]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/kern/vfs_cache.c
cache: improve vnode vs name assertion in cache_enter_time
[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_DEFINE3(vfs, namecache, purge, done, "struct vnode *", "size_t", "size_t");
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 static char __read_frequently cache_fast_lookup_enabled = true;
257
258 /*
259  * This structure describes the elements in the cache of recent
260  * names looked up by namei.
261  */
262 struct negstate {
263         u_char neg_flag;
264         u_char neg_hit;
265 };
266 _Static_assert(sizeof(struct negstate) <= sizeof(struct vnode *),
267     "the state must fit in a union with a pointer without growing it");
268
269 struct  namecache {
270         LIST_ENTRY(namecache) nc_src;   /* source vnode list */
271         TAILQ_ENTRY(namecache) nc_dst;  /* destination vnode list */
272         CK_SLIST_ENTRY(namecache) nc_hash;/* hash chain */
273         struct  vnode *nc_dvp;          /* vnode of parent of name */
274         union {
275                 struct  vnode *nu_vp;   /* vnode the name refers to */
276                 struct  negstate nu_neg;/* negative entry state */
277         } n_un;
278         u_char  nc_flag;                /* flag bits */
279         u_char  nc_nlen;                /* length of name */
280         char    nc_name[0];             /* segment name + nul */
281 };
282
283 /*
284  * struct namecache_ts repeats struct namecache layout up to the
285  * nc_nlen member.
286  * struct namecache_ts is used in place of struct namecache when time(s) need
287  * to be stored.  The nc_dotdottime field is used when a cache entry is mapping
288  * both a non-dotdot directory name plus dotdot for the directory's
289  * parent.
290  *
291  * See below for alignment requirement.
292  */
293 struct  namecache_ts {
294         struct  timespec nc_time;       /* timespec provided by fs */
295         struct  timespec nc_dotdottime; /* dotdot timespec provided by fs */
296         int     nc_ticks;               /* ticks value when entry was added */
297         int     nc_pad;
298         struct namecache nc_nc;
299 };
300
301 TAILQ_HEAD(cache_freebatch, namecache);
302
303 /*
304  * At least mips n32 performs 64-bit accesses to timespec as found
305  * in namecache_ts and requires them to be aligned. Since others
306  * may be in the same spot suffer a little bit and enforce the
307  * alignment for everyone. Note this is a nop for 64-bit platforms.
308  */
309 #define CACHE_ZONE_ALIGNMENT    UMA_ALIGNOF(time_t)
310
311 /*
312  * TODO: the initial value of CACHE_PATH_CUTOFF was inherited from the
313  * 4.4 BSD codebase. Later on struct namecache was tweaked to become
314  * smaller and the value was bumped to retain the total size, but it
315  * was never re-evaluated for suitability. A simple test counting
316  * lengths during package building shows that the value of 45 covers
317  * about 86% of all added entries, reaching 99% at 65.
318  *
319  * Regardless of the above, use of dedicated zones instead of malloc may be
320  * inducing additional waste. This may be hard to address as said zones are
321  * tied to VFS SMR. Even if retaining them, the current split should be
322  * re-evaluated.
323  */
324 #ifdef __LP64__
325 #define CACHE_PATH_CUTOFF       45
326 #define CACHE_LARGE_PAD         6
327 #else
328 #define CACHE_PATH_CUTOFF       41
329 #define CACHE_LARGE_PAD         2
330 #endif
331
332 #define CACHE_ZONE_SMALL_SIZE           (offsetof(struct namecache, nc_name) + CACHE_PATH_CUTOFF + 1)
333 #define CACHE_ZONE_SMALL_TS_SIZE        (offsetof(struct namecache_ts, nc_nc) + CACHE_ZONE_SMALL_SIZE)
334 #define CACHE_ZONE_LARGE_SIZE           (offsetof(struct namecache, nc_name) + NAME_MAX + 1 + CACHE_LARGE_PAD)
335 #define CACHE_ZONE_LARGE_TS_SIZE        (offsetof(struct namecache_ts, nc_nc) + CACHE_ZONE_LARGE_SIZE)
336
337 _Static_assert((CACHE_ZONE_SMALL_SIZE % (CACHE_ZONE_ALIGNMENT + 1)) == 0, "bad zone size");
338 _Static_assert((CACHE_ZONE_SMALL_TS_SIZE % (CACHE_ZONE_ALIGNMENT + 1)) == 0, "bad zone size");
339 _Static_assert((CACHE_ZONE_LARGE_SIZE % (CACHE_ZONE_ALIGNMENT + 1)) == 0, "bad zone size");
340 _Static_assert((CACHE_ZONE_LARGE_TS_SIZE % (CACHE_ZONE_ALIGNMENT + 1)) == 0, "bad zone size");
341
342 #define nc_vp           n_un.nu_vp
343 #define nc_neg          n_un.nu_neg
344
345 /*
346  * Flags in namecache.nc_flag
347  */
348 #define NCF_WHITE       0x01
349 #define NCF_ISDOTDOT    0x02
350 #define NCF_TS          0x04
351 #define NCF_DTS         0x08
352 #define NCF_DVDROP      0x10
353 #define NCF_NEGATIVE    0x20
354 #define NCF_INVALID     0x40
355 #define NCF_WIP         0x80
356
357 /*
358  * Flags in negstate.neg_flag
359  */
360 #define NEG_HOT         0x01
361
362 static bool     cache_neg_evict_cond(u_long lnumcache);
363
364 /*
365  * Mark an entry as invalid.
