]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/kern/vfs_cache.c
zfs: merge openzfs/zfs@508fff0e4 (zfs-2.1-release) into stable/13
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / kern / vfs_cache.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1989, 1993, 1995
5  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
6  *
7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
8  * Poul-Henning Kamp of the FreeBSD Project.
9  *
10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
11  * modification, are permitted provided that the following conditions
12  * are met:
13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
18  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
20  *    without specific prior written permission.
21  *
22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
32  * SUCH DAMAGE.
33  *
34  *      @(#)vfs_cache.c 8.5 (Berkeley) 3/22/95
35  */
36
37 #include <sys/cdefs.h>
38 __FBSDID("$FreeBSD$");
39
40 #include "opt_ddb.h"
41 #include "opt_ktrace.h"
42
43 #include <sys/param.h>
44 #include <sys/systm.h>
45 #include <sys/capsicum.h>
46 #include <sys/counter.h>
47 #include <sys/filedesc.h>
48 #include <sys/fnv_hash.h>
49 #include <sys/kernel.h>
50 #include <sys/ktr.h>
51 #include <sys/lock.h>
52 #include <sys/malloc.h>
53 #include <sys/fcntl.h>
54 #include <sys/jail.h>
55 #include <sys/mount.h>
56 #include <sys/namei.h>
57 #include <sys/proc.h>
58 #include <sys/seqc.h>
59 #include <sys/sdt.h>
60 #include <sys/smr.h>
61 #include <sys/smp.h>
62 #include <sys/syscallsubr.h>
63 #include <sys/sysctl.h>
64 #include <sys/sysproto.h>
65 #include <sys/vnode.h>
66 #include <ck_queue.h>
67 #ifdef KTRACE
68 #include <sys/ktrace.h>
69 #endif
70 #ifdef INVARIANTS
71 #include <machine/_inttypes.h>
72 #endif
73
74 #include <sys/capsicum.h>
75
76 #include <security/audit/audit.h>
77 #include <security/mac/mac_framework.h>
78
79 #ifdef DDB
80 #include <ddb/ddb.h>
81 #endif
82
83 #include <vm/uma.h>
84
85 /*
86  * High level overview of name caching in the VFS layer.
87  *
88  * Originally caching was implemented as part of UFS, later extracted to allow
89  * use by other filesystems. A decision was made to make it optional and
90  * completely detached from the rest of the kernel, which comes with limitations
91  * outlined near the end of this comment block.
92  *
93  * This fundamental choice needs to be revisited. In the meantime, the current
94  * state is described below. Significance of all notable routines is explained
95  * in comments placed above their implementation. Scattered thoroughout the
96  * file are TODO comments indicating shortcomings which can be fixed without
97  * reworking everything (most of the fixes will likely be reusable). Various
98  * details are omitted from this explanation to not clutter the overview, they
99  * have to be checked by reading the code and associated commentary.
100  *
101  * Keep in mind that it's individual path components which are cached, not full
102  * paths. That is, for a fully cached path "foo/bar/baz" there are 3 entries,
103  * one for each name.
104  *
105  * I. Data organization
106  *
107  * Entries are described by "struct namecache" objects and stored in a hash
108  * table. See cache_get_hash for more information.
109  *
110  * "struct vnode" contains pointers to source entries (names which can be found
111  * when traversing through said vnode), destination entries (names of that
112  * vnode (see "Limitations" for a breakdown on the subject) and a pointer to
113  * the parent vnode.
114  *
115  * The (directory vnode; name) tuple reliably determines the target entry if
116  * it exists.
117  *
118  * Since there are no small locks at this time (all are 32 bytes in size on
119  * LP64), the code works around the problem by introducing lock arrays to
120  * protect hash buckets and vnode lists.
121  *
122  * II. Filesystem integration
123  *
124  * Filesystems participating in name caching do the following:
125  * - set vop_lookup routine to vfs_cache_lookup
126  * - set vop_cachedlookup to whatever can perform the lookup if the above fails
127  * - if they support lockless lookup (see below), vop_fplookup_vexec and
128  *   vop_fplookup_symlink are set along with the MNTK_FPLOOKUP flag on the
129  *   mount point
130  * - call cache_purge or cache_vop_* routines to eliminate stale entries as
131  *   applicable
132  * - call cache_enter to add entries depending on the MAKEENTRY flag
133  *
134  * With the above in mind, there are 2 entry points when doing lookups:
135  * - ... -> namei -> cache_fplookup -- this is the default
136  * - ... -> VOP_LOOKUP -> vfs_cache_lookup -- normally only called by namei
137  *   should the above fail
138  *
139  * Example code flow how an entry is added:
140  * ... -> namei -> cache_fplookup -> cache_fplookup_noentry -> VOP_LOOKUP ->
141  * vfs_cache_lookup -> VOP_CACHEDLOOKUP -> ufs_lookup_ino -> cache_enter
142  *
143  * III. Performance considerations
144  *
145  * For lockless case forward lookup avoids any writes to shared areas apart
146  * from the terminal path component. In other words non-modifying lookups of
147  * different files don't suffer any scalability problems in the namecache.
148  * Looking up the same file is limited by VFS and goes beyond the scope of this
149  * file.
150  *
151  * At least on amd64 the single-threaded bottleneck for long paths is hashing
152  * (see cache_get_hash). There are cases where the code issues acquire fence
153  * multiple times, they can be combined on architectures which suffer from it.
154  *
155  * For locked case each encountered vnode has to be referenced and locked in
156  * order to be handed out to the caller (normally that's namei). This
157  * introduces significant hit single-threaded and serialization multi-threaded.
158  *
159  * Reverse lookup (e.g., "getcwd") fully scales provided it is fully cached --
160  * avoids any writes to shared areas to any components.
161  *
162  * Unrelated insertions are partially serialized on updating the global entry
163  * counter and possibly serialized on colliding bucket or vnode locks.
164  *
165  * IV. Observability
166  *
167  * Note not everything has an explicit dtrace probe nor it should have, thus
168  * some of the one-liners below depend on implementation details.
169  *
170  * Examples:
171  *
172  * # Check what lookups failed to be handled in a lockless manner. Column 1 is
173  * # line number, column 2 is status code (see cache_fpl_status)
174  * dtrace -n 'vfs:fplookup:lookup:done { @[arg1, arg2] = count(); }'
175  *
176  * # Lengths of names added by binary name
177  * dtrace -n 'fbt::cache_enter_time:entry { @[execname] = quantize(args[2]->cn_namelen); }'
178  *
179  * # Same as above but only those which exceed 64 characters
180  * dtrace -n 'fbt::cache_enter_time:entry /args[2]->cn_namelen > 64/ { @[execname] = quantize(args[2]->cn_namelen); }'
181  *
182  * # Who is performing lookups with spurious slashes (e.g., "foo//bar") and what
183  * # path is it
184  * dtrace -n 'fbt::cache_fplookup_skip_slashes:entry { @[execname, stringof(args[0]->cnp->cn_pnbuf)] = count(); }'
185  *
186  * V. Limitations and implementation defects
187  *
188  * - since it is possible there is no entry for an open file, tools like
189  *   "procstat" may fail to resolve fd -> vnode -> path to anything
190  * - even if a filesystem adds an entry, it may get purged (e.g., due to memory
191  *   shortage) in which case the above problem applies
192  * - hardlinks are not tracked, thus if a vnode is reachable in more than one
193  *   way, resolving a name may return a different path than the one used to
194  *   open it (even if said path is still valid)
195  * - by default entries are not added for newly created files
196  * - adding an entry may need to evict negative entry first, which happens in 2
197  *   distinct places (evicting on lookup, adding in a later VOP) making it
198  *   impossible to simply reuse it
199  * - there is a simple scheme to evict negative entries as the cache is approaching
200  *   its capacity, but it is very unclear if doing so is a good idea to begin with
201  * - vnodes are subject to being recycled even if target inode is left in memory,
202  *   which loses the name cache entries when it perhaps should not. in case of tmpfs
203  *   names get duplicated -- kept by filesystem itself and namecache separately
204  * - struct namecache has a fixed size and comes in 2 variants, often wasting space.
205  *   now hard to replace with malloc due to dependence on SMR.
206  * - lack of better integration with the kernel also turns nullfs into a layered
207  *   filesystem instead of something which can take advantage of caching
208  */
209
210 static SYSCTL_NODE(_vfs, OID_AUTO, cache, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
211     "Name cache");
212
213 SDT_PROVIDER_DECLARE(vfs);
214 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, enter, done, "struct vnode *", "char *",
215     "struct vnode *");
216 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, enter, duplicate, "struct vnode *", "char *",
217     "struct vnode *");
218 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, enter_negative, done, "struct vnode *",
219     "char *");
220 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, fullpath_smr, hit, "struct vnode *",
221     "const char *");
222 SDT_PROBE_DEFINE4(vfs, namecache, fullpath_smr, miss, "struct vnode *",
223     "struct namecache *", "int", "int");
224 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, fullpath, entry, "struct vnode *");
225 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, fullpath, hit, "struct vnode *",
226     "char *", "struct vnode *");
227 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, fullpath, miss, "struct vnode *");
228 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, fullpath, return, "int",
229     "struct vnode *", "char *");
230 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, lookup, hit, "struct vnode *", "char *",
231     "struct vnode *");
232 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, lookup, hit__negative,
233     "struct vnode *", "char *");
234 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, lookup, miss, "struct vnode *",
235     "char *");
236 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, removecnp, hit, "struct vnode *",
237     "struct componentname *");
238 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, removecnp, miss, "struct vnode *",
239     "struct componentname *");
240 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, purge, done, "struct vnode *");
241 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, purge, batch, "int");
242 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, purge_negative, done, "struct vnode *");
243 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, purgevfs, done, "struct mount *");
244 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, namecache, zap, done, "struct vnode *", "char *",
245     "struct vnode *");
246 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, zap_negative, done, "struct vnode *",
247     "char *");
248 SDT_PROBE_DEFINE2(vfs, namecache, evict_negative, done, "struct vnode *",
249     "char *");
250 SDT_PROBE_DEFINE1(vfs, namecache, symlink, alloc__fail, "size_t");
251
252 SDT_PROBE_DEFINE3(vfs, fplookup, lookup, done, "struct nameidata", "int", "bool");
253 SDT_PROBE_DECLARE(vfs, namei, lookup, entry);
254 SDT_PROBE_DECLARE(vfs, namei, lookup, return);
255
256 /*
257  * This structure describes the elements in the cache of recent
258  * names looked up by namei.
259  */
260 struct negstate {
261         u_char neg_flag;
262         u_char neg_hit;
263 };
264 _Static_assert(sizeof(struct negstate) <= sizeof(struct vnode *),
265     "the state must fit in a union with a pointer without growing it");
266
267 struct  namecache {
268         LIST_ENTRY(namecache) nc_src;   /* source vnode list */
269         TAILQ_ENTRY(namecache) nc_dst;  /* destination vnode list */
270         CK_SLIST_ENTRY(namecache) nc_hash;/* hash chain */
271         struct  vnode *nc_dvp;          /* vnode of parent of name */
272         union {
273                 struct  vnode *nu_vp;   /* vnode the name refers to */
274                 struct  negstate nu_neg;/* negative entry state */
275         } n_un;
276         u_char  nc_flag;                /* flag bits */
277         u_char  nc_nlen;                /* length of name */
278         char    nc_name[0];             /* segment name + nul */
279 };
280
281 /*
282  * struct namecache_ts repeats struct namecache layout up to the
283  * nc_nlen member.
284  * struct namecache_ts is used in place of struct namecache when time(s) need
285  * to be stored.  The nc_dotdottime field is used when a cache entry is mapping
286  * both a non-dotdot directory name plus dotdot for the directory's
287  * parent.
288  *
289  * See below for alignment requirement.
290  */
291 struct  namecache_ts {
292         struct  timespec nc_time;       /* timespec provided by fs */
293         struct  timespec nc_dotdottime; /* dotdot timespec provided by fs */
294         int     nc_ticks;               /* ticks value when entry was added */
295         int     nc_pad;
296         struct namecache nc_nc;
297 };
298
299 TAILQ_HEAD(cache_freebatch, namecache);
300
301 /*
302  * At least mips n32 performs 64-bit accesses to timespec as found
303  * in namecache_ts and requires them to be aligned. Since others
304  * may be in the same spot suffer a little bit and enforce the
305  * alignment for everyone. Note this is a nop for 64-bit platforms.
306  */
307 #define CACHE_ZONE_ALIGNMENT    UMA_ALIGNOF(time_t)
308
309 /*
310  * TODO: the initial value of CACHE_PATH_CUTOFF was inherited from the
311  * 4.4 BSD codebase. Later on struct namecache was tweaked to become
312  * smaller and the value was bumped to retain the total size, but it
313  * was never re-evaluated for suitability. A simple test counting
314  * lengths during package building shows that the value of 45 covers
315  * about 86% of all added entries, reaching 99% at 65.
316  *
317  * Regardless of the above, use of dedicated zones instead of malloc may be
318  * inducing additional waste. This may be hard to address as said zones are
319  * tied to VFS SMR. Even if retaining them, the current split should be
320  * re-evaluated.
321  */
322 #ifdef __LP64__
323 #define CACHE_PATH_CUTOFF       45
324 #define CACHE_LARGE_PAD         6
325 #else
326 #define CACHE_PATH_CUTOFF       41
327 #define CACHE_LARGE_PAD         2
328 #endif
329
330 #define CACHE_ZONE_SMALL_SIZE           (offsetof(struct namecache, nc_name) + CACHE_PATH_CUTOFF + 1)
331 #define CACHE_ZONE_SMALL_TS_SIZE        (offsetof(struct namecache_ts, nc_nc) + CACHE_ZONE_SMALL_SIZE)
332 #define CACHE_ZONE_LARGE_SIZE           (offsetof(struct namecache, nc_name) + NAME_MAX + 1 + CACHE_LARGE_PAD)
333 #define CACHE_ZONE_LARGE_TS_SIZE        (offsetof(struct namecache_ts, nc_nc) + CACHE_ZONE_LARGE_SIZE)
334
335 _Static_assert((CACHE_ZONE_SMALL_SIZE % (CACHE_ZONE_ALIGNMENT + 1)) == 0, "bad zone size");
336 _Static_assert((CACHE_ZONE_SMALL_TS_SIZE % (CACHE_ZONE_ALIGNMENT + 1)) == 0, "bad zone size");
337 _Static_assert((CACHE_ZONE_LARGE_SIZE % (CACHE_ZONE_ALIGNMENT + 1)) == 0, "bad zone size");
338 _Static_assert((CACHE_ZONE_LARGE_TS_SIZE % (CACHE_ZONE_ALIGNMENT + 1)) == 0, "bad zone size");
339
340 #define nc_vp           n_un.nu_vp
341 #define nc_neg          n_un.nu_neg
342
343 /*
344  * Flags in namecache.nc_flag
345  */
346 #define NCF_WHITE       0x01
347 #define NCF_ISDOTDOT    0x02
348 #define NCF_TS          0x04
349 #define NCF_DTS         0x08
350 #define NCF_DVDROP      0x10
351 #define NCF_NEGATIVE    0x20
352 #define NCF_INVALID     0x40
353 #define NCF_WIP         0x80
354
355 /*
356  * Flags in negstate.neg_flag
357  */
358 #define NEG_HOT         0x01
359
360 static bool     cache_neg_evict_cond(u_long lnumcache);
361
362 /*
363  * Mark an entry as invalid.
364  *
365  * This is called before it starts getting deconstructed.
366  */
367 static void
368 cache_ncp_invalidate(struct namecache *ncp)
369 {
370
371         KASSERT((ncp->nc_flag & NCF_INVALID) == 0,
372             ("%s: entry %p already invalid", __func__, ncp));
373         atomic_store_char(&ncp->nc_flag, ncp->nc_flag | NCF_INVALID);
374         atomic_thread_fence_rel();
375 }
376
377 /*
378  * Check whether the entry can be safely used.
379  *
380  * All places which elide locks are supposed to call this after they are
381  * done with reading from an entry.
382  */
383 #define cache_ncp_canuse(ncp)   ({                                      \
384         struct namecache *_ncp = (ncp);                                 \
385         u_char _nc_flag;                                                \
386                                                                         \
387         atomic_thread_fence_acq();                                      \
388         _nc_flag = atomic_load_char(&_ncp->nc_flag);                    \
389         __predict_true((_nc_flag & (NCF_INVALID | NCF_WIP)) == 0);      \
390 })
391
392 /*
393  * Like the above but also checks NCF_WHITE.
394  */
395 #define cache_fpl_neg_ncp_canuse(ncp)   ({                              \
396         struct namecache *_ncp = (ncp);                                 \
397         u_char _nc_flag;                                                \
398                                                                         \
399         atomic_thread_fence_acq();                                      \
400         _nc_flag = atomic_load_char(&_ncp->nc_flag);                    \
401         __predict_true((_nc_flag & (NCF_INVALID | NCF_WIP | NCF_WHITE)) == 0);  \
402 })
403
404 VFS_SMR_DECLARE;
405
406 static SYSCTL_NODE(_vfs_cache, OID_AUTO, param, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
407     "Name cache parameters");
408
409 static u_int __read_mostly      ncsize; /* the size as computed on creation or resizing */
410 SYSCTL_UINT(_vfs_cache_param, OID_AUTO, size, CTLFLAG_RW, &ncsize, 0,
411     "Total namecache capacity");
412
413 u_int ncsizefactor = 2;
414 SYSCTL_UINT(_vfs_cache_param, OID_AUTO, sizefactor, CTLFLAG_RW, &ncsizefactor, 0,
415     "Size factor for namecache");
416
417 static u_long __read_mostly     ncnegfactor = 5; /* ratio of negative entries */
418 SYSCTL_ULONG(_vfs_cache_param, OID_AUTO, negfactor, CTLFLAG_RW, &ncnegfactor, 0,
419     "Ratio of negative namecache entries");
420
421 /*
422  * Negative entry % of namecache capacity above which automatic eviction is allowed.
423  *
424  * Check cache_neg_evict_cond for details.
425  */
426 static u_int ncnegminpct = 3;
427
428 static u_int __read_mostly     neg_min; /* the above recomputed against ncsize */
429 SYSCTL_UINT(_vfs_cache_param, OID_AUTO, negmin, CTLFLAG_RD, &neg_min, 0,
430     "Negative entry count above which automatic eviction is allowed");
431
432 /*
433  * Structures associated with name caching.
434  */
435 #define NCHHASH(hash) \
436         (&nchashtbl[(hash) & nchash])
437 static __read_mostly CK_SLIST_HEAD(nchashhead, namecache) *nchashtbl;/* Hash Table */
438 static u_long __read_mostly     nchash;                 /* size of hash table */
439 SYSCTL_ULONG(_debug, OID_AUTO, nchash, CTLFLAG_RD, &nchash, 0,
440     "Size of namecache hash table");
441 static u_long __exclusive_cache_line    numneg; /* number of negative entries allocated */
442 static u_long __exclusive_cache_line    numcache;/* number of cache entries allocated */
443
444 struct nchstats nchstats;               /* cache effectiveness statistics */
445
446 static bool __read_frequently cache_fast_revlookup = true;
447 SYSCTL_BOOL(_vfs, OID_AUTO, cache_fast_revlookup, CTLFLAG_RW,
448     &cache_fast_revlookup, 0, "");
449
450 static bool __read_mostly cache_rename_add = true;
451 SYSCTL_BOOL(_vfs, OID_AUTO, cache_rename_add, CTLFLAG_RW,
452     &cache_rename_add, 0, "");
453
454 static u_int __exclusive_cache_line neg_cycle;
455
456 #define ncneghash       3
457 #define numneglists     (ncneghash + 1)
458
459 struct neglist {
460         struct mtx              nl_evict_lock;
461         struct mtx              nl_lock __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
462         TAILQ_HEAD(, namecache) nl_list;
463         TAILQ_HEAD(, namecache) nl_hotlist;
464         u_long                  nl_hotnum;
465 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
466
467 static struct neglist neglists[numneglists];
468
469 static inline struct neglist *
470 NCP2NEGLIST(struct namecache *ncp)
471 {
472
473         return (&neglists[(((uintptr_t)(ncp) >> 8) & ncneghash)]);
474 }
475
476 static inline struct negstate *
477 NCP2NEGSTATE(struct namecache *ncp)
478 {
479
480         MPASS(atomic_load_char(&ncp->nc_flag) & NCF_NEGATIVE);
481         return (&ncp->nc_neg);
482 }
483
484 #define numbucketlocks (ncbuckethash + 1)
485 static u_int __read_mostly  ncbuckethash;
486 static struct mtx_padalign __read_mostly  *bucketlocks;
487 #define HASH2BUCKETLOCK(hash) \
488         ((struct mtx *)(&bucketlocks[((hash) & ncbuckethash)]))
489
490 #define numvnodelocks (ncvnodehash + 1)
491 static u_int __read_mostly  ncvnodehash;
492 static struct mtx __read_mostly *vnodelocks;
493 static inline struct mtx *
494 VP2VNODELOCK(struct vnode *vp)
495 {
496
497         return (&vnodelocks[(((uintptr_t)(vp) >> 8) & ncvnodehash)]);
498 }
499
500 static void
501 cache_out_ts(struct namecache *ncp, struct timespec *tsp, int *ticksp)
502 {
503         struct namecache_ts *ncp_ts;
504
505         KASSERT((ncp->nc_flag & NCF_TS) != 0 ||
506             (tsp == NULL && ticksp == NULL),
507             ("No NCF_TS"));
508
509         if (tsp == NULL)
510                 return;
511
512         ncp_ts = __containerof(ncp, struct namecache_ts, nc_nc);
513         *tsp = ncp_ts->nc_time;
514         *ticksp = ncp_ts->nc_ticks;
515 }
516
517 #ifdef DEBUG_CACHE
518 static int __read_mostly        doingcache = 1; /* 1 => enable the cache */
519 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, vfscache, CTLFLAG_RW, &doingcache, 0,
520     "VFS namecache enabled");
521 #endif
522
523 /* Export size information to userland */
524 SYSCTL_INT(_debug_sizeof, OID_AUTO, namecache, CTLFLAG_RD, SYSCTL_NULL_INT_PTR,
525     sizeof(struct namecache), "sizeof(struct namecache)");
526
527 /*
528  * The new name cache statistics
529  */
530 static SYSCTL_NODE(_vfs_cache, OID_AUTO, stats, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
531     "Name cache statistics");
532
533 #define STATNODE_ULONG(name, varname, descr)                                    \
534         SYSCTL_ULONG(_vfs_cache_stats, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, &varname, 0, descr);
535 #define STATNODE_COUNTER(name, varname, descr)                                  \
536         static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(varname);                               \
537         SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_stats, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, &varname, \
538             descr);
539 STATNODE_ULONG(neg, numneg, "Number of negative cache entries");
540 STATNODE_ULONG(count, numcache, "Number of cache entries");
541 STATNODE_COUNTER(heldvnodes, numcachehv, "Number of namecache entries with vnodes held");
542 STATNODE_COUNTER(drops, numdrops, "Number of dropped entries due to reaching the limit");
543 STATNODE_COUNTER(dothits, dothits, "Number of '.' hits");
544 STATNODE_COUNTER(dotdothis, dotdothits, "Number of '..' hits");
545 STATNODE_COUNTER(miss, nummiss, "Number of cache misses");
546 STATNODE_COUNTER(misszap, nummisszap, "Number of cache misses we do not want to cache");
547 STATNODE_COUNTER(posszaps, numposzaps,
548     "Number of cache hits (positive) we do not want to cache");
549 STATNODE_COUNTER(poshits, numposhits, "Number of cache hits (positive)");
550 STATNODE_COUNTER(negzaps, numnegzaps,
551     "Number of cache hits (negative) we do not want to cache");
552 STATNODE_COUNTER(neghits, numneghits, "Number of cache hits (negative)");
553 /* These count for vn_getcwd(), too. */
554 STATNODE_COUNTER(fullpathcalls, numfullpathcalls, "Number of fullpath search calls");
555 STATNODE_COUNTER(fullpathfail1, numfullpathfail1, "Number of fullpath search errors (ENOTDIR)");
556 STATNODE_COUNTER(fullpathfail2, numfullpathfail2,
557     "Number of fullpath search errors (VOP_VPTOCNP failures)");
558 STATNODE_COUNTER(fullpathfail4, numfullpathfail4, "Number of fullpath search errors (ENOMEM)");
559 STATNODE_COUNTER(fullpathfound, numfullpathfound, "Number of successful fullpath calls");
560 STATNODE_COUNTER(symlinktoobig, symlinktoobig, "Number of times symlink did not fit the cache");
561
562 /*
563  * Debug or developer statistics.
564  */
565 static SYSCTL_NODE(_vfs_cache, OID_AUTO, debug, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
566     "Name cache debugging");
567 #define DEBUGNODE_ULONG(name, varname, descr)                                   \
568         SYSCTL_ULONG(_vfs_cache_debug, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, &varname, 0, descr);
569 #define DEBUGNODE_COUNTER(name, varname, descr)                                 \
570         static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(varname);                               \
571         SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_debug, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, &varname, \
572             descr);
573 DEBUGNODE_COUNTER(zap_bucket_relock_success, zap_bucket_relock_success,
574     "Number of successful removals after relocking");
575 static long zap_bucket_fail;
576 DEBUGNODE_ULONG(zap_bucket_fail, zap_bucket_fail, "");
577 static long zap_bucket_fail2;
578 DEBUGNODE_ULONG(zap_bucket_fail2, zap_bucket_fail2, "");
579 static long cache_lock_vnodes_cel_3_failures;
580 DEBUGNODE_ULONG(vnodes_cel_3_failures, cache_lock_vnodes_cel_3_failures,
581     "Number of times 3-way vnode locking failed");
582
583 static void cache_zap_locked(struct namecache *ncp);
584 static int vn_fullpath_hardlink(struct nameidata *ndp, char **retbuf,
585     char **freebuf, size_t *buflen);
586 static int vn_fullpath_any_smr(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf,
587     char **retbuf, size_t *buflen, size_t addend);
588 static int vn_fullpath_any(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf,
589     char **retbuf, size_t *buflen);
590 static int vn_fullpath_dir(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf,
591     char **retbuf, size_t *len, size_t addend);
592
593 static MALLOC_DEFINE(M_VFSCACHE, "vfscache", "VFS name cache entries");
594
595 static inline void
596 cache_assert_vlp_locked(struct mtx *vlp)
597 {
598
599         if (vlp != NULL)
600                 mtx_assert(vlp, MA_OWNED);
601 }
602
603 static inline void
604 cache_assert_vnode_locked(struct vnode *vp)
605 {
606         struct mtx *vlp;
607
608         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
609         cache_assert_vlp_locked(vlp);
610 }
611
612 /*
613  * Directory vnodes with entries are held for two reasons:
614  * 1. make them less of a target for reclamation in vnlru
615  * 2. suffer smaller performance penalty in locked lookup as requeieing is avoided
616  *
617  * It will be feasible to stop doing it altogether if all filesystems start
618  * supporting lockless lookup.
619  */
620 static void
621 cache_hold_vnode(struct vnode *vp)
622 {
623
624         cache_assert_vnode_locked(vp);
625         VNPASS(LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src), vp);
626         vhold(vp);
627         counter_u64_add(numcachehv, 1);
628 }
629
630 static void
631 cache_drop_vnode(struct vnode *vp)
632 {
633
634         /*
635          * Called after all locks are dropped, meaning we can't assert
636          * on the state of v_cache_src.
