]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/kern/vfs_cache.c
cache: reimplement cache_lookup_nomakeentry as cache_remove_cnp
[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/rwlock.h>
59 #include <sys/seqc.h>
60 #include <sys/sdt.h>
61 #include <sys/smr.h>
62 #include <sys/smp.h>
63 #include <sys/syscallsubr.h>
64 #include <sys/sysctl.h>
65 #include <sys/sysproto.h>
66 #include <sys/vnode.h>
67 #include <ck_queue.h>
68 #ifdef KTRACE
69 #include <sys/ktrace.h>
70 #endif
71
72 #include <sys/capsicum.h>
73
74 #include <security/audit/audit.h>
75 #include <security/mac/mac_framework.h>
76
77 #ifdef DDB
78 #include <ddb/ddb.h>
79 #endif
80
81 #include <vm/uma.h>
82
83 SDT_PROVIDER_DECLARE(vfs);
84 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, enter, done, "struct vnode *", "char *",
85     "struct vnode *");
86 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, enter_negative, done, "struct vnode *",
87     "char *");
88 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, fullpath, entry, "struct vnode *");
89 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, fullpath, hit, "struct vnode *",
90     "char *", "struct vnode *");
91 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, fullpath, miss, "struct vnode *");
92 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, fullpath, return, "int",
93     "struct vnode *", "char *");
94 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, lookup, hit, "struct vnode *", "char *",
95     "struct vnode *");
96 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, lookup, hit__negative,
97     "struct vnode *", "char *");
98 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, lookup, miss, "struct vnode *",
99     "char *");
100 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, removecnp, hit, "struct vnode *",
101     "struct componentname *");
102 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, removecnp, miss, "struct vnode *",
103     "struct componentname *");
104 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, purge, done, "struct vnode *");
105 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, purge_negative, done, "struct vnode *");
106 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, purgevfs, done, "struct mount *");
107 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, zap, done, "struct vnode *", "char *",
108     "struct vnode *");
109 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, zap_negative, done, "struct vnode *",
110     "char *");
111 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, shrink_negative, done, "struct vnode *",
112     "char *");
113
114 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, fplookup, lookup, done, "struct nameidata", "int", "bool");
115 SDT_PROBE_DECLARE(vfs, namei, lookup, entry);
116 SDT_PROBE_DECLARE(vfs, namei, lookup, return);
117
118 /*
119  * This structure describes the elements in the cache of recent
120  * names looked up by namei.
121  */
122 struct negstate {
123         u_char neg_flag;
124 };
125 _Static_assert(sizeof(struct negstate) <= sizeof(struct vnode *),
126     "the state must fit in a union with a pointer without growing it");
127
128 struct  namecache {
129         LIST_ENTRY(namecache) nc_src;   /* source vnode list */
130         TAILQ_ENTRY(namecache) nc_dst;  /* destination vnode list */
131         CK_SLIST_ENTRY(namecache) nc_hash;/* hash chain */
132         struct  vnode *nc_dvp;          /* vnode of parent of name */
133         union {
134                 struct  vnode *nu_vp;   /* vnode the name refers to */
135                 struct  negstate nu_neg;/* negative entry state */
136         } n_un;
137         u_char  nc_flag;                /* flag bits */
138         u_char  nc_nlen;                /* length of name */
139         char    nc_name[0];             /* segment name + nul */
140 };
141
142 /*
143  * struct namecache_ts repeats struct namecache layout up to the
144  * nc_nlen member.
145  * struct namecache_ts is used in place of struct namecache when time(s) need
146  * to be stored.  The nc_dotdottime field is used when a cache entry is mapping
147  * both a non-dotdot directory name plus dotdot for the directory's
148  * parent.
149  *
150  * See below for alignment requirement.
151  */
152 struct  namecache_ts {
153         struct  timespec nc_time;       /* timespec provided by fs */
154         struct  timespec nc_dotdottime; /* dotdot timespec provided by fs */
155         int     nc_ticks;               /* ticks value when entry was added */
156         struct namecache nc_nc;
157 };
158
159 /*
160  * At least mips n32 performs 64-bit accesses to timespec as found
161  * in namecache_ts and requires them to be aligned. Since others
162  * may be in the same spot suffer a little bit and enforce the
163  * alignment for everyone. Note this is a nop for 64-bit platforms.
164  */
165 #define CACHE_ZONE_ALIGNMENT    UMA_ALIGNOF(time_t)
166 #define CACHE_PATH_CUTOFF       39
167
168 #define CACHE_ZONE_SMALL_SIZE           (sizeof(struct namecache) + CACHE_PATH_CUTOFF + 1)
169 #define CACHE_ZONE_SMALL_TS_SIZE        (sizeof(struct namecache_ts) + CACHE_PATH_CUTOFF + 1)
170 #define CACHE_ZONE_LARGE_SIZE           (sizeof(struct namecache) + NAME_MAX + 1)
171 #define CACHE_ZONE_LARGE_TS_SIZE        (sizeof(struct namecache_ts) + NAME_MAX + 1)
172
173 _Static_assert((CACHE_ZONE_SMALL_SIZE % (CACHE_ZONE_ALIGNMENT + 1)) == 0, "bad zone size");
174 _Static_assert((CACHE_ZONE_SMALL_TS_SIZE % (CACHE_ZONE_ALIGNMENT + 1)) == 0, "bad zone size");
175 _Static_assert((CACHE_ZONE_LARGE_SIZE % (CACHE_ZONE_ALIGNMENT + 1)) == 0, "bad zone size");
176 _Static_assert((CACHE_ZONE_LARGE_TS_SIZE % (CACHE_ZONE_ALIGNMENT + 1)) == 0, "bad zone size");
177
178 #define nc_vp           n_un.nu_vp
179 #define nc_neg          n_un.nu_neg
180
181 /*
182  * Flags in namecache.nc_flag
183  */
184 #define NCF_WHITE       0x01
185 #define NCF_ISDOTDOT    0x02
186 #define NCF_TS          0x04
187 #define NCF_DTS         0x08
188 #define NCF_DVDROP      0x10
189 #define NCF_NEGATIVE    0x20
190 #define NCF_INVALID     0x40
191 #define NCF_WIP         0x80
192
193 /*
194  * Flags in negstate.neg_flag
195  */
196 #define NEG_HOT         0x01
197
198 /*
199  * Mark an entry as invalid.
200  *
201  * This is called before it starts getting deconstructed.
202  */
203 static void
204 cache_ncp_invalidate(struct namecache *ncp)
205 {
206
207         KASSERT((ncp->nc_flag & NCF_INVALID) == 0,
208             ("%s: entry %p already invalid", __func__, ncp));
209         atomic_store_char(&ncp->nc_flag, ncp->nc_flag | NCF_INVALID);
210         atomic_thread_fence_rel();
211 }
212
213 /*
214  * Check whether the entry can be safely used.
215  *
216  * All places which elide locks are supposed to call this after they are
217  * done with reading from an entry.
218  */
219 static bool
220 cache_ncp_canuse(struct namecache *ncp)
221 {
222
223         atomic_thread_fence_acq();
224         return ((atomic_load_char(&ncp->nc_flag) & (NCF_INVALID | NCF_WIP)) == 0);
225 }
226
227 /*
228  * Name caching works as follows:
229  *
230  * Names found by directory scans are retained in a cache
231  * for future reference.  It is managed LRU, so frequently
232  * used names will hang around.  Cache is indexed by hash value
233  * obtained from (dvp, name) where dvp refers to the directory
234  * containing name.
235  *
236  * If it is a "negative" entry, (i.e. for a name that is known NOT to
237  * exist) the vnode pointer will be NULL.
238  *
239  * Upon reaching the last segment of a path, if the reference
240  * is for DELETE, or NOCACHE is set (rewrite), and the
241  * name is located in the cache, it will be dropped.
242  *
243  * These locks are used (in the order in which they can be taken):
244  * NAME         TYPE    ROLE
245  * vnodelock    mtx     vnode lists and v_cache_dd field protection
246  * bucketlock   rwlock  for access to given set of hash buckets
247  * neglist      mtx     negative entry LRU management
248  *
249  * Additionally, ncneg_shrink_lock mtx is used to have at most one thread
250  * shrinking the LRU list.
251  *
252  * It is legal to take multiple vnodelock and bucketlock locks. The locking
253  * order is lower address first. Both are recursive.
254  *
255  * "." lookups are lockless.
256  *
257  * ".." and vnode -> name lookups require vnodelock.
258  *
259  * name -> vnode lookup requires the relevant bucketlock to be held for reading.
260  *
261  * Insertions and removals of entries require involved vnodes and bucketlocks
262  * to be write-locked to prevent other threads from seeing the entry.
263  *
264  * Some lookups result in removal of the found entry (e.g. getting rid of a
265  * negative entry with the intent to create a positive one), which poses a
266  * problem when multiple threads reach the state. Similarly, two different
267  * threads can purge two different vnodes and try to remove the same name.
268  *
269  * If the already held vnode lock is lower than the second required lock, we
270  * can just take the other lock. However, in the opposite case, this could
271  * deadlock. As such, this is resolved by trylocking and if that fails unlocking
272  * the first node, locking everything in order and revalidating the state.
273  */
274
275 VFS_SMR_DECLARE;
276
277 /*
278  * Structures associated with name caching.
279  */
280 #define NCHHASH(hash) \
281         (&nchashtbl[(hash) & nchash])
282 static __read_mostly CK_SLIST_HEAD(nchashhead, namecache) *nchashtbl;/* Hash Table */
283 static u_long __read_mostly     nchash;                 /* size of hash table */
284 SYSCTL_ULONG(_debug, OID_AUTO, nchash, CTLFLAG_RD, &nchash, 0,
285     "Size of namecache hash table");
286 static u_long __read_mostly     ncnegfactor = 5; /* ratio of negative entries */
287 SYSCTL_ULONG(_vfs, OID_AUTO, ncnegfactor, CTLFLAG_RW, &ncnegfactor, 0,
288     "Ratio of negative namecache entries");
289 static u_long __exclusive_cache_line    numneg; /* number of negative entries allocated */
290 static u_long __exclusive_cache_line    numcache;/* number of cache entries allocated */
291 u_int ncsizefactor = 2;
292 SYSCTL_UINT(_vfs, OID_AUTO, ncsizefactor, CTLFLAG_RW, &ncsizefactor, 0,
293     "Size factor for namecache");
294 static u_int __read_mostly      ncpurgeminvnodes;
295 SYSCTL_UINT(_vfs, OID_AUTO, ncpurgeminvnodes, CTLFLAG_RW, &ncpurgeminvnodes, 0,
296     "Number of vnodes below which purgevfs ignores the request");
297 static u_int __read_mostly      ncsize; /* the size as computed on creation or resizing */
298
299 struct nchstats nchstats;               /* cache effectiveness statistics */
300
301 static struct mtx __exclusive_cache_line        ncneg_shrink_lock;
302
303 struct neglist {
304         struct mtx              nl_lock;
305         TAILQ_HEAD(, namecache) nl_list;
306 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
307
308 static struct neglist __read_mostly     *neglists;
309 static struct neglist ncneg_hot;
310 static u_long numhotneg;
311
312 #define ncneghash       3
313 #define numneglists     (ncneghash + 1)
314 static inline struct neglist *
315 NCP2NEGLIST(struct namecache *ncp)
316 {
317
318         return (&neglists[(((uintptr_t)(ncp) >> 8) & ncneghash)]);
319 }
320
321 static inline struct negstate *
322 NCP2NEGSTATE(struct namecache *ncp)
323 {
324
325         MPASS(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE);
326         return (&ncp->nc_neg);
327 }
328
329 #define numbucketlocks (ncbuckethash + 1)
330 static u_int __read_mostly  ncbuckethash;
331 static struct rwlock_padalign __read_mostly  *bucketlocks;
332 #define HASH2BUCKETLOCK(hash) \
333         ((struct rwlock *)(&bucketlocks[((hash) & ncbuckethash)]))
334
335 #define numvnodelocks (ncvnodehash + 1)
336 static u_int __read_mostly  ncvnodehash;
337 static struct mtx __read_mostly *vnodelocks;
338 static inline struct mtx *
339 VP2VNODELOCK(struct vnode *vp)
340 {
341
342         return (&vnodelocks[(((uintptr_t)(vp) >> 8) & ncvnodehash)]);
343 }
344
345 /*
346  * UMA zones for the VFS cache.
347  *
348  * The small cache is used for entries with short names, which are the
349  * most common.  The large cache is used for entries which are too big to
350  * fit in the small cache.
351  */
352 static uma_zone_t __read_mostly cache_zone_small;
353 static uma_zone_t __read_mostly cache_zone_small_ts;
354 static uma_zone_t __read_mostly cache_zone_large;
355 static uma_zone_t __read_mostly cache_zone_large_ts;
356
357 static struct namecache *
358 cache_alloc(int len, int ts)
359 {
360         struct namecache_ts *ncp_ts;
361         struct namecache *ncp;
362
363         if (__predict_false(ts)) {
364                 if (len <= CACHE_PATH_CUTOFF)
365                         ncp_ts = uma_zalloc_smr(cache_zone_small_ts, M_WAITOK);
366                 else
367                         ncp_ts = uma_zalloc_smr(cache_zone_large_ts, M_WAITOK);
368                 ncp = &ncp_ts->nc_nc;
369         } else {
370                 if (len <= CACHE_PATH_CUTOFF)
371                         ncp = uma_zalloc_smr(cache_zone_small, M_WAITOK);
372                 else
373                         ncp = uma_zalloc_smr(cache_zone_large, M_WAITOK);
374         }
375         return (ncp);
376 }
377
378 static void
379 cache_free(struct namecache *ncp)
380 {
381         struct namecache_ts *ncp_ts;
382
383         if (ncp == NULL)
384                 return;
385         if ((ncp->nc_flag & NCF_DVDROP) != 0)
386                 vdrop(ncp->nc_dvp);
387         if (__predict_false(ncp->nc_flag & NCF_TS)) {
388                 ncp_ts = __containerof(ncp, struct namecache_ts, nc_nc);
389                 if (ncp->nc_nlen <= CACHE_PATH_CUTOFF)
390                         uma_zfree_smr(cache_zone_small_ts, ncp_ts);
391                 else
392                         uma_zfree_smr(cache_zone_large_ts, ncp_ts);
393         } else {
394                 if (ncp->nc_nlen <= CACHE_PATH_CUTOFF)
395                         uma_zfree_smr(cache_zone_small, ncp);
396                 else
397                         uma_zfree_smr(cache_zone_large, ncp);
398         }
399 }
400
401 static void
402 cache_out_ts(struct namecache *ncp, struct timespec *tsp, int *ticksp)
403 {
404         struct namecache_ts *ncp_ts;
405
406         KASSERT((ncp->nc_flag & NCF_TS) != 0 ||
407             (tsp == NULL && ticksp == NULL),
408             ("No NCF_TS"));
409
410         if (tsp == NULL && ticksp == NULL)
411                 return;
412
413         ncp_ts = __containerof(ncp, struct namecache_ts, nc_nc);
414         if (tsp != NULL)
415                 *tsp = ncp_ts->nc_time;
416         if (ticksp != NULL)
417                 *ticksp = ncp_ts->nc_ticks;
418 }
419
420 #ifdef DEBUG_CACHE
421 static int __read_mostly        doingcache = 1; /* 1 => enable the cache */
422 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, vfscache, CTLFLAG_RW, &doingcache, 0,
423     "VFS namecache enabled");
424 #endif
425
426 /* Export size information to userland */
427 SYSCTL_INT(_debug_sizeof, OID_AUTO, namecache, CTLFLAG_RD, SYSCTL_NULL_INT_PTR,
428     sizeof(struct namecache), "sizeof(struct namecache)");
429
430 /*
431  * The new name cache statistics
432  */
433 static SYSCTL_NODE(_vfs, OID_AUTO, cache, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
434     "Name cache statistics");
435 #define STATNODE_ULONG(name, descr)                                     \
436         SYSCTL_ULONG(_vfs_cache, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, &name, 0, descr);
437 #define STATNODE_COUNTER(name, descr)                                   \
438         static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(name);                          \
439         SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, &name, \
440             descr);
441 STATNODE_ULONG(numneg, "Number of negative cache entries");
442 STATNODE_ULONG(numcache, "Number of cache entries");
443 STATNODE_COUNTER(numcachehv, "Number of namecache entries with vnodes held");
444 STATNODE_COUNTER(numdrops, "Number of dropped entries due to reaching the limit");
445 STATNODE_COUNTER(dothits, "Number of '.' hits");
446 STATNODE_COUNTER(dotdothits, "Number of '..' hits");
447 STATNODE_COUNTER(nummiss, "Number of cache misses");
448 STATNODE_COUNTER(nummisszap, "Number of cache misses we do not want to cache");
449 STATNODE_COUNTER(numposzaps,
450     "Number of cache hits (positive) we do not want to cache");
451 STATNODE_COUNTER(numposhits, "Number of cache hits (positive)");
452 STATNODE_COUNTER(numnegzaps,
453     "Number of cache hits (negative) we do not want to cache");
454 STATNODE_COUNTER(numneghits, "Number of cache hits (negative)");
455 /* These count for vn_getcwd(), too. */
456 STATNODE_COUNTER(numfullpathcalls, "Number of fullpath search calls");
457 STATNODE_COUNTER(numfullpathfail1, "Number of fullpath search errors (ENOTDIR)");
458 STATNODE_COUNTER(numfullpathfail2,
459     "Number of fullpath search errors (VOP_VPTOCNP failures)");
460 STATNODE_COUNTER(numfullpathfail4, "Number of fullpath search errors (ENOMEM)");
461 STATNODE_COUNTER(numfullpathfound, "Number of successful fullpath calls");
462 STATNODE_COUNTER(zap_and_exit_bucket_relock_success,
463     "Number of successful removals after relocking");
464 static long zap_and_exit_bucket_fail; STATNODE_ULONG(zap_and_exit_bucket_fail,
465     "Number of times zap_and_exit failed to lock");
466 static long zap_and_exit_bucket_fail2; STATNODE_ULONG(zap_and_exit_bucket_fail2,
467     "Number of times zap_and_exit failed to lock");
468 static long cache_lock_vnodes_cel_3_failures;
469 STATNODE_ULONG(cache_lock_vnodes_cel_3_failures,
470     "Number of times 3-way vnode locking failed");
471 STATNODE_ULONG(numhotneg, "Number of hot negative entries");
472 STATNODE_COUNTER(numneg_evicted,
473     "Number of negative entries evicted when adding a new entry");
474 STATNODE_COUNTER(shrinking_skipped,
475     "Number of times shrinking was already in progress");
476
477 static void cache_zap_locked(struct namecache *ncp);
478 static int vn_fullpath_hardlink(struct thread *td, struct nameidata *ndp, char **retbuf,
479     char **freebuf, size_t *buflen);
480 static int vn_fullpath_any(struct thread *td, struct vnode *vp, struct vnode *rdir,
481     char *buf, char **retbuf, size_t *buflen);
482 static int vn_fullpath_dir(struct thread *td, struct vnode *vp, struct vnode *rdir,
483     char *buf, char **retbuf, size_t *len, bool slash_prefixed, size_t addend);
484
485 static MALLOC_DEFINE(M_VFSCACHE, "vfscache", "VFS name cache entries");
486
487 static int cache_yield;
488 SYSCTL_INT(_vfs_cache, OID_AUTO, yield, CTLFLAG_RD, &cache_yield, 0,
489     "Number of times cache called yield");
490
491 static void __noinline
492 cache_maybe_yield(void)
493 {
494
495         if (should_yield()) {
496                 cache_yield++;
497                 kern_yield(PRI_USER);
498         }
499 }
500
501 static inline void
502 cache_assert_vlp_locked(struct mtx *vlp)
503 {
504
505         if (vlp != NULL)
506                 mtx_assert(vlp, MA_OWNED);
507 }
508
509 static inline void
510 cache_assert_vnode_locked(struct vnode *vp)
511 {
512         struct mtx *vlp;
513
514         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
515         cache_assert_vlp_locked(vlp);
516 }
517
518 /*
519  * TODO: With the value stored we can do better than computing the hash based
520  * on the address. The choice of FNV should also be revisited.