366  *
367  * This is called before it starts getting deconstructed.
368  */
369 static void
370 cache_ncp_invalidate(struct namecache *ncp)
371 {
372
373         KASSERT((ncp->nc_flag & NCF_INVALID) == 0,
374             ("%s: entry %p already invalid", __func__, ncp));
375         atomic_store_char(&ncp->nc_flag, ncp->nc_flag | NCF_INVALID);
376         atomic_thread_fence_rel();
377 }
378
379 /*
380  * Check whether the entry can be safely used.
381  *
382  * All places which elide locks are supposed to call this after they are
383  * done with reading from an entry.
384  */
385 #define cache_ncp_canuse(ncp)   ({                                      \
386         struct namecache *_ncp = (ncp);                                 \
387         u_char _nc_flag;                                                \
388                                                                         \
389         atomic_thread_fence_acq();                                      \
390         _nc_flag = atomic_load_char(&_ncp->nc_flag);                    \
391         __predict_true((_nc_flag & (NCF_INVALID | NCF_WIP)) == 0);      \
392 })
393
394 /*
395  * Like the above but also checks NCF_WHITE.
396  */
397 #define cache_fpl_neg_ncp_canuse(ncp)   ({                              \
398         struct namecache *_ncp = (ncp);                                 \
399         u_char _nc_flag;                                                \
400                                                                         \
401         atomic_thread_fence_acq();                                      \
402         _nc_flag = atomic_load_char(&_ncp->nc_flag);                    \
403         __predict_true((_nc_flag & (NCF_INVALID | NCF_WIP | NCF_WHITE)) == 0);  \
404 })
405
406 VFS_SMR_DECLARE;
407
408 static SYSCTL_NODE(_vfs_cache, OID_AUTO, param, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
409     "Name cache parameters");
410
411 static u_int __read_mostly      ncsize; /* the size as computed on creation or resizing */
412 SYSCTL_UINT(_vfs_cache_param, OID_AUTO, size, CTLFLAG_RW, &ncsize, 0,
413     "Total namecache capacity");
414
415 u_int ncsizefactor = 2;
416 SYSCTL_UINT(_vfs_cache_param, OID_AUTO, sizefactor, CTLFLAG_RW, &ncsizefactor, 0,
417     "Size factor for namecache");
418
419 static u_long __read_mostly     ncnegfactor = 5; /* ratio of negative entries */
420 SYSCTL_ULONG(_vfs_cache_param, OID_AUTO, negfactor, CTLFLAG_RW, &ncnegfactor, 0,
421     "Ratio of negative namecache entries");
422
423 /*
424  * Negative entry % of namecache capacity above which automatic eviction is allowed.
425  *
426  * Check cache_neg_evict_cond for details.
427  */
428 static u_int ncnegminpct = 3;
429
430 static u_int __read_mostly     neg_min; /* the above recomputed against ncsize */
431 SYSCTL_UINT(_vfs_cache_param, OID_AUTO, negmin, CTLFLAG_RD, &neg_min, 0,
432     "Negative entry count above which automatic eviction is allowed");
433
434 /*
435  * Structures associated with name caching.
