if (!vn_seqc_consistent(tvp, tvp_seqc)) {
4386                 if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) != 0)
4387                         vput(tvp);
4388                 else
4389                         vrele(tvp);
4390                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4391         }
4392
4393         return (cache_fpl_handled(fpl));
4394 }
4395
4396 /*
4397  * They want to possibly modify the state of the namecache.
4398  */
4399 static int __noinline
4400 cache_fplookup_final_modifying(struct cache_fpl *fpl)
4401 {
4402         struct nameidata *ndp;
4403         struct componentname *cnp;
4404         enum vgetstate dvs;
4405         struct vnode *dvp, *tvp;
4406         struct mount *mp;
4407         seqc_t dvp_seqc;
4408         int error;
4409         bool docache;
4410
4411         ndp = fpl->ndp;
4412         cnp = fpl->cnp;
4413         dvp = fpl->dvp;
4414         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4415
4416         MPASS(*(cnp->cn_nameptr) != '/');
4417         MPASS(cache_fpl_islastcn(ndp));
4418         if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) == 0)
4419                 MPASS((cnp->cn_flags & WANTPARENT) != 0);
4420         MPASS((cnp->cn_flags & TRAILINGSLASH) == 0);
4421         MPASS(cnp->cn_nameiop == CREATE || cnp->cn_nameiop == DELETE ||
4422             cnp->cn_nameiop == RENAME);
4423         MPASS((cnp->cn_flags & MAKEENTRY) == 0);
4424         MPASS((cnp->cn_flags & ISDOTDOT) == 0);
4425
4426         docache = (cnp->cn_flags & NOCACHE) ^ NOCACHE;
4427         if (cnp->cn_nameiop == DELETE || cnp->cn_nameiop == RENAME)
4428                 docache = false;
4429
4430         /*
4431          * Regular lookup nulifies the slash, which we don't do here.
4432          * Don't take chances with filesystem routines seeing it for
4433          * the last entry.
4434          */
4435         if (cache_fpl_istrailingslash(fpl)) {
4436                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4437         }
4438
4439         mp = atomic_load_ptr(&dvp->v_mount);
4440         if (__predict_false(mp == NULL)) {
4441                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4442         }
4443
4444         if (__predict_false(mp->mnt_flag & MNT_RDONLY)) {
4445                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4446                 /*
4447                  * Original code keeps not checking for CREATE which
4448                  * might be a bug. For now let the old lookup decide.
4449                  */
4450                 if (cnp->cn_nameiop == CREATE) {
4451                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4452                 }
4453                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, EROFS));
4454         }
4455
4456         if (fpl->tvp != NULL && (cnp->cn_flags & FAILIFEXISTS) != 0) {
4457                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4458                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, EEXIST));
4459         }
4460
4461         /*
4462          * Secure access to dvp; check cache_fplookup_partial_setup for
4463          * reasoning.
4464          *
4465          * XXX At least UFS requires its lookup routine to be called for
4466          * the last path component, which leads to some level of complication
4467          * and inefficiency:
4468          * - the target routine always locks the target vnode, but our caller
4469          *   may not need it locked
4470          * - some of the VOP machinery asserts that the parent is locked, which
4471          *   once more may be not required
4472          *
4473          * TODO: add a flag for filesystems which don't need this.
4474          */
4475         dvs = vget_prep_smr(dvp);
4476         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4477         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
4478                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4479         }
4480
4481         vget_finish_ref(dvp, dvs);
4482         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
4483                 vrele(dvp);
4484                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4485         }
4486
4487         error = vn_lock(dvp, LK_EXCLUSIVE);
4488         if (__predict_false(error != 0)) {
4489                 vrele(dvp);
4490                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4491         }
4492
4493         tvp = NULL;
4494         cnp->cn_flags |= ISLASTCN;
4495         if (docache)
4496                 cnp->cn_flags |= MAKEENTRY;
4497         if (cache_fpl_isdotdot(cnp))
4498                 cnp->cn_flags |= ISDOTDOT;
4499         cnp->cn_lkflags = LK_EXCLUSIVE;
4500         error = VOP_LOOKUP(dvp, &tvp, cnp);
4501         switch (error) {
4502         case EJUSTRETURN:
4503         case 0:
4504                 break;
4505         case ENOTDIR:
4506         case ENOENT:
4507                 vput(dvp);
4508                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, error));
4509         default:
4510                 vput(dvp);
4511                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4512         }
4513
4514         fpl->tvp = tvp;
4515         fpl->savename = (cnp->cn_flags & SAVENAME) != 0;
4516
4517         if (tvp == NULL) {
4518                 if ((cnp->cn_flags & SAVESTART) != 0) {
4519                         ndp->ni_startdir = dvp;
4520                         vrefact(ndp->ni_startdir);
4521                         cnp->cn_flags |= SAVENAME;
4522                         fpl->savename = true;
4523                 }
4524                 MPASS(error == EJUSTRETURN);
4525                 if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) == 0) {
4526                         VOP_UNLOCK(dvp);
4527                 }
4528                 return (cache_fpl_handled(fpl));
4529         }
4530
4531         /*
4532          * There are very hairy corner cases concerning various flag combinations
4533          * and locking state. In particular here we only hold one lock instead of
4534          * two.
4535          *
4536          * Skip the complexity as it is of no significance for normal workloads.
4537          */
4538         if (__predict_false(tvp == dvp)) {
4539                 vput(dvp);
4540                 vrele(tvp);
4541                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4542         }
4543
4544         /*
4545          * If they want the symlink itself we are fine, but if they want to
4546          * follow it regular lookup has to be engaged.
4547          */
4548         if (tvp->v_type == VLNK) {
4549                 if ((cnp->cn_flags & FOLLOW) != 0) {
4550                         vput(dvp);
4551                         vput(tvp);
4552                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4553                 }
4554         }
4555
4556         /*
4557          * Since we expect this to be the terminal vnode it should almost never
4558          * be a mount point.
4559          */
4560         if (__predict_false(cache_fplookup_is_mp(fpl))) {
4561                 vput(dvp);
4562                 vput(tvp);
4563                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4564         }
4565
4566         if ((cnp->cn_flags & FAILIFEXISTS) != 0) {
4567                 vput(dvp);
4568                 vput(tvp);
4569                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, EEXIST));
4570         }
4571
4572         if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) == 0) {
4573                 VOP_UNLOCK(tvp);
4574         }
4575
4576         if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) == 0) {
4577                 VOP_UNLOCK(dvp);
4578         }
4579
4580         if ((cnp->cn_flags & SAVESTART) != 0) {
4581                 ndp->ni_startdir = dvp;
4582                 vrefact(ndp->ni_startdir);
4583                 cnp->cn_flags |= SAVENAME;
4584                 fpl->savename = true;
4585         }
4586
4587         return (cache_fpl_handled(fpl));
4588 }
4589
4590 static int __noinline
4591 cache_fplookup_modifying(struct cache_fpl *fpl)
4592 {
4593         struct nameidata *ndp;
4594
4595         ndp = fpl->ndp;
4596
4597         if (!cache_fpl_islastcn(ndp)) {
4598                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4599         }
4600         return (cache_fplookup_final_modifying(fpl));
4601 }
4602
4603 static int __noinline
4604 cache_fplookup_final_withparent(struct cache_fpl *fpl)
4605 {
4606         struct componentname *cnp;
4607         enum vgetstate dvs, tvs;
4608         struct vnode *dvp, *tvp;
4609         seqc_t dvp_seqc;
4610         int error;
4611
4612         cnp = fpl->cnp;
4613         dvp = fpl->dvp;
4614         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4615         tvp = fpl->tvp;
4616
4617         MPASS((cnp->cn_flags & (LOCKPARENT|WANTPARENT)) != 0);
4618
4619         /*
4620          * This is less efficient than it can be for simplicity.