521  */
522 static void
523 cache_prehash(struct vnode *vp)
524 {
525
526         vp->v_nchash = fnv_32_buf(&vp, sizeof(vp), FNV1_32_INIT);
527 }
528
529 static uint32_t
530 cache_get_hash(char *name, u_char len, struct vnode *dvp)
531 {
532
533         return (fnv_32_buf(name, len, dvp->v_nchash));
534 }
535
536 static inline struct nchashhead *
537 NCP2BUCKET(struct namecache *ncp)
538 {
539         uint32_t hash;
540
541         hash = cache_get_hash(ncp->nc_name, ncp->nc_nlen, ncp->nc_dvp);
542         return (NCHHASH(hash));
543 }
544
545 static inline struct rwlock *
546 NCP2BUCKETLOCK(struct namecache *ncp)
547 {
548         uint32_t hash;
549
550         hash = cache_get_hash(ncp->nc_name, ncp->nc_nlen, ncp->nc_dvp);
551         return (HASH2BUCKETLOCK(hash));
552 }
553
554 #ifdef INVARIANTS
555 static void
556 cache_assert_bucket_locked(struct namecache *ncp, int mode)
557 {
558         struct rwlock *blp;
559
560         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
561         rw_assert(blp, mode);
562 }
563 #else
564 #define cache_assert_bucket_locked(x, y) do { } while (0)
565 #endif
566
567 #define cache_sort_vnodes(x, y) _cache_sort_vnodes((void **)(x), (void **)(y))
568 static void
569 _cache_sort_vnodes(void **p1, void **p2)
570 {
571         void *tmp;
572
573         MPASS(*p1 != NULL || *p2 != NULL);
574
575         if (*p1 > *p2) {
576                 tmp = *p2;
577                 *p2 = *p1;
578                 *p1 = tmp;
579         }
580 }
581
582 static void
583 cache_lock_all_buckets(void)
584 {
585         u_int i;
586
587         for (i = 0; i < numbucketlocks; i++)
588                 rw_wlock(&bucketlocks[i]);
589 }
590
591 static void
592 cache_unlock_all_buckets(void)
593 {
594         u_int i;
595
596         for (i = 0; i < numbucketlocks; i++)
597                 rw_wunlock(&bucketlocks[i]);
598 }
599
600 static void
601 cache_lock_all_vnodes(void)
602 {
603         u_int i;
604
605         for (i = 0; i < numvnodelocks; i++)
606                 mtx_lock(&vnodelocks[i]);
607 }
608
609 static void
610 cache_unlock_all_vnodes(void)
611 {
612         u_int i;
613
614         for (i = 0; i < numvnodelocks; i++)
615                 mtx_unlock(&vnodelocks[i]);
616 }
617
618 static int
619 cache_trylock_vnodes(struct mtx *vlp1, struct mtx *vlp2)
620 {
621
622         cache_sort_vnodes(&vlp1, &vlp2);
623
624         if (vlp1 != NULL) {
625                 if (!mtx_trylock(vlp1))
626                         return (EAGAIN);
627         }
628         if (!mtx_trylock(vlp2)) {
629                 if (vlp1 != NULL)
630                         mtx_unlock(vlp1);
631                 return (EAGAIN);
632         }
633
634         return (0);
635 }
636
637 static void
638 cache_lock_vnodes(struct mtx *vlp1, struct mtx *vlp2)
639 {
640
641         MPASS(vlp1 != NULL || vlp2 != NULL);
642         MPASS(vlp1 <= vlp2);
643
644         if (vlp1 != NULL)
645                 mtx_lock(vlp1);
646         if (vlp2 != NULL)
647                 mtx_lock(vlp2);
648 }
649
650 static void
651 cache_unlock_vnodes(struct mtx *vlp1, struct mtx *vlp2)
652 {
653
654         MPASS(vlp1 != NULL || vlp2 != NULL);
655
656         if (vlp1 != NULL)
657                 mtx_unlock(vlp1);
658         if (vlp2 != NULL)
659                 mtx_unlock(vlp2);
660 }
661
662 static int
663 sysctl_nchstats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
664 {
665         struct nchstats snap;
666
667         if (req->oldptr == NULL)
668                 return (SYSCTL_OUT(req, 0, sizeof(snap)));
669
670         snap = nchstats;
671         snap.ncs_goodhits = counter_u64_fetch(numposhits);
672         snap.ncs_neghits = counter_u64_fetch(numneghits);
673         snap.ncs_badhits = counter_u64_fetch(numposzaps) +
674             counter_u64_fetch(numnegzaps);
675         snap.ncs_miss = counter_u64_fetch(nummisszap) +
676             counter_u64_fetch(nummiss);
677
678         return (SYSCTL_OUT(req, &snap, sizeof(snap)));
679 }
680 SYSCTL_PROC(_vfs_cache, OID_AUTO, nchstats, CTLTYPE_OPAQUE | CTLFLAG_RD |
681     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_nchstats, "LU",
682     "VFS cache effectiveness statistics");
683
684 #ifdef DIAGNOSTIC
685 /*
686  * Grab an atomic snapshot of the name cache hash chain lengths
687  */
688 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, hashstat,
689     CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, NULL,
690     "hash table stats");
691
692 static int
693 sysctl_debug_hashstat_rawnchash(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
694 {
695         struct nchashhead *ncpp;
696         struct namecache *ncp;
697         int i, error, n_nchash, *cntbuf;
698
699 retry:
700         n_nchash = nchash + 1;  /* nchash is max index, not count */
701         if (req->oldptr == NULL)
702                 return SYSCTL_OUT(req, 0, n_nchash * sizeof(int));
703         cntbuf = malloc(n_nchash * sizeof(int), M_TEMP, M_ZERO | M_WAITOK);
704         cache_lock_all_buckets();
705         if (n_nchash != nchash + 1) {
706                 cache_unlock_all_buckets();
707                 free(cntbuf, M_TEMP);
708                 goto retry;
709         }
710         /* Scan hash tables counting entries */
711         for (ncpp = nchashtbl, i = 0; i < n_nchash; ncpp++, i++)
712                 CK_SLIST_FOREACH(ncp, ncpp, nc_hash)
713                         cntbuf[i]++;
714         cache_unlock_all_buckets();
715         for (error = 0, i = 0; i < n_nchash; i++)
716                 if ((error = SYSCTL_OUT(req, &cntbuf[i], sizeof(int))) != 0)
717                         break;
718         free(cntbuf, M_TEMP);
719         return (error);
720 }
721 SYSCTL_PROC(_debug_hashstat, OID_AUTO, rawnchash, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RD|
722     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_debug_hashstat_rawnchash, "S,int",
723     "nchash chain lengths");
724
725 static int
726 sysctl_debug_hashstat_nchash(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
727 {
728         int error;
729         struct nchashhead *ncpp;
730         struct namecache *ncp;
731         int n_nchash;
732         int count, maxlength, used, pct;
733
734         if (!req->oldptr)
735                 return SYSCTL_OUT(req, 0, 4 * sizeof(int));
736
737         cache_lock_all_buckets();
738         n_nchash = nchash + 1;  /* nchash is max index, not count */
739         used = 0;
740         maxlength = 0;
741
742         /* Scan hash tables for applicable entries */
743         for (ncpp = nchashtbl; n_nchash > 0; n_nchash--, ncpp++) {
744                 count = 0;
745                 CK_SLIST_FOREACH(ncp, ncpp, nc_hash) {
746                         count++;
747                 }
748                 if (count)
749                         used++;
750                 if (maxlength < count)
751                         maxlength = count;
752         }
753         n_nchash = nchash + 1;
754         cache_unlock_all_buckets();
755         pct = (used * 100) / (n_nchash / 100);
756         error = SYSCTL_OUT(req, &n_nchash, sizeof(n_nchash));
757         if (error)
758                 return (error);
759         error = SYSCTL_OUT(req, &used, sizeof(used));
760         if (error)
761                 return (error);
762         error = SYSCTL_OUT(req, &maxlength, sizeof(maxlength));
763         if (error)
764                 return (error);
765         error = SYSCTL_OUT(req, &pct, sizeof(pct));
766         if (error)
767                 return (error);
768         return (0);
769 }
770 SYSCTL_PROC(_debug_hashstat, OID_AUTO, nchash, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RD|
771     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_debug_hashstat_nchash, "I",
772     "nchash statistics (number of total/used buckets, maximum chain length, usage percentage)");
773 #endif
774
775 /*
776  * Negative entries management
777  *
778  * A variation of LRU scheme is used. New entries are hashed into one of
779  * numneglists cold lists. Entries get promoted to the hot list on first hit.
780  *
781  * The shrinker will demote hot list head and evict from the cold list in a
782  * round-robin manner.
783  */
784 static void
785 cache_negative_init(struct namecache *ncp)
786 {
787         struct negstate *negstate;
788
789         ncp->nc_flag |= NCF_NEGATIVE;
790         negstate = NCP2NEGSTATE(ncp);
791         negstate->neg_flag = 0;
792 }
793
794 static void
795 cache_negative_hit(struct namecache *ncp)
796 {
797         struct neglist *neglist;
798         struct negstate *negstate;
799
800         negstate = NCP2NEGSTATE(ncp);
801         if ((negstate->neg_flag & NEG_HOT) != 0)
802                 return;
803         neglist = NCP2NEGLIST(ncp);
804         mtx_lock(&ncneg_hot.nl_lock);
805         mtx_lock(&neglist->nl_lock);
806         if ((negstate->neg_flag & NEG_HOT) == 0) {
807                 numhotneg++;
808                 TAILQ_REMOVE(&neglist->nl_list, ncp, nc_dst);
809                 TAILQ_INSERT_TAIL(&ncneg_hot.nl_list, ncp, nc_dst);
810                 negstate->neg_flag |= NEG_HOT;
811         }
812         mtx_unlock(&neglist->nl_lock);
813         mtx_unlock(&ncneg_hot.nl_lock);
814 }
815
816 static void
817 cache_negative_insert(struct namecache *ncp)
818 {
819         struct neglist *neglist;
820
821         MPASS(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE);
822         cache_assert_bucket_locked(ncp, RA_WLOCKED);
823         neglist = NCP2NEGLIST(ncp);
824         mtx_lock(&neglist->nl_lock);
825         TAILQ_INSERT_TAIL(&neglist->nl_list, ncp, nc_dst);
826         mtx_unlock(&neglist->nl_lock);
827         atomic_add_rel_long(&numneg, 1);
828 }
829
830 static void
831 cache_negative_remove(struct namecache *ncp)
832 {
833         struct neglist *neglist;
834         struct negstate *negstate;
835         bool hot_locked = false;
836         bool list_locked = false;
837
838         cache_assert_bucket_locked(ncp, RA_WLOCKED);
839         neglist = NCP2NEGLIST(ncp);
840         negstate = NCP2NEGSTATE(ncp);
841         if ((negstate->neg_flag & NEG_HOT) != 0) {
842                 hot_locked = true;
843                 mtx_lock(&ncneg_hot.nl_lock);
844                 if ((negstate->neg_flag & NEG_HOT) == 0) {
845                         list_locked = true;
846                         mtx_lock(&neglist->nl_lock);
847                 }
848         } else {
849                 list_locked = true;
850                 mtx_lock(&neglist->nl_lock);
851                 /*
852                  * We may be racing against promotion in lockless lookup.
853                  */
854                 if ((negstate->neg_flag & NEG_HOT) != 0) {
855                         mtx_unlock(&neglist->nl_lock);
856                         hot_locked = true;
857                         mtx_lock(&ncneg_hot.nl_lock);
858                         mtx_lock(&neglist->nl_lock);
859                 }
860         }
861         if ((negstate->neg_flag & NEG_HOT) != 0) {
862                 mtx_assert(&ncneg_hot.nl_lock, MA_OWNED);
863                 TAILQ_REMOVE(&ncneg_hot.nl_list, ncp, nc_dst);
864                 numhotneg--;
865         } else {
866                 mtx_assert(&neglist->nl_lock, MA_OWNED);
867                 TAILQ_REMOVE(&neglist->nl_list, ncp, nc_dst);
868         }
869         if (list_locked)
870                 mtx_unlock(&neglist->nl_lock);
871         if (hot_locked)
872                 mtx_unlock(&ncneg_hot.nl_lock);
873         atomic_subtract_rel_long(&numneg, 1);
874 }
875
876 static void
877 cache_negative_shrink_select(struct namecache **ncpp,
878     struct neglist **neglistpp)
879 {
880         struct neglist *neglist;
881         struct namecache *ncp;
882         static u_int cycle;
883         u_int i;
884
885         *ncpp = ncp = NULL;
886
887         for (i = 0; i < numneglists; i++) {
888                 neglist = &neglists[(cycle + i) % numneglists];
889                 if (TAILQ_FIRST(&neglist->nl_list) == NULL)
890                         continue;
891                 mtx_lock(&neglist->nl_lock);
892                 ncp = TAILQ_FIRST(&neglist->nl_list);
893                 if (ncp != NULL)
894                         break;
895                 mtx_unlock(&neglist->nl_lock);
896         }
897
898         *neglistpp = neglist;
899         *ncpp = ncp;
900         cycle++;
901 }
902
903 static void
904 cache_negative_zap_one(void)
905 {
906         struct namecache *ncp, *ncp2;
907         struct neglist *neglist;
908         struct negstate *negstate;
909         struct mtx *dvlp;
910         struct rwlock *blp;
911
912         if (mtx_owner(&ncneg_shrink_lock) != NULL ||
913             !mtx_trylock(&ncneg_shrink_lock)) {
914                 counter_u64_add(shrinking_skipped, 1);
915                 return;
916         }
917
918         mtx_lock(&ncneg_hot.nl_lock);
919         ncp = TAILQ_FIRST(&ncneg_hot.nl_list);
920         if (ncp != NULL) {
921                 neglist = NCP2NEGLIST(ncp);
922                 negstate = NCP2NEGSTATE(ncp);
923                 mtx_lock(&neglist->nl_lock);
924                 MPASS((negstate->neg_flag & NEG_HOT) != 0);
925                 TAILQ_REMOVE(&ncneg_hot.nl_list, ncp, nc_dst);
926                 TAILQ_INSERT_TAIL(&neglist->nl_list, ncp, nc_dst);
927                 negstate->neg_flag &= ~NEG_HOT;
928                 numhotneg--;
929                 mtx_unlock(&neglist->nl_lock);
930         }
931         mtx_unlock(&ncneg_hot.nl_lock);
932
933         cache_negative_shrink_select(&ncp, &neglist);
934
935         mtx_unlock(&ncneg_shrink_lock);
936         if (ncp == NULL)
937                 return;
938
939         MPASS(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE);
940         dvlp = VP2VNODELOCK(ncp->nc_dvp);
941         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
942         mtx_unlock(&neglist->nl_lock);
943         mtx_lock(dvlp);
944         rw_wlock(blp);
945         /*
946          * Enter SMR to safely check the negative list.
947          * Even if the found pointer matches, the entry may now be reallocated
948          * and used by a different vnode.
949          */
950         vfs_smr_enter();
951         ncp2 = TAILQ_FIRST(&neglist->nl_list);
952         if (ncp != ncp2 || dvlp != VP2VNODELOCK(ncp2->nc_dvp) ||
953             blp != NCP2BUCKETLOCK(ncp2)) {
954                 vfs_smr_exit();
955                 ncp = NULL;
956         } else {
957                 vfs_smr_exit();
958                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, shrink_negative, done, ncp->nc_dvp,
959                     ncp->nc_name);
960                 cache_zap_locked(ncp);
961                 counter_u64_add(numneg_evicted, 1);
962         }
963         rw_wunlock(blp);
964         mtx_unlock(dvlp);
965         cache_free(ncp);
966 }
967
968 /*
969  * cache_zap_locked():
970  *
971  *   Removes a namecache entry from cache, whether it contains an actual
972  *   pointer to a vnode or if it is just a negative cache entry.