436  */
437 #define NCHHASH(hash) \
438         (&nchashtbl[(hash) & nchash])
439 static __read_mostly CK_SLIST_HEAD(nchashhead, namecache) *nchashtbl;/* Hash Table */
440 static u_long __read_mostly     nchash;                 /* size of hash table */
441 SYSCTL_ULONG(_debug, OID_AUTO, nchash, CTLFLAG_RD, &nchash, 0,
442     "Size of namecache hash table");
443 static u_long __exclusive_cache_line    numneg; /* number of negative entries allocated */
444 static u_long __exclusive_cache_line    numcache;/* number of cache entries allocated */
445
446 struct nchstats nchstats;               /* cache effectiveness statistics */
447
448 static bool __read_mostly cache_rename_add = true;
449 SYSCTL_BOOL(_vfs, OID_AUTO, cache_rename_add, CTLFLAG_RW,
450     &cache_rename_add, 0, "");
451
452 static u_int __exclusive_cache_line neg_cycle;
453
454 #define ncneghash       3
455 #define numneglists     (ncneghash + 1)
456
457 struct neglist {
458         struct mtx              nl_evict_lock;
459         struct mtx              nl_lock __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
460         TAILQ_HEAD(, namecache) nl_list;
461         TAILQ_HEAD(, namecache) nl_hotlist;
462         u_long                  nl_hotnum;
463 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
464
465 static struct neglist neglists[numneglists];
466
467 static inline struct neglist *
468 NCP2NEGLIST(struct namecache *ncp)
469 {
470
471         return (&neglists[(((uintptr_t)(ncp) >> 8) & ncneghash)]);
472 }
473
474 static inline struct negstate *
475 NCP2NEGSTATE(struct namecache *ncp)
476 {
477
478         MPASS(atomic_load_char(&ncp->nc_flag) & NCF_NEGATIVE);
479         return (&ncp->nc_neg);
480 }
481
482 #define numbucketlocks (ncbuckethash + 1)
483 static u_int __read_mostly  ncbuckethash;
484 static struct mtx_padalign __read_mostly  *bucketlocks;
485 #define HASH2BUCKETLOCK(hash) \
486         ((struct mtx *)(&bucketlocks[((hash) & ncbuckethash)]))
487
488 #define numvnodelocks (ncvnodehash + 1)
489 static u_int __read_mostly  ncvnodehash;
490 static struct mtx __read_mostly *vnodelocks;
491 static inline struct mtx *
492 VP2VNODELOCK(struct vnode *vp)
493 {
494
495         return (&vnodelocks[(((uintptr_t)(vp) >> 8) & ncvnodehash)]);
496 }
497
498 static void
499 cache_out_ts(struct namecache *ncp, struct timespec *tsp, int *ticksp)
500 {
501         struct namecache_ts *ncp_ts;
502
503         KASSERT((ncp->nc_flag & NCF_TS) != 0 ||
504             (tsp == NULL && ticksp == NULL),
505             ("No NCF_TS"));
506
507         if (tsp == NULL)
508                 return;
509
510         ncp_ts = __containerof(ncp, struct namecache_ts, nc_nc);
511         *tsp = ncp_ts->nc_time;
512         *ticksp = ncp_ts->nc_ticks;
513 }
514
515 #ifdef DEBUG_CACHE
516 static int __read_mostly        doingcache = 1; /* 1 => enable the cache */
517 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, vfscache, CTLFLAG_RW, &doingcache, 0,
518     "VFS namecache enabled");
519 #endif
520
521 /* Export size information to userland */
522 SYSCTL_INT(_debug_sizeof, OID_AUTO, namecache, CTLFLAG_RD, SYSCTL_NULL_INT_PTR,
523     sizeof(struct namecache), "sizeof(struct namecache)");
524
525 /*
526  * The new name cache statistics
527  */
528 static SYSCTL_NODE(_vfs_cache, OID_AUTO, stats, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
529     "Name cache statistics");
530
531 #define STATNODE_ULONG(name, varname, descr)                                    \
532         SYSCTL_ULONG(_vfs_cache_stats, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, &varname, 0, descr);
533 #define STATNODE_COUNTER(name, varname, descr)                                  \
534         static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(varname);                               \
535         SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_stats, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, &varname, \
536             descr);
537 STATNODE_ULONG(neg, numneg, "Number of negative cache entries");
538 STATNODE_ULONG(count, numcache, "Number of cache entries");
539 STATNODE_COUNTER(heldvnodes, numcachehv, "Number of namecache entries with vnodes held");
540 STATNODE_COUNTER(drops, numdrops, "Number of dropped entries due to reaching the limit");
541 STATNODE_COUNTER(dothits, dothits, "Number of '.' hits");
542 STATNODE_COUNTER(dotdothis, dotdothits, "Number of '..' hits");
543 STATNODE_COUNTER(miss, nummiss, "Number of cache misses");
544 STATNODE_COUNTER(misszap, nummisszap, "Number of cache misses we do not want to cache");
545 STATNODE_COUNTER(posszaps, numposzaps,
546     "Number of cache hits (positive) we do not want to cache");
547 STATNODE_COUNTER(poshits, numposhits, "Number of cache hits (positive)");
548 STATNODE_COUNTER(negzaps, numnegzaps,
549     "Number of cache hits (negative) we do not want to cache");
550 STATNODE_COUNTER(neghits, numneghits, "Number of cache hits (negative)");
551 /* These count for vn_getcwd(), too. */
552 STATNODE_COUNTER(fullpathcalls, numfullpathcalls, "Number of fullpath search calls");
553 STATNODE_COUNTER(fullpathfail1, numfullpathfail1, "Number of fullpath search errors (ENOTDIR)");
554 STATNODE_COUNTER(fullpathfail2, numfullpathfail2,
555     "Number of fullpath search errors (VOP_VPTOCNP failures)");
556 STATNODE_COUNTER(fullpathfail4, numfullpathfail4, "Number of fullpath search errors (ENOMEM)");
557 STATNODE_COUNTER(fullpathfound, numfullpathfound, "Number of successful fullpath calls");
558 STATNODE_COUNTER(symlinktoobig, symlinktoobig, "Number of times symlink did not fit the cache");
559
560 /*
561  * Debug or developer statistics.