4621          */
4622         dvs = vget_prep_smr(dvp);
4623         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
4624                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4625         }
4626         tvs = vget_prep_smr(tvp);
4627         if (__predict_false(tvs == VGET_NONE)) {
4628                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4629                 vget_abort(dvp, dvs);
4630                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4631         }
4632
4633         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4634
4635         if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) != 0) {
4636                 error = vget_finish(dvp, LK_EXCLUSIVE, dvs);
4637                 if (__predict_false(error != 0)) {
4638                         vget_abort(tvp, tvs);
4639                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4640                 }
4641         } else {
4642                 vget_finish_ref(dvp, dvs);
4643         }
4644
4645         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
4646                 vget_abort(tvp, tvs);
4647                 if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) != 0)
4648                         vput(dvp);
4649                 else
4650                         vrele(dvp);
4651                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4652         }
4653
4654         error = cache_fplookup_final_child(fpl, tvs);
4655         if (__predict_false(error != 0)) {
4656                 MPASS(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_ABORTED ||
4657                     fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_DESTROYED);
4658                 if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) != 0)
4659                         vput(dvp);
4660                 else
4661                         vrele(dvp);
4662                 return (error);
4663         }
4664
4665         MPASS(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_HANDLED);
4666         return (0);
4667 }
4668
4669 static int
4670 cache_fplookup_final(struct cache_fpl *fpl)
4671 {
4672         struct componentname *cnp;
4673         enum vgetstate tvs;
4674         struct vnode *dvp, *tvp;
4675         seqc_t dvp_seqc;
4676
4677         cnp = fpl->cnp;
4678         dvp = fpl->dvp;
4679         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4680         tvp = fpl->tvp;
4681
4682         MPASS(*(cnp->cn_nameptr) != '/');
4683
4684         if (cnp->cn_nameiop != LOOKUP) {
4685                 return (cache_fplookup_final_modifying(fpl));
4686         }
4687
4688         if ((cnp->cn_flags & (LOCKPARENT|WANTPARENT)) != 0)
4689                 return (cache_fplookup_final_withparent(fpl));
4690
4691         tvs = vget_prep_smr(tvp);
4692         if (__predict_false(tvs == VGET_NONE)) {
4693                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4694         }
4695
4696         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
4697                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4698                 vget_abort(tvp, tvs);
4699                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4700         }
4701
4702         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4703         return (cache_fplookup_final_child(fpl, tvs));
4704 }
4705
4706 /*
4707  * Comment from locked lookup:
4708  * Check for degenerate name (e.g. / or "") which is a way of talking about a
4709  * directory, e.g. like "/." or ".".
4710  */
4711 static int __noinline
4712 cache_fplookup_degenerate(struct cache_fpl *fpl)
4713 {
4714         struct componentname *cnp;
4715         struct vnode *dvp;
4716         enum vgetstate dvs;
4717         int error, lkflags;
4718 #ifdef INVARIANTS
4719         char *cp;
4720 #endif
4721
4722         fpl->tvp = fpl->dvp;
4723         fpl->tvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4724
4725         cnp = fpl->cnp;
4726         dvp = fpl->dvp;
4727
4728 #ifdef INVARIANTS
4729         for (cp = cnp->cn_pnbuf; *cp != '\0'; cp++) {
4730                 KASSERT(*cp == '/',
4731                     ("%s: encountered non-slash; string [%s]\n", __func__,
4732                     cnp->cn_pnbuf));
4733         }
4734 #endif
4735
4736         if (__predict_false(cnp->cn_nameiop != LOOKUP)) {
4737                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4738                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, EISDIR));
4739         }
4740
4741         MPASS((cnp->cn_flags & SAVESTART) == 0);
4742
4743         if ((cnp->cn_flags & (LOCKPARENT|WANTPARENT)) != 0) {
4744                 return (cache_fplookup_final_withparent(fpl));
4745         }
4746
4747         dvs = vget_prep_smr(dvp);
4748         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4749         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
4750                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4751         }
4752
4753         if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) != 0) {
4754                 lkflags = LK_SHARED;
4755                 if ((cnp->cn_flags & LOCKSHARED) == 0)
4756                         lkflags = LK_EXCLUSIVE;
4757                 error = vget_finish(dvp, lkflags, dvs);
4758                 if (__predict_false(error != 0)) {
4759                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4760                 }
4761         } else {
4762                 vget_finish_ref(dvp, dvs);
4763         }
4764         return (cache_fpl_handled(fpl));
4765 }
4766
4767 static int __noinline
4768 cache_fplookup_noentry(struct cache_fpl *fpl)
4769 {
4770         struct nameidata *ndp;
4771         struct componentname *cnp;
4772         enum vgetstate dvs;
4773         struct vnode *dvp, *tvp;
4774         seqc_t dvp_seqc;
4775         int error;
4776         bool docache;
4777
4778         ndp = fpl->ndp;
4779         cnp = fpl->cnp;
4780         dvp = fpl->dvp;
4781         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4782
4783         MPASS((cnp->cn_flags & MAKEENTRY) == 0);
4784         MPASS((cnp->cn_flags & ISDOTDOT) == 0);
4785         MPASS(!cache_fpl_isdotdot(cnp));
4786
4787         /*
4788          * Hack: delayed name len checking.
4789          */
4790         if (__predict_false(cnp->cn_namelen > NAME_MAX)) {
4791                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4792                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENAMETOOLONG));
4793         }
4794
4795         if (cnp->cn_nameptr[0] == '/') {
4796                 return (cache_fplookup_skip_slashes(fpl));
4797         }
4798
4799         if (cnp->cn_nameptr[0] == '\0') {
4800                 if (fpl->tvp == NULL) {
4801                         return (cache_fplookup_degenerate(fpl));
4802                 }
4803                 return (cache_fplookup_trailingslash(fpl));
4804         }
4805
4806         if (cnp->cn_nameiop != LOOKUP) {
4807                 fpl->tvp = NULL;
4808                 return (cache_fplookup_modifying(fpl));
4809         }
4810
4811         MPASS((cnp->cn_flags & SAVESTART) == 0);
4812
4813         /*
4814          * Only try to fill in the component if it is the last one,
4815          * otherwise not only there may be several to handle but the
4816          * walk may be complicated.
4817          */
4818         if (!cache_fpl_islastcn(ndp)) {
4819                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4820         }
4821
4822         /*
4823          * Regular lookup nulifies the slash, which we don't do here.
4824          * Don't take chances with filesystem routines seeing it for
4825          * the last entry.
4826          */
4827         if (cache_fpl_istrailingslash(fpl)) {
4828                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4829         }
4830
4831         /*
4832          * Secure access to dvp; check cache_fplookup_partial_setup for
4833          * reasoning.
4834          */
4835         dvs = vget_prep_smr(dvp);
4836         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4837         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
4838                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4839         }
4840
4841         vget_finish_ref(dvp, dvs);
4842         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
4843                 vrele(dvp);
4844                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4845         }
4846
4847         error = vn_lock(dvp, LK_SHARED);
4848         if (__predict_false(error != 0)) {
4849                 vrele(dvp);
4850                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4851         }
4852
4853         tvp = NULL;
4854         /*
4855          * TODO: provide variants which don't require locking either vnode.