973  */
974 static void
975 cache_zap_locked(struct namecache *ncp)
976 {
977         struct nchashhead *ncpp;
978
979         if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE))
980                 cache_assert_vnode_locked(ncp->nc_vp);
981         cache_assert_vnode_locked(ncp->nc_dvp);
982         cache_assert_bucket_locked(ncp, RA_WLOCKED);
983
984         CTR2(KTR_VFS, "cache_zap(%p) vp %p", ncp,
985             (ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE) ? NULL : ncp->nc_vp);
986
987         cache_ncp_invalidate(ncp);
988
989         ncpp = NCP2BUCKET(ncp);
990         CK_SLIST_REMOVE(ncpp, ncp, namecache, nc_hash);
991         if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE)) {
992                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, zap, done, ncp->nc_dvp,
993                     ncp->nc_name, ncp->nc_vp);
994                 TAILQ_REMOVE(&ncp->nc_vp->v_cache_dst, ncp, nc_dst);
995                 if (ncp == ncp->nc_vp->v_cache_dd) {
996                         vn_seqc_write_begin_unheld(ncp->nc_vp);
997                         ncp->nc_vp->v_cache_dd = NULL;
998                         vn_seqc_write_end(ncp->nc_vp);
999                 }
1000         } else {
1001                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, zap_negative, done, ncp->nc_dvp,
1002                     ncp->nc_name);
1003                 cache_negative_remove(ncp);
1004         }
1005         if (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) {
1006                 if (ncp == ncp->nc_dvp->v_cache_dd) {
1007                         vn_seqc_write_begin_unheld(ncp->nc_dvp);
1008                         ncp->nc_dvp->v_cache_dd = NULL;
1009                         vn_seqc_write_end(ncp->nc_dvp);
1010                 }
1011         } else {
1012                 LIST_REMOVE(ncp, nc_src);
1013                 if (LIST_EMPTY(&ncp->nc_dvp->v_cache_src)) {
1014                         ncp->nc_flag |= NCF_DVDROP;
1015                         counter_u64_add(numcachehv, -1);
1016                 }
1017         }
1018         atomic_subtract_rel_long(&numcache, 1);
1019 }
1020
1021 static void
1022 cache_zap_negative_locked_vnode_kl(struct namecache *ncp, struct vnode *vp)
1023 {
1024         struct rwlock *blp;
1025
1026         MPASS(ncp->nc_dvp == vp);
1027         MPASS(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE);
1028         cache_assert_vnode_locked(vp);
1029
1030         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
1031         rw_wlock(blp);
1032         cache_zap_locked(ncp);
1033         rw_wunlock(blp);
1034 }
1035
1036 static bool
1037 cache_zap_locked_vnode_kl2(struct namecache *ncp, struct vnode *vp,
1038     struct mtx **vlpp)
1039 {
1040         struct mtx *pvlp, *vlp1, *vlp2, *to_unlock;
1041         struct rwlock *blp;
1042
1043         MPASS(vp == ncp->nc_dvp || vp == ncp->nc_vp);
1044         cache_assert_vnode_locked(vp);
1045
1046         if (ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE) {
1047                 if (*vlpp != NULL) {
1048                         mtx_unlock(*vlpp);
1049                         *vlpp = NULL;
1050                 }
1051                 cache_zap_negative_locked_vnode_kl(ncp, vp);
1052                 return (true);
1053         }
1054
1055         pvlp = VP2VNODELOCK(vp);
1056         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
1057         vlp1 = VP2VNODELOCK(ncp->nc_dvp);
1058         vlp2 = VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp);
1059
1060         if (*vlpp == vlp1 || *vlpp == vlp2) {
1061                 to_unlock = *vlpp;
1062                 *vlpp = NULL;
1063         } else {
1064                 if (*vlpp != NULL) {
1065                         mtx_unlock(*vlpp);
1066                         *vlpp = NULL;
1067                 }
1068                 cache_sort_vnodes(&vlp1, &vlp2);
1069                 if (vlp1 == pvlp) {
1070                         mtx_lock(vlp2);
1071                         to_unlock = vlp2;
1072                 } else {
1073                         if (!mtx_trylock(vlp1))
1074                                 goto out_relock;
1075                         to_unlock = vlp1;
1076                 }
1077         }
1078         rw_wlock(blp);
1079         cache_zap_locked(ncp);
1080         rw_wunlock(blp);
1081         if (to_unlock != NULL)
1082                 mtx_unlock(to_unlock);
1083         return (true);
1084
1085 out_relock:
1086         mtx_unlock(vlp2);
1087         mtx_lock(vlp1);
1088         mtx_lock(vlp2);
1089         MPASS(*vlpp == NULL);
1090         *vlpp = vlp1;
1091         return (false);
1092 }
1093
1094 static int __noinline
1095 cache_zap_locked_vnode(struct namecache *ncp, struct vnode *vp)
1096 {
1097         struct mtx *pvlp, *vlp1, *vlp2, *to_unlock;
1098         struct rwlock *blp;
1099         int error = 0;
1100
1101         MPASS(vp == ncp->nc_dvp || vp == ncp->nc_vp);
1102         cache_assert_vnode_locked(vp);
1103
1104         pvlp = VP2VNODELOCK(vp);
1105         if (ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE) {
1106                 cache_zap_negative_locked_vnode_kl(ncp, vp);
1107                 goto out;
1108         }
1109
1110         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
1111         vlp1 = VP2VNODELOCK(ncp->nc_dvp);
1112         vlp2 = VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp);
1113         cache_sort_vnodes(&vlp1, &vlp2);
1114         if (vlp1 == pvlp) {
1115                 mtx_lock(vlp2);
1116                 to_unlock = vlp2;
1117         } else {
1118                 if (!mtx_trylock(vlp1)) {
1119                         error = EAGAIN;
1120                         goto out;
1121                 }
1122                 to_unlock = vlp1;
1123         }
1124         rw_wlock(blp);
1125         cache_zap_locked(ncp);
1126         rw_wunlock(blp);
1127         mtx_unlock(to_unlock);
1128 out:
1129         mtx_unlock(pvlp);
1130         return (error);
1131 }
1132
1133 /*
1134  * If trylocking failed we can get here. We know enough to take all needed locks
1135  * in the right order and re-lookup the entry.
1136  */
1137 static int
1138 cache_zap_unlocked_bucket(struct namecache *ncp, struct componentname *cnp,
1139     struct vnode *dvp, struct mtx *dvlp, struct mtx *vlp, uint32_t hash,
1140     struct rwlock *blp)
1141 {
1142         struct namecache *rncp;
1143
1144         cache_assert_bucket_locked(ncp, RA_UNLOCKED);
1145
1146         cache_sort_vnodes(&dvlp, &vlp);
1147         cache_lock_vnodes(dvlp, vlp);
1148         rw_wlock(blp);
1149         CK_SLIST_FOREACH(rncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1150                 if (rncp == ncp && rncp->nc_dvp == dvp &&
1151                     rncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
1152                     !bcmp(rncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, rncp->nc_nlen))
1153                         break;
1154         }
1155         if (rncp != NULL) {
1156                 cache_zap_locked(rncp);
1157                 rw_wunlock(blp);
1158                 cache_unlock_vnodes(dvlp, vlp);
1159                 counter_u64_add(zap_and_exit_bucket_relock_success, 1);
1160                 return (0);
1161         }
1162
1163         rw_wunlock(blp);
1164         cache_unlock_vnodes(dvlp, vlp);
1165         return (EAGAIN);
1166 }
1167
1168 static int __noinline
1169 cache_zap_wlocked_bucket(struct namecache *ncp, struct componentname *cnp,
1170     uint32_t hash, struct rwlock *blp)
1171 {
1172         struct mtx *dvlp, *vlp;
1173         struct vnode *dvp;
1174
1175         cache_assert_bucket_locked(ncp, RA_WLOCKED);
1176
1177         dvlp = VP2VNODELOCK(ncp->nc_dvp);
1178         vlp = NULL;
1179         if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE))
1180                 vlp = VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp);
1181         if (cache_trylock_vnodes(dvlp, vlp) == 0) {
1182                 cache_zap_locked(ncp);
1183                 rw_wunlock(blp);
1184                 cache_unlock_vnodes(dvlp, vlp);
1185                 return (0);
1186         }
1187
1188         dvp = ncp->nc_dvp;
1189         rw_wunlock(blp);
1190         return (cache_zap_unlocked_bucket(ncp, cnp, dvp, dvlp, vlp, hash, blp));
1191 }
1192
1193 static int __noinline
1194 cache_zap_rlocked_bucket(struct namecache *ncp, struct componentname *cnp,
1195     uint32_t hash, struct rwlock *blp)
1196 {
1197         struct mtx *dvlp, *vlp;
1198         struct vnode *dvp;
1199
1200         cache_assert_bucket_locked(ncp, RA_RLOCKED);
1201
1202         dvlp = VP2VNODELOCK(ncp->nc_dvp);
1203         vlp = NULL;
1204         if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE))
1205                 vlp = VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp);
1206         if (cache_trylock_vnodes(dvlp, vlp) == 0) {
1207                 rw_runlock(blp);
1208                 rw_wlock(blp);
1209                 cache_zap_locked(ncp);
1210                 rw_wunlock(blp);
1211                 cache_unlock_vnodes(dvlp, vlp);
1212                 return (0);
1213         }
1214
1215         dvp = ncp->nc_dvp;
1216         rw_runlock(blp);
1217         return (cache_zap_unlocked_bucket(ncp, cnp, dvp, dvlp, vlp, hash, blp));
1218 }
1219
1220 static int
1221 cache_zap_wlocked_bucket_kl(struct namecache *ncp, struct rwlock *blp,
1222     struct mtx **vlpp1, struct mtx **vlpp2)
1223 {
1224         struct mtx *dvlp, *vlp;
1225
1226         cache_assert_bucket_locked(ncp, RA_WLOCKED);
1227
1228         dvlp = VP2VNODELOCK(ncp->nc_dvp);
1229         vlp = NULL;
1230         if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE))
1231                 vlp = VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp);
1232         cache_sort_vnodes(&dvlp, &vlp);
1233
1234         if (*vlpp1 == dvlp && *vlpp2 == vlp) {
1235                 cache_zap_locked(ncp);
1236                 cache_unlock_vnodes(dvlp, vlp);
1237                 *vlpp1 = NULL;
1238                 *vlpp2 = NULL;
1239                 return (0);
1240         }
1241
1242         if (*vlpp1 != NULL)
1243                 mtx_unlock(*vlpp1);
1244         if (*vlpp2 != NULL)
1245                 mtx_unlock(*vlpp2);
1246         *vlpp1 = NULL;
1247         *vlpp2 = NULL;
1248
1249         if (cache_trylock_vnodes(dvlp, vlp) == 0) {
1250                 cache_zap_locked(ncp);
1251                 cache_unlock_vnodes(dvlp, vlp);
1252                 return (0);
1253         }
1254
1255         rw_wunlock(blp);
1256         *vlpp1 = dvlp;
1257         *vlpp2 = vlp;
1258         if (*vlpp1 != NULL)
1259                 mtx_lock(*vlpp1);
1260         mtx_lock(*vlpp2);
1261         rw_wlock(blp);
1262         return (EAGAIN);
1263 }
1264
1265 static void
1266 cache_lookup_unlock(struct rwlock *blp, struct mtx *vlp)
1267 {
1268
1269         if (blp != NULL) {
1270                 rw_runlock(blp);
1271         } else {
1272                 mtx_unlock(vlp);
1273         }
1274 }
1275
1276 static int __noinline
1277 cache_lookup_dot(struct vnode *dvp, struct vnode **vpp, struct componentname *cnp,
1278     struct timespec *tsp, int *ticksp)
1279 {
1280         int ltype;
1281
1282         *vpp = dvp;
1283         CTR2(KTR_VFS, "cache_lookup(%p, %s) found via .",
1284                         dvp, cnp->cn_nameptr);
1285         counter_u64_add(dothits, 1);
1286         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, ".", *vpp);
1287         if (tsp != NULL)
1288                 timespecclear(tsp);
1289         if (ticksp != NULL)
1290                 *ticksp = ticks;
1291         vrefact(*vpp);
1292         /*
1293          * When we lookup "." we still can be asked to lock it
1294          * differently...
1295          */
1296         ltype = cnp->cn_lkflags & LK_TYPE_MASK;
1297         if (ltype != VOP_ISLOCKED(*vpp)) {
1298                 if (ltype == LK_EXCLUSIVE) {
1299                         vn_lock(*vpp, LK_UPGRADE | LK_RETRY);
1300                         if (VN_IS_DOOMED((*vpp))) {
1301                                 /* forced unmount */
1302                                 vrele(*vpp);
1303                                 *vpp = NULL;
1304                                 return (ENOENT);
1305                         }
1306                 } else
1307                         vn_lock(*vpp, LK_DOWNGRADE | LK_RETRY);
1308         }
1309         return (-1);
1310 }
1311
1312 static __noinline int
1313 cache_remove_cnp(struct vnode *dvp, struct componentname *cnp)
1314 {
1315         struct namecache *ncp;
1316         struct rwlock *blp;
1317         struct mtx *dvlp, *dvlp2;
1318         uint32_t hash;
1319         int error;
1320
1321         if (cnp->cn_namelen == 2 &&
1322             cnp->cn_nameptr[0] == '.' && cnp->cn_nameptr[1] == '.') {
1323                 dvlp = VP2VNODELOCK(dvp);
1324                 dvlp2 = NULL;
1325                 mtx_lock(dvlp);
1326 retry_dotdot:
1327                 ncp = dvp->v_cache_dd;
1328                 if (ncp == NULL) {
1329                         mtx_unlock(dvlp);
1330                         if (dvlp2 != NULL)
1331                                 mtx_unlock(dvlp2);
1332                         SDT_PROBE2(vfs, namecache, removecnp, miss, dvp, cnp);
1333                         return (0);
1334                 }
1335                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
1336                         if (ncp->nc_dvp != dvp)
1337                                 panic("dvp %p v_cache_dd %p\n", dvp, ncp);
1338                         if (!cache_zap_locked_vnode_kl2(ncp,
1339                             dvp, &dvlp2))
1340                                 goto retry_dotdot;
1341                         MPASS(dvp->v_cache_dd == NULL);
1342                         mtx_unlock(dvlp);
1343                         if (dvlp2 != NULL)
1344                                 mtx_unlock(dvlp2);
1345                         cache_free(ncp);
1346                 } else {
1347                         vn_seqc_write_begin(dvp);
1348                         dvp->v_cache_dd = NULL;
1349                         vn_seqc_write_end(dvp);
1350                         mtx_unlock(dvlp);
1351                         if (dvlp2 != NULL)
1352                                 mtx_unlock(dvlp2);
1353                 }
1354                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, removecnp, hit, dvp, cnp);
1355                 return (1);
1356         }
1357
1358         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp);
1359         blp = HASH2BUCKETLOCK(hash);
1360 retry:
1361         if (CK_SLIST_EMPTY(NCHHASH(hash)))
1362                 goto out_no_entry;
1363
1364         rw_wlock(blp);
1365
1366         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1367                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
1368                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))
1369                         break;
1370         }
1371
1372         /* We failed to find an entry */
1373         if (ncp == NULL) {
1374                 rw_wunlock(blp);
1375                 goto out_no_entry;
1376         }
1377
1378         error = cache_zap_wlocked_bucket(ncp, cnp, hash, blp);
1379         if (__predict_false(error != 0)) {
1380                 zap_and_exit_bucket_fail++;
1381                 cache_maybe_yield();
1382                 goto retry;
1383         }
1384         counter_u64_add(numposzaps, 1);
1385         cache_free(ncp);
1386         SDT_PROBE2(vfs, namecache, removecnp, hit, dvp, cnp);
1387         return (1);
1388 out_no_entry:
1389         SDT_PROBE2(vfs, namecache, removecnp, miss, dvp, cnp);
1390         counter_u64_add(nummisszap, 1);
1391         return (0);
1392 }
1393
1394 /**
1395  * Lookup a name in the name cache
1396  *
1397  * # Arguments
1398  *
1399  * - dvp:       Parent directory in which to search.
1400  * - vpp:       Return argument.  Will contain desired vnode on cache hit.
1401  * - cnp:       Parameters of the name search.  The most interesting bits of
1402  *              the cn_flags field have the following meanings:
1403  *      - MAKEENTRY:    If clear, free an entry from the cache rather than look
1404  *                      it up.
1405  *      - ISDOTDOT:     Must be set if and only if cn_nameptr == ".."
1406  * - tsp:       Return storage for cache timestamp.  On a successful (positive
1407  *              or negative) lookup, tsp will be filled with any timespec that
1408  *              was stored when this cache entry was created.  However, it will
1409  *              be clear for "." entries.
1410  * - ticks:     Return storage for alternate cache timestamp.  On a successful
1411  *              (positive or negative) lookup, it will contain the ticks value
1412  *              that was current when the cache entry was created, unless cnp
1413  *              was ".".
1414  *
1415  * # Returns
1416  *
1417  * - -1:        A positive cache hit.  vpp will contain the desired vnode.
1418  * - ENOENT:    A negative cache hit, or dvp was recycled out from under us due
1419  *              to a forced unmount.  vpp will not be modified.  If the entry
1420  *              is a whiteout, then the ISWHITEOUT flag will be set in
1421  *              cnp->cn_flags.
1422  * - 0:         A cache miss.  vpp will not be modified.
1423  *
1424  * # Locking
1425  *
1426  * On a cache hit, vpp will be returned locked and ref'd.  If we're looking up
1427  * .., dvp is unlocked.  If we're looking up . an extra ref is taken, but the
1428  * lock is not recursively acquired.
1429  */
1430 int
1431 cache_lookup(struct vnode *dvp, struct vnode **vpp, struct componentname *cnp,
1432     struct timespec *tsp, int *ticksp)
1433 {
1434         struct namecache_ts *ncp_ts;
1435         struct namecache *ncp;
1436         struct negstate *negstate;
1437         struct rwlock *blp;
1438         struct mtx *dvlp;
1439         uint32_t hash;
1440         enum vgetstate vs;
1441         int error, ltype;
1442         bool try_smr, doing_smr, whiteout;
1443
1444 #ifdef DEBUG_CACHE
1445         if (__predict_false(!doingcache)) {
1446                 cnp->cn_flags &= ~MAKEENTRY;
1447                 return (0);
1448         }
1449 #endif
1450
1451         if (__predict_false(cnp->cn_namelen == 1 && cnp->cn_nameptr[0] == '.'))
1452                 return (cache_lookup_dot(dvp, vpp, cnp, tsp, ticksp));
1453
1454         if ((cnp->cn_flags & MAKEENTRY) == 0) {
1455                 cache_remove_cnp(dvp, cnp);
1456                 return (0);
1457         }
1458
1459         try_smr = true;
1460         if (cnp->cn_nameiop == CREATE)
1461                 try_smr = false;
1462 retry:
1463         doing_smr = false;
1464         blp = NULL;
1465         dvlp = NULL;
1466         error = 0;
1467         if (cnp->cn_namelen == 2 &&
1468             cnp->cn_nameptr[0] == '.' && cnp->cn_nameptr[1] == '.') {
1469                 counter_u64_add(dotdothits, 1);
1470                 dvlp = VP2VNODELOCK(dvp);
1471                 mtx_lock(dvlp);
1472                 ncp = dvp->v_cache_dd;
1473                 if (ncp == NULL) {
1474                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, miss, dvp,
1475                             "..", NULL);
1476                         mtx_unlock(dvlp);
1477                         return (0);
1478                 }
1479                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
1480                         if (ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE)
1481                                 *vpp = NULL;
1482                         else
1483                                 *vpp = ncp->nc_vp;
1484                 } else
1485                         *vpp = ncp->nc_dvp;
1486                 /* Return failure if negative entry was found. */
1487                 if (*vpp == NULL)
1488                         goto negative_success;
1489                 CTR3(KTR_VFS, "cache_lookup(%p, %s) found %p via ..",
1490                     dvp, cnp->cn_nameptr, *vpp);
1491                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, "..",
1492                     *vpp);
1493                 cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
1494                 if ((ncp->nc_flag & (NCF_ISDOTDOT | NCF_DTS)) ==
1495                     NCF_DTS && tsp != NULL) {
1496                         ncp_ts = __containerof(ncp, struct namecache_ts, nc_nc);
1497                         *tsp = ncp_ts->nc_dotdottime;
1498                 }
1499                 goto success;
1500         }
1501
1502         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp);
1503 retry_hashed:
1504         if (try_smr) {
1505                 vfs_smr_enter();
1506                 doing_smr = true;
1507                 try_smr = false;
1508         } else {
1509                 blp = HASH2BUCKETLOCK(hash);
1510                 rw_rlock(blp);
1511         }
1512
1513         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1514                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
1515                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))
1516                         break;
1517         }
1518
1519         /* We failed to find an entry */
1520         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
1521                 if (doing_smr)
1522                         vfs_smr_exit();
1523                 else
1524                         rw_runlock(blp);
1525                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, miss, dvp, cnp->cn_nameptr,
1526                     NULL);
1527                 counter_u64_add(nummiss, 1);
1528                 return (0);
1529         }
1530
1531         if (ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE)
1532                 goto negative_success;
1533
1534         /* We found a "positive" match, return the vnode */
1535         counter_u64_add(numposhits, 1);
1536         *vpp = ncp->nc_vp;
1537         CTR4(KTR_VFS, "cache_lookup(%p, %s) found %p via ncp %p",
1538             dvp, cnp->cn_nameptr, *vpp, ncp);
1539         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, ncp->nc_name,
1540             *vpp);
1541         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
1542 success:
1543         /*
1544          * On success we return a locked and ref'd vnode as per the lookup
1545          * protocol.