562  */
563 static SYSCTL_NODE(_vfs_cache, OID_AUTO, debug, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
564     "Name cache debugging");
565 #define DEBUGNODE_ULONG(name, varname, descr)                                   \
566         SYSCTL_ULONG(_vfs_cache_debug, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, &varname, 0, descr);
567 #define DEBUGNODE_COUNTER(name, varname, descr)                                 \
568         static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(varname);                               \
569         SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_debug, OID_AUTO, name, CTLFLAG_RD, &varname, \
570             descr);
571 DEBUGNODE_COUNTER(zap_bucket_relock_success, zap_bucket_relock_success,
572     "Number of successful removals after relocking");
573 static long zap_bucket_fail;
574 DEBUGNODE_ULONG(zap_bucket_fail, zap_bucket_fail, "");
575 static long zap_bucket_fail2;
576 DEBUGNODE_ULONG(zap_bucket_fail2, zap_bucket_fail2, "");
577 static long cache_lock_vnodes_cel_3_failures;
578 DEBUGNODE_ULONG(vnodes_cel_3_failures, cache_lock_vnodes_cel_3_failures,
579     "Number of times 3-way vnode locking failed");
580
581 static void cache_zap_locked(struct namecache *ncp);
582 static int vn_fullpath_any_smr(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf,
583     char **retbuf, size_t *buflen, size_t addend);
584 static int vn_fullpath_any(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf,
585     char **retbuf, size_t *buflen);
586 static int vn_fullpath_dir(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf,
587     char **retbuf, size_t *len, size_t addend);
588
589 static MALLOC_DEFINE(M_VFSCACHE, "vfscache", "VFS name cache entries");
590
591 static inline void
592 cache_assert_vlp_locked(struct mtx *vlp)
593 {
594
595         if (vlp != NULL)
596                 mtx_assert(vlp, MA_OWNED);
597 }
598
599 static inline void
600 cache_assert_vnode_locked(struct vnode *vp)
601 {
602         struct mtx *vlp;
603
604         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
605         cache_assert_vlp_locked(vlp);
606 }
607
608 /*
609  * Directory vnodes with entries are held for two reasons:
610  * 1. make them less of a target for reclamation in vnlru
611  * 2. suffer smaller performance penalty in locked lookup as requeieing is avoided
612  *
613  * It will be feasible to stop doing it altogether if all filesystems start
614  * supporting lockless lookup.
615  */
616 static void
617 cache_hold_vnode(struct vnode *vp)
618 {
619
620         cache_assert_vnode_locked(vp);
621         VNPASS(LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src), vp);
622         vhold(vp);
623         counter_u64_add(numcachehv, 1);
624 }
625
626 static void
627 cache_drop_vnode(struct vnode *vp)
628 {
629
630         /*
631          * Called after all locks are dropped, meaning we can't assert
632          * on the state of v_cache_src.
633          */
634         vdrop(vp);
635         counter_u64_add(numcachehv, -1);
636 }
637
638 /*
639  * UMA zones.
640  */
641 static uma_zone_t __read_mostly cache_zone_small;
642 static uma_zone_t __read_mostly cache_zone_small_ts;
643 static uma_zone_t __read_mostly cache_zone_large;
644 static uma_zone_t __read_mostly cache_zone_large_ts;
645
646 char *
647 cache_symlink_alloc(size_t size, int flags)
648 {
649
650         if (size < CACHE_ZONE_SMALL_SIZE) {
651                 return (uma_zalloc_smr(cache_zone_small, flags));
652         }
653         if (size < CACHE_ZONE_LARGE_SIZE) {
654                 return (uma_zalloc_smr(cache_zone_large, flags));
655         }
656         counter_u64_add(symlinktoobig, 1);
657         SDT_PROBE1(vfs, namecache, symlink, alloc__fail, size);
658         return (NULL);
659 }
660
661 void
662 cache_symlink_free(char *string, size_t size)
663 {
664
665         MPASS(string != NULL);
666         KASSERT(size < CACHE_ZONE_LARGE_SIZE,
667             ("%s: size %zu too big", __func__, size));
668
669         if (size < CACHE_ZONE_SMALL_SIZE) {
670                 uma_zfree_smr(cache_zone_small, string);
671                 return;
672         }
673         if (size < CACHE_ZONE_LARGE_SIZE) {
674                 uma_zfree_smr(cache_zone_large, string);
675                 return;
676         }
677         __assert_unreachable();
678 }
679
680 static struct namecache *
681 cache_alloc_uma(int len, bool ts)
682 {
683         struct namecache_ts *ncp_ts;
684         struct namecache *ncp;
685
686         if (__predict_false(ts)) {