4856          */
4857         cnp->cn_flags |= ISLASTCN;
4858         docache = (cnp->cn_flags & NOCACHE) ^ NOCACHE;
4859         if (docache)
4860                 cnp->cn_flags |= MAKEENTRY;
4861         cnp->cn_lkflags = LK_SHARED;
4862         if ((cnp->cn_flags & LOCKSHARED) == 0) {
4863                 cnp->cn_lkflags = LK_EXCLUSIVE;
4864         }
4865         error = VOP_LOOKUP(dvp, &tvp, cnp);
4866         switch (error) {
4867         case EJUSTRETURN:
4868         case 0:
4869                 break;
4870         case ENOTDIR:
4871         case ENOENT:
4872                 vput(dvp);
4873                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, error));
4874         default:
4875                 vput(dvp);
4876                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4877         }
4878
4879         fpl->tvp = tvp;
4880         if (!fpl->savename) {
4881                 MPASS((cnp->cn_flags & SAVENAME) == 0);
4882         }
4883
4884         if (tvp == NULL) {
4885                 MPASS(error == EJUSTRETURN);
4886                 if ((cnp->cn_flags & (WANTPARENT | LOCKPARENT)) == 0) {
4887                         vput(dvp);
4888                 } else if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) == 0) {
4889                         VOP_UNLOCK(dvp);
4890                 }
4891                 return (cache_fpl_handled(fpl));
4892         }
4893
4894         if (tvp->v_type == VLNK) {
4895                 if ((cnp->cn_flags & FOLLOW) != 0) {
4896                         vput(dvp);
4897                         vput(tvp);
4898                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4899                 }
4900         }
4901
4902         if (__predict_false(cache_fplookup_is_mp(fpl))) {
4903                 vput(dvp);
4904                 vput(tvp);
4905                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4906         }
4907
4908         if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) == 0) {
4909                 VOP_UNLOCK(tvp);
4910         }
4911
4912         if ((cnp->cn_flags & (WANTPARENT | LOCKPARENT)) == 0) {
4913                 vput(dvp);
4914         } else if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) == 0) {
4915                 VOP_UNLOCK(dvp);
4916         }
4917         return (cache_fpl_handled(fpl));
4918 }
4919
4920 static int __noinline
4921 cache_fplookup_dot(struct cache_fpl *fpl)
4922 {
4923         int error;
4924
4925         MPASS(!seqc_in_modify(fpl->dvp_seqc));
4926         /*
4927          * Just re-assign the value. seqc will be checked later for the first
4928          * non-dot path component in line and/or before deciding to return the
4929          * vnode.
4930          */
4931         fpl->tvp = fpl->dvp;
4932         fpl->tvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4933
4934         counter_u64_add(dothits, 1);
4935         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, fpl->dvp, ".", fpl->dvp);
4936
4937         error = 0;
4938         if (cache_fplookup_is_mp(fpl)) {
4939                 error = cache_fplookup_cross_mount(fpl);
4940         }
4941         return (error);
4942 }
4943
4944 static int __noinline
4945 cache_fplookup_dotdot(struct cache_fpl *fpl)
4946 {
4947         struct nameidata *ndp;
4948         struct componentname *cnp;
4949         struct namecache *ncp;
4950         struct vnode *dvp;
4951         struct prison *pr;
4952         u_char nc_flag;
4953
4954         ndp = fpl->ndp;
4955         cnp = fpl->cnp;
4956         dvp = fpl->dvp;
4957
4958         MPASS(cache_fpl_isdotdot(cnp));
4959
4960         /*
4961          * XXX this is racy the same way regular lookup is
4962          */
4963         for (pr = cnp->cn_cred->cr_prison; pr != NULL;
4964             pr = pr->pr_parent)
4965                 if (dvp == pr->pr_root)
4966                         break;
4967
4968         if (dvp == ndp->ni_rootdir ||
4969             dvp == ndp->ni_topdir ||
4970             dvp == rootvnode ||
4971             pr != NULL) {
4972                 fpl->tvp = dvp;
4973                 fpl->tvp_seqc = vn_seqc_read_any(dvp);
4974                 if (seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc)) {
4975                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4976                 }
4977                 return (0);
4978         }
4979
4980         if ((dvp->v_vflag & VV_ROOT) != 0) {
4981                 /*
4982                  * TODO
4983                  * The opposite of climb mount is needed here.
4984                  */
4985                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4986         }
4987
4988         ncp = atomic_load_consume_ptr(&dvp->v_cache_dd);
4989         if (ncp == NULL) {
4990                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4991         }
4992
4993         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
4994         if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
4995                 if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
4996                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4997                 fpl->tvp = ncp->nc_vp;
4998         } else {
4999                 fpl->tvp = ncp->nc_dvp;
5000         }
5001
5002         fpl->tvp_seqc = vn_seqc_read_any(fpl->tvp);
5003         if (seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc)) {
5004                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5005         }
5006
5007         /*
5008          * Acquire fence provided by vn_seqc_read_any above.
5009          */
5010         if (__predict_false(atomic_load_ptr(&dvp->v_cache_dd) != ncp)) {
5011                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5012         }
5013
5014         if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
5015                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5016         }
5017
5018         counter_u64_add(dotdothits, 1);
5019         return (0);
5020 }
5021
5022 static int __noinline
5023 cache_fplookup_neg(struct cache_fpl *fpl, struct namecache *ncp, uint32_t hash)
5024 {
5025         u_char nc_flag;
5026         bool neg_promote;
5027
5028         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
5029         MPASS((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0);
5030         /*
5031          * If they want to create an entry we need to replace this one.
5032          */
5033         if (__predict_false(fpl->cnp->cn_nameiop != LOOKUP)) {
5034                 fpl->tvp = NULL;
5035                 return (cache_fplookup_modifying(fpl));
5036         }
5037         neg_promote = cache_neg_hit_prep(ncp);
5038         if (!cache_fpl_neg_ncp_canuse(ncp)) {
5039                 cache_neg_hit_abort(ncp);
5040                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5041         }
5042         if (neg_promote) {
5043                 return (cache_fplookup_negative_promote(fpl, ncp, hash));
5044         }
5045         cache_neg_hit_finish(ncp);
5046         cache_fpl_smr_exit(fpl);
5047         return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENOENT));
5048 }
5049
5050 /*
5051  * Resolve a symlink. Called by filesystem-specific routines.