1546          */
1547         MPASS(dvp != *vpp);
1548         ltype = 0;      /* silence gcc warning */
1549         if (cnp->cn_flags & ISDOTDOT) {
1550                 ltype = VOP_ISLOCKED(dvp);
1551                 VOP_UNLOCK(dvp);
1552         }
1553         if (doing_smr) {
1554                 if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
1555                         vfs_smr_exit();
1556                         *vpp = NULL;
1557                         goto retry;
1558                 }
1559                 vs = vget_prep_smr(*vpp);
1560                 vfs_smr_exit();
1561                 if (__predict_false(vs == VGET_NONE)) {
1562                         *vpp = NULL;
1563                         goto retry;
1564                 }
1565         } else {
1566                 vs = vget_prep(*vpp);
1567                 cache_lookup_unlock(blp, dvlp);
1568         }
1569         error = vget_finish(*vpp, cnp->cn_lkflags, vs);
1570         if (cnp->cn_flags & ISDOTDOT) {
1571                 vn_lock(dvp, ltype | LK_RETRY);
1572                 if (VN_IS_DOOMED(dvp)) {
1573                         if (error == 0)
1574                                 vput(*vpp);
1575                         *vpp = NULL;
1576                         return (ENOENT);
1577                 }
1578         }
1579         if (error) {
1580                 *vpp = NULL;
1581                 goto retry;
1582         }
1583         if ((cnp->cn_flags & ISLASTCN) &&
1584             (cnp->cn_lkflags & LK_TYPE_MASK) == LK_EXCLUSIVE) {
1585                 ASSERT_VOP_ELOCKED(*vpp, "cache_lookup");
1586         }
1587         return (-1);
1588
1589 negative_success:
1590         /* We found a negative match, and want to create it, so purge */
1591         if (cnp->cn_nameiop == CREATE) {
1592                 MPASS(!doing_smr);
1593                 counter_u64_add(numnegzaps, 1);
1594                 goto zap_and_exit;
1595         }
1596
1597         SDT_PROBE2(vfs, namecache, lookup, hit__negative, dvp, ncp->nc_name);
1598         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
1599         counter_u64_add(numneghits, 1);
1600         whiteout = (ncp->nc_flag & NCF_WHITE);
1601
1602         if (doing_smr) {
1603                 /*
1604                  * We need to take locks to promote an entry.
1605                  */
1606                 negstate = NCP2NEGSTATE(ncp);
1607                 if ((negstate->neg_flag & NEG_HOT) == 0 ||
1608                     !cache_ncp_canuse(ncp)) {
1609                         vfs_smr_exit();
1610                         doing_smr = false;
1611                         goto retry_hashed;
1612                 }
1613                 vfs_smr_exit();
1614         } else {
1615                 cache_negative_hit(ncp);
1616                 cache_lookup_unlock(blp, dvlp);
1617         }
1618         if (whiteout)
1619                 cnp->cn_flags |= ISWHITEOUT;
1620         return (ENOENT);
1621
1622 zap_and_exit:
1623         MPASS(!doing_smr);
1624         if (blp != NULL)
1625                 error = cache_zap_rlocked_bucket(ncp, cnp, hash, blp);
1626         else
1627                 error = cache_zap_locked_vnode(ncp, dvp);
1628         if (__predict_false(error != 0)) {
1629                 zap_and_exit_bucket_fail2++;
1630                 cache_maybe_yield();
1631                 goto retry;
1632         }
1633         cache_free(ncp);
1634         return (0);
1635 }
1636
1637 struct celockstate {
1638         struct mtx *vlp[3];
1639         struct rwlock *blp[2];
1640 };
1641 CTASSERT((nitems(((struct celockstate *)0)->vlp) == 3));
1642 CTASSERT((nitems(((struct celockstate *)0)->blp) == 2));
1643
1644 static inline void
1645 cache_celockstate_init(struct celockstate *cel)
1646 {
1647
1648         bzero(cel, sizeof(*cel));
1649 }
1650
1651 static void
1652 cache_lock_vnodes_cel(struct celockstate *cel, struct vnode *vp,
1653     struct vnode *dvp)
1654 {
1655         struct mtx *vlp1, *vlp2;
1656
1657         MPASS(cel->vlp[0] == NULL);
1658         MPASS(cel->vlp[1] == NULL);
1659         MPASS(cel->vlp[2] == NULL);
1660
1661         MPASS(vp != NULL || dvp != NULL);
1662
1663         vlp1 = VP2VNODELOCK(vp);
1664         vlp2 = VP2VNODELOCK(dvp);
1665         cache_sort_vnodes(&vlp1, &vlp2);
1666
1667         if (vlp1 != NULL) {
1668                 mtx_lock(vlp1);
1669                 cel->vlp[0] = vlp1;
1670         }
1671         mtx_lock(vlp2);
1672         cel->vlp[1] = vlp2;
1673 }
1674
1675 static void
1676 cache_unlock_vnodes_cel(struct celockstate *cel)
1677 {
1678
1679         MPASS(cel->vlp[0] != NULL || cel->vlp[1] != NULL);
1680
1681         if (cel->vlp[0] != NULL)
1682                 mtx_unlock(cel->vlp[0]);
1683         if (cel->vlp[1] != NULL)
1684                 mtx_unlock(cel->vlp[1]);
1685         if (cel->vlp[2] != NULL)
1686                 mtx_unlock(cel->vlp[2]);
1687 }
1688
1689 static bool
1690 cache_lock_vnodes_cel_3(struct celockstate *cel, struct vnode *vp)
1691 {
1692         struct mtx *vlp;
1693         bool ret;
1694
1695         cache_assert_vlp_locked(cel->vlp[0]);
1696         cache_assert_vlp_locked(cel->vlp[1]);
1697         MPASS(cel->vlp[2] == NULL);
1698
1699         MPASS(vp != NULL);
1700         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
1701
1702         ret = true;
1703         if (vlp >= cel->vlp[1]) {
1704                 mtx_lock(vlp);
1705         } else {
1706                 if (mtx_trylock(vlp))
1707                         goto out;
1708                 cache_lock_vnodes_cel_3_failures++;
1709                 cache_unlock_vnodes_cel(cel);
1710                 if (vlp < cel->vlp[0]) {
1711                         mtx_lock(vlp);
1712                         mtx_lock(cel->vlp[0]);
1713                         mtx_lock(cel->vlp[1]);
1714                 } else {
1715                         if (cel->vlp[0] != NULL)
1716                                 mtx_lock(cel->vlp[0]);
1717                         mtx_lock(vlp);
1718                         mtx_lock(cel->vlp[1]);
1719                 }
1720                 ret = false;
1721         }
1722 out:
1723         cel->vlp[2] = vlp;
1724         return (ret);
1725 }
1726
1727 static void
1728 cache_lock_buckets_cel(struct celockstate *cel, struct rwlock *blp1,
1729     struct rwlock *blp2)
1730 {
1731
1732         MPASS(cel->blp[0] == NULL);
1733         MPASS(cel->blp[1] == NULL);
1734
1735         cache_sort_vnodes(&blp1, &blp2);
1736
1737         if (blp1 != NULL) {
1738                 rw_wlock(blp1);
1739                 cel->blp[0] = blp1;
1740         }
1741         rw_wlock(blp2);
1742         cel->blp[1] = blp2;
1743 }
1744
1745 static void
1746 cache_unlock_buckets_cel(struct celockstate *cel)
1747 {
1748
1749         if (cel->blp[0] != NULL)
1750                 rw_wunlock(cel->blp[0]);
1751         rw_wunlock(cel->blp[1]);
1752 }
1753
1754 /*
1755  * Lock part of the cache affected by the insertion.
1756  *
1757  * This means vnodelocks for dvp, vp and the relevant bucketlock.
1758  * However, insertion can result in removal of an old entry. In this
1759  * case we have an additional vnode and bucketlock pair to lock. If the
1760  * entry is negative, ncelock is locked instead of the vnode.
1761  *
1762  * That is, in the worst case we have to lock 3 vnodes and 2 bucketlocks, while
1763  * preserving the locking order (smaller address first).
1764  */
1765 static void
1766 cache_enter_lock(struct celockstate *cel, struct vnode *dvp, struct vnode *vp,
1767     uint32_t hash)
1768 {
1769         struct namecache *ncp;
1770         struct rwlock *blps[2];
1771
1772         blps[0] = HASH2BUCKETLOCK(hash);
1773         for (;;) {
1774                 blps[1] = NULL;
1775                 cache_lock_vnodes_cel(cel, dvp, vp);
1776                 if (vp == NULL || vp->v_type != VDIR)
1777                         break;
1778                 ncp = vp->v_cache_dd;
1779                 if (ncp == NULL)
1780                         break;
1781                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0)
1782                         break;
1783                 MPASS(ncp->nc_dvp == vp);
1784                 blps[1] = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
1785                 if (ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE)
1786                         break;
1787                 if (cache_lock_vnodes_cel_3(cel, ncp->nc_vp))
1788                         break;
1789                 /*
1790                  * All vnodes got re-locked. Re-validate the state and if
1791                  * nothing changed we are done. Otherwise restart.
1792                  */
1793                 if (ncp == vp->v_cache_dd &&
1794                     (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0 &&
1795                     blps[1] == NCP2BUCKETLOCK(ncp) &&
1796                     VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp) == cel->vlp[2])
1797                         break;
1798                 cache_unlock_vnodes_cel(cel);
1799                 cel->vlp[0] = NULL;
1800                 cel->vlp[1] = NULL;
1801                 cel->vlp[2] = NULL;
1802         }
1803         cache_lock_buckets_cel(cel, blps[0], blps[1]);
1804 }
1805
1806 static void
1807 cache_enter_lock_dd(struct celockstate *cel, struct vnode *dvp, struct vnode *vp,
1808     uint32_t hash)
1809 {
1810         struct namecache *ncp;
1811         struct rwlock *blps[2];
1812
1813         blps[0] = HASH2BUCKETLOCK(hash);
1814         for (;;) {
1815                 blps[1] = NULL;
1816                 cache_lock_vnodes_cel(cel, dvp, vp);
1817                 ncp = dvp->v_cache_dd;
1818                 if (ncp == NULL)
1819                         break;
1820                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0)
1821                         break;
1822                 MPASS(ncp->nc_dvp == dvp);
1823                 blps[1] = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
1824                 if (ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE)
1825                         break;
1826                 if (cache_lock_vnodes_cel_3(cel, ncp->nc_vp))
1827                         break;
1828                 if (ncp == dvp->v_cache_dd &&
1829                     (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0 &&
1830                     blps[1] == NCP2BUCKETLOCK(ncp) &&
1831                     VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp) == cel->vlp[2])
1832                         break;
1833                 cache_unlock_vnodes_cel(cel);
1834                 cel->vlp[0] = NULL;
1835                 cel->vlp[1] = NULL;
1836                 cel->vlp[2] = NULL;
1837         }
1838         cache_lock_buckets_cel(cel, blps[0], blps[1]);
1839 }
1840
1841 static void
1842 cache_enter_unlock(struct celockstate *cel)
1843 {
1844
1845         cache_unlock_buckets_cel(cel);
1846         cache_unlock_vnodes_cel(cel);
1847 }
1848
1849 static void __noinline
1850 cache_enter_dotdot_prep(struct vnode *dvp, struct vnode *vp,
1851     struct componentname *cnp)
1852 {
1853         struct celockstate cel;
1854         struct namecache *ncp;
1855         uint32_t hash;
1856         int len;
1857
1858         if (dvp->v_cache_dd == NULL)
1859                 return;
1860         len = cnp->cn_namelen;
1861         cache_celockstate_init(&cel);
1862         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, len, dvp);
1863         cache_enter_lock_dd(&cel, dvp, vp, hash);
1864         vn_seqc_write_begin(dvp);
1865         ncp = dvp->v_cache_dd;
1866         if (ncp != NULL && (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT)) {
1867                 KASSERT(ncp->nc_dvp == dvp, ("wrong isdotdot parent"));
1868                 cache_zap_locked(ncp);
1869         } else {
1870                 ncp = NULL;
1871         }
1872         dvp->v_cache_dd = NULL;
1873         vn_seqc_write_end(dvp);
1874         cache_enter_unlock(&cel);
1875         cache_free(ncp);
1876 }
1877
1878 /*
1879  * Add an entry to the cache.
1880  */
1881 void
1882 cache_enter_time(struct vnode *dvp, struct vnode *vp, struct componentname *cnp,
1883     struct timespec *tsp, struct timespec *dtsp)
1884 {
1885         struct celockstate cel;
1886         struct namecache *ncp, *n2, *ndd;
1887         struct namecache_ts *ncp_ts, *n2_ts;
1888         struct nchashhead *ncpp;
1889         uint32_t hash;
1890         int flag;
1891         int len;
1892         u_long lnumcache;
1893
1894         CTR3(KTR_VFS, "cache_enter(%p, %p, %s)", dvp, vp, cnp->cn_nameptr);
1895         VNASSERT(vp == NULL || !VN_IS_DOOMED(vp), vp,
1896             ("cache_enter: Adding a doomed vnode"));
1897         VNASSERT(dvp == NULL || !VN_IS_DOOMED(dvp), dvp,
1898             ("cache_enter: Doomed vnode used as src"));
1899
1900 #ifdef DEBUG_CACHE
1901         if (__predict_false(!doingcache))
1902                 return;
1903 #endif
1904
1905         flag = 0;
1906         if (__predict_false(cnp->cn_nameptr[0] == '.')) {
1907                 if (cnp->cn_namelen == 1)
1908                         return;
1909                 if (cnp->cn_namelen == 2 && cnp->cn_nameptr[1] == '.') {
1910                         cache_enter_dotdot_prep(dvp, vp, cnp);
1911                         flag = NCF_ISDOTDOT;
1912                 }
1913         }
1914
1915         /*
1916          * Avoid blowout in namecache entries.
1917          */
1918         lnumcache = atomic_fetchadd_long(&numcache, 1) + 1;
1919         if (__predict_false(lnumcache >= ncsize)) {
1920                 atomic_add_long(&numcache, -1);
1921                 counter_u64_add(numdrops, 1);
1922                 return;
1923         }
1924
1925         cache_celockstate_init(&cel);
1926         ndd = NULL;
1927         ncp_ts = NULL;
1928
1929         /*
1930          * Calculate the hash key and setup as much of the new
1931          * namecache entry as possible before acquiring the lock.
1932          */
1933         ncp = cache_alloc(cnp->cn_namelen, tsp != NULL);
1934         ncp->nc_flag = flag | NCF_WIP;
1935         ncp->nc_vp = vp;
1936         if (vp == NULL)
1937                 cache_negative_init(ncp);
1938         ncp->nc_dvp = dvp;
1939         if (tsp != NULL) {
1940                 ncp_ts = __containerof(ncp, struct namecache_ts, nc_nc);
1941                 ncp_ts->nc_time = *tsp;
1942                 ncp_ts->nc_ticks = ticks;
1943                 ncp_ts->nc_nc.nc_flag |= NCF_TS;
1944                 if (dtsp != NULL) {
1945                         ncp_ts->nc_dotdottime = *dtsp;
1946                         ncp_ts->nc_nc.nc_flag |= NCF_DTS;
1947                 }
1948         }
1949         len = ncp->nc_nlen = cnp->cn_namelen;
1950         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, len, dvp);
1951         memcpy(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, len);
1952         ncp->nc_name[len] = '\0';
1953         cache_enter_lock(&cel, dvp, vp, hash);
1954
1955         /*
1956          * See if this vnode or negative entry is already in the cache
1957          * with this name.  This can happen with concurrent lookups of
1958          * the same path name.
1959          */
1960         ncpp = NCHHASH(hash);
1961         CK_SLIST_FOREACH(n2, ncpp, nc_hash) {
1962                 if (n2->nc_dvp == dvp &&
1963                     n2->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
1964                     !bcmp(n2->nc_name, cnp->cn_nameptr, n2->nc_nlen)) {
1965                         MPASS(cache_ncp_canuse(n2));
1966                         if ((n2->nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
1967                                 KASSERT(vp == NULL,
1968                                     ("%s: found entry pointing to a different vnode (%p != %p)",
1969                                     __func__, NULL, vp));
1970                         else
1971                                 KASSERT(n2->nc_vp == vp,
1972                                     ("%s: found entry pointing to a different vnode (%p != %p)",
1973                                     __func__, n2->nc_vp, vp));
1974                         if (tsp != NULL) {
1975                                 KASSERT((n2->nc_flag & NCF_TS) != 0,
1976                                     ("no NCF_TS"));
1977                                 n2_ts = __containerof(n2, struct namecache_ts, nc_nc);
1978                                 n2_ts->nc_time = ncp_ts->nc_time;
1979                                 n2_ts->nc_ticks = ncp_ts->nc_ticks;
1980                                 if (dtsp != NULL) {
1981                                         n2_ts->nc_dotdottime = ncp_ts->nc_dotdottime;
1982                                         n2_ts->nc_nc.nc_flag |= NCF_DTS;
1983                                 }
1984                         }
1985                         goto out_unlock_free;
1986                 }
1987         }
1988
1989         if (flag == NCF_ISDOTDOT) {
1990                 /*
1991                  * See if we are trying to add .. entry, but some other lookup
1992                  * has populated v_cache_dd pointer already.
1993                  */
1994                 if (dvp->v_cache_dd != NULL)
1995                         goto out_unlock_free;
1996                 KASSERT(vp == NULL || vp->v_type == VDIR,
1997                     ("wrong vnode type %p", vp));
1998                 vn_seqc_write_begin(dvp);
1999                 dvp->v_cache_dd = ncp;
2000                 vn_seqc_write_end(dvp);
2001         }
2002
2003         if (vp != NULL) {
2004                 if (vp->v_type == VDIR) {
2005                         if (flag != NCF_ISDOTDOT) {
2006                                 /*
2007                                  * For this case, the cache entry maps both the
2008                                  * directory name in it and the name ".." for the
2009                                  * directory's parent.
2010                                  */
2011                                 vn_seqc_write_begin(vp);
2012                                 if ((ndd = vp->v_cache_dd) != NULL) {
2013                                         if ((ndd->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0)
2014                                                 cache_zap_locked(ndd);
2015                                         else
2016                                                 ndd = NULL;
2017                                 }
2018                                 vp->v_cache_dd = ncp;
2019                                 vn_seqc_write_end(vp);
2020                         }
2021                 } else {
2022                         if (vp->v_cache_dd != NULL) {
2023                                 vn_seqc_write_begin(vp);
2024                                 vp->v_cache_dd = NULL;
2025                                 vn_seqc_write_end(vp);
2026                         }
2027                 }
2028         }
2029
2030         if (flag != NCF_ISDOTDOT) {
2031                 if (LIST_EMPTY(&dvp->v_cache_src)) {
2032                         vhold(dvp);
2033                         counter_u64_add(numcachehv, 1);
2034                 }
2035                 LIST_INSERT_HEAD(&dvp->v_cache_src, ncp, nc_src);
2036         }
2037
2038         /*
2039          * If the entry is "negative", we place it into the
2040          * "negative" cache queue, otherwise, we place it into the
2041          * destination vnode's cache entries queue.
2042          */
2043         if (vp != NULL) {
2044                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vp->v_cache_dst, ncp, nc_dst);
2045                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, enter, done, dvp, ncp->nc_name,
2046                     vp);
2047         } else {
2048                 if (cnp->cn_flags & ISWHITEOUT)
2049                         ncp->nc_flag |= NCF_WHITE;
2050                 cache_negative_insert(ncp);
2051                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, enter_negative, done, dvp,
2052                     ncp->nc_name);
2053         }
2054
2055         /*
2056          * Insert the new namecache entry into the appropriate chain
2057          * within the cache entries table.