637          */
638         vdrop(vp);
639         counter_u64_add(numcachehv, -1);
640 }
641
642 /*
643  * UMA zones.
644  */
645 static uma_zone_t __read_mostly cache_zone_small;
646 static uma_zone_t __read_mostly cache_zone_small_ts;
647 static uma_zone_t __read_mostly cache_zone_large;
648 static uma_zone_t __read_mostly cache_zone_large_ts;
649
650 char *
651 cache_symlink_alloc(size_t size, int flags)
652 {
653
654         if (size < CACHE_ZONE_SMALL_SIZE) {
655                 return (uma_zalloc_smr(cache_zone_small, flags));
656         }
657         if (size < CACHE_ZONE_LARGE_SIZE) {
658                 return (uma_zalloc_smr(cache_zone_large, flags));
659         }
660         counter_u64_add(symlinktoobig, 1);
661         SDT_PROBE1(vfs, namecache, symlink, alloc__fail, size);
662         return (NULL);
663 }
664
665 void
666 cache_symlink_free(char *string, size_t size)
667 {
668
669         MPASS(string != NULL);
670         KASSERT(size < CACHE_ZONE_LARGE_SIZE,
671             ("%s: size %zu too big", __func__, size));
672
673         if (size < CACHE_ZONE_SMALL_SIZE) {
674                 uma_zfree_smr(cache_zone_small, string);
675                 return;
676         }
677         if (size < CACHE_ZONE_LARGE_SIZE) {
678                 uma_zfree_smr(cache_zone_large, string);
679                 return;
680         }
681         __assert_unreachable();
682 }
683
684 static struct namecache *
685 cache_alloc_uma(int len, bool ts)
686 {
687         struct namecache_ts *ncp_ts;
688         struct namecache *ncp;
689
690         if (__predict_false(ts)) {
691                 if (len <= CACHE_PATH_CUTOFF)
692                         ncp_ts = uma_zalloc_smr(cache_zone_small_ts, M_WAITOK);
693                 else
694                         ncp_ts = uma_zalloc_smr(cache_zone_large_ts, M_WAITOK);
695                 ncp = &ncp_ts->nc_nc;
696         } else {
697                 if (len <= CACHE_PATH_CUTOFF)
698                         ncp = uma_zalloc_smr(cache_zone_small, M_WAITOK);
699                 else
700                         ncp = uma_zalloc_smr(cache_zone_large, M_WAITOK);
701         }
702         return (ncp);
703 }
704
705 static void
706 cache_free_uma(struct namecache *ncp)
707 {
708         struct namecache_ts *ncp_ts;
709
710         if (__predict_false(ncp->nc_flag & NCF_TS)) {
711                 ncp_ts = __containerof(ncp, struct namecache_ts, nc_nc);
712                 if (ncp->nc_nlen <= CACHE_PATH_CUTOFF)
713                         uma_zfree_smr(cache_zone_small_ts, ncp_ts);
714                 else
715                         uma_zfree_smr(cache_zone_large_ts, ncp_ts);
716         } else {
717                 if (ncp->nc_nlen <= CACHE_PATH_CUTOFF)
718                         uma_zfree_smr(cache_zone_small, ncp);
719                 else
720                         uma_zfree_smr(cache_zone_large, ncp);
721         }
722 }
723
724 static struct namecache *
725 cache_alloc(int len, bool ts)
726 {
727         u_long lnumcache;
728
729         /*
730          * Avoid blowout in namecache entries.
731          *
732          * Bugs:
733          * 1. filesystems may end up trying to add an already existing entry
734          * (for example this can happen after a cache miss during concurrent
735          * lookup), in which case we will call cache_neg_evict despite not
736          * adding anything.
737          * 2. the routine may fail to free anything and no provisions are made
738          * to make it try harder (see the inside for failure modes)
739          * 3. it only ever looks at negative entries.
740          */
741         lnumcache = atomic_fetchadd_long(&numcache, 1) + 1;
742         if (cache_neg_evict_cond(lnumcache)) {
743                 lnumcache = atomic_load_long(&numcache);
744         }
745         if (__predict_false(lnumcache >= ncsize)) {
746                 atomic_subtract_long(&numcache, 1);
747                 counter_u64_add(numdrops, 1);
748                 return (NULL);
749         }
750         return (cache_alloc_uma(len, ts));
751 }
752
753 static void
754 cache_free(struct namecache *ncp)
755 {
756
757         MPASS(ncp != NULL);
758         if ((ncp->nc_flag & NCF_DVDROP) != 0) {
759                 cache_drop_vnode(ncp->nc_dvp);
760         }
761         cache_free_uma(ncp);
762         atomic_subtract_long(&numcache, 1);
763 }
764
765 static void
766 cache_free_batch(struct cache_freebatch *batch)
767 {
768         struct namecache *ncp, *nnp;
769         int i;
770
771         i = 0;
772         if (TAILQ_EMPTY(batch))
773                 goto out;
774         TAILQ_FOREACH_SAFE(ncp, batch, nc_dst, nnp) {
775                 if ((ncp->nc_flag & NCF_DVDROP) != 0) {
776                         cache_drop_vnode(ncp->nc_dvp);
777                 }
778                 cache_free_uma(ncp);
779                 i++;
780         }
781         atomic_subtract_long(&numcache, i);
782 out:
783         SDT_PROBE1(vfs, namecache, purge, batch, i);
784 }
785
786 /*
787  * Hashing.
788  *
789  * The code was made to use FNV in 2001 and this choice needs to be revisited.
790  *
791  * Short summary of the difficulty:
792  * The longest name which can be inserted is NAME_MAX characters in length (or
793  * 255 at the time of writing this comment), while majority of names used in
794  * practice are significantly shorter (mostly below 10). More importantly
795  * majority of lookups performed find names are even shorter than that.
796  *
797  * This poses a problem where hashes which do better than FNV past word size
798  * (or so) tend to come with additional overhead when finalizing the result,
799  * making them noticeably slower for the most commonly used range.
800  *
801  * Consider a path like: /usr/obj/usr/src/sys/amd64/GENERIC/vnode_if.c
802  *
803  * When looking it up the most time consuming part by a large margin (at least
804  * on amd64) is hashing.  Replacing FNV with something which pessimizes short
805  * input would make the slowest part stand out even more.
806  */
807
808 /*
809  * TODO: With the value stored we can do better than computing the hash based
810  * on the address.
811  */
812 static void
813 cache_prehash(struct vnode *vp)
814 {
815
816         vp->v_nchash = fnv_32_buf(&vp, sizeof(vp), FNV1_32_INIT);
817 }
818
819 static uint32_t
820 cache_get_hash(char *name, u_char len, struct vnode *dvp)
821 {
822
823         return (fnv_32_buf(name, len, dvp->v_nchash));
824 }
825
826 static uint32_t
827 cache_get_hash_iter_start(struct vnode *dvp)
828 {
829
830         return (dvp->v_nchash);
831 }
832
833 static uint32_t
834 cache_get_hash_iter(char c, uint32_t hash)
835 {
836
837         return (fnv_32_buf(&c, 1, hash));
838 }
839
840 static uint32_t
841 cache_get_hash_iter_finish(uint32_t hash)
842 {
843
844         return (hash);
845 }
846
847 static inline struct nchashhead *
848 NCP2BUCKET(struct namecache *ncp)
849 {
850         uint32_t hash;
851
852         hash = cache_get_hash(ncp->nc_name, ncp->nc_nlen, ncp->nc_dvp);
853         return (NCHHASH(hash));
854 }
855
856 static inline struct mtx *
857 NCP2BUCKETLOCK(struct namecache *ncp)
858 {
859         uint32_t hash;
860
861         hash = cache_get_hash(ncp->nc_name, ncp->nc_nlen, ncp->nc_dvp);
862         return (HASH2BUCKETLOCK(hash));
863 }
864
865 #ifdef INVARIANTS
866 static void
867 cache_assert_bucket_locked(struct namecache *ncp)
868 {
869         struct mtx *blp;
870
871         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
872         mtx_assert(blp, MA_OWNED);
873 }
874
875 static void
876 cache_assert_bucket_unlocked(struct namecache *ncp)
877 {
878         struct mtx *blp;
879
880         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
881         mtx_assert(blp, MA_NOTOWNED);
882 }
883 #else
884 #define cache_assert_bucket_locked(x) do { } while (0)
885 #define cache_assert_bucket_unlocked(x) do { } while (0)
886 #endif
887
888 #define cache_sort_vnodes(x, y) _cache_sort_vnodes((void **)(x), (void **)(y))
889 static void
890 _cache_sort_vnodes(void **p1, void **p2)
891 {
892         void *tmp;
893
894         MPASS(*p1 != NULL || *p2 != NULL);
895
896         if (*p1 > *p2) {
897                 tmp = *p2;
898                 *p2 = *p1;
899                 *p1 = tmp;
900         }
901 }
902
903 static void
904 cache_lock_all_buckets(void)
905 {
906         u_int i;
907
908         for (i = 0; i < numbucketlocks; i++)
909                 mtx_lock(&bucketlocks[i]);
910 }
911
912 static void
913 cache_unlock_all_buckets(void)
914 {
915         u_int i;
916
917         for (i = 0; i < numbucketlocks; i++)
918                 mtx_unlock(&bucketlocks[i]);
919 }
920
921 static void
922 cache_lock_all_vnodes(void)
923 {
924         u_int i;
925
926         for (i = 0; i < numvnodelocks; i++)
927                 mtx_lock(&vnodelocks[i]);
928 }
929
930 static void
931 cache_unlock_all_vnodes(void)
932 {
933         u_int i;
934
935         for (i = 0; i < numvnodelocks; i++)
936                 mtx_unlock(&vnodelocks[i]);
937 }
938
939 static int
940 cache_trylock_vnodes(struct mtx *vlp1, struct mtx *vlp2)
941 {
942
943         cache_sort_vnodes(&vlp1, &vlp2);
944
945         if (vlp1 != NULL) {
946                 if (!mtx_trylock(vlp1))
947                         return (EAGAIN);
948         }
949         if (!mtx_trylock(vlp2)) {
950                 if (vlp1 != NULL)
951                         mtx_unlock(vlp1);
952                 return (EAGAIN);
953         }
954
955         return (0);
956 }
957
958 static void
959 cache_lock_vnodes(struct mtx *vlp1, struct mtx *vlp2)
960 {
961
962         MPASS(vlp1 != NULL || vlp2 != NULL);
963         MPASS(vlp1 <= vlp2);
964
965         if (vlp1 != NULL)
966                 mtx_lock(vlp1);
967         if (vlp2 != NULL)
968                 mtx_lock(vlp2);
969 }
970
971 static void
972 cache_unlock_vnodes(struct mtx *vlp1, struct mtx *vlp2)
973 {
974
975         MPASS(vlp1 != NULL || vlp2 != NULL);
976
977         if (vlp1 != NULL)
978                 mtx_unlock(vlp1);
979         if (vlp2 != NULL)
980                 mtx_unlock(vlp2);
981 }
982
983 static int
984 sysctl_nchstats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
985 {
986         struct nchstats snap;
987
988         if (req->oldptr == NULL)
989                 return (SYSCTL_OUT(req, 0, sizeof(snap)));
990
991         snap = nchstats;
992         snap.ncs_goodhits = counter_u64_fetch(numposhits);
993         snap.ncs_neghits = counter_u64_fetch(numneghits);
994         snap.ncs_badhits = counter_u64_fetch(numposzaps) +
995             counter_u64_fetch(numnegzaps);
996         snap.ncs_miss = counter_u64_fetch(nummisszap) +
997             counter_u64_fetch(nummiss);
998
999         return (SYSCTL_OUT(req, &snap, sizeof(snap)));
1000 }
1001 SYSCTL_PROC(_vfs_cache, OID_AUTO, nchstats, CTLTYPE_OPAQUE | CTLFLAG_RD |
1002     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_nchstats, "LU",
1003     "VFS cache effectiveness statistics");
1004
1005 static void
1006 cache_recalc_neg_min(u_int val)
1007 {
1008
1009         neg_min = (ncsize * val) / 100;
1010 }
1011
1012 static int
1013 sysctl_negminpct(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1014 {
1015         u_int val;
1016         int error;
1017
1018         val = ncnegminpct;
1019         error = sysctl_handle_int(oidp, &val, 0, req);
1020         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
1021                 return (error);
1022
1023         if (val == ncnegminpct)
1024                 return (0);
1025         if (val < 0 || val > 99)
1026                 return (EINVAL);
1027         ncnegminpct = val;
1028         cache_recalc_neg_min(val);
1029         return (0);
1030 }
1031
1032 SYSCTL_PROC(_vfs_cache_param, OID_AUTO, negminpct,
1033     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, NULL, 0, sysctl_negminpct,
1034     "I", "Negative entry \% of namecache capacity above which automatic eviction is allowed");
1035
1036 #ifdef DIAGNOSTIC
1037 /*
1038  * Grab an atomic snapshot of the name cache hash chain lengths
1039  */
1040 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, hashstat,
1041     CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, NULL,
1042     "hash table stats");
1043
1044 static int
1045 sysctl_debug_hashstat_rawnchash(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1046 {
1047         struct nchashhead *ncpp;
1048         struct namecache *ncp;
1049         int i, error, n_nchash, *cntbuf;
1050
1051 retry:
1052         n_nchash = nchash + 1;  /* nchash is max index, not count */
1053         if (req->oldptr == NULL)
1054                 return SYSCTL_OUT(req, 0, n_nchash * sizeof(int));
1055         cntbuf = malloc(n_nchash * sizeof(int), M_TEMP, M_ZERO | M_WAITOK);
1056         cache_lock_all_buckets();
1057         if (n_nchash != nchash + 1) {
1058                 cache_unlock_all_buckets();
1059                 free(cntbuf, M_TEMP);
1060                 goto retry;
1061         }
1062         /* Scan hash tables counting entries */
1063         for (ncpp = nchashtbl, i = 0; i < n_nchash; ncpp++, i++)
1064                 CK_SLIST_FOREACH(ncp, ncpp, nc_hash)
1065                         cntbuf[i]++;
1066         cache_unlock_all_buckets();
1067         for (error = 0, i = 0; i < n_nchash; i++)
1068                 if ((error = SYSCTL_OUT(req, &cntbuf[i], sizeof(int))) != 0)
1069                         break;
1070         free(cntbuf, M_TEMP);
1071         return (error);
1072 }
1073 SYSCTL_PROC(_debug_hashstat, OID_AUTO, rawnchash, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RD|
1074     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_debug_hashstat_rawnchash, "S,int",
1075     "nchash chain lengths");
1076
1077 static int
1078 sysctl_debug_hashstat_nchash(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1079 {
1080         int error;
1081         struct nchashhead *ncpp;
1082         struct namecache *ncp;
1083         int n_nchash;
1084         int count, maxlength, used, pct;
1085
1086         if (!req->oldptr)
1087                 return SYSCTL_OUT(req, 0, 4 * sizeof(int));
1088
1089         cache_lock_all_buckets();
1090         n_nchash = nchash + 1;  /* nchash is max index, not count */
1091         used = 0;
1092         maxlength = 0;
1093
1094         /* Scan hash tables for applicable entries */
1095         for (ncpp = nchashtbl; n_nchash > 0; n_nchash--, ncpp++) {
1096                 count = 0;
1097                 CK_SLIST_FOREACH(ncp, ncpp, nc_hash) {
1098                         count++;
1099                 }
1100                 if (count)
1101                         used++;
1102                 if (maxlength < count)
1103                         maxlength = count;
1104         }
1105         n_nchash = nchash + 1;
1106         cache_unlock_all_buckets();
1107         pct = (used * 100) / (n_nchash / 100);
1108         error = SYSCTL_OUT(req, &n_nchash, sizeof(n_nchash));
1109         if (error)
1110                 return (error);
1111         error = SYSCTL_OUT(req, &used, sizeof(used));
1112         if (error)
1113                 return (error);
1114         error = SYSCTL_OUT(req, &maxlength, sizeof(maxlength));
1115         if (error)
1116                 return (error);
1117         error = SYSCTL_OUT(req, &pct, sizeof(pct));
1118         if (error)
1119                 return (error);
1120         return (0);
1121 }
1122 SYSCTL_PROC(_debug_hashstat, OID_AUTO, nchash, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RD|
1123     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_debug_hashstat_nchash, "I",
1124     "nchash statistics (number of total/used buckets, maximum chain length, usage percentage)");
1125 #endif
1126
1127 /*
1128  * Negative entries management
1129  *
1130  * Various workloads create plenty of negative entries and barely use them
1131  * afterwards. Moreover malicious users can keep performing bogus lookups
1132  * adding even more entries. For example "make tinderbox" as of writing this
1133  * comment ends up with 2.6M namecache entries in total, 1.2M of which are
1134  * negative.
1135  *
1136  * As such, a rather aggressive eviction method is needed. The currently
1137  * employed method is a placeholder.
1138  *
1139  * Entries are split over numneglists separate lists, each of which is further
1140  * split into hot and cold entries. Entries get promoted after getting a hit.
1141  * Eviction happens on addition of new entry.
1142  */
1143 static SYSCTL_NODE(_vfs_cache, OID_AUTO, neg, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
1144     "Name cache negative entry statistics");
1145
1146 SYSCTL_ULONG(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, count, CTLFLAG_RD, &numneg, 0,
1147     "Number of negative cache entries");
1148
1149 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(neg_created);
1150 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, created, CTLFLAG_RD, &neg_created,
1151     "Number of created negative entries");
1152
1153 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(neg_evicted);
1154 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, evicted, CTLFLAG_RD, &neg_evicted,
1155     "Number of evicted negative entries");
1156
1157 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(neg_evict_skipped_empty);
1158 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, evict_skipped_empty, CTLFLAG_RD,
1159     &neg_evict_skipped_empty,
1160     "Number of times evicting failed due to lack of entries");
1161
1162 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(neg_evict_skipped_missed);
1163 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, evict_skipped_missed, CTLFLAG_RD,
1164     &neg_evict_skipped_missed,
1165     "Number of times evicting failed due to target entry disappearing");
1166
1167 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(neg_evict_skipped_contended);
1168 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, evict_skipped_contended, CTLFLAG_RD,
1169     &neg_evict_skipped_contended,
1170     "Number of times evicting failed due to contention");
1171
1172 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, hits, CTLFLAG_RD, &numneghits,
1173     "Number of cache hits (negative)");
1174
1175 static int
1176 sysctl_neg_hot(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1177 {
1178         int i, out;
1179
1180         out = 0;
1181         for (i = 0; i < numneglists; i++)
1182                 out += neglists[i].nl_hotnum;
1183
1184         return (SYSCTL_OUT(req, &out, sizeof(out)));
1185 }
1186 SYSCTL_PROC(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, hot, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RD |
1187     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_neg_hot, "I",
1188     "Number of hot negative entries");
1189
1190 static void
1191 cache_neg_init(struct namecache *ncp)
1192 {
1193         struct negstate *ns;
1194
1195         ncp->nc_flag |= NCF_NEGATIVE;
1196         ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1197         ns->neg_flag = 0;
1198         ns->neg_hit = 0;
1199         counter_u64_add(neg_created, 1);
1200 }
1201
1202 #define CACHE_NEG_PROMOTION_THRESH 2
1203
1204 static bool
1205 cache_neg_hit_prep(struct namecache *ncp)
1206 {
1207         struct negstate *ns;
1208         u_char n;
1209
1210         ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1211         n = atomic_load_char(&ns->neg_hit);
1212         for (;;) {
1213                 if (n >= CACHE_NEG_PROMOTION_THRESH)
1214                         return (false);
1215                 if (atomic_fcmpset_8(&ns->neg_hit, &n, n + 1))
1216                         break;
1217         }
1218         return (n + 1 == CACHE_NEG_PROMOTION_THRESH);
1219 }
1220
1221 /*
1222  * Nothing to do here but it is provided for completeness as some
1223  * cache_neg_hit_prep callers may end up returning without even
1224  * trying to promote.
1225  */
1226 #define cache_neg_hit_abort(ncp)        do { } while (0)
1227
1228 static void
1229 cache_neg_hit_finish(struct namecache *ncp)
1230 {
1231
1232         SDT_PROBE2(vfs, namecache, lookup, hit__negative, ncp->nc_dvp, ncp->nc_name);
1233         counter_u64_add(numneghits, 1);
1234 }
1235
1236 /*
1237  * Move a negative entry to the hot list.
1238  */
1239 static void
1240 cache_neg_promote_locked(struct namecache *ncp)
1241 {
1242         struct neglist *nl;
1243         struct negstate *ns;
1244
1245         ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1246         nl = NCP2NEGLIST(ncp);
1247         mtx_assert(&nl->nl_lock, MA_OWNED);
1248         if ((ns->neg_flag & NEG_HOT) == 0) {
1249                 TAILQ_REMOVE(&nl->nl_list, ncp, nc_dst);
1250                 TAILQ_INSERT_TAIL(&nl->nl_hotlist, ncp, nc_dst);
1251                 nl->nl_hotnum++;
1252                 ns->neg_flag |= NEG_HOT;
1253         }
1254 }
1255
1256 /*
1257  * Move a hot negative entry to the cold list.
1258  */
1259 static void
1260 cache_neg_demote_locked(struct namecache *ncp)
1261 {
1262         struct neglist *nl;
1263         struct negstate *ns;
1264
1265         ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1266         nl = NCP2NEGLIST(ncp);
1267         mtx_assert(&nl->nl_lock, MA_OWNED);
1268         MPASS(ns->neg_flag & NEG_HOT);
1269         TAILQ_REMOVE(&nl->nl_hotlist, ncp, nc_dst);
1270         TAILQ_INSERT_TAIL(&nl->nl_list, ncp, nc_dst);
1271         nl->nl_hotnum--;
1272         ns->neg_flag &= ~NEG_HOT;
1273         atomic_store_char(&ns->neg_hit, 0);
1274 }
1275
1276 /*
1277  * Move a negative entry to the hot list if it matches the lookup.
1278  *
1279  * We have to take locks, but they may be contended and in the worst
1280  * case we may need to go off CPU. We don't want to spin within the
1281  * smr section and we can't block with it. Exiting the section means
1282  * the found entry could have been evicted. We are going to look it
1283  * up again.
1284  */
1285 static bool
1286 cache_neg_promote_cond(struct vnode *dvp, struct componentname *cnp,
1287     struct namecache *oncp, uint32_t hash)
1288 {
1289         struct namecache *ncp;
1290         struct neglist *nl;
1291         u_char nc_flag;
1292
1293         nl = NCP2NEGLIST(oncp);
1294
1295         mtx_lock(&nl->nl_lock);
1296         /*
1297          * For hash iteration.
1298          */
1299         vfs_smr_enter();
1300
1301         /*
1302          * Avoid all surprises by only succeeding if we got the same entry and
1303          * bailing completely otherwise.
1304          * XXX There are no provisions to keep the vnode around, meaning we may
1305          * end up promoting a negative entry for a *new* vnode and returning
1306          * ENOENT on its account. This is the error we want to return anyway
1307          * and promotion is harmless.
1308          *
1309          * In particular at this point there can be a new ncp which matches the
1310          * search but hashes to a different neglist.
1311          */
1312         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1313                 if (ncp == oncp)
1314                         break;
1315         }
1316
1317         /*
1318          * No match to begin with.
1319          */
1320         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
1321                 goto out_abort;
1322         }
1323
1324         /*
1325          * The newly found entry may be something different...
1326          */
1327         if (!(ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
1328             !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))) {
1329                 goto out_abort;
1330         }
1331
1332         /*
1333          * ... and not even negative.
1334          */
1335         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
1336         if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) == 0) {
1337                 goto out_abort;
1338         }
1339
1340         if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
1341                 goto out_abort;
1342         }
1343
1344         cache_neg_promote_locked(ncp);
1345         cache_neg_hit_finish(ncp);
1346         vfs_smr_exit();
1347         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1348         return (true);
1349 out_abort:
1350         vfs_smr_exit();
1351         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1352         return (false);
1353 }
1354
1355 static void
1356 cache_neg_promote(struct namecache *ncp)
1357 {
1358         struct neglist *nl;
1359
1360         nl = NCP2NEGLIST(ncp);
1361         mtx_lock(&nl->nl_lock);
1362         cache_neg_promote_locked(ncp);
1363         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1364 }
1365
1366 static void
1367 cache_neg_insert(struct namecache *ncp)
1368 {
1369         struct neglist *nl;
1370
1371         MPASS(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE);
1372         cache_assert_bucket_locked(ncp);
1373         nl = NCP2NEGLIST(ncp);
1374         mtx_lock(&nl->nl_lock);
1375         TAILQ_INSERT_TAIL(&nl->nl_list, ncp, nc_dst);
1376         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1377         atomic_add_long(&numneg, 1);
1378 }
1379
1380 static void
1381 cache_neg_remove(struct namecache *ncp)
1382 {
1383         struct neglist *nl;
1384         struct negstate *ns;
1385
1386         cache_assert_bucket_locked(ncp);
1387         nl = NCP2NEGLIST(ncp);
1388         ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1389         mtx_lock(&nl->nl_lock);
1390         if ((ns->neg_flag & NEG_HOT) != 0) {
1391                 TAILQ_REMOVE(&nl->nl_hotlist, ncp, nc_dst);
1392                 nl->nl_hotnum--;
1393         } else {
1394                 TAILQ_REMOVE(&nl->nl_list, ncp, nc_dst);
1395         }
1396         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1397         atomic_subtract_long(&numneg, 1);
1398 }
1399
1400 static struct neglist *
1401 cache_neg_evict_select_list(void)
1402 {
1403         struct neglist *nl;
1404         u_int c;
1405
1406         c = atomic_fetchadd_int(&neg_cycle, 1) + 1;
1407         nl = &neglists[c % numneglists];
1408         if (!mtx_trylock(&nl->nl_evict_lock)) {
1409                 counter_u64_add(neg_evict_skipped_contended, 1);
1410                 return (NULL);
1411         }
1412         return (nl);
1413 }
1414
1415 static struct namecache *
1416 cache_neg_evict_select_entry(struct neglist *nl)
1417 {
1418         struct namecache *ncp, *lncp;
1419         struct negstate *ns, *lns;
1420         int i;
1421
1422         mtx_assert(&nl->nl_evict_lock, MA_OWNED);
1423         mtx_assert(&nl->nl_lock, MA_OWNED);
1424         ncp = TAILQ_FIRST(&nl->nl_list);
1425         if (ncp == NULL)
1426                 return (NULL);
1427         lncp = ncp;
1428         lns = NCP2NEGSTATE(lncp);
1429         for (i = 1; i < 4; i++) {
1430                 ncp = TAILQ_NEXT(ncp, nc_dst);
1431                 if (ncp == NULL)
1432                         break;
1433                 ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1434                 if (ns->neg_hit < lns->neg_hit) {
1435                         lncp = ncp;
1436                         lns = ns;
1437                 }
1438         }
1439         return (lncp);
1440 }
1441
1442 static bool
1443 cache_neg_evict(void)
1444 {
1445         struct namecache *ncp, *ncp2;
1446         struct neglist *nl;
1447         struct vnode *dvp;
1448         struct mtx *dvlp;
1449         struct mtx *blp;
1450         uint32_t hash;
1451         u_char nlen;
1452         bool evicted;
1453
1454         nl = cache_neg_evict_select_list();
1455         if (nl == NULL) {
1456                 return (false);
1457         }
1458
1459         mtx_lock(&nl->nl_lock);
1460         ncp = TAILQ_FIRST(&nl->nl_hotlist);
1461         if (ncp != NULL) {
1462                 cache_neg_demote_locked(ncp);
1463         }
1464         ncp = cache_neg_evict_select_entry(nl);
1465         if (ncp == NULL) {
1466                 counter_u64_add(neg_evict_skipped_empty, 1);
1467                 mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1468                 mtx_unlock(&nl->nl_evict_lock);
1469                 return (false);
1470         }
1471         nlen = ncp->nc_nlen;
1472         dvp = ncp->nc_dvp;
1473         hash = cache_get_hash(ncp->nc_name, nlen, dvp);
1474         dvlp = VP2VNODELOCK(dvp);
1475         blp = HASH2BUCKETLOCK(hash);
1476         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1477         mtx_unlock(&nl->nl_evict_lock);
1478         mtx_lock(dvlp);
1479         mtx_lock(blp);
1480         /*
1481          * Note that since all locks were dropped above, the entry may be
1482          * gone or reallocated to be something else.