687                 if (len <= CACHE_PATH_CUTOFF)
688                         ncp_ts = uma_zalloc_smr(cache_zone_small_ts, M_WAITOK);
689                 else
690                         ncp_ts = uma_zalloc_smr(cache_zone_large_ts, M_WAITOK);
691                 ncp = &ncp_ts->nc_nc;
692         } else {
693                 if (len <= CACHE_PATH_CUTOFF)
694                         ncp = uma_zalloc_smr(cache_zone_small, M_WAITOK);
695                 else
696                         ncp = uma_zalloc_smr(cache_zone_large, M_WAITOK);
697         }
698         return (ncp);
699 }
700
701 static void
702 cache_free_uma(struct namecache *ncp)
703 {
704         struct namecache_ts *ncp_ts;
705
706         if (__predict_false(ncp->nc_flag & NCF_TS)) {
707                 ncp_ts = __containerof(ncp, struct namecache_ts, nc_nc);
708                 if (ncp->nc_nlen <= CACHE_PATH_CUTOFF)
709                         uma_zfree_smr(cache_zone_small_ts, ncp_ts);
710                 else
711                         uma_zfree_smr(cache_zone_large_ts, ncp_ts);
712         } else {
713                 if (ncp->nc_nlen <= CACHE_PATH_CUTOFF)
714                         uma_zfree_smr(cache_zone_small, ncp);
715                 else
716                         uma_zfree_smr(cache_zone_large, ncp);
717         }
718 }
719
720 static struct namecache *
721 cache_alloc(int len, bool ts)
722 {
723         u_long lnumcache;
724
725         /*
726          * Avoid blowout in namecache entries.
727          *
728          * Bugs:
729          * 1. filesystems may end up trying to add an already existing entry
730          * (for example this can happen after a cache miss during concurrent
731          * lookup), in which case we will call cache_neg_evict despite not
732          * adding anything.
733          * 2. the routine may fail to free anything and no provisions are made
734          * to make it try harder (see the inside for failure modes)
735          * 3. it only ever looks at negative entries.
736          */
737         lnumcache = atomic_fetchadd_long(&numcache, 1) + 1;
738         if (cache_neg_evict_cond(lnumcache)) {
739                 lnumcache = atomic_load_long(&numcache);
740         }
741         if (__predict_false(lnumcache >= ncsize)) {
742                 atomic_subtract_long(&numcache, 1);
743                 counter_u64_add(numdrops, 1);
744                 return (NULL);
745         }
746         return (cache_alloc_uma(len, ts));
747 }
748
749 static void
750 cache_free(struct namecache *ncp)
751 {
752
753         MPASS(ncp != NULL);
754         if ((ncp->nc_flag & NCF_DVDROP) != 0) {
755                 cache_drop_vnode(ncp->nc_dvp);
756         }
757         cache_free_uma(ncp);
758         atomic_subtract_long(&numcache, 1);
759 }
760
761 static void
762 cache_free_batch(struct cache_freebatch *batch)
763 {
764         struct namecache *ncp, *nnp;
765         int i;
766
767         i = 0;
768         if (TAILQ_EMPTY(batch))
769                 goto out;
770         TAILQ_FOREACH_SAFE(ncp, batch, nc_dst, nnp) {
771                 if ((ncp->nc_flag & NCF_DVDROP) != 0) {
772                         cache_drop_vnode(ncp->nc_dvp);
773                 }
774                 cache_free_uma(ncp);
775                 i++;
776         }
777         atomic_subtract_long(&numcache, i);
778 out:
779         SDT_PROBE1(vfs, namecache, purge, batch, i);
780 }
781
782 /*
783  * Hashing.
784  *
785  * The code was made to use FNV in 2001 and this choice needs to be revisited.
786  *
787  * Short summary of the difficulty:
788  * The longest name which can be inserted is NAME_MAX characters in length (or
789  * 255 at the time of writing this comment), while majority of names used in
790  * practice are significantly shorter (mostly below 10). More importantly
791  * majority of lookups performed find names are even shorter than that.
792  *
793  * This poses a problem where hashes which do better than FNV past word size
794  * (or so) tend to come with additional overhead when finalizing the result,
795  * making them noticeably slower for the most commonly used range.
796  *
797  * Consider a path like: /usr/obj/usr/src/sys/amd64/GENERIC/vnode_if.c
798  *
799  * When looking it up the most time consuming part by a large margin (at least
800  * on amd64) is hashing.  Replacing FNV with something which pessimizes short
801  * input would make the slowest part stand out even more.
802  */
803
804 /*
805  * TODO: With the value stored we can do better than computing the hash based
806  * on the address.