2058          */
2059         CK_SLIST_INSERT_HEAD(ncpp, ncp, nc_hash);
2060
2061         atomic_thread_fence_rel();
2062         /*
2063          * Mark the entry as fully constructed.
2064          * It is immutable past this point until its removal.
2065          */
2066         atomic_store_char(&ncp->nc_flag, ncp->nc_flag & ~NCF_WIP);
2067
2068         cache_enter_unlock(&cel);
2069         if (numneg * ncnegfactor > lnumcache)
2070                 cache_negative_zap_one();
2071         cache_free(ndd);
2072         return;
2073 out_unlock_free:
2074         cache_enter_unlock(&cel);
2075         atomic_add_long(&numcache, -1);
2076         cache_free(ncp);
2077         return;
2078 }
2079
2080 static u_int
2081 cache_roundup_2(u_int val)
2082 {
2083         u_int res;
2084
2085         for (res = 1; res <= val; res <<= 1)
2086                 continue;
2087
2088         return (res);
2089 }
2090
2091 static struct nchashhead *
2092 nchinittbl(u_long elements, u_long *hashmask)
2093 {
2094         struct nchashhead *hashtbl;
2095         u_long hashsize, i;
2096
2097         hashsize = cache_roundup_2(elements) / 2;
2098
2099         hashtbl = malloc((u_long)hashsize * sizeof(*hashtbl), M_VFSCACHE, M_WAITOK);
2100         for (i = 0; i < hashsize; i++)
2101                 CK_SLIST_INIT(&hashtbl[i]);
2102         *hashmask = hashsize - 1;
2103         return (hashtbl);
2104 }
2105
2106 static void
2107 ncfreetbl(struct nchashhead *hashtbl)
2108 {
2109
2110         free(hashtbl, M_VFSCACHE);
2111 }
2112
2113 /*
2114  * Name cache initialization, from vfs_init() when we are booting
2115  */
2116 static void
2117 nchinit(void *dummy __unused)
2118 {
2119         u_int i;
2120
2121         cache_zone_small = uma_zcreate("S VFS Cache", CACHE_ZONE_SMALL_SIZE,
2122             NULL, NULL, NULL, NULL, CACHE_ZONE_ALIGNMENT, UMA_ZONE_ZINIT);
2123         cache_zone_small_ts = uma_zcreate("STS VFS Cache", CACHE_ZONE_SMALL_TS_SIZE,
2124             NULL, NULL, NULL, NULL, CACHE_ZONE_ALIGNMENT, UMA_ZONE_ZINIT);
2125         cache_zone_large = uma_zcreate("L VFS Cache", CACHE_ZONE_LARGE_SIZE,
2126             NULL, NULL, NULL, NULL, CACHE_ZONE_ALIGNMENT, UMA_ZONE_ZINIT);
2127         cache_zone_large_ts = uma_zcreate("LTS VFS Cache", CACHE_ZONE_LARGE_TS_SIZE,
2128             NULL, NULL, NULL, NULL, CACHE_ZONE_ALIGNMENT, UMA_ZONE_ZINIT);
2129
2130         VFS_SMR_ZONE_SET(cache_zone_small);
2131         VFS_SMR_ZONE_SET(cache_zone_small_ts);
2132         VFS_SMR_ZONE_SET(cache_zone_large);
2133         VFS_SMR_ZONE_SET(cache_zone_large_ts);
2134
2135         ncsize = desiredvnodes * ncsizefactor;
2136         nchashtbl = nchinittbl(desiredvnodes * 2, &nchash);
2137         ncbuckethash = cache_roundup_2(mp_ncpus * mp_ncpus) - 1;
2138         if (ncbuckethash < 7) /* arbitrarily chosen to avoid having one lock */
2139                 ncbuckethash = 7;
2140         if (ncbuckethash > nchash)
2141                 ncbuckethash = nchash;
2142         bucketlocks = malloc(sizeof(*bucketlocks) * numbucketlocks, M_VFSCACHE,
2143             M_WAITOK | M_ZERO);
2144         for (i = 0; i < numbucketlocks; i++)
2145                 rw_init_flags(&bucketlocks[i], "ncbuc", RW_DUPOK | RW_RECURSE);
2146         ncvnodehash = ncbuckethash;
2147         vnodelocks = malloc(sizeof(*vnodelocks) * numvnodelocks, M_VFSCACHE,
2148             M_WAITOK | M_ZERO);
2149         for (i = 0; i < numvnodelocks; i++)
2150                 mtx_init(&vnodelocks[i], "ncvn", NULL, MTX_DUPOK | MTX_RECURSE);
2151         ncpurgeminvnodes = numbucketlocks * 2;
2152
2153         neglists = malloc(sizeof(*neglists) * numneglists, M_VFSCACHE,
2154             M_WAITOK | M_ZERO);
2155         for (i = 0; i < numneglists; i++) {
2156                 mtx_init(&neglists[i].nl_lock, "ncnegl", NULL, MTX_DEF);
2157                 TAILQ_INIT(&neglists[i].nl_list);
2158         }
2159         mtx_init(&ncneg_hot.nl_lock, "ncneglh", NULL, MTX_DEF);
2160         TAILQ_INIT(&ncneg_hot.nl_list);
2161
2162         mtx_init(&ncneg_shrink_lock, "ncnegs", NULL, MTX_DEF);
2163 }
2164 SYSINIT(vfs, SI_SUB_VFS, SI_ORDER_SECOND, nchinit, NULL);
2165
2166 void
2167 cache_vnode_init(struct vnode *vp)
2168 {
2169
2170         LIST_INIT(&vp->v_cache_src);
2171         TAILQ_INIT(&vp->v_cache_dst);
2172         vp->v_cache_dd = NULL;
2173         cache_prehash(vp);
2174 }
2175
2176 void
2177 cache_changesize(u_long newmaxvnodes)
2178 {
2179         struct nchashhead *new_nchashtbl, *old_nchashtbl;
2180         u_long new_nchash, old_nchash;
2181         struct namecache *ncp;
2182         uint32_t hash;
2183         u_long newncsize;
2184         int i;
2185
2186         newncsize = newmaxvnodes * ncsizefactor;
2187         newmaxvnodes = cache_roundup_2(newmaxvnodes * 2);
2188         if (newmaxvnodes < numbucketlocks)
2189                 newmaxvnodes = numbucketlocks;
2190
2191         new_nchashtbl = nchinittbl(newmaxvnodes, &new_nchash);
2192         /* If same hash table size, nothing to do */
2193         if (nchash == new_nchash) {
2194                 ncfreetbl(new_nchashtbl);
2195                 return;
2196         }
2197         /*
2198          * Move everything from the old hash table to the new table.
2199          * None of the namecache entries in the table can be removed
2200          * because to do so, they have to be removed from the hash table.
2201          */
2202         cache_lock_all_vnodes();
2203         cache_lock_all_buckets();
2204         old_nchashtbl = nchashtbl;
2205         old_nchash = nchash;
2206         nchashtbl = new_nchashtbl;
2207         nchash = new_nchash;
2208         for (i = 0; i <= old_nchash; i++) {
2209                 while ((ncp = CK_SLIST_FIRST(&old_nchashtbl[i])) != NULL) {
2210                         hash = cache_get_hash(ncp->nc_name, ncp->nc_nlen,
2211                             ncp->nc_dvp);
2212                         CK_SLIST_REMOVE(&old_nchashtbl[i], ncp, namecache, nc_hash);
2213                         CK_SLIST_INSERT_HEAD(NCHHASH(hash), ncp, nc_hash);
2214                 }
2215         }
2216         ncsize = newncsize;
2217         cache_unlock_all_buckets();
2218         cache_unlock_all_vnodes();
2219         ncfreetbl(old_nchashtbl);
2220 }
2221
2222 /*
2223  * Invalidate all entries from and to a particular vnode.
2224  */
2225 static void
2226 cache_purge_impl(struct vnode *vp)
2227 {
2228         TAILQ_HEAD(, namecache) ncps;
2229         struct namecache *ncp, *nnp;
2230         struct mtx *vlp, *vlp2;
2231
2232         TAILQ_INIT(&ncps);
2233         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2234         vlp2 = NULL;
2235         mtx_assert(vlp, MA_OWNED);
2236 retry:
2237         while (!LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src)) {
2238                 ncp = LIST_FIRST(&vp->v_cache_src);
2239                 if (!cache_zap_locked_vnode_kl2(ncp, vp, &vlp2))
2240                         goto retry;
2241                 TAILQ_INSERT_TAIL(&ncps, ncp, nc_dst);
2242         }
2243         while (!TAILQ_EMPTY(&vp->v_cache_dst)) {
2244                 ncp = TAILQ_FIRST(&vp->v_cache_dst);
2245                 if (!cache_zap_locked_vnode_kl2(ncp, vp, &vlp2))
2246                         goto retry;
2247                 TAILQ_INSERT_TAIL(&ncps, ncp, nc_dst);
2248         }
2249         ncp = vp->v_cache_dd;
2250         if (ncp != NULL) {
2251                 KASSERT(ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT,
2252                    ("lost dotdot link"));
2253                 if (!cache_zap_locked_vnode_kl2(ncp, vp, &vlp2))
2254                         goto retry;
2255                 TAILQ_INSERT_TAIL(&ncps, ncp, nc_dst);
2256         }
2257         KASSERT(vp->v_cache_dd == NULL, ("incomplete purge"));
2258         mtx_unlock(vlp);
2259         if (vlp2 != NULL)
2260                 mtx_unlock(vlp2);
2261         TAILQ_FOREACH_SAFE(ncp, &ncps, nc_dst, nnp) {
2262                 cache_free(ncp);
2263         }
2264 }
2265
2266 void
2267 cache_purge(struct vnode *vp)
2268 {
2269         struct mtx *vlp;
2270
2271         SDT_PROBE1(vfs, namecache, purge, done, vp);
2272         if (LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src) && TAILQ_EMPTY(&vp->v_cache_dst) &&
2273             vp->v_cache_dd == NULL)
2274                 return;
2275         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2276         mtx_lock(vlp);
2277         cache_purge_impl(vp);
2278 }
2279
2280 /*
2281  * Only to be used by vgone.
2282  */
2283 void
2284 cache_purge_vgone(struct vnode *vp)
2285 {
2286         struct mtx *vlp;
2287
2288         VNPASS(VN_IS_DOOMED(vp), vp);
2289         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2290         if (!(LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src) && TAILQ_EMPTY(&vp->v_cache_dst) &&
2291             vp->v_cache_dd == NULL)) {
2292                 mtx_lock(vlp);
2293                 cache_purge_impl(vp);
2294                 mtx_assert(vlp, MA_NOTOWNED);
2295                 return;
2296         }
2297
2298         /*
2299          * All the NULL pointer state we found above may be transient.
2300          * Serialize against a possible thread doing cache_purge.
2301          */
2302         mtx_wait_unlocked(vlp);
2303         if (!(LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src) && TAILQ_EMPTY(&vp->v_cache_dst) &&
2304             vp->v_cache_dd == NULL)) {
2305                 mtx_lock(vlp);
2306                 cache_purge_impl(vp);
2307                 mtx_assert(vlp, MA_NOTOWNED);
2308                 return;
2309         }
2310         return;
2311 }
2312
2313 /*
2314  * Invalidate all negative entries for a particular directory vnode.
2315  */
2316 void
2317 cache_purge_negative(struct vnode *vp)
2318 {
2319         TAILQ_HEAD(, namecache) ncps;
2320         struct namecache *ncp, *nnp;
2321         struct mtx *vlp;
2322
2323         CTR1(KTR_VFS, "cache_purge_negative(%p)", vp);
2324         SDT_PROBE1(vfs, namecache, purge_negative, done, vp);
2325         if (LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src))
2326                 return;
2327         TAILQ_INIT(&ncps);
2328         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2329         mtx_lock(vlp);
2330         LIST_FOREACH_SAFE(ncp, &vp->v_cache_src, nc_src, nnp) {
2331                 if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE))
2332                         continue;
2333                 cache_zap_negative_locked_vnode_kl(ncp, vp);
2334                 TAILQ_INSERT_TAIL(&ncps, ncp, nc_dst);
2335         }
2336         mtx_unlock(vlp);
2337         TAILQ_FOREACH_SAFE(ncp, &ncps, nc_dst, nnp) {
2338                 cache_free(ncp);
2339         }
2340 }
2341
2342 /*
2343  * Flush all entries referencing a particular filesystem.
2344  */
2345 void
2346 cache_purgevfs(struct mount *mp, bool force)
2347 {
2348         TAILQ_HEAD(, namecache) ncps;
2349         struct mtx *vlp1, *vlp2;
2350         struct rwlock *blp;
2351         struct nchashhead *bucket;
2352         struct namecache *ncp, *nnp;
2353         u_long i, j, n_nchash;
2354         int error;
2355
2356         /* Scan hash tables for applicable entries */
2357         SDT_PROBE1(vfs, namecache, purgevfs, done, mp);
2358         if (!force && mp->mnt_nvnodelistsize <= ncpurgeminvnodes)
2359                 return;
2360         TAILQ_INIT(&ncps);
2361         n_nchash = nchash + 1;
2362         vlp1 = vlp2 = NULL;
2363         for (i = 0; i < numbucketlocks; i++) {
2364                 blp = (struct rwlock *)&bucketlocks[i];
2365                 rw_wlock(blp);
2366                 for (j = i; j < n_nchash; j += numbucketlocks) {
2367 retry:
2368                         bucket = &nchashtbl[j];
2369                         CK_SLIST_FOREACH_SAFE(ncp, bucket, nc_hash, nnp) {
2370                                 cache_assert_bucket_locked(ncp, RA_WLOCKED);
2371                                 if (ncp->nc_dvp->v_mount != mp)
2372                                         continue;
2373                                 error = cache_zap_wlocked_bucket_kl(ncp, blp,
2374                                     &vlp1, &vlp2);
2375                                 if (error != 0)
2376                                         goto retry;
2377                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&ncps, ncp, nc_dst);
2378                         }
2379                 }
2380                 rw_wunlock(blp);
2381                 if (vlp1 == NULL && vlp2 == NULL)
2382                         cache_maybe_yield();
2383         }
2384         if (vlp1 != NULL)
2385                 mtx_unlock(vlp1);
2386         if (vlp2 != NULL)
2387                 mtx_unlock(vlp2);
2388
2389         TAILQ_FOREACH_SAFE(ncp, &ncps, nc_dst, nnp) {
2390                 cache_free(ncp);
2391         }
2392 }
2393
2394 /*
2395  * Perform canonical checks and cache lookup and pass on to filesystem
2396  * through the vop_cachedlookup only if needed.
2397  */
2398
2399 int
2400 vfs_cache_lookup(struct vop_lookup_args *ap)
2401 {
2402         struct vnode *dvp;
2403         int error;
2404         struct vnode **vpp = ap->a_vpp;
2405         struct componentname *cnp = ap->a_cnp;
2406         int flags = cnp->cn_flags;
2407
2408         *vpp = NULL;
2409         dvp = ap->a_dvp;
2410
2411         if (dvp->v_type != VDIR)
2412                 return (ENOTDIR);
2413
2414         if ((flags & ISLASTCN) && (dvp->v_mount->mnt_flag & MNT_RDONLY) &&
2415             (cnp->cn_nameiop == DELETE || cnp->cn_nameiop == RENAME))
2416                 return (EROFS);
2417
2418         error = vn_dir_check_exec(dvp, cnp);
2419         if (error != 0)
2420                 return (error);
2421
2422         error = cache_lookup(dvp, vpp, cnp, NULL, NULL);
2423         if (error == 0)
2424                 return (VOP_CACHEDLOOKUP(dvp, vpp, cnp));
2425         if (error == -1)
2426                 return (0);
2427         return (error);
2428 }
2429
2430 /* Implementation of the getcwd syscall. */
2431 int
2432 sys___getcwd(struct thread *td, struct __getcwd_args *uap)
2433 {
2434         char *buf, *retbuf;
2435         size_t buflen;
2436         int error;
2437
2438         buflen = uap->buflen;
2439         if (__predict_false(buflen < 2))
2440                 return (EINVAL);
2441         if (buflen > MAXPATHLEN)
2442                 buflen = MAXPATHLEN;
2443
2444         buf = uma_zalloc(namei_zone, M_WAITOK);
2445         error = vn_getcwd(td, buf, &retbuf, &buflen);
2446         if (error == 0)
2447                 error = copyout(retbuf, uap->buf, buflen);
2448         uma_zfree(namei_zone, buf);
2449         return (error);
2450 }
2451
2452 int
2453 vn_getcwd(struct thread *td, char *buf, char **retbuf, size_t *buflen)
2454 {
2455         struct pwd *pwd;
2456         int error;
2457
2458         pwd = pwd_hold(td);
2459         error = vn_fullpath_any(td, pwd->pwd_cdir, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf, buflen);
2460         pwd_drop(pwd);
2461
2462 #ifdef KTRACE
2463         if (KTRPOINT(curthread, KTR_NAMEI) && error == 0)
2464                 ktrnamei(*retbuf);
2465 #endif
2466         return (error);
2467 }
2468
2469 static int
2470 kern___realpathat(struct thread *td, int fd, const char *path, char *buf,
2471     size_t size, int flags, enum uio_seg pathseg)
2472 {
2473         struct nameidata nd;
2474         char *retbuf, *freebuf;
2475         int error;
2476
2477         if (flags != 0)
2478                 return (EINVAL);
2479         NDINIT_ATRIGHTS(&nd, LOOKUP, FOLLOW | SAVENAME | WANTPARENT | AUDITVNODE1,
2480             pathseg, path, fd, &cap_fstat_rights, td);
2481         if ((error = namei(&nd)) != 0)
2482                 return (error);
2483         error = vn_fullpath_hardlink(td, &nd, &retbuf, &freebuf, &size);
2484         if (error == 0) {
2485                 error = copyout(retbuf, buf, size);
2486                 free(freebuf, M_TEMP);
2487         }
2488         NDFREE(&nd, 0);
2489         return (error);
2490 }
2491
2492 int
2493 sys___realpathat(struct thread *td, struct __realpathat_args *uap)
2494 {
2495
2496         return (kern___realpathat(td, uap->fd, uap->path, uap->buf, uap->size,
2497             uap->flags, UIO_USERSPACE));
2498 }
2499
2500 /*
2501  * Retrieve the full filesystem path that correspond to a vnode from the name
2502  * cache (if available)
2503  */
2504 int
2505 vn_fullpath(struct thread *td, struct vnode *vn, char **retbuf, char **freebuf)
2506 {
2507         struct pwd *pwd;
2508         char *buf;
2509         size_t buflen;
2510         int error;
2511
2512         if (__predict_false(vn == NULL))
2513                 return (EINVAL);
2514
2515         buflen = MAXPATHLEN;
2516         buf = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
2517         pwd = pwd_hold(td);
2518         error = vn_fullpath_any(td, vn, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf, &buflen);
2519         pwd_drop(pwd);
2520
2521         if (!error)
2522                 *freebuf = buf;
2523         else
2524                 free(buf, M_TEMP);
2525         return (error);
2526 }
2527
2528 /*
2529  * This function is similar to vn_fullpath, but it attempts to lookup the
2530  * pathname relative to the global root mount point.  This is required for the
2531  * auditing sub-system, as audited pathnames must be absolute, relative to the
2532  * global root mount point.