1483          */
1484         CK_SLIST_FOREACH(ncp2, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1485                 if (ncp2 == ncp && ncp2->nc_dvp == dvp &&
1486                     ncp2->nc_nlen == nlen && (ncp2->nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
1487                         break;
1488         }
1489         if (ncp2 == NULL) {
1490                 counter_u64_add(neg_evict_skipped_missed, 1);
1491                 ncp = NULL;
1492                 evicted = false;
1493         } else {
1494                 MPASS(dvlp == VP2VNODELOCK(ncp->nc_dvp));
1495                 MPASS(blp == NCP2BUCKETLOCK(ncp));
1496                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, evict_negative, done, ncp->nc_dvp,
1497                     ncp->nc_name);
1498                 cache_zap_locked(ncp);
1499                 counter_u64_add(neg_evicted, 1);
1500                 evicted = true;
1501         }
1502         mtx_unlock(blp);
1503         mtx_unlock(dvlp);
1504         if (ncp != NULL)
1505                 cache_free(ncp);
1506         return (evicted);
1507 }
1508
1509 /*
1510  * Maybe evict a negative entry to create more room.
1511  *
1512  * The ncnegfactor parameter limits what fraction of the total count
1513  * can comprise of negative entries. However, if the cache is just
1514  * warming up this leads to excessive evictions.  As such, ncnegminpct
1515  * (recomputed to neg_min) dictates whether the above should be
1516  * applied.
1517  *
1518  * Try evicting if the cache is close to full capacity regardless of
1519  * other considerations.
1520  */
1521 static bool
1522 cache_neg_evict_cond(u_long lnumcache)
1523 {
1524         u_long lnumneg;
1525
1526         if (ncsize - 1000 < lnumcache)
1527                 goto out_evict;
1528         lnumneg = atomic_load_long(&numneg);
1529         if (lnumneg < neg_min)
1530                 return (false);
1531         if (lnumneg * ncnegfactor < lnumcache)
1532                 return (false);
1533 out_evict:
1534         return (cache_neg_evict());
1535 }
1536
1537 /*
1538  * cache_zap_locked():
1539  *
1540  *   Removes a namecache entry from cache, whether it contains an actual
1541  *   pointer to a vnode or if it is just a negative cache entry.
1542  */
1543 static void
1544 cache_zap_locked(struct namecache *ncp)
1545 {
1546         struct nchashhead *ncpp;
1547         struct vnode *dvp, *vp;
1548
1549         dvp = ncp->nc_dvp;
1550         vp = ncp->nc_vp;
1551
1552         if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE))
1553                 cache_assert_vnode_locked(vp);
1554         cache_assert_vnode_locked(dvp);
1555         cache_assert_bucket_locked(ncp);
1556
1557         cache_ncp_invalidate(ncp);
1558
1559         ncpp = NCP2BUCKET(ncp);
1560         CK_SLIST_REMOVE(ncpp, ncp, namecache, nc_hash);
1561         if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE)) {
1562                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, zap, done, dvp, ncp->nc_name, vp);
1563                 TAILQ_REMOVE(&vp->v_cache_dst, ncp, nc_dst);
1564                 if (ncp == vp->v_cache_dd) {
1565                         atomic_store_ptr(&vp->v_cache_dd, NULL);
1566                 }
1567         } else {
1568                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, zap_negative, done, dvp, ncp->nc_name);
1569                 cache_neg_remove(ncp);
1570         }
1571         if (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) {
1572                 if (ncp == dvp->v_cache_dd) {
1573                         atomic_store_ptr(&dvp->v_cache_dd, NULL);
1574                 }
1575         } else {
1576                 LIST_REMOVE(ncp, nc_src);
1577                 if (LIST_EMPTY(&dvp->v_cache_src)) {
1578                         ncp->nc_flag |= NCF_DVDROP;
1579                 }
1580         }
1581 }
1582
1583 static void
1584 cache_zap_negative_locked_vnode_kl(struct namecache *ncp, struct vnode *vp)
1585 {
1586         struct mtx *blp;
1587
1588         MPASS(ncp->nc_dvp == vp);
1589         MPASS(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE);
1590         cache_assert_vnode_locked(vp);
1591
1592         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
1593         mtx_lock(blp);
1594         cache_zap_locked(ncp);
1595         mtx_unlock(blp);
1596 }
1597
1598 static bool
1599 cache_zap_locked_vnode_kl2(struct namecache *ncp, struct vnode *vp,
1600     struct mtx **vlpp)
1601 {
1602         struct mtx *pvlp, *vlp1, *vlp2, *to_unlock;
1603         struct mtx *blp;
1604
1605         MPASS(vp == ncp->nc_dvp || vp == ncp->nc_vp);
1606         cache_assert_vnode_locked(vp);
1607
1608         if (ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE) {
1609                 if (*vlpp != NULL) {
1610                         mtx_unlock(*vlpp);
1611                         *vlpp = NULL;
1612                 }
1613                 cache_zap_negative_locked_vnode_kl(ncp, vp);
1614                 return (true);
1615         }
1616
1617         pvlp = VP2VNODELOCK(vp);
1618         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
1619         vlp1 = VP2VNODELOCK(ncp->nc_dvp);
1620         vlp2 = VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp);
1621
1622         if (*vlpp == vlp1 || *vlpp == vlp2) {
1623                 to_unlock = *vlpp;
1624                 *vlpp = NULL;
1625         } else {
1626                 if (*vlpp != NULL) {
1627                         mtx_unlock(*vlpp);
1628                         *vlpp = NULL;
1629                 }
1630                 cache_sort_vnodes(&vlp1, &vlp2);
1631                 if (vlp1 == pvlp) {
1632                         mtx_lock(vlp2);
1633                         to_unlock = vlp2;
1634                 } else {
1635                         if (!mtx_trylock(vlp1))
1636                                 goto out_relock;
1637                         to_unlock = vlp1;
1638                 }
1639         }
1640         mtx_lock(blp);
1641         cache_zap_locked(ncp);
1642         mtx_unlock(blp);
1643         if (to_unlock != NULL)
1644                 mtx_unlock(to_unlock);
1645         return (true);
1646
1647 out_relock:
1648         mtx_unlock(vlp2);
1649         mtx_lock(vlp1);
1650         mtx_lock(vlp2);
1651         MPASS(*vlpp == NULL);
1652         *vlpp = vlp1;
1653         return (false);
1654 }
1655
1656 /*
1657  * If trylocking failed we can get here. We know enough to take all needed locks
1658  * in the right order and re-lookup the entry.
1659  */
1660 static int
1661 cache_zap_unlocked_bucket(struct namecache *ncp, struct componentname *cnp,
1662     struct vnode *dvp, struct mtx *dvlp, struct mtx *vlp, uint32_t hash,
1663     struct mtx *blp)
1664 {
1665         struct namecache *rncp;
1666
1667         cache_assert_bucket_unlocked(ncp);
1668
1669         cache_sort_vnodes(&dvlp, &vlp);
1670         cache_lock_vnodes(dvlp, vlp);
1671         mtx_lock(blp);
1672         CK_SLIST_FOREACH(rncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1673                 if (rncp == ncp && rncp->nc_dvp == dvp &&
1674                     rncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
1675                     !bcmp(rncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, rncp->nc_nlen))
1676                         break;
1677         }
1678         if (rncp != NULL) {
1679                 cache_zap_locked(rncp);
1680                 mtx_unlock(blp);
1681                 cache_unlock_vnodes(dvlp, vlp);
1682                 counter_u64_add(zap_bucket_relock_success, 1);
1683                 return (0);
1684         }
1685
1686         mtx_unlock(blp);
1687         cache_unlock_vnodes(dvlp, vlp);
1688         return (EAGAIN);
1689 }
1690
1691 static int __noinline
1692 cache_zap_locked_bucket(struct namecache *ncp, struct componentname *cnp,
1693     uint32_t hash, struct mtx *blp)
1694 {
1695         struct mtx *dvlp, *vlp;
1696         struct vnode *dvp;
1697
1698         cache_assert_bucket_locked(ncp);
1699
1700         dvlp = VP2VNODELOCK(ncp->nc_dvp);
1701         vlp = NULL;
1702         if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE))
1703                 vlp = VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp);
1704         if (cache_trylock_vnodes(dvlp, vlp) == 0) {
1705                 cache_zap_locked(ncp);
1706                 mtx_unlock(blp);
1707                 cache_unlock_vnodes(dvlp, vlp);
1708                 return (0);
1709         }
1710
1711         dvp = ncp->nc_dvp;
1712         mtx_unlock(blp);
1713         return (cache_zap_unlocked_bucket(ncp, cnp, dvp, dvlp, vlp, hash, blp));
1714 }
1715
1716 static __noinline int
1717 cache_remove_cnp(struct vnode *dvp, struct componentname *cnp)
1718 {
1719         struct namecache *ncp;
1720         struct mtx *blp;
1721         struct mtx *dvlp, *dvlp2;
1722         uint32_t hash;
1723         int error;
1724
1725         if (cnp->cn_namelen == 2 &&
1726             cnp->cn_nameptr[0] == '.' && cnp->cn_nameptr[1] == '.') {
1727                 dvlp = VP2VNODELOCK(dvp);
1728                 dvlp2 = NULL;
1729                 mtx_lock(dvlp);
1730 retry_dotdot:
1731                 ncp = dvp->v_cache_dd;
1732                 if (ncp == NULL) {
1733                         mtx_unlock(dvlp);
1734                         if (dvlp2 != NULL)
1735                                 mtx_unlock(dvlp2);
1736                         SDT_PROBE2(vfs, namecache, removecnp, miss, dvp, cnp);
1737                         return (0);
1738                 }
1739                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
1740                         if (!cache_zap_locked_vnode_kl2(ncp, dvp, &dvlp2))
1741                                 goto retry_dotdot;
1742                         MPASS(dvp->v_cache_dd == NULL);
1743                         mtx_unlock(dvlp);
1744                         if (dvlp2 != NULL)
1745                                 mtx_unlock(dvlp2);
1746                         cache_free(ncp);
1747                 } else {
1748                         atomic_store_ptr(&dvp->v_cache_dd, NULL);
1749                         mtx_unlock(dvlp);
1750                         if (dvlp2 != NULL)
1751                                 mtx_unlock(dvlp2);
1752                 }
1753                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, removecnp, hit, dvp, cnp);
1754                 return (1);
1755         }
1756
1757         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp);
1758         blp = HASH2BUCKETLOCK(hash);
1759 retry:
1760         if (CK_SLIST_EMPTY(NCHHASH(hash)))
1761                 goto out_no_entry;
1762
1763         mtx_lock(blp);
1764
1765         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1766                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
1767                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))
1768                         break;
1769         }
1770
1771         if (ncp == NULL) {
1772                 mtx_unlock(blp);
1773                 goto out_no_entry;
1774         }
1775
1776         error = cache_zap_locked_bucket(ncp, cnp, hash, blp);
1777         if (__predict_false(error != 0)) {
1778                 zap_bucket_fail++;
1779                 goto retry;
1780         }
1781         counter_u64_add(numposzaps, 1);
1782         SDT_PROBE2(vfs, namecache, removecnp, hit, dvp, cnp);
1783         cache_free(ncp);
1784         return (1);
1785 out_no_entry:
1786         counter_u64_add(nummisszap, 1);
1787         SDT_PROBE2(vfs, namecache, removecnp, miss, dvp, cnp);
1788         return (0);
1789 }
1790
1791 static int __noinline
1792 cache_lookup_dot(struct vnode *dvp, struct vnode **vpp, struct componentname *cnp,
1793     struct timespec *tsp, int *ticksp)
1794 {
1795         int ltype;
1796
1797         *vpp = dvp;
1798         counter_u64_add(dothits, 1);
1799         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, ".", *vpp);
1800         if (tsp != NULL)
1801                 timespecclear(tsp);
1802         if (ticksp != NULL)
1803                 *ticksp = ticks;
1804         vrefact(*vpp);
1805         /*
1806          * When we lookup "." we still can be asked to lock it
1807          * differently...
1808          */
1809         ltype = cnp->cn_lkflags & LK_TYPE_MASK;
1810         if (ltype != VOP_ISLOCKED(*vpp)) {
1811                 if (ltype == LK_EXCLUSIVE) {
1812                         vn_lock(*vpp, LK_UPGRADE | LK_RETRY);
1813                         if (VN_IS_DOOMED((*vpp))) {
1814                                 /* forced unmount */
1815                                 vrele(*vpp);
1816                                 *vpp = NULL;
1817                                 return (ENOENT);
1818                         }
1819                 } else
1820                         vn_lock(*vpp, LK_DOWNGRADE | LK_RETRY);
1821         }
1822         return (-1);
1823 }
1824
1825 static int __noinline
1826 cache_lookup_dotdot(struct vnode *dvp, struct vnode **vpp, struct componentname *cnp,
1827     struct timespec *tsp, int *ticksp)
1828 {
1829         struct namecache_ts *ncp_ts;
1830         struct namecache *ncp;
1831         struct mtx *dvlp;
1832         enum vgetstate vs;
1833         int error, ltype;
1834         bool whiteout;
1835
1836         MPASS((cnp->cn_flags & ISDOTDOT) != 0);
1837
1838         if ((cnp->cn_flags & MAKEENTRY) == 0) {
1839                 cache_remove_cnp(dvp, cnp);
1840                 return (0);
1841         }
1842
1843         counter_u64_add(dotdothits, 1);
1844 retry:
1845         dvlp = VP2VNODELOCK(dvp);
1846         mtx_lock(dvlp);
1847         ncp = dvp->v_cache_dd;
1848         if (ncp == NULL) {
1849                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, lookup, miss, dvp, "..");
1850                 mtx_unlock(dvlp);
1851                 return (0);
1852         }
1853         if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
1854                 if (ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE)
1855                         *vpp = NULL;
1856                 else
1857                         *vpp = ncp->nc_vp;
1858         } else
1859                 *vpp = ncp->nc_dvp;
1860         if (*vpp == NULL)
1861                 goto negative_success;
1862         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, "..", *vpp);
1863         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
1864         if ((ncp->nc_flag & (NCF_ISDOTDOT | NCF_DTS)) ==
1865             NCF_DTS && tsp != NULL) {
1866                 ncp_ts = __containerof(ncp, struct namecache_ts, nc_nc);
1867                 *tsp = ncp_ts->nc_dotdottime;
1868         }
1869
1870         MPASS(dvp != *vpp);
1871         ltype = VOP_ISLOCKED(dvp);
1872         VOP_UNLOCK(dvp);
1873         vs = vget_prep(*vpp);
1874         mtx_unlock(dvlp);
1875         error = vget_finish(*vpp, cnp->cn_lkflags, vs);
1876         vn_lock(dvp, ltype | LK_RETRY);
1877         if (VN_IS_DOOMED(dvp)) {
1878                 if (error == 0)
1879                         vput(*vpp);
1880                 *vpp = NULL;
1881                 return (ENOENT);
1882         }
1883         if (error) {
1884                 *vpp = NULL;
1885                 goto retry;
1886         }
1887         return (-1);
1888 negative_success:
1889         if (__predict_false(cnp->cn_nameiop == CREATE)) {
1890                 if (cnp->cn_flags & ISLASTCN) {
1891                         counter_u64_add(numnegzaps, 1);
1892                         cache_zap_negative_locked_vnode_kl(ncp, dvp);
1893                         mtx_unlock(dvlp);
1894                         cache_free(ncp);
1895                         return (0);
1896                 }
1897         }
1898
1899         whiteout = (ncp->nc_flag & NCF_WHITE);
1900         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
1901         if (cache_neg_hit_prep(ncp))
1902                 cache_neg_promote(ncp);
1903         else
1904                 cache_neg_hit_finish(ncp);
1905         mtx_unlock(dvlp);
1906         if (whiteout)
1907                 cnp->cn_flags |= ISWHITEOUT;
1908         return (ENOENT);
1909 }
1910
1911 /**
1912  * Lookup a name in the name cache
1913  *
1914  * # Arguments
1915  *
1916  * - dvp:       Parent directory in which to search.
1917  * - vpp:       Return argument.  Will contain desired vnode on cache hit.
1918  * - cnp:       Parameters of the name search.  The most interesting bits of
1919  *              the cn_flags field have the following meanings:
1920  *      - MAKEENTRY:    If clear, free an entry from the cache rather than look
1921  *                      it up.
1922  *      - ISDOTDOT:     Must be set if and only if cn_nameptr == ".."
1923  * - tsp:       Return storage for cache timestamp.  On a successful (positive
1924  *              or negative) lookup, tsp will be filled with any timespec that
1925  *              was stored when this cache entry was created.  However, it will
1926  *              be clear for "." entries.
1927  * - ticks:     Return storage for alternate cache timestamp.  On a successful
1928  *              (positive or negative) lookup, it will contain the ticks value
1929  *              that was current when the cache entry was created, unless cnp
1930  *              was ".".
1931  *
1932  * Either both tsp and ticks have to be provided or neither of them.
1933  *
1934  * # Returns
1935  *
1936  * - -1:        A positive cache hit.  vpp will contain the desired vnode.
1937  * - ENOENT:    A negative cache hit, or dvp was recycled out from under us due
1938  *              to a forced unmount.  vpp will not be modified.  If the entry
1939  *              is a whiteout, then the ISWHITEOUT flag will be set in
1940  *              cnp->cn_flags.
1941  * - 0:         A cache miss.  vpp will not be modified.
1942  *
1943  * # Locking
1944  *
1945  * On a cache hit, vpp will be returned locked and ref'd.  If we're looking up
1946  * .., dvp is unlocked.  If we're looking up . an extra ref is taken, but the
1947  * lock is not recursively acquired.
1948  */
1949 static int __noinline
1950 cache_lookup_fallback(struct vnode *dvp, struct vnode **vpp, struct componentname *cnp,
1951     struct timespec *tsp, int *ticksp)
1952 {
1953         struct namecache *ncp;
1954         struct mtx *blp;
1955         uint32_t hash;
1956         enum vgetstate vs;
1957         int error;
1958         bool whiteout;
1959
1960         MPASS((cnp->cn_flags & ISDOTDOT) == 0);
1961         MPASS((cnp->cn_flags & (MAKEENTRY | NC_KEEPPOSENTRY)) != 0);
1962
1963 retry:
1964         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp);
1965         blp = HASH2BUCKETLOCK(hash);
1966         mtx_lock(blp);
1967
1968         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1969                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
1970                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))
1971                         break;
1972         }
1973
1974         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
1975                 mtx_unlock(blp);
1976                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, lookup, miss, dvp, cnp->cn_nameptr);
1977                 counter_u64_add(nummiss, 1);
1978                 return (0);
1979         }
1980
1981         if (ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE)
1982                 goto negative_success;
1983
1984         counter_u64_add(numposhits, 1);
1985         *vpp = ncp->nc_vp;
1986         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, ncp->nc_name, *vpp);
1987         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
1988         MPASS(dvp != *vpp);
1989         vs = vget_prep(*vpp);
1990         mtx_unlock(blp);
1991         error = vget_finish(*vpp, cnp->cn_lkflags, vs);
1992         if (error) {
1993                 *vpp = NULL;
1994                 goto retry;
1995         }
1996         return (-1);
1997 negative_success:
1998         /*
1999          * We don't get here with regular lookup apart from corner cases.
2000          */
2001         if (__predict_true(cnp->cn_nameiop == CREATE)) {
2002                 if (cnp->cn_flags & ISLASTCN) {
2003                         counter_u64_add(numnegzaps, 1);
2004                         error = cache_zap_locked_bucket(ncp, cnp, hash, blp);
2005                         if (__predict_false(error != 0)) {
2006                                 zap_bucket_fail2++;
2007                                 goto retry;
2008                         }
2009                         cache_free(ncp);
2010                         return (0);
2011                 }
2012         }
2013
2014         whiteout = (ncp->nc_flag & NCF_WHITE);
2015         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
2016         if (cache_neg_hit_prep(ncp))
2017                 cache_neg_promote(ncp);
2018         else
2019                 cache_neg_hit_finish(ncp);
2020         mtx_unlock(blp);
2021         if (whiteout)
2022                 cnp->cn_flags |= ISWHITEOUT;
2023         return (ENOENT);
2024 }
2025
2026 int
2027 cache_lookup(struct vnode *dvp, struct vnode **vpp, struct componentname *cnp,
2028     struct timespec *tsp, int *ticksp)
2029 {
2030         struct namecache *ncp;
2031         uint32_t hash;
2032         enum vgetstate vs;
2033         int error;
2034         bool whiteout, neg_promote;
2035         u_short nc_flag;
2036
2037         MPASS((tsp == NULL && ticksp == NULL) || (tsp != NULL && ticksp != NULL));
2038
2039 #ifdef DEBUG_CACHE
2040         if (__predict_false(!doingcache)) {
2041                 cnp->cn_flags &= ~MAKEENTRY;
2042                 return (0);
2043         }
2044 #endif
2045
2046         if (__predict_false(cnp->cn_nameptr[0] == '.')) {
2047                 if (cnp->cn_namelen == 1)
2048                         return (cache_lookup_dot(dvp, vpp, cnp, tsp, ticksp));
2049                 if (cnp->cn_namelen == 2 && cnp->cn_nameptr[1] == '.')
2050                         return (cache_lookup_dotdot(dvp, vpp, cnp, tsp, ticksp));
2051         }
2052
2053         MPASS((cnp->cn_flags & ISDOTDOT) == 0);
2054
2055         if ((cnp->cn_flags & (MAKEENTRY | NC_KEEPPOSENTRY)) == 0) {
2056                 cache_remove_cnp(dvp, cnp);
2057                 return (0);
2058         }
2059
2060         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp);
2061         vfs_smr_enter();
2062
2063         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
2064                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
2065                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))
2066                         break;
2067         }
2068
2069         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
2070                 vfs_smr_exit();
2071                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, lookup, miss, dvp, cnp->cn_nameptr);
2072                 counter_u64_add(nummiss, 1);
2073                 return (0);
2074         }
2075
2076         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
2077         if (nc_flag & NCF_NEGATIVE)
2078                 goto negative_success;
2079
2080         counter_u64_add(numposhits, 1);
2081         *vpp = ncp->nc_vp;
2082         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, ncp->nc_name, *vpp);
2083         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
2084         MPASS(dvp != *vpp);
2085         if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
2086                 vfs_smr_exit();
2087                 *vpp = NULL;
2088                 goto out_fallback;
2089         }
2090         vs = vget_prep_smr(*vpp);
2091         vfs_smr_exit();
2092         if (__predict_false(vs == VGET_NONE)) {
2093                 *vpp = NULL;
2094                 goto out_fallback;
2095         }
2096         error = vget_finish(*vpp, cnp->cn_lkflags, vs);
2097         if (error) {
2098                 *vpp = NULL;
2099                 goto out_fallback;
2100         }
2101         return (-1);
2102 negative_success:
2103         if (cnp->cn_nameiop == CREATE) {
2104                 if (cnp->cn_flags & ISLASTCN) {
2105                         vfs_smr_exit();
2106                         goto out_fallback;
2107                 }
2108         }
2109
2110         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
2111         whiteout = (atomic_load_char(&ncp->nc_flag) & NCF_WHITE);
2112         neg_promote = cache_neg_hit_prep(ncp);
2113         if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
2114                 cache_neg_hit_abort(ncp);
2115                 vfs_smr_exit();
2116                 goto out_fallback;
2117         }
2118         if (neg_promote) {
2119                 vfs_smr_exit();
2120                 if (!cache_neg_promote_cond(dvp, cnp, ncp, hash))
2121                         goto out_fallback;
2122         } else {
2123                 cache_neg_hit_finish(ncp);
2124                 vfs_smr_exit();
2125         }
2126         if (whiteout)
2127                 cnp->cn_flags |= ISWHITEOUT;
2128         return (ENOENT);
2129 out_fallback:
2130         return (cache_lookup_fallback(dvp, vpp, cnp, tsp, ticksp));
2131 }
2132
2133 struct celockstate {
2134         struct mtx *vlp[3];
2135         struct mtx *blp[2];
2136 };
2137 CTASSERT((nitems(((struct celockstate *)0)->vlp) == 3));
2138 CTASSERT((nitems(((struct celockstate *)0)->blp) == 2));
2139
2140 static inline void
2141 cache_celockstate_init(struct celockstate *cel)
2142 {
2143
2144         bzero(cel, sizeof(*cel));
2145 }
2146
2147 static void
2148 cache_lock_vnodes_cel(struct celockstate *cel, struct vnode *vp,
2149     struct vnode *dvp)
2150 {
2151         struct mtx *vlp1, *vlp2;
2152
2153         MPASS(cel->vlp[0] == NULL);
2154         MPASS(cel->vlp[1] == NULL);
2155         MPASS(cel->vlp[2] == NULL);
2156
2157         MPASS(vp != NULL || dvp != NULL);
2158
2159         vlp1 = VP2VNODELOCK(vp);
2160         vlp2 = VP2VNODELOCK(dvp);
2161         cache_sort_vnodes(&vlp1, &vlp2);
2162
2163         if (vlp1 != NULL) {
2164                 mtx_lock(vlp1);
2165                 cel->vlp[0] = vlp1;
2166         }
2167         mtx_lock(vlp2);
2168         cel->vlp[1] = vlp2;
2169 }
2170
2171 static void
2172 cache_unlock_vnodes_cel(struct celockstate *cel)
2173 {
2174
2175         MPASS(cel->vlp[0] != NULL || cel->vlp[1] != NULL);
2176
2177         if (cel->vlp[0] != NULL)
2178                 mtx_unlock(cel->vlp[0]);
2179         if (cel->vlp[1] != NULL)
2180                 mtx_unlock(cel->vlp[1]);
2181         if (cel->vlp[2] != NULL)
2182                 mtx_unlock(cel->vlp[2]);
2183 }
2184
2185 static bool
2186 cache_lock_vnodes_cel_3(struct celockstate *cel, struct vnode *vp)
2187 {
2188         struct mtx *vlp;
2189         bool ret;
2190
2191         cache_assert_vlp_locked(cel->vlp[0]);
2192         cache_assert_vlp_locked(cel->vlp[1]);
2193         MPASS(cel->vlp[2] == NULL);
2194
2195         MPASS(vp != NULL);
2196         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2197
2198         ret = true;
2199         if (vlp >= cel->vlp[1]) {
2200                 mtx_lock(vlp);
2201         } else {
2202                 if (mtx_trylock(vlp))
2203                         goto out;
2204                 cache_lock_vnodes_cel_3_failures++;
2205                 cache_unlock_vnodes_cel(cel);
2206                 if (vlp < cel->vlp[0]) {
2207                         mtx_lock(vlp);
2208                         mtx_lock(cel->vlp[0]);
2209                         mtx_lock(cel->vlp[1]);
2210                 } else {
2211                         if (cel->vlp[0] != NULL)
2212                                 mtx_lock(cel->vlp[0]);
2213                         mtx_lock(vlp);
2214                         mtx_lock(cel->vlp[1]);
2215                 }
2216                 ret = false;
2217         }
2218 out:
2219         cel->vlp[2] = vlp;
2220         return (ret);
2221 }
2222
2223 static void
2224 cache_lock_buckets_cel(struct celockstate *cel, struct mtx *blp1,
2225     struct mtx *blp2)
2226 {
2227
2228         MPASS(cel->blp[0] == NULL);
2229         MPASS(cel->blp[1] == NULL);
2230
2231         cache_sort_vnodes(&blp1, &blp2);
2232
2233         if (blp1 != NULL) {
2234                 mtx_lock(blp1);
2235                 cel->blp[0] = blp1;
2236         }
2237         mtx_lock(blp2);
2238         cel->blp[1] = blp2;
2239 }
2240
2241 static void
2242 cache_unlock_buckets_cel(struct celockstate *cel)
2243 {
2244
2245         if (cel->blp[0] != NULL)
2246                 mtx_unlock(cel->blp[0]);
2247         mtx_unlock(cel->blp[1]);
2248 }
2249
2250 /*
2251  * Lock part of the cache affected by the insertion.