807  */
808 static void
809 cache_prehash(struct vnode *vp)
810 {
811
812         vp->v_nchash = fnv_32_buf(&vp, sizeof(vp), FNV1_32_INIT);
813 }
814
815 static uint32_t
816 cache_get_hash(char *name, u_char len, struct vnode *dvp)
817 {
818
819         return (fnv_32_buf(name, len, dvp->v_nchash));
820 }
821
822 static uint32_t
823 cache_get_hash_iter_start(struct vnode *dvp)
824 {
825
826         return (dvp->v_nchash);
827 }
828
829 static uint32_t
830 cache_get_hash_iter(char c, uint32_t hash)
831 {
832
833         return (fnv_32_buf(&c, 1, hash));
834 }
835
836 static uint32_t
837 cache_get_hash_iter_finish(uint32_t hash)
838 {
839
840         return (hash);
841 }
842
843 static inline struct nchashhead *
844 NCP2BUCKET(struct namecache *ncp)
845 {
846         uint32_t hash;
847
848         hash = cache_get_hash(ncp->nc_name, ncp->nc_nlen, ncp->nc_dvp);
849         return (NCHHASH(hash));
850 }
851
852 static inline struct mtx *
853 NCP2BUCKETLOCK(struct namecache *ncp)
854 {
855         uint32_t hash;
856
857         hash = cache_get_hash(ncp->nc_name, ncp->nc_nlen, ncp->nc_dvp);
858         return (HASH2BUCKETLOCK(hash));
859 }
860
861 #ifdef INVARIANTS
862 static void
863 cache_assert_bucket_locked(struct namecache *ncp)
864 {
865         struct mtx *blp;
866
867         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
868         mtx_assert(blp, MA_OWNED);
869 }
870
871 static void
872 cache_assert_bucket_unlocked(struct namecache *ncp)
873 {
874         struct mtx *blp;
875
876         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
877         mtx_assert(blp, MA_NOTOWNED);
878 }
879 #else
880 #define cache_assert_bucket_locked(x) do { } while (0)
881 #define cache_assert_bucket_unlocked(x) do { } while (0)
882 #endif
883
884 #define cache_sort_vnodes(x, y) _cache_sort_vnodes((void **)(x), (void **)(y))
885 static void
886 _cache_sort_vnodes(void **p1, void **p2)
887 {
888         void *tmp;
889
890         MPASS(*p1 != NULL || *p2 != NULL);
891
892         if (*p1 > *p2) {
893                 tmp = *p2;
894                 *p2 = *p1;
895                 *p1 = tmp;
896         }
897 }
898
899 static void
900 cache_lock_all_buckets(void)
901 {
902         u_int i;
903
904         for (i = 0; i < numbucketlocks; i++)
905                 mtx_lock(&bucketlocks[i]);
906 }
907
908 static void
909 cache_unlock_all_buckets(void)
910 {
911         u_int i;
912
913         for (i = 0; i < numbucketlocks; i++)
914                 mtx_unlock(&bucketlocks[i]);
915 }
916
917 static void
918 cache_lock_all_vnodes(void)
919 {
920         u_int i;
921
922         for (i = 0; i < numvnodelocks; i++)
923                 mtx_lock(&vnodelocks[i]);
924 }
925
926 static void
927 cache_unlock_all_vnodes(void)
928 {
929         u_int i;
930
931         for (i = 0; i < numvnodelocks; i++)
932                 mtx_unlock(&vnodelocks[i]);
933 }
934
935 static int
936 cache_trylock_vnodes(struct mtx *vlp1, struct mtx *vlp2)
937 {
938
939         cache_sort_vnodes(&vlp1, &vlp2);
940
941         if (vlp1 != NULL) {
942                 if (!mtx_trylock(vlp1))
943                         return (EAGAIN);
944         }
945         if (!mtx_trylock(vlp2)) {
946                 if (vlp1 != NULL)
947                         mtx_unlock(vlp1);
948                 return (EAGAIN);
949         }
950
951         return (0);
952 }
953
954 static void
955 cache_lock_vnodes(struct mtx *vlp1, struct mtx *vlp2)
956 {
957
958         MPASS(vlp1 != NULL || vlp2 != NULL);
959         MPASS(vlp1 <= vlp2);
960
961         if (vlp1 != NULL)
962                 mtx_lock(vlp1);
963         if (vlp2 != NULL)
964                 mtx_lock(vlp2);
965 }
966
967 static void
968 cache_unlock_vnodes(struct mtx *vlp1, struct mtx *vlp2)
969 {
970
971         MPASS(vlp1 != NULL || vlp2 != NULL);
972
973         if (vlp1 != NULL)
974                 mtx_unlock(vlp1);
975         if (vlp2 != NULL)
976                 mtx_unlock(vlp2);
977 }
978
979 static int
980 sysctl_nchstats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
981 {
982         struct nchstats snap;
983
984         if (req->oldptr == NULL)
985                 return (SYSCTL_OUT(req, 0, sizeof(snap)));
986
987         snap = nchstats;
988         snap.ncs_goodhits = counter_u64_fetch(numposhits);
989         snap.ncs_neghits = counter_u64_fetch(numneghits);
990         snap.ncs_badhits = counter_u64_fetch(numposzaps) +
991             counter_u64_fetch(numnegzaps);
992         snap.ncs_miss = counter_u64_fetch(nummisszap) +
993             counter_u64_fetch(nummiss);
994
995         return (SYSCTL_OUT(req, &snap, sizeof(snap)));
996 }
997 SYSCTL_PROC(_vfs_cache, OID_AUTO, nchstats, CTLTYPE_OPAQUE | CTLFLAG_RD |
998     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_nchstats, "LU",
999     "VFS cache effectiveness statistics");
1000
1001 static void
1002 cache_recalc_neg_min(u_int val)
1003 {
1004
1005         neg_min = (ncsize * val) / 100;
1006 }
1007
1008 static int