2533  */
2534 int
2535 vn_fullpath_global(struct thread *td, struct vnode *vn,
2536     char **retbuf, char **freebuf)
2537 {
2538         char *buf;
2539         size_t buflen;
2540         int error;
2541
2542         if (__predict_false(vn == NULL))
2543                 return (EINVAL);
2544         buflen = MAXPATHLEN;
2545         buf = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
2546         error = vn_fullpath_any(td, vn, rootvnode, buf, retbuf, &buflen);
2547         if (!error)
2548                 *freebuf = buf;
2549         else
2550                 free(buf, M_TEMP);
2551         return (error);
2552 }
2553
2554 int
2555 vn_vptocnp(struct vnode **vp, struct ucred *cred, char *buf, size_t *buflen)
2556 {
2557         struct vnode *dvp;
2558         struct namecache *ncp;
2559         struct mtx *vlp;
2560         int error;
2561
2562         vlp = VP2VNODELOCK(*vp);
2563         mtx_lock(vlp);
2564         TAILQ_FOREACH(ncp, &((*vp)->v_cache_dst), nc_dst) {
2565                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0)
2566                         break;
2567         }
2568         if (ncp != NULL) {
2569                 if (*buflen < ncp->nc_nlen) {
2570                         mtx_unlock(vlp);
2571                         vrele(*vp);
2572                         counter_u64_add(numfullpathfail4, 1);
2573                         error = ENOMEM;
2574                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, error,
2575                             vp, NULL);
2576                         return (error);
2577                 }
2578                 *buflen -= ncp->nc_nlen;
2579                 memcpy(buf + *buflen, ncp->nc_name, ncp->nc_nlen);
2580                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, hit, ncp->nc_dvp,
2581                     ncp->nc_name, vp);
2582                 dvp = *vp;
2583                 *vp = ncp->nc_dvp;
2584                 vref(*vp);
2585                 mtx_unlock(vlp);
2586                 vrele(dvp);
2587                 return (0);
2588         }
2589         SDT_PROBE1(vfs, namecache, fullpath, miss, vp);
2590
2591         mtx_unlock(vlp);
2592         vn_lock(*vp, LK_SHARED | LK_RETRY);
2593         error = VOP_VPTOCNP(*vp, &dvp, cred, buf, buflen);
2594         vput(*vp);
2595         if (error) {
2596                 counter_u64_add(numfullpathfail2, 1);
2597                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return,  error, vp, NULL);
2598                 return (error);
2599         }
2600
2601         *vp = dvp;
2602         if (VN_IS_DOOMED(dvp)) {
2603                 /* forced unmount */
2604                 vrele(dvp);
2605                 error = ENOENT;
2606                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, error, vp, NULL);
2607                 return (error);
2608         }
2609         /*
2610          * *vp has its use count incremented still.
2611          */
2612
2613         return (0);
2614 }
2615
2616 /*
2617  * Resolve a directory to a pathname.
2618  *
2619  * The name of the directory can always be found in the namecache or fetched
2620  * from the filesystem. There is also guaranteed to be only one parent, meaning
2621  * we can just follow vnodes up until we find the root.
2622  *
2623  * The vnode must be referenced.
2624  */
2625 static int
2626 vn_fullpath_dir(struct thread *td, struct vnode *vp, struct vnode *rdir,
2627     char *buf, char **retbuf, size_t *len, bool slash_prefixed, size_t addend)
2628 {
2629 #ifdef KDTRACE_HOOKS
2630         struct vnode *startvp = vp;
2631 #endif
2632         struct vnode *vp1;
2633         size_t buflen;
2634         int error;
2635
2636         VNPASS(vp->v_type == VDIR || VN_IS_DOOMED(vp), vp);
2637         VNPASS(vp->v_usecount > 0, vp);
2638
2639         buflen = *len;
2640
2641         if (!slash_prefixed) {
2642                 MPASS(*len >= 2);
2643                 buflen--;
2644                 buf[buflen] = '\0';
2645         }
2646
2647         error = 0;
2648
2649         SDT_PROBE1(vfs, namecache, fullpath, entry, vp);
2650         counter_u64_add(numfullpathcalls, 1);
2651         while (vp != rdir && vp != rootvnode) {
2652                 /*
2653                  * The vp vnode must be already fully constructed,
2654                  * since it is either found in namecache or obtained
2655                  * from VOP_VPTOCNP().  We may test for VV_ROOT safely
2656                  * without obtaining the vnode lock.
2657                  */
2658                 if ((vp->v_vflag & VV_ROOT) != 0) {
2659                         vn_lock(vp, LK_RETRY | LK_SHARED);
2660
2661                         /*
2662                          * With the vnode locked, check for races with
2663                          * unmount, forced or not.  Note that we
2664                          * already verified that vp is not equal to
2665                          * the root vnode, which means that
2666                          * mnt_vnodecovered can be NULL only for the
2667                          * case of unmount.
2668                          */
2669                         if (VN_IS_DOOMED(vp) ||
2670                             (vp1 = vp->v_mount->mnt_vnodecovered) == NULL ||
2671                             vp1->v_mountedhere != vp->v_mount) {
2672                                 vput(vp);
2673                                 error = ENOENT;
2674                                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return,
2675                                     error, vp, NULL);
2676                                 break;
2677                         }
2678
2679                         vref(vp1);
2680                         vput(vp);
2681                         vp = vp1;
2682                         continue;
2683                 }
2684                 if (vp->v_type != VDIR) {
2685                         vrele(vp);
2686                         counter_u64_add(numfullpathfail1, 1);
2687                         error = ENOTDIR;
2688                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return,
2689                             error, vp, NULL);
2690                         break;
2691                 }
2692                 error = vn_vptocnp(&vp, td->td_ucred, buf, &buflen);
2693                 if (error)
2694                         break;
2695                 if (buflen == 0) {
2696                         vrele(vp);
2697                         error = ENOMEM;
2698                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, error,
2699                             startvp, NULL);
2700                         break;
2701                 }
2702                 buf[--buflen] = '/';
2703                 slash_prefixed = true;
2704         }
2705         if (error)
2706                 return (error);
2707         if (!slash_prefixed) {
2708                 if (buflen == 0) {
2709                         vrele(vp);
2710                         counter_u64_add(numfullpathfail4, 1);
2711                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, ENOMEM,
2712                             startvp, NULL);
2713                         return (ENOMEM);
2714                 }
2715                 buf[--buflen] = '/';
2716         }
2717         counter_u64_add(numfullpathfound, 1);
2718         vrele(vp);
2719
2720         *retbuf = buf + buflen;
2721         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, 0, startvp, *retbuf);
2722         *len -= buflen;
2723         *len += addend;
2724         return (0);
2725 }
2726
2727 /*
2728  * Resolve an arbitrary vnode to a pathname.
2729  *
2730  * Note 2 caveats:
2731  * - hardlinks are not tracked, thus if the vnode is not a directory this can
2732  *   resolve to a different path than the one used to find it
2733  * - namecache is not mandatory, meaning names are not guaranteed to be added
2734  *   (in which case resolving fails)
2735  */
2736 static int
2737 vn_fullpath_any(struct thread *td, struct vnode *vp, struct vnode *rdir,
2738     char *buf, char **retbuf, size_t *buflen)
2739 {
2740         size_t orig_buflen;
2741         bool slash_prefixed;
2742         int error;
2743
2744         if (*buflen < 2)
2745                 return (EINVAL);
2746
2747         orig_buflen = *buflen;
2748
2749         vref(vp);
2750         slash_prefixed = false;
2751         if (vp->v_type != VDIR) {
2752                 *buflen -= 1;
2753                 buf[*buflen] = '\0';
2754                 error = vn_vptocnp(&vp, td->td_ucred, buf, buflen);
2755                 if (error)
2756                         return (error);
2757                 if (*buflen == 0) {
2758                         vrele(vp);
2759                         return (ENOMEM);
2760                 }
2761                 *buflen -= 1;
2762                 buf[*buflen] = '/';
2763                 slash_prefixed = true;
2764         }
2765
2766         return (vn_fullpath_dir(td, vp, rdir, buf, retbuf, buflen, slash_prefixed,
2767             orig_buflen - *buflen));
2768 }
2769
2770 /*
2771  * Resolve an arbitrary vnode to a pathname (taking care of hardlinks).
2772  *
2773  * Since the namecache does not track handlings, the caller is expected to first
2774  * look up the target vnode with SAVENAME | WANTPARENT flags passed to namei.
2775  *
2776  * Then we have 2 cases:
2777  * - if the found vnode is a directory, the path can be constructed just by
2778  *   fullowing names up the chain
2779  * - otherwise we populate the buffer with the saved name and start resolving
2780  *   from the parent
2781  */
2782 static int
2783 vn_fullpath_hardlink(struct thread *td, struct nameidata *ndp, char **retbuf,
2784     char **freebuf, size_t *buflen)
2785 {
2786         char *buf, *tmpbuf;
2787         struct pwd *pwd;
2788         struct componentname *cnp;
2789         struct vnode *vp;
2790         size_t addend;
2791         int error;
2792         bool slash_prefixed;
2793
2794         if (*buflen < 2)
2795                 return (EINVAL);
2796         if (*buflen > MAXPATHLEN)
2797                 *buflen = MAXPATHLEN;
2798
2799         slash_prefixed = false;
2800
2801         buf = malloc(*buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
2802         pwd = pwd_hold(td);
2803
2804         addend = 0;
2805         vp = ndp->ni_vp;
2806         if (vp->v_type != VDIR) {
2807                 cnp = &ndp->ni_cnd;
2808                 addend = cnp->cn_namelen + 2;
2809                 if (*buflen < addend) {
2810                         error = ENOMEM;
2811                         goto out_bad;
2812                 }
2813                 *buflen -= addend;
2814                 tmpbuf = buf + *buflen;
2815                 tmpbuf[0] = '/';
2816                 memcpy(&tmpbuf[1], cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen);
2817                 tmpbuf[addend - 1] = '\0';
2818                 slash_prefixed = true;
2819                 vp = ndp->ni_dvp;
2820         }
2821
2822         vref(vp);
2823         error = vn_fullpath_dir(td, vp, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf, buflen,
2824             slash_prefixed, addend);
2825         if (error != 0)
2826                 goto out_bad;
2827
2828         pwd_drop(pwd);
2829         *freebuf = buf;
2830
2831         return (0);
2832 out_bad:
2833         pwd_drop(pwd);
2834         free(buf, M_TEMP);
2835         return (error);
2836 }
2837
2838 struct vnode *
2839 vn_dir_dd_ino(struct vnode *vp)
2840 {
2841         struct namecache *ncp;
2842         struct vnode *ddvp;
2843         struct mtx *vlp;
2844         enum vgetstate vs;
2845
2846         ASSERT_VOP_LOCKED(vp, "vn_dir_dd_ino");
2847         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2848         mtx_lock(vlp);
2849         TAILQ_FOREACH(ncp, &(vp->v_cache_dst), nc_dst) {
2850                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0)
2851                         continue;
2852                 ddvp = ncp->nc_dvp;
2853                 vs = vget_prep(ddvp);
2854                 mtx_unlock(vlp);
2855                 if (vget_finish(ddvp, LK_SHARED | LK_NOWAIT, vs))
2856                         return (NULL);
2857                 return (ddvp);
2858         }
2859         mtx_unlock(vlp);
2860         return (NULL);
2861 }
2862
2863 int
2864 vn_commname(struct vnode *vp, char *buf, u_int buflen)
2865 {
2866         struct namecache *ncp;
2867         struct mtx *vlp;
2868         int l;
2869
2870         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2871         mtx_lock(vlp);
2872         TAILQ_FOREACH(ncp, &vp->v_cache_dst, nc_dst)
2873                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0)
2874                         break;
2875         if (ncp == NULL) {
2876                 mtx_unlock(vlp);
2877                 return (ENOENT);
2878         }
2879         l = min(ncp->nc_nlen, buflen - 1);
2880         memcpy(buf, ncp->nc_name, l);
2881         mtx_unlock(vlp);
2882         buf[l] = '\0';
2883         return (0);
2884 }
2885
2886 /*
2887  * This function updates path string to vnode's full global path
2888  * and checks the size of the new path string against the pathlen argument.
2889  *
2890  * Requires a locked, referenced vnode.
2891  * Vnode is re-locked on success or ENODEV, otherwise unlocked.
2892  *
2893  * If vp is a directory, the call to vn_fullpath_global() always succeeds
2894  * because it falls back to the ".." lookup if the namecache lookup fails.
2895  */
2896 int
2897 vn_path_to_global_path(struct thread *td, struct vnode *vp, char *path,
2898     u_int pathlen)
2899 {
2900         struct nameidata nd;
2901         struct vnode *vp1;
2902         char *rpath, *fbuf;
2903         int error;
2904
2905         ASSERT_VOP_ELOCKED(vp, __func__);
2906
2907         /* Construct global filesystem path from vp. */
2908         VOP_UNLOCK(vp);
2909         error = vn_fullpath_global(td, vp, &rpath, &fbuf);
2910
2911         if (error != 0) {
2912                 vrele(vp);
2913                 return (error);
2914         }
2915
2916         if (strlen(rpath) >= pathlen) {
2917                 vrele(vp);
2918                 error = ENAMETOOLONG;
2919                 goto out;
2920         }
2921
2922         /*
2923          * Re-lookup the vnode by path to detect a possible rename.
2924          * As a side effect, the vnode is relocked.
2925          * If vnode was renamed, return ENOENT.
2926          */
2927         NDINIT(&nd, LOOKUP, FOLLOW | LOCKLEAF | AUDITVNODE1,
2928             UIO_SYSSPACE, path, td);
2929         error = namei(&nd);
2930         if (error != 0) {
2931                 vrele(vp);
2932                 goto out;
2933         }
2934         NDFREE(&nd, NDF_ONLY_PNBUF);
2935         vp1 = nd.ni_vp;
2936         vrele(vp);
2937         if (vp1 == vp)
2938                 strcpy(path, rpath);
2939         else {
2940                 vput(vp1);
2941                 error = ENOENT;
2942         }
2943
2944 out:
2945         free(fbuf, M_TEMP);
2946         return (error);
2947 }
2948
2949 #ifdef DDB
2950 static void
2951 db_print_vpath(struct vnode *vp)
2952 {
2953
2954         while (vp != NULL) {
2955                 db_printf("%p: ", vp);
2956                 if (vp == rootvnode) {
2957                         db_printf("/");
2958                         vp = NULL;
2959                 } else {
2960                         if (vp->v_vflag & VV_ROOT) {
2961                                 db_printf("<mount point>");
2962                                 vp = vp->v_mount->mnt_vnodecovered;
2963                         } else {
2964                                 struct namecache *ncp;
2965                                 char *ncn;
2966                                 int i;
2967
2968                                 ncp = TAILQ_FIRST(&vp->v_cache_dst);
2969                                 if (ncp != NULL) {
2970                                         ncn = ncp->nc_name;
2971                                         for (i = 0; i < ncp->nc_nlen; i++)
2972                                                 db_printf("%c", *ncn++);
2973                                         vp = ncp->nc_dvp;
2974                                 } else {
2975                                         vp = NULL;
2976                                 }
2977                         }
2978                 }
2979                 db_printf("\n");
2980         }
2981
2982         return;
2983 }
2984
2985 DB_SHOW_COMMAND(vpath, db_show_vpath)
2986 {
2987         struct vnode *vp;
2988
2989         if (!have_addr) {
2990                 db_printf("usage: show vpath <struct vnode *>\n");
2991                 return;
2992         }
2993
2994         vp = (struct vnode *)addr;
2995         db_print_vpath(vp);
2996 }
2997
2998 #endif
2999
3000 static bool __read_frequently cache_fast_lookup = true;
3001 SYSCTL_BOOL(_vfs, OID_AUTO, cache_fast_lookup, CTLFLAG_RW,
3002     &cache_fast_lookup, 0, "");
3003
3004 #define CACHE_FPL_FAILED        -2020
3005
3006 static void
3007 cache_fpl_cleanup_cnp(struct componentname *cnp)
3008 {
3009
3010         uma_zfree(namei_zone, cnp->cn_pnbuf);
3011 #ifdef DIAGNOSTIC
3012         cnp->cn_pnbuf = NULL;
3013         cnp->cn_nameptr = NULL;
3014 #endif
3015 }
3016
3017 static void
3018 cache_fpl_handle_root(struct nameidata *ndp, struct vnode **dpp)
3019 {
3020         struct componentname *cnp;
3021
3022         cnp = &ndp->ni_cnd;
3023         while (*(cnp->cn_nameptr) == '/') {
3024                 cnp->cn_nameptr++;
3025                 ndp->ni_pathlen--;
3026         }
3027
3028         *dpp = ndp->ni_rootdir;
3029 }
3030
3031 /*
3032  * Components of nameidata (or objects it can point to) which may
3033  * need restoring in case fast path lookup fails.