2252  *
2253  * This means vnodelocks for dvp, vp and the relevant bucketlock.
2254  * However, insertion can result in removal of an old entry. In this
2255  * case we have an additional vnode and bucketlock pair to lock.
2256  *
2257  * That is, in the worst case we have to lock 3 vnodes and 2 bucketlocks, while
2258  * preserving the locking order (smaller address first).
2259  */
2260 static void
2261 cache_enter_lock(struct celockstate *cel, struct vnode *dvp, struct vnode *vp,
2262     uint32_t hash)
2263 {
2264         struct namecache *ncp;
2265         struct mtx *blps[2];
2266         u_char nc_flag;
2267
2268         blps[0] = HASH2BUCKETLOCK(hash);
2269         for (;;) {
2270                 blps[1] = NULL;
2271                 cache_lock_vnodes_cel(cel, dvp, vp);
2272                 if (vp == NULL || vp->v_type != VDIR)
2273                         break;
2274                 ncp = atomic_load_consume_ptr(&vp->v_cache_dd);
2275                 if (ncp == NULL)
2276                         break;
2277                 nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
2278                 if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0)
2279                         break;
2280                 MPASS(ncp->nc_dvp == vp);
2281                 blps[1] = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
2282                 if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
2283                         break;
2284                 if (cache_lock_vnodes_cel_3(cel, ncp->nc_vp))
2285                         break;
2286                 /*
2287                  * All vnodes got re-locked. Re-validate the state and if
2288                  * nothing changed we are done. Otherwise restart.
2289                  */
2290                 if (ncp == vp->v_cache_dd &&
2291                     (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0 &&
2292                     blps[1] == NCP2BUCKETLOCK(ncp) &&
2293                     VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp) == cel->vlp[2])
2294                         break;
2295                 cache_unlock_vnodes_cel(cel);
2296                 cel->vlp[0] = NULL;
2297                 cel->vlp[1] = NULL;
2298                 cel->vlp[2] = NULL;
2299         }
2300         cache_lock_buckets_cel(cel, blps[0], blps[1]);
2301 }
2302
2303 static void
2304 cache_enter_lock_dd(struct celockstate *cel, struct vnode *dvp, struct vnode *vp,
2305     uint32_t hash)
2306 {
2307         struct namecache *ncp;
2308         struct mtx *blps[2];
2309         u_char nc_flag;
2310
2311         blps[0] = HASH2BUCKETLOCK(hash);
2312         for (;;) {
2313                 blps[1] = NULL;
2314                 cache_lock_vnodes_cel(cel, dvp, vp);
2315                 ncp = atomic_load_consume_ptr(&dvp->v_cache_dd);
2316                 if (ncp == NULL)
2317                         break;
2318                 nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
2319                 if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0)
2320                         break;
2321                 MPASS(ncp->nc_dvp == dvp);
2322                 blps[1] = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
2323                 if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
2324                         break;
2325                 if (cache_lock_vnodes_cel_3(cel, ncp->nc_vp))
2326                         break;
2327                 if (ncp == dvp->v_cache_dd &&
2328                     (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0 &&
2329                     blps[1] == NCP2BUCKETLOCK(ncp) &&
2330                     VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp) == cel->vlp[2])
2331                         break;
2332                 cache_unlock_vnodes_cel(cel);
2333                 cel->vlp[0] = NULL;
2334                 cel->vlp[1] = NULL;
2335                 cel->vlp[2] = NULL;
2336         }
2337         cache_lock_buckets_cel(cel, blps[0], blps[1]);
2338 }
2339
2340 static void
2341 cache_enter_unlock(struct celockstate *cel)
2342 {
2343
2344         cache_unlock_buckets_cel(cel);
2345         cache_unlock_vnodes_cel(cel);
2346 }
2347
2348 static void __noinline
2349 cache_enter_dotdot_prep(struct vnode *dvp, struct vnode *vp,
2350     struct componentname *cnp)
2351 {
2352         struct celockstate cel;
2353         struct namecache *ncp;
2354         uint32_t hash;
2355         int len;
2356
2357         if (atomic_load_ptr(&dvp->v_cache_dd) == NULL)
2358                 return;
2359         len = cnp->cn_namelen;
2360         cache_celockstate_init(&cel);
2361         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, len, dvp);
2362         cache_enter_lock_dd(&cel, dvp, vp, hash);
2363         ncp = dvp->v_cache_dd;
2364         if (ncp != NULL && (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT)) {
2365                 KASSERT(ncp->nc_dvp == dvp, ("wrong isdotdot parent"));
2366                 cache_zap_locked(ncp);
2367         } else {
2368                 ncp = NULL;
2369         }
2370         atomic_store_ptr(&dvp->v_cache_dd, NULL);
2371         cache_enter_unlock(&cel);
2372         if (ncp != NULL)
2373                 cache_free(ncp);
2374 }
2375
2376 /*
2377  * Add an entry to the cache.
2378  */
2379 void
2380 cache_enter_time(struct vnode *dvp, struct vnode *vp, struct componentname *cnp,
2381     struct timespec *tsp, struct timespec *dtsp)
2382 {
2383         struct celockstate cel;
2384         struct namecache *ncp, *n2, *ndd;
2385         struct namecache_ts *ncp_ts;
2386         struct nchashhead *ncpp;
2387         uint32_t hash;
2388         int flag;
2389         int len;
2390
2391         KASSERT(cnp->cn_namelen <= NAME_MAX,
2392             ("%s: passed len %ld exceeds NAME_MAX (%d)", __func__, cnp->cn_namelen,
2393             NAME_MAX));
2394 #ifdef notyet
2395         /*
2396          * Not everything doing this is weeded out yet.
2397          */
2398         VNPASS(dvp != vp, dvp);
2399 #endif
2400         VNPASS(!VN_IS_DOOMED(dvp), dvp);
2401         VNPASS(dvp->v_type != VNON, dvp);
2402         if (vp != NULL) {
2403                 VNPASS(!VN_IS_DOOMED(vp), vp);
2404                 VNPASS(vp->v_type != VNON, vp);
2405         }
2406
2407 #ifdef DEBUG_CACHE
2408         if (__predict_false(!doingcache))
2409                 return;
2410 #endif
2411
2412         flag = 0;
2413         if (__predict_false(cnp->cn_nameptr[0] == '.')) {
2414                 if (cnp->cn_namelen == 1)
2415                         return;
2416                 if (cnp->cn_namelen == 2 && cnp->cn_nameptr[1] == '.') {
2417                         cache_enter_dotdot_prep(dvp, vp, cnp);
2418                         flag = NCF_ISDOTDOT;
2419                 }
2420         }
2421
2422         ncp = cache_alloc(cnp->cn_namelen, tsp != NULL);
2423         if (ncp == NULL)
2424                 return;
2425
2426         cache_celockstate_init(&cel);
2427         ndd = NULL;
2428         ncp_ts = NULL;
2429
2430         /*
2431          * Calculate the hash key and setup as much of the new
2432          * namecache entry as possible before acquiring the lock.
2433          */
2434         ncp->nc_flag = flag | NCF_WIP;
2435         ncp->nc_vp = vp;
2436         if (vp == NULL)
2437                 cache_neg_init(ncp);
2438         ncp->nc_dvp = dvp;
2439         if (tsp != NULL) {
2440                 ncp_ts = __containerof(ncp, struct namecache_ts, nc_nc);
2441                 ncp_ts->nc_time = *tsp;
2442                 ncp_ts->nc_ticks = ticks;
2443                 ncp_ts->nc_nc.nc_flag |= NCF_TS;
2444                 if (dtsp != NULL) {
2445                         ncp_ts->nc_dotdottime = *dtsp;
2446                         ncp_ts->nc_nc.nc_flag |= NCF_DTS;
2447                 }
2448         }
2449         len = ncp->nc_nlen = cnp->cn_namelen;
2450         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, len, dvp);
2451         memcpy(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, len);
2452         ncp->nc_name[len] = '\0';
2453         cache_enter_lock(&cel, dvp, vp, hash);
2454
2455         /*
2456          * See if this vnode or negative entry is already in the cache
2457          * with this name.  This can happen with concurrent lookups of
2458          * the same path name.
2459          */
2460         ncpp = NCHHASH(hash);
2461         CK_SLIST_FOREACH(n2, ncpp, nc_hash) {
2462                 if (n2->nc_dvp == dvp &&
2463                     n2->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
2464                     !bcmp(n2->nc_name, cnp->cn_nameptr, n2->nc_nlen)) {
2465                         MPASS(cache_ncp_canuse(n2));
2466                         if ((n2->nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
2467                                 KASSERT(vp == NULL,
2468                                     ("%s: found entry pointing to a different vnode (%p != %p) ; name [%s]",
2469                                     __func__, NULL, vp, cnp->cn_nameptr));
2470                         else
2471                                 KASSERT(n2->nc_vp == vp,
2472                                     ("%s: found entry pointing to a different vnode (%p != %p) ; name [%s]",
2473                                     __func__, n2->nc_vp, vp, cnp->cn_nameptr));
2474                         /*
2475                          * Entries are supposed to be immutable unless in the
2476                          * process of getting destroyed. Accommodating for
2477                          * changing timestamps is possible but not worth it.
2478                          * This should be harmless in terms of correctness, in
2479                          * the worst case resulting in an earlier expiration.
2480                          * Alternatively, the found entry can be replaced
2481                          * altogether.
2482                          */
2483                         MPASS((n2->nc_flag & (NCF_TS | NCF_DTS)) == (ncp->nc_flag & (NCF_TS | NCF_DTS)));
2484 #if 0
2485                         if (tsp != NULL) {
2486                                 KASSERT((n2->nc_flag & NCF_TS) != 0,
2487                                     ("no NCF_TS"));
2488                                 n2_ts = __containerof(n2, struct namecache_ts, nc_nc);
2489                                 n2_ts->nc_time = ncp_ts->nc_time;
2490                                 n2_ts->nc_ticks = ncp_ts->nc_ticks;
2491                                 if (dtsp != NULL) {
2492                                         n2_ts->nc_dotdottime = ncp_ts->nc_dotdottime;
2493                                         n2_ts->nc_nc.nc_flag |= NCF_DTS;
2494                                 }
2495                         }
2496 #endif
2497                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, enter, duplicate, dvp, ncp->nc_name,
2498                             vp);
2499                         goto out_unlock_free;
2500                 }
2501         }
2502
2503         if (flag == NCF_ISDOTDOT) {
2504                 /*
2505                  * See if we are trying to add .. entry, but some other lookup
2506                  * has populated v_cache_dd pointer already.
2507                  */
2508                 if (dvp->v_cache_dd != NULL)
2509                         goto out_unlock_free;
2510                 KASSERT(vp == NULL || vp->v_type == VDIR,
2511                     ("wrong vnode type %p", vp));
2512                 atomic_thread_fence_rel();
2513                 atomic_store_ptr(&dvp->v_cache_dd, ncp);
2514         }
2515
2516         if (vp != NULL) {
2517                 if (flag != NCF_ISDOTDOT) {
2518                         /*
2519                          * For this case, the cache entry maps both the
2520                          * directory name in it and the name ".." for the
2521                          * directory's parent.
2522                          */
2523                         if ((ndd = vp->v_cache_dd) != NULL) {
2524                                 if ((ndd->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0)
2525                                         cache_zap_locked(ndd);
2526                                 else
2527                                         ndd = NULL;
2528                         }
2529                         atomic_thread_fence_rel();
2530                         atomic_store_ptr(&vp->v_cache_dd, ncp);
2531                 } else if (vp->v_type != VDIR) {
2532                         if (vp->v_cache_dd != NULL) {
2533                                 atomic_store_ptr(&vp->v_cache_dd, NULL);
2534                         }
2535                 }
2536         }
2537
2538         if (flag != NCF_ISDOTDOT) {
2539                 if (LIST_EMPTY(&dvp->v_cache_src)) {
2540                         cache_hold_vnode(dvp);
2541                 }
2542                 LIST_INSERT_HEAD(&dvp->v_cache_src, ncp, nc_src);
2543         }
2544
2545         /*
2546          * If the entry is "negative", we place it into the
2547          * "negative" cache queue, otherwise, we place it into the
2548          * destination vnode's cache entries queue.
2549          */
2550         if (vp != NULL) {
2551                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vp->v_cache_dst, ncp, nc_dst);
2552                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, enter, done, dvp, ncp->nc_name,
2553                     vp);
2554         } else {
2555                 if (cnp->cn_flags & ISWHITEOUT)
2556                         atomic_store_char(&ncp->nc_flag, ncp->nc_flag | NCF_WHITE);
2557                 cache_neg_insert(ncp);
2558                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, enter_negative, done, dvp,
2559                     ncp->nc_name);
2560         }
2561
2562         /*
2563          * Insert the new namecache entry into the appropriate chain
2564          * within the cache entries table.
2565          */
2566         CK_SLIST_INSERT_HEAD(ncpp, ncp, nc_hash);
2567
2568         atomic_thread_fence_rel();
2569         /*
2570          * Mark the entry as fully constructed.
2571          * It is immutable past this point until its removal.
2572          */
2573         atomic_store_char(&ncp->nc_flag, ncp->nc_flag & ~NCF_WIP);
2574
2575         cache_enter_unlock(&cel);
2576         if (ndd != NULL)
2577                 cache_free(ndd);
2578         return;
2579 out_unlock_free:
2580         cache_enter_unlock(&cel);
2581         cache_free(ncp);
2582         return;
2583 }
2584
2585 static u_int
2586 cache_roundup_2(u_int val)
2587 {
2588         u_int res;
2589
2590         for (res = 1; res <= val; res <<= 1)
2591                 continue;
2592
2593         return (res);
2594 }
2595
2596 static struct nchashhead *
2597 nchinittbl(u_long elements, u_long *hashmask)
2598 {
2599         struct nchashhead *hashtbl;
2600         u_long hashsize, i;
2601
2602         hashsize = cache_roundup_2(elements) / 2;
2603
2604         hashtbl = malloc((u_long)hashsize * sizeof(*hashtbl), M_VFSCACHE, M_WAITOK);
2605         for (i = 0; i < hashsize; i++)
2606                 CK_SLIST_INIT(&hashtbl[i]);
2607         *hashmask = hashsize - 1;
2608         return (hashtbl);
2609 }
2610
2611 static void
2612 ncfreetbl(struct nchashhead *hashtbl)
2613 {
2614
2615         free(hashtbl, M_VFSCACHE);
2616 }
2617
2618 /*
2619  * Name cache initialization, from vfs_init() when we are booting
2620  */
2621 static void
2622 nchinit(void *dummy __unused)
2623 {
2624         u_int i;
2625
2626         cache_zone_small = uma_zcreate("S VFS Cache", CACHE_ZONE_SMALL_SIZE,
2627             NULL, NULL, NULL, NULL, CACHE_ZONE_ALIGNMENT, UMA_ZONE_ZINIT);
2628         cache_zone_small_ts = uma_zcreate("STS VFS Cache", CACHE_ZONE_SMALL_TS_SIZE,
2629             NULL, NULL, NULL, NULL, CACHE_ZONE_ALIGNMENT, UMA_ZONE_ZINIT);
2630         cache_zone_large = uma_zcreate("L VFS Cache", CACHE_ZONE_LARGE_SIZE,
2631             NULL, NULL, NULL, NULL, CACHE_ZONE_ALIGNMENT, UMA_ZONE_ZINIT);
2632         cache_zone_large_ts = uma_zcreate("LTS VFS Cache", CACHE_ZONE_LARGE_TS_SIZE,
2633             NULL, NULL, NULL, NULL, CACHE_ZONE_ALIGNMENT, UMA_ZONE_ZINIT);
2634
2635         VFS_SMR_ZONE_SET(cache_zone_small);
2636         VFS_SMR_ZONE_SET(cache_zone_small_ts);
2637         VFS_SMR_ZONE_SET(cache_zone_large);
2638         VFS_SMR_ZONE_SET(cache_zone_large_ts);
2639
2640         ncsize = desiredvnodes * ncsizefactor;
2641         cache_recalc_neg_min(ncnegminpct);
2642         nchashtbl = nchinittbl(desiredvnodes * 2, &nchash);
2643         ncbuckethash = cache_roundup_2(mp_ncpus * mp_ncpus) - 1;
2644         if (ncbuckethash < 7) /* arbitrarily chosen to avoid having one lock */
2645                 ncbuckethash = 7;
2646         if (ncbuckethash > nchash)
2647                 ncbuckethash = nchash;
2648         bucketlocks = malloc(sizeof(*bucketlocks) * numbucketlocks, M_VFSCACHE,
2649             M_WAITOK | M_ZERO);
2650         for (i = 0; i < numbucketlocks; i++)
2651                 mtx_init(&bucketlocks[i], "ncbuc", NULL, MTX_DUPOK | MTX_RECURSE);
2652         ncvnodehash = ncbuckethash;
2653         vnodelocks = malloc(sizeof(*vnodelocks) * numvnodelocks, M_VFSCACHE,
2654             M_WAITOK | M_ZERO);
2655         for (i = 0; i < numvnodelocks; i++)
2656                 mtx_init(&vnodelocks[i], "ncvn", NULL, MTX_DUPOK | MTX_RECURSE);
2657
2658         for (i = 0; i < numneglists; i++) {
2659                 mtx_init(&neglists[i].nl_evict_lock, "ncnege", NULL, MTX_DEF);
2660                 mtx_init(&neglists[i].nl_lock, "ncnegl", NULL, MTX_DEF);
2661                 TAILQ_INIT(&neglists[i].nl_list);
2662                 TAILQ_INIT(&neglists[i].nl_hotlist);
2663         }
2664 }
2665 SYSINIT(vfs, SI_SUB_VFS, SI_ORDER_SECOND, nchinit, NULL);
2666
2667 void
2668 cache_vnode_init(struct vnode *vp)
2669 {
2670
2671         LIST_INIT(&vp->v_cache_src);
2672         TAILQ_INIT(&vp->v_cache_dst);
2673         vp->v_cache_dd = NULL;
2674         cache_prehash(vp);
2675 }
2676
2677 /*
2678  * Induce transient cache misses for lockless operation in cache_lookup() by
2679  * using a temporary hash table.
2680  *
2681  * This will force a fs lookup.
2682  *
2683  * Synchronisation is done in 2 steps, calling vfs_smr_synchronize each time
2684  * to observe all CPUs not performing the lookup.
2685  */
2686 static void
2687 cache_changesize_set_temp(struct nchashhead *temptbl, u_long temphash)
2688 {
2689
2690         MPASS(temphash < nchash);
2691         /*
2692          * Change the size. The new size is smaller and can safely be used
2693          * against the existing table. All lookups which now hash wrong will
2694          * result in a cache miss, which all callers are supposed to know how
2695          * to handle.
2696          */
2697         atomic_store_long(&nchash, temphash);
2698         atomic_thread_fence_rel();
2699         vfs_smr_synchronize();
2700         /*
2701          * At this point everyone sees the updated hash value, but they still
2702          * see the old table.
2703          */
2704         atomic_store_ptr(&nchashtbl, temptbl);
2705         atomic_thread_fence_rel();
2706         vfs_smr_synchronize();
2707         /*
2708          * At this point everyone sees the updated table pointer and size pair.
2709          */
2710 }
2711
2712 /*
2713  * Set the new hash table.
2714  *
2715  * Similarly to cache_changesize_set_temp(), this has to synchronize against
2716  * lockless operation in cache_lookup().
2717  */
2718 static void
2719 cache_changesize_set_new(struct nchashhead *new_tbl, u_long new_hash)
2720 {
2721
2722         MPASS(nchash < new_hash);
2723         /*
2724          * Change the pointer first. This wont result in out of bounds access
2725          * since the temporary table is guaranteed to be smaller.
2726          */
2727         atomic_store_ptr(&nchashtbl, new_tbl);
2728         atomic_thread_fence_rel();
2729         vfs_smr_synchronize();
2730         /*
2731          * At this point everyone sees the updated pointer value, but they
2732          * still see the old size.
2733          */
2734         atomic_store_long(&nchash, new_hash);
2735         atomic_thread_fence_rel();
2736         vfs_smr_synchronize();
2737         /*
2738          * At this point everyone sees the updated table pointer and size pair.
2739          */
2740 }
2741
2742 void
2743 cache_changesize(u_long newmaxvnodes)
2744 {
2745         struct nchashhead *new_nchashtbl, *old_nchashtbl, *temptbl;
2746         u_long new_nchash, old_nchash, temphash;
2747         struct namecache *ncp;
2748         uint32_t hash;
2749         u_long newncsize;
2750         int i;
2751
2752         newncsize = newmaxvnodes * ncsizefactor;
2753         newmaxvnodes = cache_roundup_2(newmaxvnodes * 2);
2754         if (newmaxvnodes < numbucketlocks)
2755                 newmaxvnodes = numbucketlocks;
2756
2757         new_nchashtbl = nchinittbl(newmaxvnodes, &new_nchash);
2758         /* If same hash table size, nothing to do */
2759         if (nchash == new_nchash) {
2760                 ncfreetbl(new_nchashtbl);
2761                 return;
2762         }
2763
2764         temptbl = nchinittbl(1, &temphash);
2765
2766         /*
2767          * Move everything from the old hash table to the new table.
2768          * None of the namecache entries in the table can be removed
2769          * because to do so, they have to be removed from the hash table.
2770          */
2771         cache_lock_all_vnodes();
2772         cache_lock_all_buckets();
2773         old_nchashtbl = nchashtbl;
2774         old_nchash = nchash;
2775         cache_changesize_set_temp(temptbl, temphash);
2776         for (i = 0; i <= old_nchash; i++) {
2777                 while ((ncp = CK_SLIST_FIRST(&old_nchashtbl[i])) != NULL) {
2778                         hash = cache_get_hash(ncp->nc_name, ncp->nc_nlen,
2779                             ncp->nc_dvp);
2780                         CK_SLIST_REMOVE(&old_nchashtbl[i], ncp, namecache, nc_hash);
2781                         CK_SLIST_INSERT_HEAD(&new_nchashtbl[hash & new_nchash], ncp, nc_hash);
2782                 }
2783         }
2784         ncsize = newncsize;
2785         cache_recalc_neg_min(ncnegminpct);
2786         cache_changesize_set_new(new_nchashtbl, new_nchash);
2787         cache_unlock_all_buckets();
2788         cache_unlock_all_vnodes();
2789         ncfreetbl(old_nchashtbl);
2790         ncfreetbl(temptbl);
2791 }
2792
2793 /*
2794  * Remove all entries from and to a particular vnode.
2795  */
2796 static void
2797 cache_purge_impl(struct vnode *vp)
2798 {
2799         struct cache_freebatch batch;
2800         struct namecache *ncp;
2801         struct mtx *vlp, *vlp2;
2802
2803         TAILQ_INIT(&batch);
2804         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2805         vlp2 = NULL;
2806         mtx_lock(vlp);
2807 retry:
2808         while (!LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src)) {
2809                 ncp = LIST_FIRST(&vp->v_cache_src);
2810                 if (!cache_zap_locked_vnode_kl2(ncp, vp, &vlp2))
2811                         goto retry;
2812                 TAILQ_INSERT_TAIL(&batch, ncp, nc_dst);
2813         }
2814         while (!TAILQ_EMPTY(&vp->v_cache_dst)) {
2815                 ncp = TAILQ_FIRST(&vp->v_cache_dst);
2816                 if (!cache_zap_locked_vnode_kl2(ncp, vp, &vlp2))
2817                         goto retry;
2818                 TAILQ_INSERT_TAIL(&batch, ncp, nc_dst);
2819         }
2820         ncp = vp->v_cache_dd;
2821         if (ncp != NULL) {
2822                 KASSERT(ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT,
2823                    ("lost dotdot link"));
2824                 if (!cache_zap_locked_vnode_kl2(ncp, vp, &vlp2))
2825                         goto retry;
2826                 TAILQ_INSERT_TAIL(&batch, ncp, nc_dst);
2827         }
2828         KASSERT(vp->v_cache_dd == NULL, ("incomplete purge"));
2829         mtx_unlock(vlp);
2830         if (vlp2 != NULL)
2831                 mtx_unlock(vlp2);
2832         cache_free_batch(&batch);
2833 }
2834
2835 /*
2836  * Opportunistic check to see if there is anything to do.
2837  */
2838 static bool
2839 cache_has_entries(struct vnode *vp)
2840 {
2841
2842         if (LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src) && TAILQ_EMPTY(&vp->v_cache_dst) &&
2843             atomic_load_ptr(&vp->v_cache_dd) == NULL)
2844                 return (false);
2845         return (true);
2846 }
2847
2848 void
2849 cache_purge(struct vnode *vp)
2850 {
2851
2852         SDT_PROBE1(vfs, namecache, purge, done, vp);
2853         if (!cache_has_entries(vp))
2854                 return;
2855         cache_purge_impl(vp);
2856 }
2857
2858 /*
2859  * Only to be used by vgone.
2860  */
2861 void
2862 cache_purge_vgone(struct vnode *vp)
2863 {
2864         struct mtx *vlp;
2865
2866         VNPASS(VN_IS_DOOMED(vp), vp);
2867         if (cache_has_entries(vp)) {
2868                 cache_purge_impl(vp);
2869                 return;
2870         }
2871
2872         /*
2873          * Serialize against a potential thread doing cache_purge.
2874          */
2875         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2876         mtx_wait_unlocked(vlp);
2877         if (cache_has_entries(vp)) {
2878                 cache_purge_impl(vp);
2879                 return;
2880         }
2881         return;
2882 }
2883
2884 /*
2885  * Remove all negative entries for a particular directory vnode.