1009 sysctl_negminpct(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1010 {
1011         u_int val;
1012         int error;
1013
1014         val = ncnegminpct;
1015         error = sysctl_handle_int(oidp, &val, 0, req);
1016         if (error != 0 || req->newptr == NULL)
1017                 return (error);
1018
1019         if (val == ncnegminpct)
1020                 return (0);
1021         if (val < 0 || val > 99)
1022                 return (EINVAL);
1023         ncnegminpct = val;
1024         cache_recalc_neg_min(val);
1025         return (0);
1026 }
1027
1028 SYSCTL_PROC(_vfs_cache_param, OID_AUTO, negminpct,
1029     CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_RW, NULL, 0, sysctl_negminpct,
1030     "I", "Negative entry \% of namecache capacity above which automatic eviction is allowed");
1031
1032 #ifdef DIAGNOSTIC
1033 /*
1034  * Grab an atomic snapshot of the name cache hash chain lengths
1035  */
1036 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, hashstat,
1037     CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, NULL,
1038     "hash table stats");
1039
1040 static int
1041 sysctl_debug_hashstat_rawnchash(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1042 {
1043         struct nchashhead *ncpp;
1044         struct namecache *ncp;
1045         int i, error, n_nchash, *cntbuf;
1046
1047 retry:
1048         n_nchash = nchash + 1;  /* nchash is max index, not count */
1049         if (req->oldptr == NULL)
1050                 return SYSCTL_OUT(req, 0, n_nchash * sizeof(int));
1051         cntbuf = malloc(n_nchash * sizeof(int), M_TEMP, M_ZERO | M_WAITOK);
1052         cache_lock_all_buckets();
1053         if (n_nchash != nchash + 1) {
1054                 cache_unlock_all_buckets();
1055                 free(cntbuf, M_TEMP);
1056                 goto retry;
1057         }
1058         /* Scan hash tables counting entries */
1059         for (ncpp = nchashtbl, i = 0; i < n_nchash; ncpp++, i++)
1060                 CK_SLIST_FOREACH(ncp, ncpp, nc_hash)
1061                         cntbuf[i]++;
1062         cache_unlock_all_buckets();
1063         for (error = 0, i = 0; i < n_nchash; i++)
1064                 if ((error = SYSCTL_OUT(req, &cntbuf[i], sizeof(int))) != 0)
1065                         break;
1066         free(cntbuf, M_TEMP);
1067         return (error);
1068 }
1069 SYSCTL_PROC(_debug_hashstat, OID_AUTO, rawnchash, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RD|
1070     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_debug_hashstat_rawnchash, "S,int",
1071     "nchash chain lengths");
1072
1073 static int
1074 sysctl_debug_hashstat_nchash(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1075 {
1076         int error;
1077         struct nchashhead *ncpp;
1078         struct namecache *ncp;
1079         int n_nchash;
1080         int count, maxlength, used, pct;
1081
1082         if (!req->oldptr)
1083                 return SYSCTL_OUT(req, 0, 4 * sizeof(int));
1084
1085         cache_lock_all_buckets();
1086         n_nchash = nchash + 1;  /* nchash is max index, not count */
1087         used = 0;
1088         maxlength = 0;
1089
1090         /* Scan hash tables for applicable entries */
1091         for (ncpp = nchashtbl; n_nchash > 0; n_nchash--, ncpp++) {
1092                 count = 0;
1093                 CK_SLIST_FOREACH(ncp, ncpp, nc_hash) {
1094                         count++;
1095                 }
1096                 if (count)
1097                         used++;
1098                 if (maxlength < count)
1099                         maxlength = count;
1100         }
1101         n_nchash = nchash + 1;
1102         cache_unlock_all_buckets();
1103         pct = (used * 100) / (n_nchash / 100);
1104         error = SYSCTL_OUT(req, &n_nchash, sizeof(n_nchash));
1105         if (error)
1106                 return (error);
1107         error = SYSCTL_OUT(req, &used, sizeof(used));
1108         if (error)
1109                 return (error);
1110         error = SYSCTL_OUT(req, &maxlength, sizeof(maxlength));
1111         if (error)
1112                 return (error);
1113         error = SYSCTL_OUT(req, &pct, sizeof(pct));
1114         if (error)
1115                 return (error);
1116         return (0);
1117 }
1118 SYSCTL_PROC(_debug_hashstat, OID_AUTO, nchash, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RD|
1119     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_debug_hashstat_nchash, "I",
1120     "nchash statistics (number of total/used buckets, maximum chain length, usage percentage)");
1121 #endif
1122
1123 /*
1124  * Negative entries management
1125  *
1126  * Various workloads create plenty of negative entries and barely use them
1127  * afterwards. Moreover malicious users can keep performing bogus lookups
1128  * adding even more entries. For example "make tinderbox" as of writing this
1129  * comment ends up with 2.6M namecache entries in total, 1.2M of which are
1130  * negative.