5052  *
5053  * Code flow is:
5054  * ... -> cache_fplookup_symlink -> VOP_FPLOOKUP_SYMLINK -> cache_symlink_resolve
5055  */
5056 int
5057 cache_symlink_resolve(struct cache_fpl *fpl, const char *string, size_t len)
5058 {
5059         struct nameidata *ndp;
5060         struct componentname *cnp;
5061         size_t adjust;
5062
5063         ndp = fpl->ndp;
5064         cnp = fpl->cnp;
5065
5066         if (__predict_false(len == 0)) {
5067                 return (ENOENT);
5068         }
5069
5070         if (__predict_false(len > MAXPATHLEN - 2)) {
5071                 if (cache_fpl_istrailingslash(fpl)) {
5072                         return (EAGAIN);
5073                 }
5074         }
5075
5076         ndp->ni_pathlen = fpl->nulchar - cnp->cn_nameptr - cnp->cn_namelen + 1;
5077 #ifdef INVARIANTS
5078         if (ndp->ni_pathlen != fpl->debug.ni_pathlen) {
5079                 panic("%s: mismatch (%zu != %zu) nulchar %p nameptr %p [%s] ; full string [%s]\n",
5080                     __func__, ndp->ni_pathlen, fpl->debug.ni_pathlen, fpl->nulchar,
5081                     cnp->cn_nameptr, cnp->cn_nameptr, cnp->cn_pnbuf);
5082         }
5083 #endif
5084
5085         if (__predict_false(len + ndp->ni_pathlen > MAXPATHLEN)) {
5086                 return (ENAMETOOLONG);
5087         }
5088
5089         if (__predict_false(ndp->ni_loopcnt++ >= MAXSYMLINKS)) {
5090                 return (ELOOP);
5091         }
5092
5093         adjust = len;
5094         if (ndp->ni_pathlen > 1) {
5095                 bcopy(ndp->ni_next, cnp->cn_pnbuf + len, ndp->ni_pathlen);
5096         } else {
5097                 if (cache_fpl_istrailingslash(fpl)) {
5098                         adjust = len + 1;
5099                         cnp->cn_pnbuf[len] = '/';
5100                         cnp->cn_pnbuf[len + 1] = '\0';
5101                 } else {
5102                         cnp->cn_pnbuf[len] = '\0';
5103                 }
5104         }
5105         bcopy(string, cnp->cn_pnbuf, len);
5106
5107         ndp->ni_pathlen += adjust;
5108         cache_fpl_pathlen_add(fpl, adjust);
5109         cnp->cn_nameptr = cnp->cn_pnbuf;
5110         fpl->nulchar = &cnp->cn_nameptr[ndp->ni_pathlen - 1];
5111         fpl->tvp = NULL;
5112         return (0);
5113 }
5114
5115 static int __noinline
5116 cache_fplookup_symlink(struct cache_fpl *fpl)
5117 {
5118         struct mount *mp;
5119         struct nameidata *ndp;
5120         struct componentname *cnp;
5121         struct vnode *dvp, *tvp;
5122         int error;
5123
5124         ndp = fpl->ndp;
5125         cnp = fpl->cnp;
5126         dvp = fpl->dvp;
5127         tvp = fpl->tvp;
5128
5129         if (cache_fpl_islastcn(ndp)) {
5130                 if ((cnp->cn_flags & FOLLOW) == 0) {
5131                         return (cache_fplookup_final(fpl));
5132                 }
5133         }
5134
5135         mp = atomic_load_ptr(&dvp->v_mount);
5136         if (__predict_false(mp == NULL)) {
5137                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5138         }
5139
5140         /*
5141          * Note this check races against setting the flag just like regular
5142          * lookup.
5143          */
5144         if (__predict_false((mp->mnt_flag & MNT_NOSYMFOLLOW) != 0)) {
5145                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
5146                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, EACCES));
5147         }
5148
5149         error = VOP_FPLOOKUP_SYMLINK(tvp, fpl);
5150         if (__predict_false(error != 0)) {
5151                 switch (error) {
5152                 case EAGAIN:
5153                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5154                 case ENOENT:
5155                 case ENAMETOOLONG:
5156                 case ELOOP:
5157                         cache_fpl_smr_exit(fpl);
5158                         return (cache_fpl_handled_error(fpl, error));
5159                 default:
5160                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5161                 }
5162         }
5163
5164         if (*(cnp->cn_nameptr) == '/') {
5165                 fpl->dvp = cache_fpl_handle_root(fpl);
5166                 fpl->dvp_seqc = vn_seqc_read_any(fpl->dvp);
5167                 if (seqc_in_modify(fpl->dvp_seqc)) {
5168                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5169                 }
5170                 /*
5171                  * The main loop assumes that ->dvp points to a vnode belonging
5172                  * to a filesystem which can do lockless lookup, but the absolute
5173                  * symlink can be wandering off to one which does not.
5174                  */
5175                 mp = atomic_load_ptr(&fpl->dvp->v_mount);
5176                 if (__predict_false(mp == NULL)) {
5177                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5178                 }
5179                 if (!cache_fplookup_mp_supported(mp)) {
5180                         cache_fpl_checkpoint(fpl);
5181                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5182                 }
5183         }
5184         return (0);
5185 }
5186
5187 static int
5188 cache_fplookup_next(struct cache_fpl *fpl)
5189 {
5190         struct componentname *cnp;
5191         struct namecache *ncp;
5192         struct vnode *dvp, *tvp;
5193         u_char nc_flag;
5194         uint32_t hash;
5195         int error;
5196
5197         cnp = fpl->cnp;
5198         dvp = fpl->dvp;
5199         hash = fpl->hash;
5200
5201         if (__predict_false(cnp->cn_nameptr[0] == '.')) {
5202                 if (cnp->cn_namelen == 1) {
5203                         return (cache_fplookup_dot(fpl));
5204                 }
5205                 if (cnp->cn_namelen == 2 && cnp->cn_nameptr[1] == '.') {
5206                         return (cache_fplookup_dotdot(fpl));
5207                 }
5208         }
5209
5210         MPASS(!cache_fpl_isdotdot(cnp));
5211
5212         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
5213                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
5214                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))
5215                         break;
5216         }
5217
5218         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
5219                 return (cache_fplookup_noentry(fpl));
5220         }
5221
5222         tvp = atomic_load_ptr(&ncp->nc_vp);
5223         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
5224         if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0) {
5225                 return (cache_fplookup_neg(fpl, ncp, hash));
5226         }
5227
5228         if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
5229                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5230         }
5231
5232         fpl->tvp = tvp;
5233         fpl->tvp_seqc = vn_seqc_read_any(tvp);
5234         if (seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc)) {
5235                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5236         }
5237
5238         counter_u64_add(numposhits, 1);
5239         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, ncp->nc_name, tvp);
5240
5241         error = 0;
5242         if (cache_fplookup_is_mp(fpl)) {
5243                 error = cache_fplookup_cross_mount(fpl);
5244         }
5245         return (error);
5246 }
5247
5248 static bool
5249 cache_fplookup_mp_supported(struct mount *mp)
5250 {
5251
5252         MPASS(mp != NULL);
5253         if ((mp->mnt_kern_flag & MNTK_FPLOOKUP) == 0)
5254                 return (false);
5255         return (true);
5256 }
5257
5258 /*
5259  * Walk up the mount stack (if any).
5260  *
5261  * Correctness is provided in the following ways:
5262  * - all vnodes are protected from freeing with SMR
5263  * - struct mount objects are type stable making them always safe to access
5264  * - stability of the particular mount is provided by busying it
5265  * - relationship between the vnode which is mounted on and the mount is
5266  *   verified with the vnode sequence counter after busying
5267  * - association between root vnode of the mount and the mount is protected
5268  *   by busy
5269  *
5270  * From that point on we can read the sequence counter of the root vnode
5271  * and get the next mount on the stack (if any) using the same protection.
5272  *
5273  * By the end of successful walk we are guaranteed the reached state was
5274  * indeed present at least at some point which matches the regular lookup.