2886  */
2887 void
2888 cache_purge_negative(struct vnode *vp)
2889 {
2890         struct cache_freebatch batch;
2891         struct namecache *ncp, *nnp;
2892         struct mtx *vlp;
2893
2894         SDT_PROBE1(vfs, namecache, purge_negative, done, vp);
2895         if (LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src))
2896                 return;
2897         TAILQ_INIT(&batch);
2898         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2899         mtx_lock(vlp);
2900         LIST_FOREACH_SAFE(ncp, &vp->v_cache_src, nc_src, nnp) {
2901                 if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE))
2902                         continue;
2903                 cache_zap_negative_locked_vnode_kl(ncp, vp);
2904                 TAILQ_INSERT_TAIL(&batch, ncp, nc_dst);
2905         }
2906         mtx_unlock(vlp);
2907         cache_free_batch(&batch);
2908 }
2909
2910 /*
2911  * Entry points for modifying VOP operations.
2912  */
2913 void
2914 cache_vop_rename(struct vnode *fdvp, struct vnode *fvp, struct vnode *tdvp,
2915     struct vnode *tvp, struct componentname *fcnp, struct componentname *tcnp)
2916 {
2917
2918         ASSERT_VOP_IN_SEQC(fdvp);
2919         ASSERT_VOP_IN_SEQC(fvp);
2920         ASSERT_VOP_IN_SEQC(tdvp);
2921         if (tvp != NULL)
2922                 ASSERT_VOP_IN_SEQC(tvp);
2923
2924         cache_purge(fvp);
2925         if (tvp != NULL) {
2926                 cache_purge(tvp);
2927                 KASSERT(!cache_remove_cnp(tdvp, tcnp),
2928                     ("%s: lingering negative entry", __func__));
2929         } else {
2930                 cache_remove_cnp(tdvp, tcnp);
2931         }
2932
2933         /*
2934          * TODO
2935          *
2936          * Historically renaming was always purging all revelang entries,
2937          * but that's quite wasteful. In particular turns out that in many cases
2938          * the target file is immediately accessed after rename, inducing a cache
2939          * miss.
2940          *
2941          * Recode this to reduce relocking and reuse the existing entry (if any)
2942          * instead of just removing it above and allocating a new one here.
2943          */
2944         if (cache_rename_add) {
2945                 cache_enter(tdvp, fvp, tcnp);
2946         }
2947 }
2948
2949 void
2950 cache_vop_rmdir(struct vnode *dvp, struct vnode *vp)
2951 {
2952
2953         ASSERT_VOP_IN_SEQC(dvp);
2954         ASSERT_VOP_IN_SEQC(vp);
2955         cache_purge(vp);
2956 }
2957
2958 #ifdef INVARIANTS
2959 /*
2960  * Validate that if an entry exists it matches.
2961  */
2962 void
2963 cache_validate(struct vnode *dvp, struct vnode *vp, struct componentname *cnp)
2964 {
2965         struct namecache *ncp;
2966         struct mtx *blp;
2967         uint32_t hash;
2968
2969         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp);
2970         if (CK_SLIST_EMPTY(NCHHASH(hash)))
2971                 return;
2972         blp = HASH2BUCKETLOCK(hash);
2973         mtx_lock(blp);
2974         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
2975                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
2976                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen)) {
2977                         if (ncp->nc_vp != vp)
2978                                 panic("%s: mismatch (%p != %p); ncp %p [%s] dvp %p\n",
2979                                     __func__, vp, ncp->nc_vp, ncp, ncp->nc_name, ncp->nc_dvp);
2980                 }
2981         }
2982         mtx_unlock(blp);
2983 }
2984 #endif
2985
2986 /*
2987  * Flush all entries referencing a particular filesystem.
2988  */
2989 void
2990 cache_purgevfs(struct mount *mp)
2991 {
2992         struct vnode *vp, *mvp;
2993
2994         SDT_PROBE1(vfs, namecache, purgevfs, done, mp);
2995         /*
2996          * Somewhat wasteful iteration over all vnodes. Would be better to
2997          * support filtering and avoid the interlock to begin with.
2998          */
2999         MNT_VNODE_FOREACH_ALL(vp, mp, mvp) {
3000                 if (!cache_has_entries(vp)) {
3001                         VI_UNLOCK(vp);
3002                         continue;
3003                 }
3004                 vholdl(vp);
3005                 VI_UNLOCK(vp);
3006                 cache_purge(vp);
3007                 vdrop(vp);
3008         }
3009 }
3010
3011 /*
3012  * Perform canonical checks and cache lookup and pass on to filesystem
3013  * through the vop_cachedlookup only if needed.
3014  */
3015
3016 int
3017 vfs_cache_lookup(struct vop_lookup_args *ap)
3018 {
3019         struct vnode *dvp;
3020         int error;
3021         struct vnode **vpp = ap->a_vpp;
3022         struct componentname *cnp = ap->a_cnp;
3023         int flags = cnp->cn_flags;
3024
3025         *vpp = NULL;
3026         dvp = ap->a_dvp;
3027
3028         if (dvp->v_type != VDIR)
3029                 return (ENOTDIR);
3030
3031         if ((flags & ISLASTCN) && (dvp->v_mount->mnt_flag & MNT_RDONLY) &&
3032             (cnp->cn_nameiop == DELETE || cnp->cn_nameiop == RENAME))
3033                 return (EROFS);
3034
3035         error = vn_dir_check_exec(dvp, cnp);
3036         if (error != 0)
3037                 return (error);
3038
3039         error = cache_lookup(dvp, vpp, cnp, NULL, NULL);
3040         if (error == 0)
3041                 return (VOP_CACHEDLOOKUP(dvp, vpp, cnp));
3042         if (error == -1)
3043                 return (0);
3044         return (error);
3045 }
3046
3047 /* Implementation of the getcwd syscall. */
3048 int
3049 sys___getcwd(struct thread *td, struct __getcwd_args *uap)
3050 {
3051         char *buf, *retbuf;
3052         size_t buflen;
3053         int error;
3054
3055         buflen = uap->buflen;
3056         if (__predict_false(buflen < 2))
3057                 return (EINVAL);
3058         if (buflen > MAXPATHLEN)
3059                 buflen = MAXPATHLEN;
3060
3061         buf = uma_zalloc(namei_zone, M_WAITOK);
3062         error = vn_getcwd(buf, &retbuf, &buflen);
3063         if (error == 0)
3064                 error = copyout(retbuf, uap->buf, buflen);
3065         uma_zfree(namei_zone, buf);
3066         return (error);
3067 }
3068
3069 int
3070 vn_getcwd(char *buf, char **retbuf, size_t *buflen)
3071 {
3072         struct pwd *pwd;
3073         int error;
3074
3075         vfs_smr_enter();
3076         pwd = pwd_get_smr();
3077         error = vn_fullpath_any_smr(pwd->pwd_cdir, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf,
3078             buflen, 0);
3079         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();
3080         if (error < 0) {
3081                 pwd = pwd_hold(curthread);
3082                 error = vn_fullpath_any(pwd->pwd_cdir, pwd->pwd_rdir, buf,
3083                     retbuf, buflen);
3084                 pwd_drop(pwd);
3085         }
3086
3087 #ifdef KTRACE
3088         if (KTRPOINT(curthread, KTR_NAMEI) && error == 0)
3089                 ktrnamei(*retbuf);
3090 #endif
3091         return (error);
3092 }
3093
3094 static int
3095 kern___realpathat(struct thread *td, int fd, const char *path, char *buf,
3096     size_t size, int flags, enum uio_seg pathseg)
3097 {
3098         struct nameidata nd;
3099         char *retbuf, *freebuf;
3100         int error;
3101
3102         if (flags != 0)
3103                 return (EINVAL);
3104         NDINIT_ATRIGHTS(&nd, LOOKUP, FOLLOW | SAVENAME | WANTPARENT | AUDITVNODE1,
3105             pathseg, path, fd, &cap_fstat_rights, td);
3106         if ((error = namei(&nd)) != 0)
3107                 return (error);
3108         error = vn_fullpath_hardlink(&nd, &retbuf, &freebuf, &size);
3109         if (error == 0) {
3110                 error = copyout(retbuf, buf, size);
3111                 free(freebuf, M_TEMP);
3112         }
3113         NDFREE(&nd, 0);
3114         return (error);
3115 }
3116
3117 int
3118 sys___realpathat(struct thread *td, struct __realpathat_args *uap)
3119 {
3120
3121         return (kern___realpathat(td, uap->fd, uap->path, uap->buf, uap->size,
3122             uap->flags, UIO_USERSPACE));
3123 }
3124
3125 /*
3126  * Retrieve the full filesystem path that correspond to a vnode from the name
3127  * cache (if available)
3128  */
3129 int
3130 vn_fullpath(struct vnode *vp, char **retbuf, char **freebuf)
3131 {
3132         struct pwd *pwd;
3133         char *buf;
3134         size_t buflen;
3135         int error;
3136
3137         if (__predict_false(vp == NULL))
3138                 return (EINVAL);
3139
3140         buflen = MAXPATHLEN;
3141         buf = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
3142         vfs_smr_enter();
3143         pwd = pwd_get_smr();
3144         error = vn_fullpath_any_smr(vp, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf, &buflen, 0);
3145         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();
3146         if (error < 0) {
3147                 pwd = pwd_hold(curthread);
3148                 error = vn_fullpath_any(vp, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf, &buflen);
3149                 pwd_drop(pwd);
3150         }
3151         if (error == 0)
3152                 *freebuf = buf;
3153         else
3154                 free(buf, M_TEMP);
3155         return (error);
3156 }
3157
3158 /*
3159  * This function is similar to vn_fullpath, but it attempts to lookup the
3160  * pathname relative to the global root mount point.  This is required for the
3161  * auditing sub-system, as audited pathnames must be absolute, relative to the
3162  * global root mount point.
3163  */
3164 int
3165 vn_fullpath_global(struct vnode *vp, char **retbuf, char **freebuf)
3166 {
3167         char *buf;
3168         size_t buflen;
3169         int error;
3170
3171         if (__predict_false(vp == NULL))
3172                 return (EINVAL);
3173         buflen = MAXPATHLEN;
3174         buf = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
3175         vfs_smr_enter();
3176         error = vn_fullpath_any_smr(vp, rootvnode, buf, retbuf, &buflen, 0);
3177         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();
3178         if (error < 0) {
3179                 error = vn_fullpath_any(vp, rootvnode, buf, retbuf, &buflen);
3180         }
3181         if (error == 0)
3182                 *freebuf = buf;
3183         else
3184                 free(buf, M_TEMP);
3185         return (error);
3186 }
3187
3188 static struct namecache *
3189 vn_dd_from_dst(struct vnode *vp)
3190 {
3191         struct namecache *ncp;
3192
3193         cache_assert_vnode_locked(vp);
3194         TAILQ_FOREACH(ncp, &vp->v_cache_dst, nc_dst) {
3195                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0)
3196                         return (ncp);
3197         }
3198         return (NULL);
3199 }
3200
3201 int
3202 vn_vptocnp(struct vnode **vp, char *buf, size_t *buflen)
3203 {
3204         struct vnode *dvp;
3205         struct namecache *ncp;
3206         struct mtx *vlp;
3207         int error;
3208
3209         vlp = VP2VNODELOCK(*vp);
3210         mtx_lock(vlp);
3211         ncp = (*vp)->v_cache_dd;
3212         if (ncp != NULL && (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0) {
3213                 KASSERT(ncp == vn_dd_from_dst(*vp),
3214                     ("%s: mismatch for dd entry (%p != %p)", __func__,
3215                     ncp, vn_dd_from_dst(*vp)));
3216         } else {
3217                 ncp = vn_dd_from_dst(*vp);
3218         }
3219         if (ncp != NULL) {
3220                 if (*buflen < ncp->nc_nlen) {
3221                         mtx_unlock(vlp);
3222                         vrele(*vp);
3223                         counter_u64_add(numfullpathfail4, 1);
3224                         error = ENOMEM;
3225                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, error,
3226                             vp, NULL);
3227                         return (error);
3228                 }
3229                 *buflen -= ncp->nc_nlen;
3230                 memcpy(buf + *buflen, ncp->nc_name, ncp->nc_nlen);
3231                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, hit, ncp->nc_dvp,
3232                     ncp->nc_name, vp);
3233                 dvp = *vp;
3234                 *vp = ncp->nc_dvp;
3235                 vref(*vp);
3236                 mtx_unlock(vlp);
3237                 vrele(dvp);
3238                 return (0);
3239         }
3240         SDT_PROBE1(vfs, namecache, fullpath, miss, vp);
3241
3242         mtx_unlock(vlp);
3243         vn_lock(*vp, LK_SHARED | LK_RETRY);
3244         error = VOP_VPTOCNP(*vp, &dvp, buf, buflen);
3245         vput(*vp);
3246         if (error) {
3247                 counter_u64_add(numfullpathfail2, 1);
3248                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return,  error, vp, NULL);
3249                 return (error);
3250         }
3251
3252         *vp = dvp;
3253         if (VN_IS_DOOMED(dvp)) {
3254                 /* forced unmount */
3255                 vrele(dvp);
3256                 error = ENOENT;
3257                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, error, vp, NULL);
3258                 return (error);
3259         }
3260         /*
3261          * *vp has its use count incremented still.
3262          */
3263
3264         return (0);
3265 }
3266
3267 /*
3268  * Resolve a directory to a pathname.
3269  *
3270  * The name of the directory can always be found in the namecache or fetched
3271  * from the filesystem. There is also guaranteed to be only one parent, meaning
3272  * we can just follow vnodes up until we find the root.
3273  *
3274  * The vnode must be referenced.
3275  */
3276 static int
3277 vn_fullpath_dir(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf, char **retbuf,
3278     size_t *len, size_t addend)
3279 {
3280 #ifdef KDTRACE_HOOKS
3281         struct vnode *startvp = vp;
3282 #endif
3283         struct vnode *vp1;
3284         size_t buflen;
3285         int error;
3286         bool slash_prefixed;
3287
3288         VNPASS(vp->v_type == VDIR || VN_IS_DOOMED(vp), vp);
3289         VNPASS(vp->v_usecount > 0, vp);
3290
3291         buflen = *len;
3292
3293         slash_prefixed = true;
3294         if (addend == 0) {
3295                 MPASS(*len >= 2);
3296                 buflen--;
3297                 buf[buflen] = '\0';
3298                 slash_prefixed = false;
3299         }
3300
3301         error = 0;
3302
3303         SDT_PROBE1(vfs, namecache, fullpath, entry, vp);
3304         counter_u64_add(numfullpathcalls, 1);
3305         while (vp != rdir && vp != rootvnode) {
3306                 /*
3307                  * The vp vnode must be already fully constructed,
3308                  * since it is either found in namecache or obtained
3309                  * from VOP_VPTOCNP().  We may test for VV_ROOT safely
3310                  * without obtaining the vnode lock.
3311                  */
3312                 if ((vp->v_vflag & VV_ROOT) != 0) {
3313                         vn_lock(vp, LK_RETRY | LK_SHARED);
3314
3315                         /*
3316                          * With the vnode locked, check for races with
3317                          * unmount, forced or not.  Note that we
3318                          * already verified that vp is not equal to
3319                          * the root vnode, which means that
3320                          * mnt_vnodecovered can be NULL only for the
3321                          * case of unmount.
3322                          */
3323                         if (VN_IS_DOOMED(vp) ||
3324                             (vp1 = vp->v_mount->mnt_vnodecovered) == NULL ||
3325                             vp1->v_mountedhere != vp->v_mount) {
3326                                 vput(vp);
3327                                 error = ENOENT;
3328                                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return,
3329                                     error, vp, NULL);
3330                                 break;
3331                         }
3332
3333                         vref(vp1);
3334                         vput(vp);
3335                         vp = vp1;
3336                         continue;
3337                 }
3338                 if (vp->v_type != VDIR) {
3339                         vrele(vp);
3340                         counter_u64_add(numfullpathfail1, 1);
3341                         error = ENOTDIR;
3342                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return,
3343                             error, vp, NULL);
3344                         break;
3345                 }
3346                 error = vn_vptocnp(&vp, buf, &buflen);
3347                 if (error)
3348                         break;
3349                 if (buflen == 0) {
3350                         vrele(vp);
3351                         error = ENOMEM;
3352                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, error,
3353                             startvp, NULL);
3354                         break;
3355                 }
3356                 buf[--buflen] = '/';
3357                 slash_prefixed = true;
3358         }
3359         if (error)
3360                 return (error);
3361         if (!slash_prefixed) {
3362                 if (buflen == 0) {
3363                         vrele(vp);
3364                         counter_u64_add(numfullpathfail4, 1);
3365                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, ENOMEM,
3366                             startvp, NULL);
3367                         return (ENOMEM);
3368                 }
3369                 buf[--buflen] = '/';
3370         }
3371         counter_u64_add(numfullpathfound, 1);
3372         vrele(vp);
3373
3374         *retbuf = buf + buflen;
3375         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, 0, startvp, *retbuf);
3376         *len -= buflen;
3377         *len += addend;
3378         return (0);
3379 }
3380
3381 /*
3382  * Resolve an arbitrary vnode to a pathname.
3383  *
3384  * Note 2 caveats:
3385  * - hardlinks are not tracked, thus if the vnode is not a directory this can
3386  *   resolve to a different path than the one used to find it
3387  * - namecache is not mandatory, meaning names are not guaranteed to be added
3388  *   (in which case resolving fails)
3389  */
3390 static void __inline
3391 cache_rev_failed_impl(int *reason, int line)
3392 {
3393
3394         *reason = line;
3395 }
3396 #define cache_rev_failed(var)   cache_rev_failed_impl((var), __LINE__)
3397
3398 static int
3399 vn_fullpath_any_smr(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf,
3400     char **retbuf, size_t *buflen, size_t addend)
3401 {
3402 #ifdef KDTRACE_HOOKS
3403         struct vnode *startvp = vp;
3404 #endif
3405         struct vnode *tvp;
3406         struct mount *mp;
3407         struct namecache *ncp;
3408         size_t orig_buflen;
3409         int reason;
3410         int error;
3411 #ifdef KDTRACE_HOOKS
3412         int i;
3413 #endif
3414         seqc_t vp_seqc, tvp_seqc;
3415         u_char nc_flag;
3416
3417         VFS_SMR_ASSERT_ENTERED();
3418
3419         if (!cache_fast_revlookup) {
3420                 vfs_smr_exit();
3421                 return (-1);
3422         }
3423
3424         orig_buflen = *buflen;
3425
3426         if (addend == 0) {
3427                 MPASS(*buflen >= 2);
3428                 *buflen -= 1;
3429                 buf[*buflen] = '\0';
3430         }
3431
3432         if (vp == rdir || vp == rootvnode) {
3433                 if (addend == 0) {
3434                         *buflen -= 1;
3435                         buf[*buflen] = '/';
3436                 }
3437                 goto out_ok;
3438         }
3439
3440 #ifdef KDTRACE_HOOKS
3441         i = 0;
3442 #endif
3443         error = -1;
3444         ncp = NULL; /* for sdt probe down below */
3445         vp_seqc = vn_seqc_read_any(vp);
3446         if (seqc_in_modify(vp_seqc)) {
3447                 cache_rev_failed(&reason);
3448                 goto out_abort;
3449         }
3450
3451         for (;;) {
3452 #ifdef KDTRACE_HOOKS
3453                 i++;
3454 #endif
3455                 if ((vp->v_vflag & VV_ROOT) != 0) {
3456                         mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mount);
3457                         if (mp == NULL) {
3458                                 cache_rev_failed(&reason);
3459                                 goto out_abort;
3460                         }
3461                         tvp = atomic_load_ptr(&mp->mnt_vnodecovered);
3462                         tvp_seqc = vn_seqc_read_any(tvp);
3463                         if (seqc_in_modify(tvp_seqc)) {
3464                                 cache_rev_failed(&reason);
3465                                 goto out_abort;
3466                         }
3467                         if (!vn_seqc_consistent(vp, vp_seqc)) {
3468                                 cache_rev_failed(&reason);
3469                                 goto out_abort;
3470                         }
3471                         vp = tvp;
3472                         vp_seqc = tvp_seqc;
3473                         continue;
3474                 }
3475                 ncp = atomic_load_consume_ptr(&vp->v_cache_dd);
3476                 if (ncp == NULL) {
3477                         cache_rev_failed(&reason);
3478                         goto out_abort;
3479                 }
3480                 nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
3481                 if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
3482                         cache_rev_failed(&reason);
3483                         goto out_abort;
3484                 }
3485                 if (ncp->nc_nlen >= *buflen) {
3486                         cache_rev_failed(&reason);
3487                         error = ENOMEM;
3488                         goto out_abort;
3489                 }
3490                 *buflen -= ncp->nc_nlen;
3491                 memcpy(buf + *buflen, ncp->nc_name, ncp->nc_nlen);
3492                 *buflen -= 1;
3493                 buf[*buflen] = '/';
3494                 tvp = ncp->nc_dvp;
3495                 tvp_seqc = vn_seqc_read_any(tvp);
3496                 if (seqc_in_modify(tvp_seqc)) {
3497                         cache_rev_failed(&reason);
3498                         goto out_abort;
3499                 }
3500                 if (!vn_seqc_consistent(vp, vp_seqc)) {
3501                         cache_rev_failed(&reason);
3502                         goto out_abort;
3503                 }
3504                 /*
3505                  * Acquire fence provided by vn_seqc_read_any above.
3506                  */
3507                 if (__predict_false(atomic_load_ptr(&vp->v_cache_dd) != ncp)) {
3508                         cache_rev_failed(&reason);
3509                         goto out_abort;
3510                 }
3511                 if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
3512                         cache_rev_failed(&reason);
3513                         goto out_abort;
3514                 }
3515                 vp = tvp;
3516                 vp_seqc = tvp_seqc;
3517                 if (vp == rdir || vp == rootvnode)
3518                         break;
3519         }
3520 out_ok:
3521         vfs_smr_exit();
3522         *retbuf = buf + *buflen;
3523         *buflen = orig_buflen - *buflen + addend;
3524         SDT_PROBE2(vfs, namecache, fullpath_smr, hit, startvp, *retbuf);
3525         return (0);
3526
3527 out_abort:
3528         *buflen = orig_buflen;
3529         SDT_PROBE4(vfs, namecache, fullpath_smr, miss, startvp, ncp, reason, i);
3530         vfs_smr_exit();
3531         return (error);
3532 }
3533
3534 static int
3535 vn_fullpath_any(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf, char **retbuf,
3536     size_t *buflen)
3537 {
3538         size_t orig_buflen, addend;
3539         int error;
3540
3541         if (*buflen < 2)
3542                 return (EINVAL);
3543
3544         orig_buflen = *buflen;
3545
3546         vref(vp);
3547         addend = 0;
3548         if (vp->v_type != VDIR) {
3549                 *buflen -= 1;
3550                 buf[*buflen] = '\0';
3551                 error = vn_vptocnp(&vp, buf, buflen);
3552                 if (error)
3553                         return (error);
3554                 if (*buflen == 0) {
3555                         vrele(vp);
3556                         return (ENOMEM);
3557                 }
3558                 *buflen -= 1;
3559                 buf[*buflen] = '/';
3560                 addend = orig_buflen - *buflen;
3561         }
3562
3563         return (vn_fullpath_dir(vp, rdir, buf, retbuf, buflen, addend));
3564 }
3565
3566 /*
3567  * Resolve an arbitrary vnode to a pathname (taking care of hardlinks).
3568  *
3569  * Since the namecache does not track hardlinks, the caller is expected to first
3570  * look up the target vnode with SAVENAME | WANTPARENT flags passed to namei.
3571  *
3572  * Then we have 2 cases:
3573  * - if the found vnode is a directory, the path can be constructed just by
3574  *   following names up the chain
3575  * - otherwise we populate the buffer with the saved name and start resolving
3576  *   from the parent
3577  */
3578 static int
3579 vn_fullpath_hardlink(struct nameidata *ndp, char **retbuf, char **freebuf,
3580     size_t *buflen)
3581 {
3582         char *buf, *tmpbuf;
3583         struct pwd *pwd;
3584         struct componentname *cnp;
3585         struct vnode *vp;
3586         size_t addend;
3587         int error;
3588         enum vtype type;
3589
3590         if (*buflen < 2)
3591                 return (EINVAL);
3592         if (*buflen > MAXPATHLEN)
3593                 *buflen = MAXPATHLEN;
3594
3595         buf = malloc(*buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
3596
3597         addend = 0;
3598         vp = ndp->ni_vp;
3599         /*
3600          * Check for VBAD to work around the vp_crossmp bug in lookup().
3601          *
3602          * For example consider tmpfs on /tmp and realpath /tmp. ni_vp will be
3603          * set to mount point's root vnode while ni_dvp will be vp_crossmp.
3604          * If the type is VDIR (like in this very case) we can skip looking
3605          * at ni_dvp in the first place. However, since vnodes get passed here
3606          * unlocked the target may transition to doomed state (type == VBAD)
3607          * before we get to evaluate the condition. If this happens, we will
3608          * populate part of the buffer and descend to vn_fullpath_dir with
3609          * vp == vp_crossmp. Prevent the problem by checking for VBAD.
3610          *
3611          * This should be atomic_load(&vp->v_type) but it is illegal to take
3612          * an address of a bit field, even if said field is sized to char.
3613          * Work around the problem by reading the value into a full-sized enum
3614          * and then re-reading it with atomic_load which will still prevent
3615          * the compiler from re-reading down the road.
3616          */
3617         type = vp->v_type;
3618         type = atomic_load_int(&type);
3619         if (type == VBAD) {
3620                 error = ENOENT;
3621                 goto out_bad;
3622         }
3623         if (type != VDIR) {
3624                 cnp = &ndp->ni_cnd;
3625                 addend = cnp->cn_namelen + 2;
3626                 if (*buflen < addend) {
3627                         error = ENOMEM;
3628                         goto out_bad;
3629                 }
3630                 *buflen -= addend;
3631                 tmpbuf = buf + *buflen;
3632                 tmpbuf[0] = '/';
3633                 memcpy(&tmpbuf[1], cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen);
3634                 tmpbuf[addend - 1] = '\0';
3635                 vp = ndp->ni_dvp;
3636         }
3637
3638         vfs_smr_enter();
3639         pwd = pwd_get_smr();
3640         error = vn_fullpath_any_smr(vp, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf, buflen,
3641             addend);
3642         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();
3643         if (error < 0) {
3644                 pwd = pwd_hold(curthread);
3645                 vref(vp);
3646                 error = vn_fullpath_dir(vp, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf, buflen,
3647                     addend);
3648                 pwd_drop(pwd);
3649         }
3650         if (error != 0)
3651                 goto out_bad;
3652
3653         *freebuf = buf;
3654
3655         return (0);
3656 out_bad:
3657         free(buf, M_TEMP);
3658         return (error);
3659 }
3660
3661 struct vnode *
3662 vn_dir_dd_ino(struct vnode *vp)
3663 {
3664         struct namecache *ncp;
3665         struct vnode *ddvp;
3666         struct mtx *vlp;
3667         enum vgetstate vs;
3668
3669         ASSERT_VOP_LOCKED(vp, "vn_dir_dd_ino");
3670         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
3671         mtx_lock(vlp);
3672         TAILQ_FOREACH(ncp, &(vp->v_cache_dst), nc_dst) {
3673                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0)
3674                         continue;
3675                 ddvp = ncp->nc_dvp;
3676                 vs = vget_prep(ddvp);
3677                 mtx_unlock(vlp);
3678                 if (vget_finish(ddvp, LK_SHARED | LK_NOWAIT, vs))
3679                         return (NULL);
3680                 return (ddvp);
3681         }
3682         mtx_unlock(vlp);
3683         return (NULL);
3684 }
3685
3686 int
3687 vn_commname(struct vnode *vp, char *buf, u_int buflen)
3688 {
3689         struct namecache *ncp;
3690         struct mtx *vlp;
3691         int l;
3692
3693         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
3694         mtx_lock(vlp);
3695         TAILQ_FOREACH(ncp, &vp->v_cache_dst, nc_dst)
3696                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0)
3697                         break;
3698         if (ncp == NULL) {
3699                 mtx_unlock(vlp);
3700                 return (ENOENT);
3701         }
3702         l = min(ncp->nc_nlen, buflen - 1);
3703         memcpy(buf, ncp->nc_name, l);
3704         mtx_unlock(vlp);
3705         buf[l] = '\0';
3706         return (0);
3707 }
3708
3709 /*
3710  * This function updates path string to vnode's full global path
3711  * and checks the size of the new path string against the pathlen argument.