3034  */
3035 struct nameidata_saved {
3036         long cn_namelen;
3037         char *cn_nameptr;
3038         size_t ni_pathlen;
3039         int cn_flags;
3040 };
3041
3042 struct cache_fpl {
3043         struct nameidata *ndp;
3044         struct componentname *cnp;
3045         struct pwd *pwd;
3046         struct vnode *dvp;
3047         struct vnode *tvp;
3048         seqc_t dvp_seqc;
3049         seqc_t tvp_seqc;
3050         struct nameidata_saved snd;
3051         int line;
3052         enum cache_fpl_status status:8;
3053         bool in_smr;
3054 };
3055
3056 static void
3057 cache_fpl_checkpoint(struct cache_fpl *fpl, struct nameidata_saved *snd)
3058 {
3059
3060         snd->cn_flags = fpl->ndp->ni_cnd.cn_flags;
3061         snd->cn_namelen = fpl->ndp->ni_cnd.cn_namelen;
3062         snd->cn_nameptr = fpl->ndp->ni_cnd.cn_nameptr;
3063         snd->ni_pathlen = fpl->ndp->ni_pathlen;
3064 }
3065
3066 static void
3067 cache_fpl_restore(struct cache_fpl *fpl, struct nameidata_saved *snd)
3068 {
3069
3070         fpl->ndp->ni_cnd.cn_flags = snd->cn_flags;
3071         fpl->ndp->ni_cnd.cn_namelen = snd->cn_namelen;
3072         fpl->ndp->ni_cnd.cn_nameptr = snd->cn_nameptr;
3073         fpl->ndp->ni_pathlen = snd->ni_pathlen;
3074 }
3075
3076 #ifdef INVARIANTS
3077 #define cache_fpl_smr_assert_entered(fpl) ({                    \
3078         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
3079         MPASS(_fpl->in_smr == true);                            \
3080         VFS_SMR_ASSERT_ENTERED();                               \
3081 })
3082 #define cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl) ({                \
3083         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
3084         MPASS(_fpl->in_smr == false);                           \
3085         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();                           \
3086 })
3087 #else
3088 #define cache_fpl_smr_assert_entered(fpl) do { } while (0)
3089 #define cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl) do { } while (0)
3090 #endif
3091
3092 #define cache_fpl_smr_enter_initial(fpl) ({                     \
3093         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
3094         vfs_smr_enter();                                        \
3095         _fpl->in_smr = true;                                    \
3096 })
3097
3098 #define cache_fpl_smr_enter(fpl) ({                             \
3099         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
3100         MPASS(_fpl->in_smr == false);                           \
3101         vfs_smr_enter();                                        \
3102         _fpl->in_smr = true;                                    \
3103 })
3104
3105 #define cache_fpl_smr_exit(fpl) ({                              \
3106         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
3107         MPASS(_fpl->in_smr == true);                            \
3108         vfs_smr_exit();                                         \
3109         _fpl->in_smr = false;                                   \
3110 })
3111
3112 static int
3113 cache_fpl_aborted_impl(struct cache_fpl *fpl, int line)
3114 {
3115
3116         if (fpl->status != CACHE_FPL_STATUS_UNSET) {
3117                 KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_PARTIAL,
3118                     ("%s: converting to abort from %d at %d, set at %d\n",
3119                     __func__, fpl->status, line, fpl->line));
3120         }
3121         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_ABORTED;
3122         fpl->line = line;
3123         return (CACHE_FPL_FAILED);
3124 }
3125
3126 #define cache_fpl_aborted(x)    cache_fpl_aborted_impl((x), __LINE__)
3127
3128 static int
3129 cache_fpl_partial_impl(struct cache_fpl *fpl, int line)
3130 {
3131
3132         KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_UNSET,
3133             ("%s: setting to partial at %d, but already set to %d at %d\n",
3134             __func__, line, fpl->status, fpl->line));
3135         cache_fpl_smr_assert_entered(fpl);
3136         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_PARTIAL;
3137         fpl->line = line;
3138         return (CACHE_FPL_FAILED);
3139 }
3140
3141 #define cache_fpl_partial(x)    cache_fpl_partial_impl((x), __LINE__)
3142
3143 static int
3144 cache_fpl_handled_impl(struct cache_fpl *fpl, int error, int line)
3145 {
3146
3147         KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_UNSET,
3148             ("%s: setting to handled at %d, but already set to %d at %d\n",
3149             __func__, line, fpl->status, fpl->line));
3150         cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl);
3151         MPASS(error != CACHE_FPL_FAILED);
3152         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_HANDLED;
3153         fpl->line = line;
3154         return (error);
3155 }
3156
3157 #define cache_fpl_handled(x, e) cache_fpl_handled_impl((x), (e), __LINE__)
3158
3159 #define CACHE_FPL_SUPPORTED_CN_FLAGS \
3160         (LOCKLEAF | LOCKPARENT | WANTPARENT | NOCACHE | FOLLOW | LOCKSHARED | SAVENAME | \
3161          SAVESTART | WILLBEDIR | ISOPEN | NOMACCHECK | AUDITVNODE1 | AUDITVNODE2 | NOCAPCHECK)
3162
3163 #define CACHE_FPL_INTERNAL_CN_FLAGS \
3164         (ISDOTDOT | MAKEENTRY | ISLASTCN)
3165
3166 _Static_assert((CACHE_FPL_SUPPORTED_CN_FLAGS & CACHE_FPL_INTERNAL_CN_FLAGS) == 0,
3167     "supported and internal flags overlap");
3168
3169 static bool
3170 cache_fpl_islastcn(struct nameidata *ndp)
3171 {
3172
3173         return (*ndp->ni_next == 0);
3174 }
3175
3176 static bool
3177 cache_fpl_isdotdot(struct componentname *cnp)
3178 {
3179
3180         if (cnp->cn_namelen == 2 &&
3181             cnp->cn_nameptr[1] == '.' && cnp->cn_nameptr[0] == '.')
3182                 return (true);
3183         return (false);
3184 }
3185
3186 static bool
3187 cache_can_fplookup(struct cache_fpl *fpl)
3188 {
3189         struct nameidata *ndp;
3190         struct componentname *cnp;
3191         struct thread *td;
3192
3193         ndp = fpl->ndp;
3194         cnp = fpl->cnp;
3195         td = cnp->cn_thread;
3196
3197         if (!cache_fast_lookup) {
3198                 cache_fpl_aborted(fpl);
3199                 return (false);
3200         }
3201 #ifdef MAC
3202         if (mac_vnode_check_lookup_enabled()) {
3203                 cache_fpl_aborted(fpl);
3204                 return (false);
3205         }
3206 #endif
3207         if ((cnp->cn_flags & ~CACHE_FPL_SUPPORTED_CN_FLAGS) != 0) {
3208                 cache_fpl_aborted(fpl);
3209                 return (false);
3210         }
3211         if (ndp->ni_dirfd != AT_FDCWD) {
3212                 cache_fpl_aborted(fpl);
3213                 return (false);
3214         }
3215         if (IN_CAPABILITY_MODE(td)) {
3216                 cache_fpl_aborted(fpl);
3217                 return (false);
3218         }
3219         if (AUDITING_TD(td)) {
3220                 cache_fpl_aborted(fpl);
3221                 return (false);
3222         }
3223         if (ndp->ni_startdir != NULL) {
3224                 cache_fpl_aborted(fpl);
3225                 return (false);
3226         }
3227         return (true);
3228 }
3229
3230 static bool
3231 cache_fplookup_vnode_supported(struct vnode *vp)
3232 {
3233
3234         return (vp->v_type != VLNK);
3235 }
3236
3237 /*
3238  * Move a negative entry to the hot list.
3239  *
3240  * We have to take locks, but they may be contended and in the worst
3241  * case we may need to go off CPU. We don't want to spin within the
3242  * smr section and we can't block with it. Instead we are going to
3243  * look up the entry again.
3244  */
3245 static int __noinline
3246 cache_fplookup_negative_promote(struct cache_fpl *fpl, struct namecache *oncp,
3247     uint32_t hash)
3248 {
3249         struct componentname *cnp;
3250         struct namecache *ncp;
3251         struct neglist *neglist;
3252         struct negstate *negstate;
3253         struct vnode *dvp;
3254         u_char nc_flag;
3255
3256         cnp = fpl->cnp;
3257         dvp = fpl->dvp;
3258
3259         if (!vhold_smr(dvp))
3260                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
3261
3262         neglist = NCP2NEGLIST(oncp);
3263         cache_fpl_smr_exit(fpl);
3264
3265         mtx_lock(&ncneg_hot.nl_lock);
3266         mtx_lock(&neglist->nl_lock);
3267         /*
3268          * For hash iteration.
3269          */
3270         cache_fpl_smr_enter(fpl);
3271
3272         /*
3273          * Avoid all surprises by only succeeding if we got the same entry and
3274          * bailing completely otherwise.
3275          *
3276          * In particular at this point there can be a new ncp which matches the
3277          * search but hashes to a different neglist.
3278          */
3279         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
3280                 if (ncp == oncp)
3281                         break;
3282         }
3283
3284         /*
3285          * No match to begin with.
3286          */
3287         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
3288                 goto out_abort;
3289         }
3290
3291         /*
3292          * The newly found entry may be something different...
3293          */
3294         if (!(ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
3295             !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))) {
3296                 goto out_abort;
3297         }
3298
3299         /*
3300          * ... and not even negative.
3301          */
3302         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
3303         if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) == 0) {
3304                 goto out_abort;
3305         }
3306
3307         if (__predict_false(!cache_ncp_canuse(ncp))) {
3308                 goto out_abort;
3309         }
3310
3311         negstate = NCP2NEGSTATE(ncp);
3312         if ((negstate->neg_flag & NEG_HOT) == 0) {
3313                 numhotneg++;
3314                 TAILQ_REMOVE(&neglist->nl_list, ncp, nc_dst);
3315                 TAILQ_INSERT_TAIL(&ncneg_hot.nl_list, ncp, nc_dst);
3316                 negstate->neg_flag |= NEG_HOT;
3317         }
3318
3319         SDT_PROBE2(vfs, namecache, lookup, hit__negative, dvp, ncp->nc_name);
3320         counter_u64_add(numneghits, 1);
3321         cache_fpl_smr_exit(fpl);
3322         mtx_unlock(&neglist->nl_lock);
3323         mtx_unlock(&ncneg_hot.nl_lock);
3324         vdrop(dvp);
3325         return (cache_fpl_handled(fpl, ENOENT));
3326 out_abort:
3327         cache_fpl_smr_exit(fpl);
3328         mtx_unlock(&neglist->nl_lock);
3329         mtx_unlock(&ncneg_hot.nl_lock);
3330         vdrop(dvp);
3331         return (cache_fpl_aborted(fpl));
3332 }
3333
3334 /*
3335  * The target vnode is not supported, prepare for the slow path to take over.
3336  */
3337 static int __noinline
3338 cache_fplookup_partial_setup(struct cache_fpl *fpl)
3339 {
3340         struct nameidata *ndp;
3341         struct componentname *cnp;
3342         enum vgetstate dvs;
3343         struct vnode *dvp;
3344         struct pwd *pwd;
3345         seqc_t dvp_seqc;
3346
3347         ndp = fpl->ndp;
3348         cnp = fpl->cnp;
3349         dvp = fpl->dvp;
3350         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
3351
3352         dvs = vget_prep_smr(dvp);
3353         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
3354                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
3355                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
3356         }
3357
3358         cache_fpl_smr_exit(fpl);
3359
3360         vget_finish_ref(dvp, dvs);
3361         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
3362                 vrele(dvp);
3363                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
3364         }
3365
3366         pwd = pwd_hold(curthread);
3367         if (fpl->pwd != pwd) {
3368                 vrele(dvp);
3369                 pwd_drop(pwd);
3370                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
3371         }
3372
3373         cache_fpl_restore(fpl, &fpl->snd);
3374
3375         ndp->ni_startdir = dvp;
3376         cnp->cn_flags |= MAKEENTRY;
3377         if (cache_fpl_islastcn(ndp))
3378                 cnp->cn_flags |= ISLASTCN;
3379         if (cache_fpl_isdotdot(cnp))
3380                 cnp->cn_flags |= ISDOTDOT;
3381
3382         return (0);
3383 }
3384
3385 static int
3386 cache_fplookup_final_child(struct cache_fpl *fpl, enum vgetstate tvs)
3387 {
3388         struct componentname *cnp;
3389         struct vnode *tvp;
3390         seqc_t tvp_seqc;
3391         int error, lkflags;
3392
3393         cnp = fpl->cnp;
3394         tvp = fpl->tvp;
3395         tvp_seqc = fpl->tvp_seqc;
3396
3397         if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) != 0) {
3398                 lkflags = LK_SHARED;
3399                 if ((cnp->cn_flags & LOCKSHARED) == 0)
3400                         lkflags = LK_EXCLUSIVE;
3401                 error = vget_finish(tvp, lkflags, tvs);
3402                 if (__predict_false(error != 0)) {
3403                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
3404                 }
3405         } else {
3406                 vget_finish_ref(tvp, tvs);
3407         }
3408
3409         if (!vn_seqc_consistent(tvp, tvp_seqc)) {
3410                 if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) != 0)
3411                         vput(tvp);
3412                 else
3413                         vrele(tvp);
3414                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
3415         }
3416
3417         return (cache_fpl_handled(fpl, 0));
3418 }
3419
3420 /*
3421  * They want to possibly modify the state of the namecache.
3422  *
3423  * Don't try to match the API contract, just leave.
3424  * TODO: this leaves scalability on the table
3425  */
3426 static int
3427 cache_fplookup_final_modifying(struct cache_fpl *fpl)
3428 {
3429         struct componentname *cnp;
3430
3431         cnp = fpl->cnp;
3432         MPASS(cnp->cn_nameiop != LOOKUP);
3433         return (cache_fpl_partial(fpl));
3434 }
3435
3436 static int __noinline
3437 cache_fplookup_final_withparent(struct cache_fpl *fpl)
3438 {
3439         struct componentname *cnp;
3440         enum vgetstate dvs, tvs;
3441         struct vnode *dvp, *tvp;
3442         seqc_t dvp_seqc, tvp_seqc;
3443         int error;
3444
3445         cnp = fpl->cnp;
3446         dvp = fpl->dvp;
3447         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
3448         tvp = fpl->tvp;
3449         tvp_seqc = fpl->tvp_seqc;
3450
3451         MPASS((cnp->cn_flags & (LOCKPARENT|WANTPARENT)) != 0);
3452
3453         /*
3454          * This is less efficient than it can be for simplicity.
3455          */
3456         dvs = vget_prep_smr(dvp);
3457         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
3458                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
3459         }
3460         tvs = vget_prep_smr(tvp);
3461         if (__predict_false(tvs == VGET_NONE)) {
3462                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
3463                 vget_abort(dvp, dvs);
3464                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
3465         }
3466
3467         cache_fpl_smr_exit(fpl);
3468
3469         if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) != 0) {
3470                 error = vget_finish(dvp, LK_EXCLUSIVE, dvs);
3471                 if (__predict_false(error != 0)) {
3472                         vget_abort(tvp, tvs);
3473                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
3474                 }
3475         } else {
3476                 vget_finish_ref(dvp, dvs);
3477         }
3478
3479         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
3480                 vget_abort(tvp, tvs);
3481                 if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) != 0)
3482                         vput(dvp);
3483                 else
3484                         vrele(dvp);
3485                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
3486         }
3487
3488         error = cache_fplookup_final_child(fpl, tvs);
3489         if (__predict_false(error != 0)) {
3490                 MPASS(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_ABORTED);
3491                 if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) != 0)
3492                         vput(dvp);
3493                 else
3494                         vrele(dvp);
3495                 return (error);
3496         }
3497
3498         MPASS(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_HANDLED);
3499         return (0);
3500 }
3501
3502 static int
3503 cache_fplookup_final(struct cache_fpl *fpl)
3504 {
3505         struct componentname *cnp;
3506         enum vgetstate tvs;
3507         struct vnode *dvp, *tvp;
3508         seqc_t dvp_seqc, tvp_seqc;
3509
3510         cnp = fpl->cnp;
3511         dvp = fpl->dvp;
3512         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
3513         tvp = fpl->tvp;
3514         tvp_seqc = fpl->tvp_seqc;
3515
3516         VNPASS(cache_fplookup_vnode_supported(dvp), dvp);
3517
3518         if (cnp->cn_nameiop != LOOKUP) {
3519                 return (cache_fplookup_final_modifying(fpl));
3520         }
3521
3522         if ((cnp->cn_flags & (LOCKPARENT|WANTPARENT)) != 0)
3523                 return (cache_fplookup_final_withparent(fpl));
3524
3525         tvs = vget_prep_smr(tvp);
3526         if (__predict_false(tvs == VGET_NONE)) {
3527                 return (cache_fpl_partial(fpl));
3528         }
3529
3530         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
3531                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
3532                 vget_abort(tvp, tvs);
3533                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
3534         }
3535
3536         cache_fpl_smr_exit(fpl);
3537         return (cache_fplookup_final_child(fpl, tvs));
3538 }
3539
3540 static int __noinline
3541 cache_fplookup_dot(struct cache_fpl *fpl)
3542 {
3543         struct vnode *dvp;
3544
3545         dvp = fpl->dvp;
3546
3547         fpl->tvp = dvp;
3548         fpl->tvp_seqc = vn_seqc_read_any(dvp);
3549         if (seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc)) {
3550                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
3551         }
3552
3553         counter_u64_add(dothits, 1);
3554         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, ".", dvp);
3555
3556         return (0);
3557 }
3558
3559 static int __noinline
3560 cache_fplookup_dotdot(struct cache_fpl *fpl)
3561 {
3562         struct nameidata *ndp;
3563         struct componentname *cnp;
3564         struct namecache *ncp;
3565         struct vnode *dvp;
3566         struct prison *pr;
3567         u_char nc_flag;
3568
3569         ndp = fpl->ndp;
3570         cnp = fpl->cnp;
3571         dvp = fpl->dvp;
3572
3573         /*
3574          * XXX this is racy the same way regular lookup is
3575          */
3576         for (pr = cnp->cn_cred->cr_prison; pr != NULL;
3577             pr = pr->pr_parent)
3578                 if (dvp == pr->pr_root)
3579                         break;
3580
3581         if (dvp == ndp->ni_rootdir ||
3582             dvp == ndp->ni_topdir ||
3583             dvp == rootvnode ||
3584             pr != NULL) {
3585                 fpl->tvp = dvp;
3586                 fpl->tvp_seqc = vn_seqc_read_any(dvp);
3587                 if (seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc)) {
3588                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
3589                 }
3590                 return (0);
3591         }
3592
3593         if ((dvp->v_vflag & VV_ROOT) != 0) {
3594                 /*
3595                  * TODO
3596                  * The opposite of climb mount is needed here.
3597                  */
3598                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
3599         }
3600
3601         ncp = atomic_load_ptr(&dvp->v_cache_dd);
3602         if (ncp == NULL) {
3603                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
3604         }
3605
3606         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
3607         if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
3608                 if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
3609                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
3610                 fpl->tvp = ncp->nc_vp;
3611         } else {
3612                 fpl->tvp = ncp->nc_dvp;
3613         }
3614
3615         if (__predict_false(!cache_ncp_canuse(ncp))) {
3616                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
3617         }
3618
3619         fpl->tvp_seqc = vn_seqc_read_any(fpl->tvp);
3620         if (seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc)) {
3621                 return (cache_fpl_partial(fpl));
3622         }
3623
3624         counter_u64_add(dotdothits, 1);
3625         return (0);
3626 }
3627
3628 static int
3629 cache_fplookup_next(struct cache_fpl *fpl)
3630 {
3631         struct componentname *cnp;
3632         struct namecache *ncp;
3633         struct negstate *negstate;
3634         struct vnode *dvp, *tvp;
3635         u_char nc_flag;
3636         uint32_t hash;
3637         bool neg_hot;
3638
3639         cnp = fpl->cnp;
3640         dvp = fpl->dvp;
3641
3642         if (__predict_false(cnp->cn_namelen == 1 && cnp->cn_nameptr[0] == '.')) {
3643                 return (cache_fplookup_dot(fpl));
3644         }
3645
3646         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp);
3647
3648         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
3649                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
3650                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))
3651                         break;
3652         }
3653
3654         /*
3655          * If there is no entry we have to punt to the slow path to perform
3656          * actual lookup. Should there be nothing with this name a negative
3657          * entry will be created.
3658          */
3659         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
3660                 return (cache_fpl_partial(fpl));
3661         }
3662
3663         tvp = atomic_load_ptr(&ncp->nc_vp);
3664         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
3665         if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0) {
3666                 /*
3667                  * If they want to create an entry we need to replace this one.
3668                  */
3669                 if (__predict_false(fpl->cnp->cn_nameiop != LOOKUP)) {
3670                         return (cache_fpl_partial(fpl));
3671                 }
3672                 negstate = NCP2NEGSTATE(ncp);
3673                 neg_hot = ((negstate->neg_flag & NEG_HOT) != 0);
3674                 if (__predict_false(!cache_ncp_canuse(ncp))) {
3675                         return (cache_fpl_partial(fpl));
3676                 }
3677                 if (__predict_false((nc_flag & NCF_WHITE) != 0)) {
3678                         return (cache_fpl_partial(fpl));
3679                 }
3680                 if (!neg_hot) {
3681                         return (cache_fplookup_negative_promote(fpl, ncp, hash));
3682                 }
3683                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, lookup, hit__negative, dvp,
3684                     ncp->nc_name);
3685                 counter_u64_add(numneghits, 1);
3686                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
3687                 return (cache_fpl_handled(fpl, ENOENT));
3688         }
3689
3690         if (__predict_false(!cache_ncp_canuse(ncp))) {
3691                 return (cache_fpl_partial(fpl));
3692         }
3693
3694         fpl->tvp = tvp;
3695         fpl->tvp_seqc = vn_seqc_read_any(tvp);
3696         if (seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc)) {
3697                 return (cache_fpl_partial(fpl));
3698         }
3699
3700         if (!cache_fplookup_vnode_supported(tvp)) {
3701                 return (cache_fpl_partial(fpl));
3702         }
3703
3704         counter_u64_add(numposhits, 1);
3705         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, ncp->nc_name, tvp);
3706         return (0);
3707 }
3708
3709 static bool
3710 cache_fplookup_mp_supported(struct mount *mp)
3711 {
3712
3713         if (mp == NULL)
3714                 return (false);
3715         if ((mp->mnt_kern_flag & MNTK_FPLOOKUP) == 0)
3716                 return (false);
3717         return (true);
3718 }
3719
3720 /*
3721  * Walk up the mount stack (if any).