5275  */
5276 static int __noinline
5277 cache_fplookup_climb_mount(struct cache_fpl *fpl)
5278 {
5279         struct mount *mp, *prev_mp;
5280         struct mount_pcpu *mpcpu, *prev_mpcpu;
5281         struct vnode *vp;
5282         seqc_t vp_seqc;
5283
5284         vp = fpl->tvp;
5285         vp_seqc = fpl->tvp_seqc;
5286
5287         VNPASS(vp->v_type == VDIR || vp->v_type == VBAD, vp);
5288         mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mountedhere);
5289         if (__predict_false(mp == NULL)) {
5290                 return (0);
5291         }
5292
5293         prev_mp = NULL;
5294         for (;;) {
5295                 if (!vfs_op_thread_enter_crit(mp, mpcpu)) {
5296                         if (prev_mp != NULL)
5297                                 vfs_op_thread_exit_crit(prev_mp, prev_mpcpu);
5298                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5299                 }
5300                 if (prev_mp != NULL)
5301                         vfs_op_thread_exit_crit(prev_mp, prev_mpcpu);
5302                 if (!vn_seqc_consistent(vp, vp_seqc)) {
5303                         vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5304                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5305                 }
5306                 if (!cache_fplookup_mp_supported(mp)) {
5307                         vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5308                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5309                 }
5310                 vp = atomic_load_ptr(&mp->mnt_rootvnode);
5311                 if (vp == NULL) {
5312                         vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5313                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5314                 }
5315                 vp_seqc = vn_seqc_read_any(vp);
5316                 if (seqc_in_modify(vp_seqc)) {
5317                         vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5318                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5319                 }
5320                 prev_mp = mp;
5321                 prev_mpcpu = mpcpu;
5322                 mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mountedhere);
5323                 if (mp == NULL)
5324                         break;
5325         }
5326
5327         vfs_op_thread_exit_crit(prev_mp, prev_mpcpu);
5328         fpl->tvp = vp;
5329         fpl->tvp_seqc = vp_seqc;
5330         return (0);
5331 }
5332
5333 static int __noinline
5334 cache_fplookup_cross_mount(struct cache_fpl *fpl)
5335 {
5336         struct mount *mp;
5337         struct mount_pcpu *mpcpu;
5338         struct vnode *vp;
5339         seqc_t vp_seqc;
5340
5341         vp = fpl->tvp;
5342         vp_seqc = fpl->tvp_seqc;
5343
5344         VNPASS(vp->v_type == VDIR || vp->v_type == VBAD, vp);
5345         mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mountedhere);
5346         if (__predict_false(mp == NULL)) {
5347                 return (0);
5348         }
5349
5350         if (!vfs_op_thread_enter_crit(mp, mpcpu)) {
5351                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5352         }
5353         if (!vn_seqc_consistent(vp, vp_seqc)) {
5354                 vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5355                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5356         }
5357         if (!cache_fplookup_mp_supported(mp)) {
5358                 vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5359                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5360         }
5361         vp = atomic_load_ptr(&mp->mnt_rootvnode);
5362         if (__predict_false(vp == NULL)) {
5363                 vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5364                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5365         }
5366         vp_seqc = vn_seqc_read_any(vp);
5367         vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5368         if (seqc_in_modify(vp_seqc)) {
5369                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5370         }
5371         mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mountedhere);
5372         if (__predict_false(mp != NULL)) {
5373                 /*
5374                  * There are possibly more mount points on top.
5375                  * Normally this does not happen so for simplicity just start
5376                  * over.
5377                  */
5378                 return (cache_fplookup_climb_mount(fpl));
5379         }
5380
5381         fpl->tvp = vp;
5382         fpl->tvp_seqc = vp_seqc;
5383         return (0);
5384 }
5385
5386 /*
5387  * Check if a vnode is mounted on.
5388  */
5389 static bool
5390 cache_fplookup_is_mp(struct cache_fpl *fpl)
5391 {
5392         struct vnode *vp;
5393
5394         vp = fpl->tvp;
5395         return ((vn_irflag_read(vp) & VIRF_MOUNTPOINT) != 0);
5396 }
5397
5398 /*
5399  * Parse the path.
5400  *
5401  * The code was originally copy-pasted from regular lookup and despite
5402  * clean ups leaves performance on the table. Any modifications here
5403  * must take into account that in case off fallback the resulting
5404  * nameidata state has to be compatible with the original.
5405  */
5406
5407 /*
5408  * Debug ni_pathlen tracking.
5409  */
5410 #ifdef INVARIANTS
5411 static void
5412 cache_fpl_pathlen_add(struct cache_fpl *fpl, size_t n)
5413 {
5414
5415         fpl->debug.ni_pathlen += n;
5416         KASSERT(fpl->debug.ni_pathlen <= PATH_MAX,
5417             ("%s: pathlen overflow to %zd\n", __func__, fpl->debug.ni_pathlen));
5418 }
5419
5420 static void
5421 cache_fpl_pathlen_sub(struct cache_fpl *fpl, size_t n)
5422 {
5423
5424         fpl->debug.ni_pathlen -= n;
5425         KASSERT(fpl->debug.ni_pathlen <= PATH_MAX,
5426             ("%s: pathlen underflow to %zd\n", __func__, fpl->debug.ni_pathlen));
5427 }
5428
5429 static void
5430 cache_fpl_pathlen_inc(struct cache_fpl *fpl)
5431 {
5432
5433         cache_fpl_pathlen_add(fpl, 1);
5434 }
5435
5436 static void
5437 cache_fpl_pathlen_dec(struct cache_fpl *fpl)
5438 {
5439
5440         cache_fpl_pathlen_sub(fpl, 1);
5441 }
5442 #else
5443 static void
5444 cache_fpl_pathlen_add(struct cache_fpl *fpl, size_t n)
5445 {
5446 }
5447
5448 static void
5449 cache_fpl_pathlen_sub(struct cache_fpl *fpl, size_t n)
5450 {
5451 }
5452
5453 static void
5454 cache_fpl_pathlen_inc(struct cache_fpl *fpl)
5455 {
5456 }
5457
5458 static void
5459 cache_fpl_pathlen_dec(struct cache_fpl *fpl)
5460 {
5461 }
5462 #endif
5463
5464 static void
5465 cache_fplookup_parse(struct cache_fpl *fpl)
5466 {
5467         struct nameidata *ndp;
5468         struct componentname *cnp;
5469         struct vnode *dvp;
5470         char *cp;
5471         uint32_t hash;
5472
5473         ndp = fpl->ndp;
5474         cnp = fpl->cnp;
5475         dvp = fpl->dvp;
5476
5477         /*
5478          * Find the end of this path component, it is either / or nul.
5479          *
5480          * Store / as a temporary sentinel so that we only have one character
5481          * to test for. Pathnames tend to be short so this should not be
5482          * resulting in cache misses.
5483          *
5484          * TODO: fix this to be word-sized.
5485          */
5486         KASSERT(&cnp->cn_nameptr[fpl->debug.ni_pathlen - 1] == fpl->nulchar,
5487             ("%s: mismatch between pathlen (%zu) and nulchar (%p != %p), string [%s]\n",
5488             __func__, fpl->debug.ni_pathlen, &cnp->cn_nameptr[fpl->debug.ni_pathlen - 1],
5489             fpl->nulchar, cnp->cn_pnbuf));
5490         KASSERT(*fpl->nulchar == '\0',
5491             ("%s: expected nul at %p; string [%s]\n", __func__, fpl->nulchar,
5492             cnp->cn_pnbuf));
5493         hash = cache_get_hash_iter_start(dvp);
5494         *fpl->nulchar = '/';
5495         for (cp = cnp->cn_nameptr; *cp != '/'; cp++) {
5496                 KASSERT(*cp != '\0',
5497                     ("%s: encountered unexpected nul; string [%s]\n", __func__,
5498                     cnp->cn_nameptr));
5499                 hash = cache_get_hash_iter(*cp, hash);
5500                 continue;
5501         }
5502         *fpl->nulchar = '\0';
5503         fpl->hash = cache_get_hash_iter_finish(hash);
5504
5505         cnp->cn_namelen = cp - cnp->cn_nameptr;
5506         cache_fpl_pathlen_sub(fpl, cnp->cn_namelen);
5507
5508 #ifdef INVARIANTS
5509         /*
5510          * cache_get_hash only accepts lengths up to NAME_MAX. This is fine since
5511          * we are going to fail this lookup with ENAMETOOLONG (see below).