3712  *
3713  * Requires a locked, referenced vnode.
3714  * Vnode is re-locked on success or ENODEV, otherwise unlocked.
3715  *
3716  * If vp is a directory, the call to vn_fullpath_global() always succeeds
3717  * because it falls back to the ".." lookup if the namecache lookup fails.
3718  */
3719 int
3720 vn_path_to_global_path(struct thread *td, struct vnode *vp, char *path,
3721     u_int pathlen)
3722 {
3723         struct nameidata nd;
3724         struct vnode *vp1;
3725         char *rpath, *fbuf;
3726         int error;
3727
3728         ASSERT_VOP_ELOCKED(vp, __func__);
3729
3730         /* Construct global filesystem path from vp. */
3731         VOP_UNLOCK(vp);
3732         error = vn_fullpath_global(vp, &rpath, &fbuf);
3733
3734         if (error != 0) {
3735                 vrele(vp);
3736                 return (error);
3737         }
3738
3739         if (strlen(rpath) >= pathlen) {
3740                 vrele(vp);
3741                 error = ENAMETOOLONG;
3742                 goto out;
3743         }
3744
3745         /*
3746          * Re-lookup the vnode by path to detect a possible rename.
3747          * As a side effect, the vnode is relocked.
3748          * If vnode was renamed, return ENOENT.
3749          */
3750         NDINIT(&nd, LOOKUP, FOLLOW | LOCKLEAF | AUDITVNODE1,
3751             UIO_SYSSPACE, path, td);
3752         error = namei(&nd);
3753         if (error != 0) {
3754                 vrele(vp);
3755                 goto out;
3756         }
3757         NDFREE(&nd, NDF_ONLY_PNBUF);
3758         vp1 = nd.ni_vp;
3759         vrele(vp);
3760         if (vp1 == vp)
3761                 strcpy(path, rpath);
3762         else {
3763                 vput(vp1);
3764                 error = ENOENT;
3765         }
3766
3767 out:
3768         free(fbuf, M_TEMP);
3769         return (error);
3770 }
3771
3772 #ifdef DDB
3773 static void
3774 db_print_vpath(struct vnode *vp)
3775 {
3776
3777         while (vp != NULL) {
3778                 db_printf("%p: ", vp);
3779                 if (vp == rootvnode) {
3780                         db_printf("/");
3781                         vp = NULL;
3782                 } else {
3783                         if (vp->v_vflag & VV_ROOT) {
3784                                 db_printf("<mount point>");
3785                                 vp = vp->v_mount->mnt_vnodecovered;
3786                         } else {
3787                                 struct namecache *ncp;
3788                                 char *ncn;
3789                                 int i;
3790
3791                                 ncp = TAILQ_FIRST(&vp->v_cache_dst);
3792                                 if (ncp != NULL) {
3793                                         ncn = ncp->nc_name;
3794                                         for (i = 0; i < ncp->nc_nlen; i++)
3795                                                 db_printf("%c", *ncn++);
3796                                         vp = ncp->nc_dvp;
3797                                 } else {
3798                                         vp = NULL;
3799                                 }
3800                         }
3801                 }
3802                 db_printf("\n");
3803         }
3804
3805         return;
3806 }
3807
3808 DB_SHOW_COMMAND(vpath, db_show_vpath)
3809 {
3810         struct vnode *vp;
3811
3812         if (!have_addr) {
3813                 db_printf("usage: show vpath <struct vnode *>\n");
3814                 return;
3815         }
3816
3817         vp = (struct vnode *)addr;
3818         db_print_vpath(vp);
3819 }
3820
3821 #endif
3822
3823 static int cache_fast_lookup = 1;
3824 static char __read_frequently cache_fast_lookup_enabled = true;
3825
3826 #define CACHE_FPL_FAILED        -2020
3827
3828 void
3829 cache_fast_lookup_enabled_recalc(void)
3830 {
3831         int lookup_flag;
3832         int mac_on;
3833
3834 #ifdef MAC
3835         mac_on = mac_vnode_check_lookup_enabled();
3836         mac_on |= mac_vnode_check_readlink_enabled();
3837 #else
3838         mac_on = 0;
3839 #endif
3840
3841         lookup_flag = atomic_load_int(&cache_fast_lookup);
3842         if (lookup_flag && !mac_on) {
3843                 atomic_store_char(&cache_fast_lookup_enabled, true);
3844         } else {
3845                 atomic_store_char(&cache_fast_lookup_enabled, false);
3846         }
3847 }
3848
3849 static int
3850 syscal_vfs_cache_fast_lookup(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3851 {
3852         int error, old;
3853
3854         old = atomic_load_int(&cache_fast_lookup);
3855         error = sysctl_handle_int(oidp, arg1, arg2, req);
3856         if (error == 0 && req->newptr && old != atomic_load_int(&cache_fast_lookup))
3857                 cache_fast_lookup_enabled_recalc();
3858         return (error);
3859 }
3860 SYSCTL_PROC(_vfs, OID_AUTO, cache_fast_lookup, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RW|CTLFLAG_MPSAFE,
3861     &cache_fast_lookup, 0, syscal_vfs_cache_fast_lookup, "IU", "");
3862
3863 /*
3864  * Components of nameidata (or objects it can point to) which may
3865  * need restoring in case fast path lookup fails.
3866  */
3867 struct nameidata_outer {
3868         size_t ni_pathlen;
3869         int cn_flags;
3870 };
3871
3872 struct nameidata_saved {
3873 #ifdef INVARIANTS
3874         char *cn_nameptr;
3875         size_t ni_pathlen;
3876 #endif
3877 };
3878
3879 #ifdef INVARIANTS
3880 struct cache_fpl_debug {
3881         size_t ni_pathlen;
3882 };
3883 #endif
3884
3885 struct cache_fpl {
3886         struct nameidata *ndp;
3887         struct componentname *cnp;
3888         char *nulchar;
3889         struct vnode *dvp;
3890         struct vnode *tvp;
3891         seqc_t dvp_seqc;
3892         seqc_t tvp_seqc;
3893         uint32_t hash;
3894         struct nameidata_saved snd;
3895         struct nameidata_outer snd_outer;
3896         int line;
3897         enum cache_fpl_status status:8;
3898         bool in_smr;
3899         bool fsearch;
3900         bool savename;
3901         struct pwd **pwd;
3902 #ifdef INVARIANTS
3903         struct cache_fpl_debug debug;
3904 #endif
3905 };
3906
3907 static bool cache_fplookup_mp_supported(struct mount *mp);
3908 static bool cache_fplookup_is_mp(struct cache_fpl *fpl);
3909 static int cache_fplookup_cross_mount(struct cache_fpl *fpl);
3910 static int cache_fplookup_partial_setup(struct cache_fpl *fpl);
3911 static int cache_fplookup_skip_slashes(struct cache_fpl *fpl);
3912 static int cache_fplookup_trailingslash(struct cache_fpl *fpl);
3913 static void cache_fpl_pathlen_dec(struct cache_fpl *fpl);
3914 static void cache_fpl_pathlen_inc(struct cache_fpl *fpl);
3915 static void cache_fpl_pathlen_add(struct cache_fpl *fpl, size_t n);
3916 static void cache_fpl_pathlen_sub(struct cache_fpl *fpl, size_t n);
3917
3918 static void
3919 cache_fpl_cleanup_cnp(struct componentname *cnp)
3920 {
3921
3922         uma_zfree(namei_zone, cnp->cn_pnbuf);
3923 #ifdef DIAGNOSTIC
3924         cnp->cn_pnbuf = NULL;
3925         cnp->cn_nameptr = NULL;
3926 #endif
3927 }
3928
3929 static struct vnode *
3930 cache_fpl_handle_root(struct cache_fpl *fpl)
3931 {
3932         struct nameidata *ndp;
3933         struct componentname *cnp;
3934
3935         ndp = fpl->ndp;
3936         cnp = fpl->cnp;
3937
3938         MPASS(*(cnp->cn_nameptr) == '/');
3939         cnp->cn_nameptr++;
3940         cache_fpl_pathlen_dec(fpl);
3941
3942         if (__predict_false(*(cnp->cn_nameptr) == '/')) {
3943                 do {
3944                         cnp->cn_nameptr++;
3945                         cache_fpl_pathlen_dec(fpl);
3946                 } while (*(cnp->cn_nameptr) == '/');
3947         }
3948
3949         return (ndp->ni_rootdir);
3950 }
3951
3952 static void
3953 cache_fpl_checkpoint_outer(struct cache_fpl *fpl)
3954 {
3955
3956         fpl->snd_outer.ni_pathlen = fpl->ndp->ni_pathlen;
3957         fpl->snd_outer.cn_flags = fpl->ndp->ni_cnd.cn_flags;
3958 }
3959
3960 static void
3961 cache_fpl_checkpoint(struct cache_fpl *fpl)
3962 {
3963
3964 #ifdef INVARIANTS
3965         fpl->snd.cn_nameptr = fpl->ndp->ni_cnd.cn_nameptr;
3966         fpl->snd.ni_pathlen = fpl->debug.ni_pathlen;
3967 #endif
3968 }
3969
3970 static void
3971 cache_fpl_restore_partial(struct cache_fpl *fpl)
3972 {
3973
3974         fpl->ndp->ni_cnd.cn_flags = fpl->snd_outer.cn_flags;
3975 #ifdef INVARIANTS
3976         fpl->debug.ni_pathlen = fpl->snd.ni_pathlen;
3977 #endif
3978 }
3979
3980 static void
3981 cache_fpl_restore_abort(struct cache_fpl *fpl)
3982 {
3983
3984         cache_fpl_restore_partial(fpl);
3985         /*
3986          * It is 0 on entry by API contract.
3987          */
3988         fpl->ndp->ni_resflags = 0;
3989         fpl->ndp->ni_cnd.cn_nameptr = fpl->ndp->ni_cnd.cn_pnbuf;
3990         fpl->ndp->ni_pathlen = fpl->snd_outer.ni_pathlen;
3991 }
3992
3993 #ifdef INVARIANTS
3994 #define cache_fpl_smr_assert_entered(fpl) ({                    \
3995         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
3996         MPASS(_fpl->in_smr == true);                            \
3997         VFS_SMR_ASSERT_ENTERED();                               \
3998 })
3999 #define cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl) ({                \
4000         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
4001         MPASS(_fpl->in_smr == false);                           \
4002         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();                           \
4003 })
4004 static void
4005 cache_fpl_assert_status(struct cache_fpl *fpl)
4006 {
4007
4008         switch (fpl->status) {
4009         case CACHE_FPL_STATUS_UNSET:
4010                 __assert_unreachable();
4011                 break;
4012         case CACHE_FPL_STATUS_DESTROYED:
4013         case CACHE_FPL_STATUS_ABORTED:
4014         case CACHE_FPL_STATUS_PARTIAL:
4015         case CACHE_FPL_STATUS_HANDLED:
4016                 break;
4017         }
4018 }
4019 #else
4020 #define cache_fpl_smr_assert_entered(fpl) do { } while (0)
4021 #define cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl) do { } while (0)
4022 #define cache_fpl_assert_status(fpl) do { } while (0)
4023 #endif
4024
4025 #define cache_fpl_smr_enter_initial(fpl) ({                     \
4026         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
4027         vfs_smr_enter();                                        \
4028         _fpl->in_smr = true;                                    \
4029 })
4030
4031 #define cache_fpl_smr_enter(fpl) ({                             \
4032         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
4033         MPASS(_fpl->in_smr == false);                           \
4034         vfs_smr_enter();                                        \
4035         _fpl->in_smr = true;                                    \
4036 })
4037
4038 #define cache_fpl_smr_exit(fpl) ({                              \
4039         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
4040         MPASS(_fpl->in_smr == true);                            \
4041         vfs_smr_exit();                                         \
4042         _fpl->in_smr = false;                                   \
4043 })
4044
4045 static int
4046 cache_fpl_aborted_early_impl(struct cache_fpl *fpl, int line)
4047 {
4048
4049         if (fpl->status != CACHE_FPL_STATUS_UNSET) {
4050                 KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_PARTIAL,
4051                     ("%s: converting to abort from %d at %d, set at %d\n",
4052                     __func__, fpl->status, line, fpl->line));
4053         }
4054         cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl);
4055         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_ABORTED;
4056         fpl->line = line;
4057         return (CACHE_FPL_FAILED);
4058 }
4059
4060 #define cache_fpl_aborted_early(x)      cache_fpl_aborted_early_impl((x), __LINE__)
4061
4062 static int __noinline
4063 cache_fpl_aborted_impl(struct cache_fpl *fpl, int line)
4064 {
4065         struct nameidata *ndp;
4066         struct componentname *cnp;
4067
4068         ndp = fpl->ndp;
4069         cnp = fpl->cnp;
4070
4071         if (fpl->status != CACHE_FPL_STATUS_UNSET) {
4072                 KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_PARTIAL,
4073                     ("%s: converting to abort from %d at %d, set at %d\n",
4074                     __func__, fpl->status, line, fpl->line));
4075         }
4076         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_ABORTED;
4077         fpl->line = line;
4078         if (fpl->in_smr)
4079                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4080         cache_fpl_restore_abort(fpl);
4081         /*
4082          * Resolving symlinks overwrites data passed by the caller.
4083          * Let namei know.
4084          */
4085         if (ndp->ni_loopcnt > 0) {
4086                 fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_DESTROYED;
4087                 cache_fpl_cleanup_cnp(cnp);
4088         }
4089         return (CACHE_FPL_FAILED);
4090 }
4091
4092 #define cache_fpl_aborted(x)    cache_fpl_aborted_impl((x), __LINE__)
4093
4094 static int __noinline
4095 cache_fpl_partial_impl(struct cache_fpl *fpl, int line)
4096 {
4097
4098         KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_UNSET,
4099             ("%s: setting to partial at %d, but already set to %d at %d\n",
4100             __func__, line, fpl->status, fpl->line));
4101         cache_fpl_smr_assert_entered(fpl);
4102         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_PARTIAL;
4103         fpl->line = line;
4104         return (cache_fplookup_partial_setup(fpl));
4105 }
4106
4107 #define cache_fpl_partial(x)    cache_fpl_partial_impl((x), __LINE__)
4108
4109 static int
4110 cache_fpl_handled_impl(struct cache_fpl *fpl, int line)
4111 {
4112
4113         KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_UNSET,
4114             ("%s: setting to handled at %d, but already set to %d at %d\n",
4115             __func__, line, fpl->status, fpl->line));
4116         cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl);
4117         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_HANDLED;
4118         fpl->line = line;
4119         return (0);
4120 }
4121
4122 #define cache_fpl_handled(x)    cache_fpl_handled_impl((x), __LINE__)
4123
4124 static int
4125 cache_fpl_handled_error_impl(struct cache_fpl *fpl, int error, int line)
4126 {
4127
4128         KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_UNSET,
4129             ("%s: setting to handled at %d, but already set to %d at %d\n",
4130             __func__, line, fpl->status, fpl->line));
4131         MPASS(error != 0);
4132         MPASS(error != CACHE_FPL_FAILED);
4133         cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl);
4134         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_HANDLED;
4135         fpl->line = line;
4136         fpl->dvp = NULL;
4137         fpl->tvp = NULL;
4138         fpl->savename = false;
4139         return (error);
4140 }
4141
4142 #define cache_fpl_handled_error(x, e)   cache_fpl_handled_error_impl((x), (e), __LINE__)
4143
4144 static bool
4145 cache_fpl_terminated(struct cache_fpl *fpl)
4146 {
4147
4148         return (fpl->status != CACHE_FPL_STATUS_UNSET);
4149 }
4150
4151 #define CACHE_FPL_SUPPORTED_CN_FLAGS \
4152         (NC_NOMAKEENTRY | NC_KEEPPOSENTRY | LOCKLEAF | LOCKPARENT | WANTPARENT | \
4153          FAILIFEXISTS | FOLLOW | LOCKSHARED | SAVENAME | SAVESTART | WILLBEDIR | \
4154          ISOPEN | NOMACCHECK | AUDITVNODE1 | AUDITVNODE2 | NOCAPCHECK)
4155
4156 #define CACHE_FPL_INTERNAL_CN_FLAGS \
4157         (ISDOTDOT | MAKEENTRY | ISLASTCN)
4158
4159 _Static_assert((CACHE_FPL_SUPPORTED_CN_FLAGS & CACHE_FPL_INTERNAL_CN_FLAGS) == 0,
4160     "supported and internal flags overlap");
4161
4162 static bool
4163 cache_fpl_islastcn(struct nameidata *ndp)
4164 {
4165
4166         return (*ndp->ni_next == 0);
4167 }
4168
4169 static bool
4170 cache_fpl_istrailingslash(struct cache_fpl *fpl)
4171 {
4172
4173         return (*(fpl->nulchar - 1) == '/');
4174 }
4175
4176 static bool
4177 cache_fpl_isdotdot(struct componentname *cnp)
4178 {
4179
4180         if (cnp->cn_namelen == 2 &&
4181             cnp->cn_nameptr[1] == '.' && cnp->cn_nameptr[0] == '.')
4182                 return (true);
4183         return (false);
4184 }
4185
4186 static bool
4187 cache_can_fplookup(struct cache_fpl *fpl)
4188 {
4189         struct nameidata *ndp;
4190         struct componentname *cnp;
4191         struct thread *td;
4192
4193         ndp = fpl->ndp;
4194         cnp = fpl->cnp;
4195         td = cnp->cn_thread;
4196
4197         if (!atomic_load_char(&cache_fast_lookup_enabled)) {
4198                 cache_fpl_aborted_early(fpl);
4199                 return (false);
4200         }
4201         if ((cnp->cn_flags & ~CACHE_FPL_SUPPORTED_CN_FLAGS) != 0) {
4202                 cache_fpl_aborted_early(fpl);
4203                 return (false);
4204         }
4205         if (IN_CAPABILITY_MODE(td)) {
4206                 cache_fpl_aborted_early(fpl);
4207                 return (false);
4208         }
4209         if (AUDITING_TD(td)) {
4210                 cache_fpl_aborted_early(fpl);
4211                 return (false);
4212         }
4213         if (ndp->ni_startdir != NULL) {
4214                 cache_fpl_aborted_early(fpl);
4215                 return (false);
4216         }
4217         return (true);
4218 }
4219
4220 static int
4221 cache_fplookup_dirfd(struct cache_fpl *fpl, struct vnode **vpp)
4222 {
4223         struct nameidata *ndp;
4224         int error;
4225         bool fsearch;
4226
4227         ndp = fpl->ndp;
4228         error = fgetvp_lookup_smr(ndp->ni_dirfd, ndp, vpp, &fsearch);
4229         if (__predict_false(error != 0)) {
4230                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4231         }
4232         fpl->fsearch = fsearch;
4233         return (0);
4234 }
4235
4236 static int __noinline
4237 cache_fplookup_negative_promote(struct cache_fpl *fpl, struct namecache *oncp,
4238     uint32_t hash)
4239 {
4240         struct componentname *cnp;
4241         struct vnode *dvp;
4242
4243         cnp = fpl->cnp;
4244         dvp = fpl->dvp;
4245
4246         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4247         if (cache_neg_promote_cond(dvp, cnp, oncp, hash))
4248                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENOENT));
4249         else
4250                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4251 }
4252
4253 /*
4254  * The target vnode is not supported, prepare for the slow path to take over.
4255  */
4256 static int __noinline
4257 cache_fplookup_partial_setup(struct cache_fpl *fpl)
4258 {
4259         struct nameidata *ndp;
4260         struct componentname *cnp;
4261         enum vgetstate dvs;
4262         struct vnode *dvp;
4263         struct pwd *pwd;
4264         seqc_t dvp_seqc;
4265
4266         ndp = fpl->ndp;
4267         cnp = fpl->cnp;
4268         pwd = *(fpl->pwd);
4269         dvp = fpl->dvp;
4270         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4271
4272         if (!pwd_hold_smr(pwd)) {
4273                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4274         }
4275
4276         /*
4277          * Note that seqc is checked before the vnode is locked, so by
4278          * the time regular lookup gets to it it may have moved.
4279          *
4280          * Ultimately this does not affect correctness, any lookup errors
4281          * are userspace racing with itself. It is guaranteed that any
4282          * path which ultimately gets found could also have been found
4283          * by regular lookup going all the way in absence of concurrent
4284          * modifications.
4285          */
4286         dvs = vget_prep_smr(dvp);
4287         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4288         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
4289                 pwd_drop(pwd);
4290                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4291         }
4292
4293         vget_finish_ref(dvp, dvs);
4294         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
4295                 vrele(dvp);
4296                 pwd_drop(pwd);
4297                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4298         }
4299
4300         cache_fpl_restore_partial(fpl);
4301 #ifdef INVARIANTS
4302         if (cnp->cn_nameptr != fpl->snd.cn_nameptr) {
4303                 panic("%s: cn_nameptr mismatch (%p != %p) full [%s]\n", __func__,
4304                     cnp->cn_nameptr, fpl->snd.cn_nameptr, cnp->cn_pnbuf);
4305         }
4306 #endif
4307
4308         ndp->ni_startdir = dvp;
4309         cnp->cn_flags |= MAKEENTRY;
4310         if (cache_fpl_islastcn(ndp))
4311                 cnp->cn_flags |= ISLASTCN;
4312         if (cache_fpl_isdotdot(cnp))
4313                 cnp->cn_flags |= ISDOTDOT;
4314
4315         /*
4316          * Skip potential extra slashes parsing did not take care of.
4317          * cache_fplookup_skip_slashes explains the mechanism.
4318          */
4319         if (__predict_false(*(cnp->cn_nameptr) == '/')) {
4320                 do {
4321                         cnp->cn_nameptr++;
4322                         cache_fpl_pathlen_dec(fpl);
4323                 } while (*(cnp->cn_nameptr) == '/');
4324         }
4325
4326         ndp->ni_pathlen = fpl->nulchar - cnp->cn_nameptr + 1;
4327 #ifdef INVARIANTS
4328         if (ndp->ni_pathlen != fpl->debug.ni_pathlen) {
4329                 panic("%s: mismatch (%zu != %zu) nulchar %p nameptr %p [%s] ; full string [%s]\n",
4330                     __func__, ndp->ni_pathlen, fpl->debug.ni_pathlen, fpl->nulchar,
4331                     cnp->cn_nameptr, cnp->cn_nameptr, cnp->cn_pnbuf);
4332         }
4333 #endif
4334         return (0);
4335 }
4336
4337 static int
4338 cache_fplookup_final_child(struct cache_fpl *fpl, enum vgetstate tvs)
4339 {
4340         struct componentname *cnp;
4341         struct vnode *tvp;
4342         seqc_t tvp_seqc;
4343         int error, lkflags;
4344
4345         cnp = fpl->cnp;
4346         tvp = fpl->tvp;
4347         tvp_seqc = fpl->tvp_seqc;
4348
4349         if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) != 0) {
4350                 lkflags = LK_SHARED;
4351                 if ((cnp->cn_flags & LOCKSHARED) == 0)
4352                         lkflags = LK_EXCLUSIVE;
4353                 error = vget_finish(tvp, lkflags, tvs);
4354                 if (__predict_false(error != 0)) {
4355                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4356                 }
4357         } else {
4358                 vget_finish_ref(tvp, tvs);
4359         }
4360
4361         if (!vn_seqc_consistent(tvp, tvp_seqc)) {
4362                 if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) != 0)
4363                         vput(tvp);
4364                 else
4365                         vrele(tvp);
4366                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4367         }
4368
4369         return (cache_fpl_handled(fpl));
4370 }
4371
4372 /*
4373  * They want to possibly modify the state of the namecache.
4374  */
4375 static int __noinline
4376 cache_fplookup_final_modifying(struct cache_fpl *fpl)
4377 {
4378         struct nameidata *ndp;
4379         struct componentname *cnp;
4380         enum vgetstate dvs;
4381         struct vnode *dvp, *tvp;
4382         struct mount *mp;
4383         seqc_t dvp_seqc;
4384         int error;
4385         bool docache;
4386
4387         ndp = fpl->ndp;
4388         cnp = fpl->cnp;
4389         dvp = fpl->dvp;
4390         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4391
4392         MPASS(*(cnp->cn_nameptr) != '/');
4393         MPASS(cache_fpl_islastcn(ndp));
4394         if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) == 0)
4395                 MPASS((cnp->cn_flags & WANTPARENT) != 0);
4396         MPASS((cnp->cn_flags & TRAILINGSLASH) == 0);
4397         MPASS(cnp->cn_nameiop == CREATE || cnp->cn_nameiop == DELETE ||
4398             cnp->cn_nameiop == RENAME);
4399         MPASS((cnp->cn_flags & MAKEENTRY) == 0);
4400         MPASS((cnp->cn_flags & ISDOTDOT) == 0);
4401
4402         docache = (cnp->cn_flags & NOCACHE) ^ NOCACHE;
4403         if (cnp->cn_nameiop == DELETE || cnp->cn_nameiop == RENAME)
4404                 docache = false;
4405
4406         /*
4407          * Regular lookup nulifies the slash, which we don't do here.
4408          * Don't take chances with filesystem routines seeing it for
4409          * the last entry.
4410          */
4411         if (cache_fpl_istrailingslash(fpl)) {
4412                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4413         }
4414
4415         mp = atomic_load_ptr(&dvp->v_mount);
4416         if (__predict_false(mp == NULL)) {
4417                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4418         }
4419
4420         if (__predict_false(mp->mnt_flag & MNT_RDONLY)) {
4421                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4422                 /*
4423                  * Original code keeps not checking for CREATE which
4424                  * might be a bug. For now let the old lookup decide.
4425                  */
4426                 if (cnp->cn_nameiop == CREATE) {
4427                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4428                 }
4429                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, EROFS));
4430         }
4431
4432         if (fpl->tvp != NULL && (cnp->cn_flags & FAILIFEXISTS) != 0) {
4433                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4434                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, EEXIST));
4435         }
4436
4437         /*
4438          * Secure access to dvp; check cache_fplookup_partial_setup for
4439          * reasoning.
4440          *
4441          * XXX At least UFS requires its lookup routine to be called for
4442          * the last path component, which leads to some level of complication
4443          * and inefficiency:
4444          * - the target routine always locks the target vnode, but our caller
4445          *   may not need it locked
4446          * - some of the VOP machinery asserts that the parent is locked, which
4447          *   once more may be not required
4448          *
4449          * TODO: add a flag for filesystems which don't need this.