3722  *
3723  * Correctness is provided in the following ways:
3724  * - all vnodes are protected from freeing with SMR
3725  * - struct mount objects are type stable making them always safe to access
3726  * - stability of the particular mount is provided by busying it
3727  * - relationship between the vnode which is mounted on and the mount is
3728  *   verified with the vnode sequence counter after busying
3729  * - association between root vnode of the mount and the mount is protected
3730  *   by busy
3731  *
3732  * From that point on we can read the sequence counter of the root vnode
3733  * and get the next mount on the stack (if any) using the same protection.
3734  *
3735  * By the end of successful walk we are guaranteed the reached state was
3736  * indeed present at least at some point which matches the regular lookup.
3737  */
3738 static int __noinline
3739 cache_fplookup_climb_mount(struct cache_fpl *fpl)
3740 {
3741         struct mount *mp, *prev_mp;
3742         struct vnode *vp;
3743         seqc_t vp_seqc;
3744
3745         vp = fpl->tvp;
3746         vp_seqc = fpl->tvp_seqc;
3747
3748         VNPASS(vp->v_type == VDIR || vp->v_type == VBAD, vp);
3749         mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mountedhere);
3750         if (mp == NULL)
3751                 return (0);
3752
3753         prev_mp = NULL;
3754         for (;;) {
3755                 if (!vfs_op_thread_enter_crit(mp)) {
3756                         if (prev_mp != NULL)
3757                                 vfs_op_thread_exit_crit(prev_mp);
3758                         return (cache_fpl_partial(fpl));
3759                 }
3760                 if (prev_mp != NULL)
3761                         vfs_op_thread_exit_crit(prev_mp);
3762                 if (!vn_seqc_consistent(vp, vp_seqc)) {
3763                         vfs_op_thread_exit_crit(mp);
3764                         return (cache_fpl_partial(fpl));
3765                 }
3766                 if (!cache_fplookup_mp_supported(mp)) {
3767                         vfs_op_thread_exit_crit(mp);
3768                         return (cache_fpl_partial(fpl));
3769                 }
3770                 vp = atomic_load_ptr(&mp->mnt_rootvnode);
3771                 if (vp == NULL || VN_IS_DOOMED(vp)) {
3772                         vfs_op_thread_exit_crit(mp);
3773                         return (cache_fpl_partial(fpl));
3774                 }
3775                 vp_seqc = vn_seqc_read_any(vp);
3776                 if (seqc_in_modify(vp_seqc)) {
3777                         vfs_op_thread_exit_crit(mp);
3778                         return (cache_fpl_partial(fpl));
3779                 }
3780                 prev_mp = mp;
3781                 mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mountedhere);
3782                 if (mp == NULL)
3783                         break;
3784         }
3785
3786         vfs_op_thread_exit_crit(prev_mp);
3787         fpl->tvp = vp;
3788         fpl->tvp_seqc = vp_seqc;
3789         return (0);
3790 }
3791
3792 static bool
3793 cache_fplookup_need_climb_mount(struct cache_fpl *fpl)
3794 {
3795         struct mount *mp;
3796         struct vnode *vp;
3797
3798         vp = fpl->tvp;
3799
3800         /*
3801          * Hack: while this is a union, the pointer tends to be NULL so save on
3802          * a branch.
3803          */
3804         mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mountedhere);
3805         if (mp == NULL)
3806                 return (false);
3807         if (vp->v_type == VDIR)
3808                 return (true);
3809         return (false);
3810 }
3811
3812 /*
3813  * Parse the path.
3814  *
3815  * The code is mostly copy-pasted from regular lookup, see lookup().
3816  * The structure is maintained along with comments for easier maintenance.
3817  * Deduplicating the code will become feasible after fast path lookup
3818  * becomes more feature-complete.
3819  */
3820 static int
3821 cache_fplookup_parse(struct cache_fpl *fpl)
3822 {
3823         struct nameidata *ndp;
3824         struct componentname *cnp;
3825         char *cp;
3826
3827         ndp = fpl->ndp;
3828         cnp = fpl->cnp;
3829
3830         /*
3831          * Search a new directory.
3832          *
3833          * The last component of the filename is left accessible via
3834          * cnp->cn_nameptr for callers that need the name. Callers needing
3835          * the name set the SAVENAME flag. When done, they assume
3836          * responsibility for freeing the pathname buffer.
3837          */
3838         for (cp = cnp->cn_nameptr; *cp != 0 && *cp != '/'; cp++)
3839                 continue;
3840         cnp->cn_namelen = cp - cnp->cn_nameptr;
3841         if (__predict_false(cnp->cn_namelen > NAME_MAX)) {
3842                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
3843                 return (cache_fpl_handled(fpl, ENAMETOOLONG));
3844         }
3845         ndp->ni_pathlen -= cnp->cn_namelen;
3846         KASSERT(ndp->ni_pathlen <= PATH_MAX,
3847             ("%s: ni_pathlen underflow to %zd\n", __func__, ndp->ni_pathlen));
3848         ndp->ni_next = cp;
3849
3850         /*
3851          * Replace multiple slashes by a single slash and trailing slashes
3852          * by a null.  This must be done before VOP_LOOKUP() because some
3853          * fs's don't know about trailing slashes.  Remember if there were
3854          * trailing slashes to handle symlinks, existing non-directories
3855          * and non-existing files that won't be directories specially later.
3856          */
3857         while (*cp == '/' && (cp[1] == '/' || cp[1] == '\0')) {
3858                 cp++;
3859                 ndp->ni_pathlen--;
3860                 if (*cp == '\0') {
3861                         /*
3862                          * TODO
3863                          * Regular lookup performs the following:
3864                          * *ndp->ni_next = '\0';
3865                          * cnp->cn_flags |= TRAILINGSLASH;
3866                          *
3867                          * Which is problematic since it modifies data read
3868                          * from userspace. Then if fast path lookup was to
3869                          * abort we would have to either restore it or convey
3870                          * the flag. Since this is a corner case just ignore
3871                          * it for simplicity.
3872                          */
3873                         return (cache_fpl_partial(fpl));
3874                 }
3875         }
3876         ndp->ni_next = cp;
3877
3878         /*
3879          * Check for degenerate name (e.g. / or "")
3880          * which is a way of talking about a directory,
3881          * e.g. like "/." or ".".
3882          *
3883          * TODO
3884          * Another corner case handled by the regular lookup
3885          */
3886         if (__predict_false(cnp->cn_nameptr[0] == '\0')) {
3887                 return (cache_fpl_partial(fpl));
3888         }
3889         return (0);
3890 }
3891
3892 static void
3893 cache_fplookup_parse_advance(struct cache_fpl *fpl)
3894 {
3895         struct nameidata *ndp;
3896         struct componentname *cnp;
3897
3898         ndp = fpl->ndp;
3899         cnp = fpl->cnp;
3900
3901         cnp->cn_nameptr = ndp->ni_next;
3902         while (*cnp->cn_nameptr == '/') {
3903                 cnp->cn_nameptr++;
3904                 ndp->ni_pathlen--;
3905         }
3906 }
3907
3908 static int __noinline
3909 cache_fplookup_failed_vexec(struct cache_fpl *fpl, int error)
3910 {
3911
3912         switch (error) {
3913         case EAGAIN:
3914                 /*
3915                  * Can happen when racing against vgone.
3916                  * */
3917         case EOPNOTSUPP:
3918                 cache_fpl_partial(fpl);
3919                 break;
3920         default:
3921                 /*
3922                  * See the API contract for VOP_FPLOOKUP_VEXEC.
3923                  */
3924                 if (!vn_seqc_consistent(fpl->dvp, fpl->dvp_seqc)) {
3925                         error = cache_fpl_aborted(fpl);
3926                 } else {
3927                         cache_fpl_smr_exit(fpl);
3928                         cache_fpl_handled(fpl, error);
3929                 }
3930                 break;
3931         }
3932         return (error);
3933 }
3934
3935 static int
3936 cache_fplookup_impl(struct vnode *dvp, struct cache_fpl *fpl)
3937 {
3938         struct nameidata *ndp;
3939         struct componentname *cnp;
3940         struct mount *mp;
3941         int error;
3942
3943         error = CACHE_FPL_FAILED;
3944         ndp = fpl->ndp;
3945         cnp = fpl->cnp;
3946
3947         cache_fpl_checkpoint(fpl, &fpl->snd);
3948
3949         fpl->dvp = dvp;
3950         fpl->dvp_seqc = vn_seqc_read_any(fpl->dvp);
3951         if (seqc_in_modify(fpl->dvp_seqc)) {
3952                 cache_fpl_aborted(fpl);
3953                 goto out;
3954         }
3955         mp = atomic_load_ptr(&fpl->dvp->v_mount);
3956         if (!cache_fplookup_mp_supported(mp)) {
3957                 cache_fpl_aborted(fpl);
3958                 goto out;
3959         }
3960
3961         VNPASS(cache_fplookup_vnode_supported(fpl->dvp), fpl->dvp);
3962
3963         for (;;) {
3964                 error = cache_fplookup_parse(fpl);
3965                 if (__predict_false(error != 0)) {
3966                         break;
3967                 }
3968
3969                 VNPASS(cache_fplookup_vnode_supported(fpl->dvp), fpl->dvp);
3970
3971                 error = VOP_FPLOOKUP_VEXEC(fpl->dvp, cnp->cn_cred);
3972                 if (__predict_false(error != 0)) {
3973                         error = cache_fplookup_failed_vexec(fpl, error);
3974                         break;
3975                 }
3976
3977                 if (__predict_false(cache_fpl_isdotdot(cnp))) {
3978                         error = cache_fplookup_dotdot(fpl);
3979                         if (__predict_false(error != 0)) {
3980                                 break;
3981                         }
3982                 } else {
3983                         error = cache_fplookup_next(fpl);
3984                         if (__predict_false(error != 0)) {
3985                                 break;
3986                         }
3987
3988                         VNPASS(!seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc), fpl->tvp);
3989
3990                         if (cache_fplookup_need_climb_mount(fpl)) {
3991                                 error = cache_fplookup_climb_mount(fpl);
3992                                 if (__predict_false(error != 0)) {
3993                                         break;
3994                                 }
3995                         }
3996                 }
3997
3998                 VNPASS(!seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc), fpl->tvp);
3999
4000                 if (cache_fpl_islastcn(ndp)) {
4001                         error = cache_fplookup_final(fpl);
4002                         break;
4003                 }
4004
4005                 if (!vn_seqc_consistent(fpl->dvp, fpl->dvp_seqc)) {
4006                         error = cache_fpl_aborted(fpl);
4007                         break;
4008                 }
4009
4010                 fpl->dvp = fpl->tvp;
4011                 fpl->dvp_seqc = fpl->tvp_seqc;
4012
4013                 cache_fplookup_parse_advance(fpl);
4014                 cache_fpl_checkpoint(fpl, &fpl->snd);
4015         }
4016 out:
4017         switch (fpl->status) {
4018         case CACHE_FPL_STATUS_UNSET:
4019                 __assert_unreachable();
4020                 break;
4021         case CACHE_FPL_STATUS_PARTIAL:
4022                 cache_fpl_smr_assert_entered(fpl);
4023                 return (cache_fplookup_partial_setup(fpl));
4024         case CACHE_FPL_STATUS_ABORTED:
4025                 if (fpl->in_smr)
4026                         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4027                 return (CACHE_FPL_FAILED);
4028         case CACHE_FPL_STATUS_HANDLED:
4029                 MPASS(error != CACHE_FPL_FAILED);
4030                 cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl);
4031                 if (__predict_false(error != 0)) {
4032                         ndp->ni_dvp = NULL;
4033                         ndp->ni_vp = NULL;
4034                         cache_fpl_cleanup_cnp(cnp);
4035                         return (error);
4036                 }
4037                 ndp->ni_dvp = fpl->dvp;
4038                 ndp->ni_vp = fpl->tvp;
4039                 if (cnp->cn_flags & SAVENAME)
4040                         cnp->cn_flags |= HASBUF;
4041                 else
4042                         cache_fpl_cleanup_cnp(cnp);
4043                 return (error);
4044         }
4045 }
4046
4047 /*
4048  * Fast path lookup protected with SMR and sequence counters.
4049  *
4050  * Note: all VOP_FPLOOKUP_VEXEC routines have a comment referencing this one.
4051  *
4052  * Filesystems can opt in by setting the MNTK_FPLOOKUP flag and meeting criteria
4053  * outlined below.
4054  *
4055  * Traditional vnode lookup conceptually looks like this:
4056  *
4057  * vn_lock(current);
4058  * for (;;) {
4059  *      next = find();
4060  *      vn_lock(next);
4061  *      vn_unlock(current);
4062  *      current = next;
4063  *      if (last)
4064  *          break;
4065  * }
4066  * return (current);
4067  *
4068  * Each jump to the next vnode is safe memory-wise and atomic with respect to
4069  * any modifications thanks to holding respective locks.
4070  *
4071  * The same guarantee can be provided with a combination of safe memory
4072  * reclamation and sequence counters instead. If all operations which affect
4073  * the relationship between the current vnode and the one we are looking for
4074  * also modify the counter, we can verify whether all the conditions held as
4075  * we made the jump. This includes things like permissions, mount points etc.
4076  * Counter modification is provided by enclosing relevant places in
4077  * vn_seqc_write_begin()/end() calls.
4078  *
4079  * Thus this translates to:
4080  *
4081  * vfs_smr_enter();
4082  * dvp_seqc = seqc_read_any(dvp);
4083  * if (seqc_in_modify(dvp_seqc)) // someone is altering the vnode
4084  *     abort();
4085  * for (;;) {
4086  *      tvp = find();
4087  *      tvp_seqc = seqc_read_any(tvp);
4088  *      if (seqc_in_modify(tvp_seqc)) // someone is altering the target vnode
4089  *          abort();
4090  *      if (!seqc_consistent(dvp, dvp_seqc) // someone is altering the vnode
4091  *          abort();
4092  *      dvp = tvp; // we know nothing of importance has changed
4093  *      dvp_seqc = tvp_seqc; // store the counter for the tvp iteration
4094  *      if (last)
4095  *          break;
4096  * }
4097  * vget(); // secure the vnode
4098  * if (!seqc_consistent(tvp, tvp_seqc) // final check
4099  *          abort();
4100  * // at this point we know nothing has changed for any parent<->child pair
4101  * // as they were crossed during the lookup, meaning we matched the guarantee
4102  * // of the locked variant
4103  * return (tvp);
4104  *
4105  * The API contract for VOP_FPLOOKUP_VEXEC routines is as follows:
4106  * - they are called while within vfs_smr protection which they must never exit
4107  * - EAGAIN can be returned to denote checking could not be performed, it is
4108  *   always valid to return it
4109  * - if the sequence counter has not changed the result must be valid
4110  * - if the sequence counter has changed both false positives and false negatives
4111  *   are permitted (since the result will be rejected later)
4112  * - for simple cases of unix permission checks vaccess_vexec_smr can be used
4113  *
4114  * Caveats to watch out for:
4115  * - vnodes are passed unlocked and unreferenced with nothing stopping
4116  *   VOP_RECLAIM, in turn meaning that ->v_data can become NULL. It is advised
4117  *   to use atomic_load_ptr to fetch it.
4118  * - the aforementioned object can also get freed, meaning absent other means it
4119  *   should be protected with vfs_smr
4120  * - either safely checking permissions as they are modified or guaranteeing
4121  *   their stability is left to the routine
4122  */
4123 int
4124 cache_fplookup(struct nameidata *ndp, enum cache_fpl_status *status,
4125     struct pwd **pwdp)
4126 {
4127         struct cache_fpl fpl;
4128         struct pwd *pwd;
4129         struct vnode *dvp;
4130         struct componentname *cnp;
4131         struct nameidata_saved orig;
4132         int error;
4133
4134         MPASS(ndp->ni_lcf == 0);
4135
4136         fpl.status = CACHE_FPL_STATUS_UNSET;
4137         fpl.ndp = ndp;
4138         fpl.cnp = &ndp->ni_cnd;
4139         MPASS(curthread == fpl.cnp->cn_thread);
4140
4141         if ((fpl.cnp->cn_flags & SAVESTART) != 0)
4142                 MPASS(fpl.cnp->cn_nameiop != LOOKUP);
4143
4144         if (!cache_can_fplookup(&fpl)) {
4145                 SDT_PROBE3(vfs, fplookup, lookup, done, ndp, fpl.line, fpl.status);
4146                 *status = fpl.status;
4147                 return (EOPNOTSUPP);
4148         }
4149
4150         cache_fpl_checkpoint(&fpl, &orig);
4151
4152         cache_fpl_smr_enter_initial(&fpl);
4153         pwd = pwd_get_smr();
4154         fpl.pwd = pwd;
4155         ndp->ni_rootdir = pwd->pwd_rdir;
4156         ndp->ni_topdir = pwd->pwd_jdir;
4157
4158         cnp = fpl.cnp;
4159         cnp->cn_nameptr = cnp->cn_pnbuf;
4160         if (cnp->cn_pnbuf[0] == '/') {
4161                 cache_fpl_handle_root(ndp, &dvp);
4162         } else {
4163                 MPASS(ndp->ni_dirfd == AT_FDCWD);
4164                 dvp = pwd->pwd_cdir;
4165         }
4166
4167         SDT_PROBE4(vfs, namei, lookup, entry, dvp, cnp->cn_pnbuf, cnp->cn_flags, true);
4168
4169         error = cache_fplookup_impl(dvp, &fpl);
4170         cache_fpl_smr_assert_not_entered(&fpl);
4171         SDT_PROBE3(vfs, fplookup, lookup, done, ndp, fpl.line, fpl.status);
4172
4173         *status = fpl.status;
4174         switch (fpl.status) {
4175         case CACHE_FPL_STATUS_UNSET:
4176                 __assert_unreachable();
4177                 break;
4178         case CACHE_FPL_STATUS_HANDLED:
4179                 SDT_PROBE3(vfs, namei, lookup, return, error,
4180                     (error == 0 ? ndp->ni_vp : NULL), true);
4181                 break;
4182         case CACHE_FPL_STATUS_PARTIAL:
4183                 *pwdp = fpl.pwd;
4184                 /*
4185                  * Status restored by cache_fplookup_partial_setup.
4186                  */
4187                 break;
4188         case CACHE_FPL_STATUS_ABORTED:
4189                 cache_fpl_restore(&fpl, &orig);
4190                 break;
4191         }
4192         return (error);
4193 }