5512          */
5513         if (cnp->cn_namelen <= NAME_MAX) {
5514                 if (fpl->hash != cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp)) {
5515                         panic("%s: mismatched hash for [%s] len %ld", __func__,
5516                             cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen);
5517                 }
5518         }
5519 #endif
5520
5521         /*
5522          * Hack: we have to check if the found path component's length exceeds
5523          * NAME_MAX. However, the condition is very rarely true and check can
5524          * be elided in the common case -- if an entry was found in the cache,
5525          * then it could not have been too long to begin with.
5526          */
5527         ndp->ni_next = cp;
5528 }
5529
5530 static void
5531 cache_fplookup_parse_advance(struct cache_fpl *fpl)
5532 {
5533         struct nameidata *ndp;
5534         struct componentname *cnp;
5535
5536         ndp = fpl->ndp;
5537         cnp = fpl->cnp;
5538
5539         cnp->cn_nameptr = ndp->ni_next;
5540         KASSERT(*(cnp->cn_nameptr) == '/',
5541             ("%s: should have seen slash at %p ; buf %p [%s]\n", __func__,
5542             cnp->cn_nameptr, cnp->cn_pnbuf, cnp->cn_pnbuf));
5543         cnp->cn_nameptr++;
5544         cache_fpl_pathlen_dec(fpl);
5545 }
5546
5547 /*
5548  * Skip spurious slashes in a pathname (e.g., "foo///bar") and retry.
5549  *
5550  * Lockless lookup tries to elide checking for spurious slashes and should they
5551  * be present is guaranteed to fail to find an entry. In this case the caller
5552  * must check if the name starts with a slash and call this routine.  It is
5553  * going to fast forward across the spurious slashes and set the state up for
5554  * retry.
5555  */
5556 static int __noinline
5557 cache_fplookup_skip_slashes(struct cache_fpl *fpl)
5558 {
5559         struct nameidata *ndp;
5560         struct componentname *cnp;
5561
5562         ndp = fpl->ndp;
5563         cnp = fpl->cnp;
5564
5565         MPASS(*(cnp->cn_nameptr) == '/');
5566         do {
5567                 cnp->cn_nameptr++;
5568                 cache_fpl_pathlen_dec(fpl);
5569         } while (*(cnp->cn_nameptr) == '/');
5570
5571         /*
5572          * Go back to one slash so that cache_fplookup_parse_advance has
5573          * something to skip.
5574          */
5575         cnp->cn_nameptr--;
5576         cache_fpl_pathlen_inc(fpl);
5577
5578         /*
5579          * cache_fplookup_parse_advance starts from ndp->ni_next
5580          */
5581         ndp->ni_next = cnp->cn_nameptr;
5582
5583         /*
5584          * See cache_fplookup_dot.
5585          */
5586         fpl->tvp = fpl->dvp;
5587         fpl->tvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
5588
5589         return (0);
5590 }
5591
5592 /*
5593  * Handle trailing slashes (e.g., "foo/").
5594  *
5595  * If a trailing slash is found the terminal vnode must be a directory.
5596  * Regular lookup shortens the path by nulifying the first trailing slash and
5597  * sets the TRAILINGSLASH flag to denote this took place. There are several
5598  * checks on it performed later.
5599  *
5600  * Similarly to spurious slashes, lockless lookup handles this in a speculative
5601  * manner relying on an invariant that a non-directory vnode will get a miss.
5602  * In this case cn_nameptr[0] == '\0' and cn_namelen == 0.
5603  *
5604  * Thus for a path like "foo/bar/" the code unwinds the state back to "bar/"
5605  * and denotes this is the last path component, which avoids looping back.
5606  *
5607  * Only plain lookups are supported for now to restrict corner cases to handle.
5608  */
5609 static int __noinline
5610 cache_fplookup_trailingslash(struct cache_fpl *fpl)
5611 {
5612 #ifdef INVARIANTS
5613         size_t ni_pathlen;
5614 #endif
5615         struct nameidata *ndp;
5616         struct componentname *cnp;
5617         struct namecache *ncp;
5618         struct vnode *tvp;
5619         char *cn_nameptr_orig, *cn_nameptr_slash;
5620         seqc_t tvp_seqc;
5621         u_char nc_flag;
5622
5623         ndp = fpl->ndp;
5624         cnp = fpl->cnp;
5625         tvp = fpl->tvp;
5626         tvp_seqc = fpl->tvp_seqc;
5627
5628         MPASS(fpl->dvp == fpl->tvp);
5629         KASSERT(cache_fpl_istrailingslash(fpl),
5630             ("%s: expected trailing slash at %p; string [%s]\n", __func__, fpl->nulchar - 1,
5631             cnp->cn_pnbuf));
5632         KASSERT(cnp->cn_nameptr[0] == '\0',
5633             ("%s: expected nul char at %p; string [%s]\n", __func__, &cnp->cn_nameptr[0],
5634             cnp->cn_pnbuf));
5635         KASSERT(cnp->cn_namelen == 0,
5636             ("%s: namelen 0 but got %ld; string [%s]\n", __func__, cnp->cn_namelen,
5637             cnp->cn_pnbuf));
5638         MPASS(cnp->cn_nameptr > cnp->cn_pnbuf);
5639
5640         if (cnp->cn_nameiop != LOOKUP) {
5641                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5642         }
5643
5644         if (__predict_false(tvp->v_type != VDIR)) {
5645                 if (!vn_seqc_consistent(tvp, tvp_seqc)) {
5646                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5647                 }
5648                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
5649                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENOTDIR));
5650         }
5651
5652         /*
5653          * Denote the last component.
5654          */
5655         ndp->ni_next = &cnp->cn_nameptr[0];
5656         MPASS(cache_fpl_islastcn(ndp));
5657
5658         /*
5659          * Unwind trailing slashes.
5660          */
5661         cn_nameptr_orig = cnp->cn_nameptr;
5662         while (cnp->cn_nameptr >= cnp->cn_pnbuf) {
5663                 cnp->cn_nameptr--;
5664                 if (cnp->cn_nameptr[0] != '/') {
5665                         break;
5666                 }
5667         }
5668
5669         /*
5670          * Unwind to the beginning of the path component.
5671          *
5672          * Note the path may or may not have started with a slash.