4450          */
4451         dvs = vget_prep_smr(dvp);
4452         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4453         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
4454                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4455         }
4456
4457         vget_finish_ref(dvp, dvs);
4458         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
4459                 vrele(dvp);
4460                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4461         }
4462
4463         error = vn_lock(dvp, LK_EXCLUSIVE);
4464         if (__predict_false(error != 0)) {
4465                 vrele(dvp);
4466                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4467         }
4468
4469         tvp = NULL;
4470         cnp->cn_flags |= ISLASTCN;
4471         if (docache)
4472                 cnp->cn_flags |= MAKEENTRY;
4473         if (cache_fpl_isdotdot(cnp))
4474                 cnp->cn_flags |= ISDOTDOT;
4475         cnp->cn_lkflags = LK_EXCLUSIVE;
4476         error = VOP_LOOKUP(dvp, &tvp, cnp);
4477         switch (error) {
4478         case EJUSTRETURN:
4479         case 0:
4480                 break;
4481         case ENOTDIR:
4482         case ENOENT:
4483                 vput(dvp);
4484                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, error));
4485         default:
4486                 vput(dvp);
4487                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4488         }
4489
4490         fpl->tvp = tvp;
4491         fpl->savename = (cnp->cn_flags & SAVENAME) != 0;
4492
4493         if (tvp == NULL) {
4494                 if ((cnp->cn_flags & SAVESTART) != 0) {
4495                         ndp->ni_startdir = dvp;
4496                         vrefact(ndp->ni_startdir);
4497                         cnp->cn_flags |= SAVENAME;
4498                         fpl->savename = true;
4499                 }
4500                 MPASS(error == EJUSTRETURN);
4501                 if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) == 0) {
4502                         VOP_UNLOCK(dvp);
4503                 }
4504                 return (cache_fpl_handled(fpl));
4505         }
4506
4507         /*
4508          * There are very hairy corner cases concerning various flag combinations
4509          * and locking state. In particular here we only hold one lock instead of
4510          * two.
4511          *
4512          * Skip the complexity as it is of no significance for normal workloads.
4513          */
4514         if (__predict_false(tvp == dvp)) {
4515                 vput(dvp);
4516                 vrele(tvp);
4517                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4518         }
4519
4520         /*
4521          * If they want the symlink itself we are fine, but if they want to
4522          * follow it regular lookup has to be engaged.
4523          */
4524         if (tvp->v_type == VLNK) {
4525                 if ((cnp->cn_flags & FOLLOW) != 0) {
4526                         vput(dvp);
4527                         vput(tvp);
4528                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4529                 }
4530         }
4531
4532         /*
4533          * Since we expect this to be the terminal vnode it should almost never
4534          * be a mount point.
4535          */
4536         if (__predict_false(cache_fplookup_is_mp(fpl))) {
4537                 vput(dvp);
4538                 vput(tvp);
4539                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4540         }
4541
4542         if ((cnp->cn_flags & FAILIFEXISTS) != 0) {
4543                 vput(dvp);
4544                 vput(tvp);
4545                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, EEXIST));
4546         }
4547
4548         if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) == 0) {
4549                 VOP_UNLOCK(tvp);
4550         }
4551
4552         if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) == 0) {
4553                 VOP_UNLOCK(dvp);
4554         }
4555
4556         if ((cnp->cn_flags & SAVESTART) != 0) {
4557                 ndp->ni_startdir = dvp;
4558                 vrefact(ndp->ni_startdir);
4559                 cnp->cn_flags |= SAVENAME;
4560                 fpl->savename = true;
4561         }
4562
4563         return (cache_fpl_handled(fpl));
4564 }
4565
4566 static int __noinline
4567 cache_fplookup_modifying(struct cache_fpl *fpl)
4568 {
4569         struct nameidata *ndp;
4570
4571         ndp = fpl->ndp;
4572
4573         if (!cache_fpl_islastcn(ndp)) {
4574                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4575         }
4576         return (cache_fplookup_final_modifying(fpl));
4577 }
4578
4579 static int __noinline
4580 cache_fplookup_final_withparent(struct cache_fpl *fpl)
4581 {
4582         struct componentname *cnp;
4583         enum vgetstate dvs, tvs;
4584         struct vnode *dvp, *tvp;
4585         seqc_t dvp_seqc;
4586         int error;
4587
4588         cnp = fpl->cnp;
4589         dvp = fpl->dvp;
4590         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4591         tvp = fpl->tvp;
4592
4593         MPASS((cnp->cn_flags & (LOCKPARENT|WANTPARENT)) != 0);
4594
4595         /*
4596          * This is less efficient than it can be for simplicity.
4597          */
4598         dvs = vget_prep_smr(dvp);
4599         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
4600                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4601         }
4602         tvs = vget_prep_smr(tvp);
4603         if (__predict_false(tvs == VGET_NONE)) {
4604                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4605                 vget_abort(dvp, dvs);
4606                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4607         }
4608
4609         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4610
4611         if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) != 0) {
4612                 error = vget_finish(dvp, LK_EXCLUSIVE, dvs);
4613                 if (__predict_false(error != 0)) {
4614                         vget_abort(tvp, tvs);
4615                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4616                 }
4617         } else {
4618                 vget_finish_ref(dvp, dvs);
4619         }
4620
4621         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
4622                 vget_abort(tvp, tvs);
4623                 if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) != 0)
4624                         vput(dvp);
4625                 else
4626                         vrele(dvp);
4627                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4628         }
4629
4630         error = cache_fplookup_final_child(fpl, tvs);
4631         if (__predict_false(error != 0)) {
4632                 MPASS(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_ABORTED ||
4633                     fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_DESTROYED);
4634                 if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) != 0)
4635                         vput(dvp);
4636                 else
4637                         vrele(dvp);
4638                 return (error);
4639         }
4640
4641         MPASS(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_HANDLED);
4642         return (0);
4643 }
4644
4645 static int
4646 cache_fplookup_final(struct cache_fpl *fpl)
4647 {
4648         struct componentname *cnp;
4649         enum vgetstate tvs;
4650         struct vnode *dvp, *tvp;
4651         seqc_t dvp_seqc;
4652
4653         cnp = fpl->cnp;
4654         dvp = fpl->dvp;
4655         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4656         tvp = fpl->tvp;
4657
4658         MPASS(*(cnp->cn_nameptr) != '/');
4659
4660         if (cnp->cn_nameiop != LOOKUP) {
4661                 return (cache_fplookup_final_modifying(fpl));
4662         }
4663
4664         if ((cnp->cn_flags & (LOCKPARENT|WANTPARENT)) != 0)
4665                 return (cache_fplookup_final_withparent(fpl));
4666
4667         tvs = vget_prep_smr(tvp);
4668         if (__predict_false(tvs == VGET_NONE)) {
4669                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4670         }
4671
4672         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
4673                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4674                 vget_abort(tvp, tvs);
4675                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4676         }
4677
4678         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4679         return (cache_fplookup_final_child(fpl, tvs));
4680 }
4681
4682 /*
4683  * Comment from locked lookup:
4684  * Check for degenerate name (e.g. / or "") which is a way of talking about a
4685  * directory, e.g. like "/." or ".".
4686  */
4687 static int __noinline
4688 cache_fplookup_degenerate(struct cache_fpl *fpl)
4689 {
4690         struct componentname *cnp;
4691         struct vnode *dvp;
4692         enum vgetstate dvs;
4693         int error, lkflags;
4694 #ifdef INVARIANTS
4695         char *cp;
4696 #endif
4697
4698         fpl->tvp = fpl->dvp;
4699         fpl->tvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4700
4701         cnp = fpl->cnp;
4702         dvp = fpl->dvp;
4703
4704 #ifdef INVARIANTS
4705         for (cp = cnp->cn_pnbuf; *cp != '\0'; cp++) {
4706                 KASSERT(*cp == '/',
4707                     ("%s: encountered non-slash; string [%s]\n", __func__,
4708                     cnp->cn_pnbuf));
4709         }
4710 #endif
4711
4712         if (__predict_false(cnp->cn_nameiop != LOOKUP)) {
4713                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4714                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, EISDIR));
4715         }
4716
4717         MPASS((cnp->cn_flags & SAVESTART) == 0);
4718
4719         if ((cnp->cn_flags & (LOCKPARENT|WANTPARENT)) != 0) {
4720                 return (cache_fplookup_final_withparent(fpl));
4721         }
4722
4723         dvs = vget_prep_smr(dvp);
4724         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4725         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
4726                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4727         }
4728
4729         if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) != 0) {
4730                 lkflags = LK_SHARED;
4731                 if ((cnp->cn_flags & LOCKSHARED) == 0)
4732                         lkflags = LK_EXCLUSIVE;
4733                 error = vget_finish(dvp, lkflags, dvs);
4734                 if (__predict_false(error != 0)) {
4735                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4736                 }
4737         } else {
4738                 vget_finish_ref(dvp, dvs);
4739         }
4740         return (cache_fpl_handled(fpl));
4741 }
4742
4743 static int __noinline
4744 cache_fplookup_noentry(struct cache_fpl *fpl)
4745 {
4746         struct nameidata *ndp;
4747         struct componentname *cnp;
4748         enum vgetstate dvs;
4749         struct vnode *dvp, *tvp;
4750         seqc_t dvp_seqc;
4751         int error;
4752         bool docache;
4753
4754         ndp = fpl->ndp;
4755         cnp = fpl->cnp;
4756         dvp = fpl->dvp;
4757         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4758
4759         MPASS((cnp->cn_flags & MAKEENTRY) == 0);
4760         MPASS((cnp->cn_flags & ISDOTDOT) == 0);
4761         MPASS(!cache_fpl_isdotdot(cnp));
4762
4763         /*
4764          * Hack: delayed name len checking.
4765          */
4766         if (__predict_false(cnp->cn_namelen > NAME_MAX)) {
4767                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4768                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENAMETOOLONG));
4769         }
4770
4771         if (cnp->cn_nameptr[0] == '/') {
4772                 return (cache_fplookup_skip_slashes(fpl));
4773         }
4774
4775         if (cnp->cn_nameptr[0] == '\0') {
4776                 if (fpl->tvp == NULL) {
4777                         return (cache_fplookup_degenerate(fpl));
4778                 }
4779                 return (cache_fplookup_trailingslash(fpl));
4780         }
4781
4782         if (cnp->cn_nameiop != LOOKUP) {
4783                 fpl->tvp = NULL;
4784                 return (cache_fplookup_modifying(fpl));
4785         }
4786
4787         MPASS((cnp->cn_flags & SAVESTART) == 0);
4788
4789         /*
4790          * Only try to fill in the component if it is the last one,
4791          * otherwise not only there may be several to handle but the
4792          * walk may be complicated.
4793          */
4794         if (!cache_fpl_islastcn(ndp)) {
4795                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4796         }
4797
4798         /*
4799          * Regular lookup nulifies the slash, which we don't do here.
4800          * Don't take chances with filesystem routines seeing it for
4801          * the last entry.
4802          */
4803         if (cache_fpl_istrailingslash(fpl)) {
4804                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4805         }
4806
4807         /*
4808          * Secure access to dvp; check cache_fplookup_partial_setup for
4809          * reasoning.
4810          */
4811         dvs = vget_prep_smr(dvp);
4812         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4813         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
4814                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4815         }
4816
4817         vget_finish_ref(dvp, dvs);
4818         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
4819                 vrele(dvp);
4820                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4821         }
4822
4823         error = vn_lock(dvp, LK_SHARED);
4824         if (__predict_false(error != 0)) {
4825                 vrele(dvp);
4826                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4827         }
4828
4829         tvp = NULL;
4830         /*
4831          * TODO: provide variants which don't require locking either vnode.
4832          */
4833         cnp->cn_flags |= ISLASTCN;
4834         docache = (cnp->cn_flags & NOCACHE) ^ NOCACHE;
4835         if (docache)
4836                 cnp->cn_flags |= MAKEENTRY;
4837         cnp->cn_lkflags = LK_SHARED;
4838         if ((cnp->cn_flags & LOCKSHARED) == 0) {
4839                 cnp->cn_lkflags = LK_EXCLUSIVE;
4840         }
4841         error = VOP_LOOKUP(dvp, &tvp, cnp);
4842         switch (error) {
4843         case EJUSTRETURN:
4844         case 0:
4845                 break;
4846         case ENOTDIR:
4847         case ENOENT:
4848                 vput(dvp);
4849                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, error));
4850         default:
4851                 vput(dvp);
4852                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4853         }
4854
4855         fpl->tvp = tvp;
4856         if (!fpl->savename) {
4857                 MPASS((cnp->cn_flags & SAVENAME) == 0);
4858         }
4859
4860         if (tvp == NULL) {
4861                 MPASS(error == EJUSTRETURN);
4862                 if ((cnp->cn_flags & (WANTPARENT | LOCKPARENT)) == 0) {
4863                         vput(dvp);
4864                 } else if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) == 0) {
4865                         VOP_UNLOCK(dvp);
4866                 }
4867                 return (cache_fpl_handled(fpl));
4868         }
4869
4870         if (tvp->v_type == VLNK) {
4871                 if ((cnp->cn_flags & FOLLOW) != 0) {
4872                         vput(dvp);
4873                         vput(tvp);
4874                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4875                 }
4876         }
4877
4878         if (__predict_false(cache_fplookup_is_mp(fpl))) {
4879                 vput(dvp);
4880                 vput(tvp);
4881                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4882         }
4883
4884         if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) == 0) {
4885                 VOP_UNLOCK(tvp);
4886         }
4887
4888         if ((cnp->cn_flags & (WANTPARENT | LOCKPARENT)) == 0) {
4889                 vput(dvp);
4890         } else if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) == 0) {
4891                 VOP_UNLOCK(dvp);
4892         }
4893         return (cache_fpl_handled(fpl));
4894 }
4895
4896 static int __noinline
4897 cache_fplookup_dot(struct cache_fpl *fpl)
4898 {
4899         int error;
4900
4901         MPASS(!seqc_in_modify(fpl->dvp_seqc));
4902         /*
4903          * Just re-assign the value. seqc will be checked later for the first
4904          * non-dot path component in line and/or before deciding to return the
4905          * vnode.
4906          */
4907         fpl->tvp = fpl->dvp;
4908         fpl->tvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4909
4910         counter_u64_add(dothits, 1);
4911         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, fpl->dvp, ".", fpl->dvp);
4912
4913         error = 0;
4914         if (cache_fplookup_is_mp(fpl)) {
4915                 error = cache_fplookup_cross_mount(fpl);
4916         }
4917         return (error);
4918 }
4919
4920 static int __noinline
4921 cache_fplookup_dotdot(struct cache_fpl *fpl)
4922 {
4923         struct nameidata *ndp;
4924         struct componentname *cnp;
4925         struct namecache *ncp;
4926         struct vnode *dvp;
4927         struct prison *pr;
4928         u_char nc_flag;
4929
4930         ndp = fpl->ndp;
4931         cnp = fpl->cnp;
4932         dvp = fpl->dvp;
4933
4934         MPASS(cache_fpl_isdotdot(cnp));
4935
4936         /*
4937          * XXX this is racy the same way regular lookup is
4938          */
4939         for (pr = cnp->cn_cred->cr_prison; pr != NULL;
4940             pr = pr->pr_parent)
4941                 if (dvp == pr->pr_root)
4942                         break;
4943
4944         if (dvp == ndp->ni_rootdir ||
4945             dvp == ndp->ni_topdir ||
4946             dvp == rootvnode ||
4947             pr != NULL) {
4948                 fpl->tvp = dvp;
4949                 fpl->tvp_seqc = vn_seqc_read_any(dvp);
4950                 if (seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc)) {
4951                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4952                 }
4953                 return (0);
4954         }
4955
4956         if ((dvp->v_vflag & VV_ROOT) != 0) {
4957                 /*
4958                  * TODO
4959                  * The opposite of climb mount is needed here.
4960                  */
4961                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4962         }
4963
4964         ncp = atomic_load_consume_ptr(&dvp->v_cache_dd);
4965         if (ncp == NULL) {
4966                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4967         }
4968
4969         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
4970         if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
4971                 if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
4972                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4973                 fpl->tvp = ncp->nc_vp;
4974         } else {
4975                 fpl->tvp = ncp->nc_dvp;
4976         }
4977
4978         fpl->tvp_seqc = vn_seqc_read_any(fpl->tvp);
4979         if (seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc)) {
4980                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4981         }
4982
4983         /*
4984          * Acquire fence provided by vn_seqc_read_any above.
4985          */
4986         if (__predict_false(atomic_load_ptr(&dvp->v_cache_dd) != ncp)) {
4987                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4988         }
4989
4990         if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
4991                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4992         }
4993
4994         counter_u64_add(dotdothits, 1);
4995         return (0);
4996 }
4997
4998 static int __noinline
4999 cache_fplookup_neg(struct cache_fpl *fpl, struct namecache *ncp, uint32_t hash)
5000 {
5001         u_char nc_flag;
5002         bool neg_promote;
5003
5004         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
5005         MPASS((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0);
5006         /*
5007          * If they want to create an entry we need to replace this one.
5008          */
5009         if (__predict_false(fpl->cnp->cn_nameiop != LOOKUP)) {
5010                 fpl->tvp = NULL;
5011                 return (cache_fplookup_modifying(fpl));
5012         }
5013         neg_promote = cache_neg_hit_prep(ncp);
5014         if (!cache_fpl_neg_ncp_canuse(ncp)) {
5015                 cache_neg_hit_abort(ncp);
5016                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5017         }
5018         if (neg_promote) {
5019                 return (cache_fplookup_negative_promote(fpl, ncp, hash));
5020         }
5021         cache_neg_hit_finish(ncp);
5022         cache_fpl_smr_exit(fpl);
5023         return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENOENT));
5024 }
5025
5026 /*
5027  * Resolve a symlink. Called by filesystem-specific routines.
5028  *
5029  * Code flow is:
5030  * ... -> cache_fplookup_symlink -> VOP_FPLOOKUP_SYMLINK -> cache_symlink_resolve
5031  */
5032 int
5033 cache_symlink_resolve(struct cache_fpl *fpl, const char *string, size_t len)
5034 {
5035         struct nameidata *ndp;
5036         struct componentname *cnp;
5037         size_t adjust;
5038
5039         ndp = fpl->ndp;
5040         cnp = fpl->cnp;
5041
5042         if (__predict_false(len == 0)) {
5043                 return (ENOENT);
5044         }
5045
5046         if (__predict_false(len > MAXPATHLEN - 2)) {
5047                 if (cache_fpl_istrailingslash(fpl)) {
5048                         return (EAGAIN);
5049                 }
5050         }
5051
5052         ndp->ni_pathlen = fpl->nulchar - cnp->cn_nameptr - cnp->cn_namelen + 1;
5053 #ifdef INVARIANTS
5054         if (ndp->ni_pathlen != fpl->debug.ni_pathlen) {
5055                 panic("%s: mismatch (%zu != %zu) nulchar %p nameptr %p [%s] ; full string [%s]\n",
5056                     __func__, ndp->ni_pathlen, fpl->debug.ni_pathlen, fpl->nulchar,
5057                     cnp->cn_nameptr, cnp->cn_nameptr, cnp->cn_pnbuf);
5058         }
5059 #endif
5060
5061         if (__predict_false(len + ndp->ni_pathlen > MAXPATHLEN)) {
5062                 return (ENAMETOOLONG);
5063         }
5064
5065         if (__predict_false(ndp->ni_loopcnt++ >= MAXSYMLINKS)) {
5066                 return (ELOOP);
5067         }
5068
5069         adjust = len;
5070         if (ndp->ni_pathlen > 1) {
5071                 bcopy(ndp->ni_next, cnp->cn_pnbuf + len, ndp->ni_pathlen);
5072         } else {
5073                 if (cache_fpl_istrailingslash(fpl)) {
5074                         adjust = len + 1;
5075                         cnp->cn_pnbuf[len] = '/';
5076                         cnp->cn_pnbuf[len + 1] = '\0';
5077                 } else {
5078                         cnp->cn_pnbuf[len] = '\0';
5079                 }
5080         }
5081         bcopy(string, cnp->cn_pnbuf, len);
5082
5083         ndp->ni_pathlen += adjust;
5084         cache_fpl_pathlen_add(fpl, adjust);
5085         cnp->cn_nameptr = cnp->cn_pnbuf;
5086         fpl->nulchar = &cnp->cn_nameptr[ndp->ni_pathlen - 1];
5087         fpl->tvp = NULL;
5088         return (0);
5089 }
5090
5091 static int __noinline
5092 cache_fplookup_symlink(struct cache_fpl *fpl)
5093 {
5094         struct mount *mp;
5095         struct nameidata *ndp;
5096         struct componentname *cnp;
5097         struct vnode *dvp, *tvp;
5098         int error;
5099
5100         ndp = fpl->ndp;
5101         cnp = fpl->cnp;
5102         dvp = fpl->dvp;
5103         tvp = fpl->tvp;
5104
5105         if (cache_fpl_islastcn(ndp)) {
5106                 if ((cnp->cn_flags & FOLLOW) == 0) {
5107                         return (cache_fplookup_final(fpl));
5108                 }
5109         }
5110
5111         mp = atomic_load_ptr(&dvp->v_mount);
5112         if (__predict_false(mp == NULL)) {
5113                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5114         }
5115
5116         /*
5117          * Note this check races against setting the flag just like regular
5118          * lookup.
5119          */
5120         if (__predict_false((mp->mnt_flag & MNT_NOSYMFOLLOW) != 0)) {
5121                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
5122                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, EACCES));
5123         }
5124
5125         error = VOP_FPLOOKUP_SYMLINK(tvp, fpl);
5126         if (__predict_false(error != 0)) {
5127                 switch (error) {
5128                 case EAGAIN:
5129                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5130                 case ENOENT:
5131                 case ENAMETOOLONG:
5132                 case ELOOP:
5133                         cache_fpl_smr_exit(fpl);
5134                         return (cache_fpl_handled_error(fpl, error));
5135                 default:
5136                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5137                 }
5138         }
5139
5140         if (*(cnp->cn_nameptr) == '/') {
5141                 fpl->dvp = cache_fpl_handle_root(fpl);
5142                 fpl->dvp_seqc = vn_seqc_read_any(fpl->dvp);
5143                 if (seqc_in_modify(fpl->dvp_seqc)) {
5144                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5145                 }
5146                 /*
5147                  * The main loop assumes that ->dvp points to a vnode belonging
5148                  * to a filesystem which can do lockless lookup, but the absolute
5149                  * symlink can be wandering off to one which does not.
5150                  */
5151                 mp = atomic_load_ptr(&fpl->dvp->v_mount);
5152                 if (__predict_false(mp == NULL)) {
5153                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5154                 }
5155                 if (!cache_fplookup_mp_supported(mp)) {
5156                         cache_fpl_checkpoint(fpl);
5157                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5158                 }
5159         }
5160         return (0);
5161 }
5162
5163 static int
5164 cache_fplookup_next(struct cache_fpl *fpl)
5165 {
5166         struct componentname *cnp;
5167         struct namecache *ncp;
5168         struct vnode *dvp, *tvp;
5169         u_char nc_flag;
5170         uint32_t hash;
5171         int error;
5172
5173         cnp = fpl->cnp;
5174         dvp = fpl->dvp;
5175         hash = fpl->hash;
5176
5177         if (__predict_false(cnp->cn_nameptr[0] == '.')) {
5178                 if (cnp->cn_namelen == 1) {
5179                         return (cache_fplookup_dot(fpl));
5180                 }
5181                 if (cnp->cn_namelen == 2 && cnp->cn_nameptr[1] == '.') {
5182                         return (cache_fplookup_dotdot(fpl));
5183                 }
5184         }
5185
5186         MPASS(!cache_fpl_isdotdot(cnp));
5187
5188         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
5189                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
5190                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))
5191                         break;
5192         }
5193
5194         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
5195                 return (cache_fplookup_noentry(fpl));
5196         }
5197
5198         tvp = atomic_load_ptr(&ncp->nc_vp);
5199         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
5200         if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0) {
5201                 return (cache_fplookup_neg(fpl, ncp, hash));
5202         }
5203
5204         if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
5205                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5206         }
5207
5208         fpl->tvp = tvp;
5209         fpl->tvp_seqc = vn_seqc_read_any(tvp);
5210         if (seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc)) {
5211                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5212         }
5213
5214         counter_u64_add(numposhits, 1);
5215         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, ncp->nc_name, tvp);
5216
5217         error = 0;
5218         if (cache_fplookup_is_mp(fpl)) {
5219                 error = cache_fplookup_cross_mount(fpl);
5220         }
5221         return (error);
5222 }
5223
5224 static bool
5225 cache_fplookup_mp_supported(struct mount *mp)
5226 {
5227
5228         MPASS(mp != NULL);
5229         if ((mp->mnt_kern_flag & MNTK_FPLOOKUP) == 0)
5230                 return (false);
5231         return (true);
5232 }
5233
5234 /*
5235  * Walk up the mount stack (if any).
5236  *
5237  * Correctness is provided in the following ways:
5238  * - all vnodes are protected from freeing with SMR
5239  * - struct mount objects are type stable making them always safe to access
5240  * - stability of the particular mount is provided by busying it
5241  * - relationship between the vnode which is mounted on and the mount is
5242  *   verified with the vnode sequence counter after busying
5243  * - association between root vnode of the mount and the mount is protected
5244  *   by busy
5245  *
5246  * From that point on we can read the sequence counter of the root vnode
5247  * and get the next mount on the stack (if any) using the same protection.
5248  *
5249  * By the end of successful walk we are guaranteed the reached state was
5250  * indeed present at least at some point which matches the regular lookup.
5251  */
5252 static int __noinline
5253 cache_fplookup_climb_mount(struct cache_fpl *fpl)
5254 {
5255         struct mount *mp, *prev_mp;
5256         struct mount_pcpu *mpcpu, *prev_mpcpu;
5257         struct vnode *vp;
5258         seqc_t vp_seqc;
5259
5260         vp = fpl->tvp;
5261         vp_seqc = fpl->tvp_seqc;
5262
5263         VNPASS(vp->v_type == VDIR || vp->v_type == VBAD, vp);
5264         mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mountedhere);
5265         if (__predict_false(mp == NULL)) {
5266                 return (0);
5267         }
5268
5269         prev_mp = NULL;
5270         for (;;) {
5271                 if (!vfs_op_thread_enter_crit(mp, mpcpu)) {
5272                         if (prev_mp != NULL)
5273                                 vfs_op_thread_exit_crit(prev_mp, prev_mpcpu);
5274                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5275                 }
5276                 if (prev_mp != NULL)
5277                         vfs_op_thread_exit_crit(prev_mp, prev_mpcpu);
5278                 if (!vn_seqc_consistent(vp, vp_seqc)) {
5279                         vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5280                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5281                 }
5282                 if (!cache_fplookup_mp_supported(mp)) {
5283                         vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5284                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5285                 }
5286                 vp = atomic_load_ptr(&mp->mnt_rootvnode);
5287                 if (vp == NULL) {
5288                         vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5289                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5290                 }
5291                 vp_seqc = vn_seqc_read_any(vp);
5292                 if (seqc_in_modify(vp_seqc)) {
5293                         vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5294                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5295                 }
5296                 prev_mp = mp;
5297                 prev_mpcpu = mpcpu;
5298                 mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mountedhere);
5299                 if (mp == NULL)
5300                         break;
5301         }
5302
5303         vfs_op_thread_exit_crit(prev_mp, prev_mpcpu);
5304         fpl->tvp = vp;
5305         fpl->tvp_seqc = vp_seqc;
5306         return (0);
5307 }
5308
5309 static int __noinline
5310 cache_fplookup_cross_mount(struct cache_fpl *fpl)
5311 {
5312         struct mount *mp;
5313         struct mount_pcpu *mpcpu;
5314         struct vnode *vp;
5315         seqc_t vp_seqc;
5316
5317         vp = fpl->tvp;
5318         vp_seqc = fpl->tvp_seqc;
5319
5320         VNPASS(vp->v_type == VDIR || vp->v_type == VBAD, vp);
5321         mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mountedhere);
5322         if (__predict_false(mp == NULL)) {
5323                 return (0);
5324         }
5325
5326         if (!vfs_op_thread_enter_crit(mp, mpcpu)) {
5327                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5328         }
5329         if (!vn_seqc_consistent(vp, vp_seqc)) {
5330                 vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5331                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5332         }
5333         if (!cache_fplookup_mp_supported(mp)) {
5334                 vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5335                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5336         }
5337         vp = atomic_load_ptr(&mp->mnt_rootvnode);
5338         if (__predict_false(vp == NULL)) {
5339                 vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5340                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5341         }
5342         vp_seqc = vn_seqc_read_any(vp);
5343         vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5344         if (seqc_in_modify(vp_seqc)) {
5345                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5346         }
5347         mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mountedhere);
5348         if (__predict_false(mp != NULL)) {
5349                 /*
5350                  * There are possibly more mount points on top.