5673          */
5674         cn_nameptr_slash = cnp->cn_nameptr;
5675         while (cnp->cn_nameptr > cnp->cn_pnbuf) {
5676                 cnp->cn_nameptr--;
5677                 if (cnp->cn_nameptr[0] == '/') {
5678                         break;
5679                 }
5680         }
5681         if (cnp->cn_nameptr[0] == '/') {
5682                 cnp->cn_nameptr++;
5683         }
5684
5685         cnp->cn_namelen = cn_nameptr_slash - cnp->cn_nameptr + 1;
5686         cache_fpl_pathlen_add(fpl, cn_nameptr_orig - cnp->cn_nameptr);
5687         cache_fpl_checkpoint(fpl);
5688
5689 #ifdef INVARIANTS
5690         ni_pathlen = fpl->nulchar - cnp->cn_nameptr + 1;
5691         if (ni_pathlen != fpl->debug.ni_pathlen) {
5692                 panic("%s: mismatch (%zu != %zu) nulchar %p nameptr %p [%s] ; full string [%s]\n",
5693                     __func__, ni_pathlen, fpl->debug.ni_pathlen, fpl->nulchar,
5694                     cnp->cn_nameptr, cnp->cn_nameptr, cnp->cn_pnbuf);
5695         }
5696 #endif
5697
5698         /*
5699          * If this was a "./" lookup the parent directory is already correct.
5700          */
5701         if (cnp->cn_nameptr[0] == '.' && cnp->cn_namelen == 1) {
5702                 return (0);
5703         }
5704
5705         /*
5706          * Otherwise we need to look it up.
5707          */
5708         tvp = fpl->tvp;
5709         ncp = atomic_load_consume_ptr(&tvp->v_cache_dd);
5710         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
5711                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5712         }
5713         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
5714         if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
5715                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5716         }
5717         fpl->dvp = ncp->nc_dvp;
5718         fpl->dvp_seqc = vn_seqc_read_any(fpl->dvp);
5719         if (seqc_in_modify(fpl->dvp_seqc)) {
5720                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5721         }
5722         return (0);
5723 }
5724
5725 /*
5726  * See the API contract for VOP_FPLOOKUP_VEXEC.
5727  */
5728 static int __noinline
5729 cache_fplookup_failed_vexec(struct cache_fpl *fpl, int error)
5730 {
5731         struct componentname *cnp;
5732         struct vnode *dvp;
5733         seqc_t dvp_seqc;
5734
5735         cnp = fpl->cnp;
5736         dvp = fpl->dvp;
5737         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
5738
5739         /*
5740          * TODO: Due to ignoring trailing slashes lookup will perform a
5741          * permission check on the last dir when it should not be doing it.  It
5742          * may fail, but said failure should be ignored. It is possible to fix
5743          * it up fully without resorting to regular lookup, but for now just
5744          * abort.
5745          */
5746         if (cache_fpl_istrailingslash(fpl)) {
5747                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5748         }
5749
5750         /*
5751          * Hack: delayed degenerate path checking.
5752          */
5753         if (cnp->cn_nameptr[0] == '\0' && fpl->tvp == NULL) {
5754                 return (cache_fplookup_degenerate(fpl));
5755         }
5756
5757         /*
5758          * Hack: delayed name len checking.
5759          */
5760         if (__predict_false(cnp->cn_namelen > NAME_MAX)) {
5761                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
5762                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENAMETOOLONG));
5763         }
5764
5765         /*
5766          * Hack: they may be looking up foo/bar, where foo is not a directory.
5767          * In such a case we need to return ENOTDIR, but we may happen to get
5768          * here with a different error.
5769          */
5770         if (dvp->v_type != VDIR) {
5771                 error = ENOTDIR;
5772         }
5773
5774         /*
5775          * Hack: handle O_SEARCH.
5776          *
5777          * Open Group Base Specifications Issue 7, 2018 edition states:
5778          * <quote>
5779          * If the access mode of the open file description associated with the
5780          * file descriptor is not O_SEARCH, the function shall check whether
5781          * directory searches are permitted using the current permissions of
5782          * the directory underlying the file descriptor. If the access mode is
5783          * O_SEARCH, the function shall not perform the check.
5784          * </quote>
5785          *
5786          * Regular lookup tests for the NOEXECCHECK flag for every path
5787          * component to decide whether to do the permission check. However,
5788          * since most lookups never have the flag (and when they do it is only
5789          * present for the first path component), lockless lookup only acts on
5790          * it if there is a permission problem. Here the flag is represented
5791          * with a boolean so that we don't have to clear it on the way out.
5792          *
5793          * For simplicity this always aborts.
5794          * TODO: check if this is the first lookup and ignore the permission
5795          * problem. Note the flag has to survive fallback (if it happens to be
5796          * performed).
5797          */
5798         if (fpl->fsearch) {
5799                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5800         }
5801
5802         switch (error) {
5803         case EAGAIN:
5804                 if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
5805                         error = cache_fpl_aborted(fpl);
5806                 } else {
5807                         cache_fpl_partial(fpl);
5808                 }
5809                 break;
5810         default:
5811                 if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
5812                         error = cache_fpl_aborted(fpl);
5813                 } else {
5814                         cache_fpl_smr_exit(fpl);
5815                         cache_fpl_handled_error(fpl, error);
5816                 }
5817                 break;
5818         }
5819         return (error);
5820 }
5821
5822 static int
5823 cache_fplookup_impl(struct vnode *dvp, struct cache_fpl *fpl)
5824 {
5825         struct nameidata *ndp;
5826         struct componentname *cnp;
5827         struct mount *mp;
5828         int error;
5829
5830         ndp = fpl->ndp;
5831         cnp = fpl->cnp;
5832
5833         cache_fpl_checkpoint(fpl);
5834
5835         /*
5836          * The vnode at hand is almost always stable, skip checking for it.
5837          * Worst case this postpones the check towards the end of the iteration
5838          * of the main loop.
5839          */
5840         fpl->dvp = dvp;
5841         fpl->dvp_seqc = vn_seqc_read_notmodify(fpl->dvp);
5842
5843         mp = atomic_load_ptr(&dvp->v_mount);
5844         if (__predict_false(mp == NULL || !cache_fplookup_mp_supported(mp))) {
5845                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5846         }
5847
5848         MPASS(fpl->tvp == NULL);
5849
5850         for (;;) {
5851                 cache_fplookup_parse(fpl);
5852
5853                 error = VOP_FPLOOKUP_VEXEC(fpl->dvp, cnp->cn_cred);
5854                 if (__predict_false(error != 0)) {
5855                         error = cache_fplookup_failed_vexec(fpl, error);
5856                         break;
5857                 }
5858
5859                 error = cache_fplookup_next(fpl);
5860                 if (__predict_false(cache_fpl_terminated(fpl))) {
5861                         break;
5862                 }
5863
5864                 VNPASS(!seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc), fpl->tvp);
5865
5866                 if (fpl->tvp->v_type == VLNK) {
5867                         error = cache_fplookup_symlink(fpl);
5868                         if (cache_fpl_terminated(fpl)) {
5869                                 break;
5870                         }
5871                 } else {
5872                         if (cache_fpl_islastcn(ndp)) {
5873                                 error = cache_fplookup_final(fpl);
5874                                 break;
5875                         }
5876
5877                         if (!vn_seqc_consistent(fpl->dvp, fpl->dvp_seqc)) {
5878                                 error = cache_fpl_aborted(fpl);
5879                                 break;
5880                         }
5881
5882                         fpl->dvp = fpl->tvp;
5883                         fpl->dvp_seqc = fpl->tvp_seqc;
5884                         cache_fplookup_parse_advance(fpl);
5885                 }
5886
5887                 cache_fpl_checkpoint(fpl);
5888         }
5889
5890         return (error);
5891 }
5892
5893 /*
5894  * Fast path lookup protected with SMR and sequence counters.
5895  *
5896  * Note: all VOP_FPLOOKUP_VEXEC routines have a comment referencing this one.
5897  *
5898  * Filesystems can opt in by setting the MNTK_FPLOOKUP flag and meeting criteria
5899  * outlined below.