5351                  * Normally this does not happen so for simplicity just start
5352                  * over.
5353                  */
5354                 return (cache_fplookup_climb_mount(fpl));
5355         }
5356
5357         fpl->tvp = vp;
5358         fpl->tvp_seqc = vp_seqc;
5359         return (0);
5360 }
5361
5362 /*
5363  * Check if a vnode is mounted on.
5364  */
5365 static bool
5366 cache_fplookup_is_mp(struct cache_fpl *fpl)
5367 {
5368         struct vnode *vp;
5369
5370         vp = fpl->tvp;
5371         return ((vn_irflag_read(vp) & VIRF_MOUNTPOINT) != 0);
5372 }
5373
5374 /*
5375  * Parse the path.
5376  *
5377  * The code was originally copy-pasted from regular lookup and despite
5378  * clean ups leaves performance on the table. Any modifications here
5379  * must take into account that in case off fallback the resulting
5380  * nameidata state has to be compatible with the original.
5381  */
5382
5383 /*
5384  * Debug ni_pathlen tracking.
5385  */
5386 #ifdef INVARIANTS
5387 static void
5388 cache_fpl_pathlen_add(struct cache_fpl *fpl, size_t n)
5389 {
5390
5391         fpl->debug.ni_pathlen += n;
5392         KASSERT(fpl->debug.ni_pathlen <= PATH_MAX,
5393             ("%s: pathlen overflow to %zd\n", __func__, fpl->debug.ni_pathlen));
5394 }
5395
5396 static void
5397 cache_fpl_pathlen_sub(struct cache_fpl *fpl, size_t n)
5398 {
5399
5400         fpl->debug.ni_pathlen -= n;
5401         KASSERT(fpl->debug.ni_pathlen <= PATH_MAX,
5402             ("%s: pathlen underflow to %zd\n", __func__, fpl->debug.ni_pathlen));
5403 }
5404
5405 static void
5406 cache_fpl_pathlen_inc(struct cache_fpl *fpl)
5407 {
5408
5409         cache_fpl_pathlen_add(fpl, 1);
5410 }
5411
5412 static void
5413 cache_fpl_pathlen_dec(struct cache_fpl *fpl)
5414 {
5415
5416         cache_fpl_pathlen_sub(fpl, 1);
5417 }
5418 #else
5419 static void
5420 cache_fpl_pathlen_add(struct cache_fpl *fpl, size_t n)
5421 {
5422 }
5423
5424 static void
5425 cache_fpl_pathlen_sub(struct cache_fpl *fpl, size_t n)
5426 {
5427 }
5428
5429 static void
5430 cache_fpl_pathlen_inc(struct cache_fpl *fpl)
5431 {
5432 }
5433
5434 static void
5435 cache_fpl_pathlen_dec(struct cache_fpl *fpl)
5436 {
5437 }
5438 #endif
5439
5440 static void
5441 cache_fplookup_parse(struct cache_fpl *fpl)
5442 {
5443         struct nameidata *ndp;
5444         struct componentname *cnp;
5445         struct vnode *dvp;
5446         char *cp;
5447         uint32_t hash;
5448
5449         ndp = fpl->ndp;
5450         cnp = fpl->cnp;
5451         dvp = fpl->dvp;
5452
5453         /*
5454          * Find the end of this path component, it is either / or nul.
5455          *
5456          * Store / as a temporary sentinel so that we only have one character
5457          * to test for. Pathnames tend to be short so this should not be
5458          * resulting in cache misses.
5459          *
5460          * TODO: fix this to be word-sized.
5461          */
5462         KASSERT(&cnp->cn_nameptr[fpl->debug.ni_pathlen - 1] == fpl->nulchar,
5463             ("%s: mismatch between pathlen (%zu) and nulchar (%p != %p), string [%s]\n",
5464             __func__, fpl->debug.ni_pathlen, &cnp->cn_nameptr[fpl->debug.ni_pathlen - 1],
5465             fpl->nulchar, cnp->cn_pnbuf));
5466         KASSERT(*fpl->nulchar == '\0',
5467             ("%s: expected nul at %p; string [%s]\n", __func__, fpl->nulchar,
5468             cnp->cn_pnbuf));
5469         hash = cache_get_hash_iter_start(dvp);
5470         *fpl->nulchar = '/';
5471         for (cp = cnp->cn_nameptr; *cp != '/'; cp++) {
5472                 KASSERT(*cp != '\0',
5473                     ("%s: encountered unexpected nul; string [%s]\n", __func__,
5474                     cnp->cn_nameptr));
5475                 hash = cache_get_hash_iter(*cp, hash);
5476                 continue;
5477         }
5478         *fpl->nulchar = '\0';
5479         fpl->hash = cache_get_hash_iter_finish(hash);
5480
5481         cnp->cn_namelen = cp - cnp->cn_nameptr;
5482         cache_fpl_pathlen_sub(fpl, cnp->cn_namelen);
5483
5484 #ifdef INVARIANTS
5485         /*
5486          * cache_get_hash only accepts lengths up to NAME_MAX. This is fine since
5487          * we are going to fail this lookup with ENAMETOOLONG (see below).
5488          */
5489         if (cnp->cn_namelen <= NAME_MAX) {
5490                 if (fpl->hash != cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp)) {
5491                         panic("%s: mismatched hash for [%s] len %ld", __func__,
5492                             cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen);
5493                 }
5494         }
5495 #endif
5496
5497         /*
5498          * Hack: we have to check if the found path component's length exceeds
5499          * NAME_MAX. However, the condition is very rarely true and check can
5500          * be elided in the common case -- if an entry was found in the cache,
5501          * then it could not have been too long to begin with.
5502          */
5503         ndp->ni_next = cp;
5504 }
5505
5506 static void
5507 cache_fplookup_parse_advance(struct cache_fpl *fpl)
5508 {
5509         struct nameidata *ndp;
5510         struct componentname *cnp;
5511
5512         ndp = fpl->ndp;
5513         cnp = fpl->cnp;
5514
5515         cnp->cn_nameptr = ndp->ni_next;
5516         KASSERT(*(cnp->cn_nameptr) == '/',
5517             ("%s: should have seen slash at %p ; buf %p [%s]\n", __func__,
5518             cnp->cn_nameptr, cnp->cn_pnbuf, cnp->cn_pnbuf));
5519         cnp->cn_nameptr++;
5520         cache_fpl_pathlen_dec(fpl);
5521 }
5522
5523 /*
5524  * Skip spurious slashes in a pathname (e.g., "foo///bar") and retry.
5525  *
5526  * Lockless lookup tries to elide checking for spurious slashes and should they
5527  * be present is guaranteed to fail to find an entry. In this case the caller
5528  * must check if the name starts with a slash and call this routine.  It is
5529  * going to fast forward across the spurious slashes and set the state up for
5530  * retry.
5531  */
5532 static int __noinline
5533 cache_fplookup_skip_slashes(struct cache_fpl *fpl)
5534 {
5535         struct nameidata *ndp;
5536         struct componentname *cnp;
5537
5538         ndp = fpl->ndp;
5539         cnp = fpl->cnp;
5540
5541         MPASS(*(cnp->cn_nameptr) == '/');
5542         do {
5543                 cnp->cn_nameptr++;
5544                 cache_fpl_pathlen_dec(fpl);
5545         } while (*(cnp->cn_nameptr) == '/');
5546
5547         /*
5548          * Go back to one slash so that cache_fplookup_parse_advance has
5549          * something to skip.
5550          */
5551         cnp->cn_nameptr--;
5552         cache_fpl_pathlen_inc(fpl);
5553
5554         /*
5555          * cache_fplookup_parse_advance starts from ndp->ni_next
5556          */
5557         ndp->ni_next = cnp->cn_nameptr;
5558
5559         /*
5560          * See cache_fplookup_dot.
5561          */
5562         fpl->tvp = fpl->dvp;
5563         fpl->tvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
5564
5565         return (0);
5566 }
5567
5568 /*
5569  * Handle trailing slashes (e.g., "foo/").
5570  *
5571  * If a trailing slash is found the terminal vnode must be a directory.
5572  * Regular lookup shortens the path by nulifying the first trailing slash and
5573  * sets the TRAILINGSLASH flag to denote this took place. There are several
5574  * checks on it performed later.
5575  *
5576  * Similarly to spurious slashes, lockless lookup handles this in a speculative
5577  * manner relying on an invariant that a non-directory vnode will get a miss.
5578  * In this case cn_nameptr[0] == '\0' and cn_namelen == 0.
5579  *
5580  * Thus for a path like "foo/bar/" the code unwinds the state back to "bar/"
5581  * and denotes this is the last path component, which avoids looping back.
5582  *
5583  * Only plain lookups are supported for now to restrict corner cases to handle.
5584  */
5585 static int __noinline
5586 cache_fplookup_trailingslash(struct cache_fpl *fpl)
5587 {
5588 #ifdef INVARIANTS
5589         size_t ni_pathlen;
5590 #endif
5591         struct nameidata *ndp;
5592         struct componentname *cnp;
5593         struct namecache *ncp;
5594         struct vnode *tvp;
5595         char *cn_nameptr_orig, *cn_nameptr_slash;
5596         seqc_t tvp_seqc;
5597         u_char nc_flag;
5598
5599         ndp = fpl->ndp;
5600         cnp = fpl->cnp;
5601         tvp = fpl->tvp;
5602         tvp_seqc = fpl->tvp_seqc;
5603
5604         MPASS(fpl->dvp == fpl->tvp);
5605         KASSERT(cache_fpl_istrailingslash(fpl),
5606             ("%s: expected trailing slash at %p; string [%s]\n", __func__, fpl->nulchar - 1,
5607             cnp->cn_pnbuf));
5608         KASSERT(cnp->cn_nameptr[0] == '\0',
5609             ("%s: expected nul char at %p; string [%s]\n", __func__, &cnp->cn_nameptr[0],
5610             cnp->cn_pnbuf));
5611         KASSERT(cnp->cn_namelen == 0,
5612             ("%s: namelen 0 but got %ld; string [%s]\n", __func__, cnp->cn_namelen,
5613             cnp->cn_pnbuf));
5614         MPASS(cnp->cn_nameptr > cnp->cn_pnbuf);
5615
5616         if (cnp->cn_nameiop != LOOKUP) {
5617                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5618         }
5619
5620         if (__predict_false(tvp->v_type != VDIR)) {
5621                 if (!vn_seqc_consistent(tvp, tvp_seqc)) {
5622                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5623                 }
5624                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
5625                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENOTDIR));
5626         }
5627
5628         /*
5629          * Denote the last component.
5630          */
5631         ndp->ni_next = &cnp->cn_nameptr[0];
5632         MPASS(cache_fpl_islastcn(ndp));
5633
5634         /*
5635          * Unwind trailing slashes.
5636          */
5637         cn_nameptr_orig = cnp->cn_nameptr;
5638         while (cnp->cn_nameptr >= cnp->cn_pnbuf) {
5639                 cnp->cn_nameptr--;
5640                 if (cnp->cn_nameptr[0] != '/') {
5641                         break;
5642                 }
5643         }
5644
5645         /*
5646          * Unwind to the beginning of the path component.
5647          *
5648          * Note the path may or may not have started with a slash.
5649          */
5650         cn_nameptr_slash = cnp->cn_nameptr;
5651         while (cnp->cn_nameptr > cnp->cn_pnbuf) {
5652                 cnp->cn_nameptr--;
5653                 if (cnp->cn_nameptr[0] == '/') {
5654                         break;
5655                 }
5656         }
5657         if (cnp->cn_nameptr[0] == '/') {
5658                 cnp->cn_nameptr++;
5659         }
5660
5661         cnp->cn_namelen = cn_nameptr_slash - cnp->cn_nameptr + 1;
5662         cache_fpl_pathlen_add(fpl, cn_nameptr_orig - cnp->cn_nameptr);
5663         cache_fpl_checkpoint(fpl);
5664
5665 #ifdef INVARIANTS
5666         ni_pathlen = fpl->nulchar - cnp->cn_nameptr + 1;
5667         if (ni_pathlen != fpl->debug.ni_pathlen) {
5668                 panic("%s: mismatch (%zu != %zu) nulchar %p nameptr %p [%s] ; full string [%s]\n",
5669                     __func__, ni_pathlen, fpl->debug.ni_pathlen, fpl->nulchar,
5670                     cnp->cn_nameptr, cnp->cn_nameptr, cnp->cn_pnbuf);
5671         }
5672 #endif
5673
5674         /*
5675          * If this was a "./" lookup the parent directory is already correct.
5676          */
5677         if (cnp->cn_nameptr[0] == '.' && cnp->cn_namelen == 1) {
5678                 return (0);
5679         }
5680
5681         /*
5682          * Otherwise we need to look it up.
5683          */
5684         tvp = fpl->tvp;
5685         ncp = atomic_load_consume_ptr(&tvp->v_cache_dd);
5686         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
5687                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5688         }
5689         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
5690         if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
5691                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5692         }
5693         fpl->dvp = ncp->nc_dvp;
5694         fpl->dvp_seqc = vn_seqc_read_any(fpl->dvp);
5695         if (seqc_in_modify(fpl->dvp_seqc)) {
5696                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5697         }
5698         return (0);
5699 }
5700
5701 /*
5702  * See the API contract for VOP_FPLOOKUP_VEXEC.
5703  */
5704 static int __noinline
5705 cache_fplookup_failed_vexec(struct cache_fpl *fpl, int error)
5706 {
5707         struct componentname *cnp;
5708         struct vnode *dvp;
5709         seqc_t dvp_seqc;
5710
5711         cnp = fpl->cnp;
5712         dvp = fpl->dvp;
5713         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
5714
5715         /*
5716          * TODO: Due to ignoring trailing slashes lookup will perform a
5717          * permission check on the last dir when it should not be doing it.  It
5718          * may fail, but said failure should be ignored. It is possible to fix
5719          * it up fully without resorting to regular lookup, but for now just
5720          * abort.
5721          */
5722         if (cache_fpl_istrailingslash(fpl)) {
5723                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5724         }
5725
5726         /*
5727          * Hack: delayed degenerate path checking.
5728          */
5729         if (cnp->cn_nameptr[0] == '\0' && fpl->tvp == NULL) {
5730                 return (cache_fplookup_degenerate(fpl));
5731         }
5732
5733         /*
5734          * Hack: delayed name len checking.
5735          */
5736         if (__predict_false(cnp->cn_namelen > NAME_MAX)) {
5737                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
5738                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENAMETOOLONG));
5739         }
5740
5741         /*
5742          * Hack: they may be looking up foo/bar, where foo is not a directory.
5743          * In such a case we need to return ENOTDIR, but we may happen to get
5744          * here with a different error.
5745          */
5746         if (dvp->v_type != VDIR) {
5747                 error = ENOTDIR;
5748         }
5749
5750         /*
5751          * Hack: handle O_SEARCH.
5752          *
5753          * Open Group Base Specifications Issue 7, 2018 edition states:
5754          * <quote>
5755          * If the access mode of the open file description associated with the
5756          * file descriptor is not O_SEARCH, the function shall check whether
5757          * directory searches are permitted using the current permissions of
5758          * the directory underlying the file descriptor. If the access mode is
5759          * O_SEARCH, the function shall not perform the check.
5760          * </quote>
5761          *
5762          * Regular lookup tests for the NOEXECCHECK flag for every path
5763          * component to decide whether to do the permission check. However,
5764          * since most lookups never have the flag (and when they do it is only
5765          * present for the first path component), lockless lookup only acts on
5766          * it if there is a permission problem. Here the flag is represented
5767          * with a boolean so that we don't have to clear it on the way out.
5768          *
5769          * For simplicity this always aborts.
5770          * TODO: check if this is the first lookup and ignore the permission
5771          * problem. Note the flag has to survive fallback (if it happens to be
5772          * performed).
5773          */
5774         if (fpl->fsearch) {
5775                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5776         }
5777
5778         switch (error) {
5779         case EAGAIN:
5780                 if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
5781                         error = cache_fpl_aborted(fpl);
5782                 } else {
5783                         cache_fpl_partial(fpl);
5784                 }
5785                 break;
5786         default:
5787                 if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
5788                         error = cache_fpl_aborted(fpl);
5789                 } else {
5790                         cache_fpl_smr_exit(fpl);
5791                         cache_fpl_handled_error(fpl, error);
5792                 }
5793                 break;
5794         }
5795         return (error);
5796 }
5797
5798 static int
5799 cache_fplookup_impl(struct vnode *dvp, struct cache_fpl *fpl)
5800 {
5801         struct nameidata *ndp;
5802         struct componentname *cnp;
5803         struct mount *mp;
5804         int error;
5805
5806         ndp = fpl->ndp;
5807         cnp = fpl->cnp;
5808
5809         cache_fpl_checkpoint(fpl);
5810
5811         /*
5812          * The vnode at hand is almost always stable, skip checking for it.
5813          * Worst case this postpones the check towards the end of the iteration
5814          * of the main loop.
5815          */
5816         fpl->dvp = dvp;
5817         fpl->dvp_seqc = vn_seqc_read_notmodify(fpl->dvp);
5818
5819         mp = atomic_load_ptr(&dvp->v_mount);
5820         if (__predict_false(mp == NULL || !cache_fplookup_mp_supported(mp))) {
5821                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5822         }
5823
5824         MPASS(fpl->tvp == NULL);
5825
5826         for (;;) {
5827                 cache_fplookup_parse(fpl);
5828
5829                 error = VOP_FPLOOKUP_VEXEC(fpl->dvp, cnp->cn_cred);
5830                 if (__predict_false(error != 0)) {
5831                         error = cache_fplookup_failed_vexec(fpl, error);
5832                         break;
5833                 }
5834
5835                 error = cache_fplookup_next(fpl);
5836                 if (__predict_false(cache_fpl_terminated(fpl))) {
5837                         break;
5838                 }
5839
5840                 VNPASS(!seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc), fpl->tvp);
5841
5842                 if (fpl->tvp->v_type == VLNK) {
5843                         error = cache_fplookup_symlink(fpl);
5844                         if (cache_fpl_terminated(fpl)) {
5845                                 break;
5846                         }
5847                 } else {
5848                         if (cache_fpl_islastcn(ndp)) {
5849                                 error = cache_fplookup_final(fpl);
5850                                 break;
5851                         }
5852
5853                         if (!vn_seqc_consistent(fpl->dvp, fpl->dvp_seqc)) {
5854                                 error = cache_fpl_aborted(fpl);
5855                                 break;
5856                         }
5857
5858                         fpl->dvp = fpl->tvp;
5859                         fpl->dvp_seqc = fpl->tvp_seqc;
5860                         cache_fplookup_parse_advance(fpl);
5861                 }
5862
5863                 cache_fpl_checkpoint(fpl);
5864         }
5865
5866         return (error);
5867 }
5868
5869 /*
5870  * Fast path lookup protected with SMR and sequence counters.
5871  *
5872  * Note: all VOP_FPLOOKUP_VEXEC routines have a comment referencing this one.
5873  *
5874  * Filesystems can opt in by setting the MNTK_FPLOOKUP flag and meeting criteria
5875  * outlined below.
5876  *
5877  * Traditional vnode lookup conceptually looks like this:
5878  *
5879  * vn_lock(current);
5880  * for (;;) {
5881  *      next = find();
5882  *      vn_lock(next);
5883  *      vn_unlock(current);
5884  *      current = next;
5885  *      if (last)
5886  *          break;
5887  * }
5888  * return (current);
5889  *
5890  * Each jump to the next vnode is safe memory-wise and atomic with respect to
5891  * any modifications thanks to holding respective locks.
5892  *
5893  * The same guarantee can be provided with a combination of safe memory
5894  * reclamation and sequence counters instead. If all operations which affect
5895  * the relationship between the current vnode and the one we are looking for
5896  * also modify the counter, we can verify whether all the conditions held as
5897  * we made the jump. This includes things like permissions, mount points etc.
5898  * Counter modification is provided by enclosing relevant places in
5899  * vn_seqc_write_begin()/end() calls.
5900  *
5901  * Thus this translates to:
5902  *
5903  * vfs_smr_enter();
5904  * dvp_seqc = seqc_read_any(dvp);
5905  * if (seqc_in_modify(dvp_seqc)) // someone is altering the vnode
5906  *     abort();
5907  * for (;;) {
5908  *      tvp = find();
5909  *      tvp_seqc = seqc_read_any(tvp);
5910  *      if (seqc_in_modify(tvp_seqc)) // someone is altering the target vnode
5911  *          abort();
5912  *      if (!seqc_consistent(dvp, dvp_seqc) // someone is altering the vnode
5913  *          abort();
5914  *      dvp = tvp; // we know nothing of importance has changed
5915  *      dvp_seqc = tvp_seqc; // store the counter for the tvp iteration
5916  *      if (last)
5917  *          break;
5918  * }
5919  * vget(); // secure the vnode
5920  * if (!seqc_consistent(tvp, tvp_seqc) // final check
5921  *          abort();
5922  * // at this point we know nothing has changed for any parent<->child pair
5923  * // as they were crossed during the lookup, meaning we matched the guarantee
5924  * // of the locked variant
5925  * return (tvp);
5926  *
5927  * The API contract for VOP_FPLOOKUP_VEXEC routines is as follows:
5928  * - they are called while within vfs_smr protection which they must never exit
5929  * - EAGAIN can be returned to denote checking could not be performed, it is
5930  *   always valid to return it
5931  * - if the sequence counter has not changed the result must be valid
5932  * - if the sequence counter has changed both false positives and false negatives
5933  *   are permitted (since the result will be rejected later)
5934  * - for simple cases of unix permission checks vaccess_vexec_smr can be used
5935  *
5936  * Caveats to watch out for:
5937  * - vnodes are passed unlocked and unreferenced with nothing stopping
5938  *   VOP_RECLAIM, in turn meaning that ->v_data can become NULL. It is advised
5939  *   to use atomic_load_ptr to fetch it.
5940  * - the aforementioned object can also get freed, meaning absent other means it
5941  *   should be protected with vfs_smr
5942  * - either safely checking permissions as they are modified or guaranteeing
5943  *   their stability is left to the routine
5944  */
5945 int
5946 cache_fplookup(struct nameidata *ndp, enum cache_fpl_status *status,
5947     struct pwd **pwdp)
5948 {
5949         struct cache_fpl fpl;
5950         struct pwd *pwd;
5951         struct vnode *dvp;
5952         struct componentname *cnp;
5953         int error;
5954
5955         fpl.status = CACHE_FPL_STATUS_UNSET;
5956         fpl.in_smr = false;
5957         fpl.ndp = ndp;
5958         fpl.cnp = cnp = &ndp->ni_cnd;
5959         MPASS(ndp->ni_lcf == 0);
5960         MPASS(curthread == cnp->cn_thread);
5961         KASSERT ((cnp->cn_flags & CACHE_FPL_INTERNAL_CN_FLAGS) == 0,
5962             ("%s: internal flags found in cn_flags %" PRIx64, __func__,
5963             cnp->cn_flags));
5964         if ((cnp->cn_flags & SAVESTART) != 0) {
5965                 MPASS(cnp->cn_nameiop != LOOKUP);
5966         }
5967         MPASS(cnp->cn_nameptr == cnp->cn_pnbuf);
5968
5969         if (__predict_false(!cache_can_fplookup(&fpl))) {
5970                 *status = fpl.status;
5971                 SDT_PROBE3(vfs, fplookup, lookup, done, ndp, fpl.line, fpl.status);
5972                 return (EOPNOTSUPP);
5973         }
5974
5975         cache_fpl_checkpoint_outer(&fpl);
5976
5977         cache_fpl_smr_enter_initial(&fpl);
5978 #ifdef INVARIANTS
5979         fpl.debug.ni_pathlen = ndp->ni_pathlen;
5980 #endif
5981         fpl.nulchar = &cnp->cn_nameptr[ndp->ni_pathlen - 1];
5982         fpl.fsearch = false;
5983         fpl.savename = (cnp->cn_flags & SAVENAME) != 0;
5984         fpl.tvp = NULL; /* for degenerate path handling */
5985         fpl.pwd = pwdp;
5986         pwd = pwd_get_smr();
5987         *(fpl.pwd) = pwd;
5988         ndp->ni_rootdir = pwd->pwd_rdir;
5989         ndp->ni_topdir = pwd->pwd_jdir;
5990
5991         if (cnp->cn_pnbuf[0] == '/') {
5992                 dvp = cache_fpl_handle_root(&fpl);
5993                 MPASS(ndp->ni_resflags == 0);
5994                 ndp->ni_resflags = NIRES_ABS;
5995         } else {
5996                 if (ndp->ni_dirfd == AT_FDCWD) {
5997                         dvp = pwd->pwd_cdir;
5998                 } else {
5999                         error = cache_fplookup_dirfd(&fpl, &dvp);
6000                         if (__predict_false(error != 0)) {
6001                                 goto out;
6002                         }
6003                 }
6004         }
6005
6006         SDT_PROBE4(vfs, namei, lookup, entry, dvp, cnp->cn_pnbuf, cnp->cn_flags, true);
6007         error = cache_fplookup_impl(dvp, &fpl);
6008 out:
6009         cache_fpl_smr_assert_not_entered(&fpl);
6010         cache_fpl_assert_status(&fpl);
6011         *status = fpl.status;
6012         if (SDT_PROBES_ENABLED()) {
6013                 SDT_PROBE3(vfs, fplookup, lookup, done, ndp, fpl.line, fpl.status);
6014                 if (fpl.status == CACHE_FPL_STATUS_HANDLED)
6015                         SDT_PROBE4(vfs, namei, lookup, return, error, ndp->ni_vp, true,
6016                             ndp);
6017         }
6018
6019         if (__predict_true(fpl.status == CACHE_FPL_STATUS_HANDLED)) {
6020                 MPASS(error != CACHE_FPL_FAILED);
6021                 if (error != 0) {
6022                         MPASS(fpl.dvp == NULL);
6023                         MPASS(fpl.tvp == NULL);
6024                         MPASS(fpl.savename == false);
6025                 }
6026                 ndp->ni_dvp = fpl.dvp;
6027                 ndp->ni_vp = fpl.tvp;
6028                 if (fpl.savename) {
6029                         cnp->cn_flags |= HASBUF;
6030                 } else {
6031                         cache_fpl_cleanup_cnp(cnp);
6032                 }
6033         }
6034         return (error);
6035 }