5900  *
5901  * Traditional vnode lookup conceptually looks like this:
5902  *
5903  * vn_lock(current);
5904  * for (;;) {
5905  *      next = find();
5906  *      vn_lock(next);
5907  *      vn_unlock(current);
5908  *      current = next;
5909  *      if (last)
5910  *          break;
5911  * }
5912  * return (current);
5913  *
5914  * Each jump to the next vnode is safe memory-wise and atomic with respect to
5915  * any modifications thanks to holding respective locks.
5916  *
5917  * The same guarantee can be provided with a combination of safe memory
5918  * reclamation and sequence counters instead. If all operations which affect
5919  * the relationship between the current vnode and the one we are looking for
5920  * also modify the counter, we can verify whether all the conditions held as
5921  * we made the jump. This includes things like permissions, mount points etc.
5922  * Counter modification is provided by enclosing relevant places in
5923  * vn_seqc_write_begin()/end() calls.
5924  *
5925  * Thus this translates to:
5926  *
5927  * vfs_smr_enter();
5928  * dvp_seqc = seqc_read_any(dvp);
5929  * if (seqc_in_modify(dvp_seqc)) // someone is altering the vnode
5930  *     abort();
5931  * for (;;) {
5932  *      tvp = find();
5933  *      tvp_seqc = seqc_read_any(tvp);
5934  *      if (seqc_in_modify(tvp_seqc)) // someone is altering the target vnode
5935  *          abort();
5936  *      if (!seqc_consistent(dvp, dvp_seqc) // someone is altering the vnode
5937  *          abort();
5938  *      dvp = tvp; // we know nothing of importance has changed
5939  *      dvp_seqc = tvp_seqc; // store the counter for the tvp iteration
5940  *      if (last)
5941  *          break;
5942  * }
5943  * vget(); // secure the vnode
5944  * if (!seqc_consistent(tvp, tvp_seqc) // final check
5945  *          abort();
5946  * // at this point we know nothing has changed for any parent<->child pair
5947  * // as they were crossed during the lookup, meaning we matched the guarantee
5948  * // of the locked variant
5949  * return (tvp);
5950  *
5951  * The API contract for VOP_FPLOOKUP_VEXEC routines is as follows:
5952  * - they are called while within vfs_smr protection which they must never exit
5953  * - EAGAIN can be returned to denote checking could not be performed, it is
5954  *   always valid to return it
5955  * - if the sequence counter has not changed the result must be valid
5956  * - if the sequence counter has changed both false positives and false negatives
5957  *   are permitted (since the result will be rejected later)
5958  * - for simple cases of unix permission checks vaccess_vexec_smr can be used
5959  *
5960  * Caveats to watch out for:
5961  * - vnodes are passed unlocked and unreferenced with nothing stopping
5962  *   VOP_RECLAIM, in turn meaning that ->v_data can become NULL. It is advised
5963  *   to use atomic_load_ptr to fetch it.
5964  * - the aforementioned object can also get freed, meaning absent other means it
5965  *   should be protected with vfs_smr
5966  * - either safely checking permissions as they are modified or guaranteeing
5967  *   their stability is left to the routine
5968  */
5969 int
5970 cache_fplookup(struct nameidata *ndp, enum cache_fpl_status *status,
5971     struct pwd **pwdp)
5972 {
5973         struct cache_fpl fpl;
5974         struct pwd *pwd;
5975         struct vnode *dvp;
5976         struct componentname *cnp;
5977         int error;
5978
5979         fpl.status = CACHE_FPL_STATUS_UNSET;
5980         fpl.in_smr = false;
5981         fpl.ndp = ndp;
5982         fpl.cnp = cnp = &ndp->ni_cnd;
5983         MPASS(ndp->ni_lcf == 0);
5984         MPASS(curthread == cnp->cn_thread);
5985         KASSERT ((cnp->cn_flags & CACHE_FPL_INTERNAL_CN_FLAGS) == 0,
5986             ("%s: internal flags found in cn_flags %" PRIx64, __func__,
5987             cnp->cn_flags));
5988         if ((cnp->cn_flags & SAVESTART) != 0) {
5989                 MPASS(cnp->cn_nameiop != LOOKUP);
5990         }
5991         MPASS(cnp->cn_nameptr == cnp->cn_pnbuf);
5992
5993         if (__predict_false(!cache_can_fplookup(&fpl))) {
5994                 *status = fpl.status;
5995                 SDT_PROBE3(vfs, fplookup, lookup, done, ndp, fpl.line, fpl.status);
5996                 return (EOPNOTSUPP);
5997         }
5998
5999         cache_fpl_checkpoint_outer(&fpl);
6000
6001         cache_fpl_smr_enter_initial(&fpl);
6002 #ifdef INVARIANTS
6003         fpl.debug.ni_pathlen = ndp->ni_pathlen;
6004 #endif
6005         fpl.nulchar = &cnp->cn_nameptr[ndp->ni_pathlen - 1];
6006         fpl.fsearch = false;
6007         fpl.savename = (cnp->cn_flags & SAVENAME) != 0;
6008         fpl.tvp = NULL; /* for degenerate path handling */
6009         fpl.pwd = pwdp;
6010         pwd = pwd_get_smr();
6011         *(fpl.pwd) = pwd;
6012         ndp->ni_rootdir = pwd->pwd_rdir;
6013         ndp->ni_topdir = pwd->pwd_jdir;
6014
6015         if (cnp->cn_pnbuf[0] == '/') {
6016                 dvp = cache_fpl_handle_root(&fpl);
6017                 MPASS(ndp->ni_resflags == 0);
6018                 ndp->ni_resflags = NIRES_ABS;
6019         } else {
6020                 if (ndp->ni_dirfd == AT_FDCWD) {
6021                         dvp = pwd->pwd_cdir;
6022                 } else {
6023                         error = cache_fplookup_dirfd(&fpl, &dvp);
6024                         if (__predict_false(error != 0)) {
6025                                 goto out;
6026                         }
6027                 }
6028         }
6029
6030         SDT_PROBE4(vfs, namei, lookup, entry, dvp, cnp->cn_pnbuf, cnp->cn_flags, true);
6031         error = cache_fplookup_impl(dvp, &fpl);
6032 out:
6033         cache_fpl_smr_assert_not_entered(&fpl);
6034         cache_fpl_assert_status(&fpl);
6035         *status = fpl.status;
6036         if (SDT_PROBES_ENABLED()) {
6037                 SDT_PROBE3(vfs, fplookup, lookup, done, ndp, fpl.line, fpl.status);
6038                 if (fpl.status == CACHE_FPL_STATUS_HANDLED)
6039                         SDT_PROBE4(vfs, namei, lookup, return, error, ndp->ni_vp, true,
6040                             ndp);
6041         }
6042
6043         if (__predict_true(fpl.status == CACHE_FPL_STATUS_HANDLED)) {
6044                 MPASS(error != CACHE_FPL_FAILED);
6045                 if (error != 0) {
6046                         MPASS(fpl.dvp == NULL);
6047                         MPASS(fpl.tvp == NULL);
6048                         MPASS(fpl.savename == false);
6049                 }
6050                 ndp->ni_dvp = fpl.dvp;
6051                 ndp->ni_vp = fpl.tvp;
6052                 if (fpl.savename) {
6053                         cnp->cn_flags |= HASBUF;
6054                 } else {
6055                         cache_fpl_cleanup_cnp(cnp);
6056                 }
6057         }
6058         return (error);
6059 }