1131  *
1132  * As such, a rather aggressive eviction method is needed. The currently
1133  * employed method is a placeholder.
1134  *
1135  * Entries are split over numneglists separate lists, each of which is further
1136  * split into hot and cold entries. Entries get promoted after getting a hit.
1137  * Eviction happens on addition of new entry.
1138  */
1139 static SYSCTL_NODE(_vfs_cache, OID_AUTO, neg, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
1140     "Name cache negative entry statistics");
1141
1142 SYSCTL_ULONG(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, count, CTLFLAG_RD, &numneg, 0,
1143     "Number of negative cache entries");
1144
1145 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(neg_created);
1146 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, created, CTLFLAG_RD, &neg_created,
1147     "Number of created negative entries");
1148
1149 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(neg_evicted);
1150 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, evicted, CTLFLAG_RD, &neg_evicted,
1151     "Number of evicted negative entries");
1152
1153 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(neg_evict_skipped_empty);
1154 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, evict_skipped_empty, CTLFLAG_RD,
1155     &neg_evict_skipped_empty,
1156     "Number of times evicting failed due to lack of entries");
1157
1158 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(neg_evict_skipped_missed);
1159 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, evict_skipped_missed, CTLFLAG_RD,
1160     &neg_evict_skipped_missed,
1161     "Number of times evicting failed due to target entry disappearing");
1162
1163 static COUNTER_U64_DEFINE_EARLY(neg_evict_skipped_contended);
1164 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, evict_skipped_contended, CTLFLAG_RD,
1165     &neg_evict_skipped_contended,
1166     "Number of times evicting failed due to contention");
1167
1168 SYSCTL_COUNTER_U64(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, hits, CTLFLAG_RD, &numneghits,
1169     "Number of cache hits (negative)");
1170
1171 static int
1172 sysctl_neg_hot(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1173 {
1174         int i, out;
1175
1176         out = 0;
1177         for (i = 0; i < numneglists; i++)
1178                 out += neglists[i].nl_hotnum;
1179
1180         return (SYSCTL_OUT(req, &out, sizeof(out)));
1181 }
1182 SYSCTL_PROC(_vfs_cache_neg, OID_AUTO, hot, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RD |
1183     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_neg_hot, "I",
1184     "Number of hot negative entries");
1185
1186 static void
1187 cache_neg_init(struct namecache *ncp)
1188 {
1189         struct negstate *ns;
1190
1191         ncp->nc_flag |= NCF_NEGATIVE;
1192         ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1193         ns->neg_flag = 0;
1194         ns->neg_hit = 0;
1195         counter_u64_add(neg_created, 1);
1196 }
1197
1198 #define CACHE_NEG_PROMOTION_THRESH 2
1199
1200 static bool
1201 cache_neg_hit_prep(struct namecache *ncp)
1202 {
1203         struct negstate *ns;
1204         u_char n;
1205
1206         ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1207         n = atomic_load_char(&ns->neg_hit);
1208         for (;;) {
1209                 if (n >= CACHE_NEG_PROMOTION_THRESH)
1210                         return (false);
1211                 if (atomic_fcmpset_8(&ns->neg_hit, &n, n + 1))
1212                         break;
1213         }
1214         return (n + 1 == CACHE_NEG_PROMOTION_THRESH);
1215 }
1216
1217 /*
1218  * Nothing to do here but it is provided for completeness as some
1219  * cache_neg_hit_prep callers may end up returning without even
1220  * trying to promote.
1221  */
1222 #define cache_neg_hit_abort(ncp)        do { } while (0)
1223
1224 static void
1225 cache_neg_hit_finish(struct namecache *ncp)
1226 {
1227
1228         SDT_PROBE2(vfs, namecache, lookup, hit__negative, ncp->nc_dvp, ncp->nc_name);
1229         counter_u64_add(numneghits, 1);
1230 }
1231
1232 /*
1233  * Move a negative entry to the hot list.
1234  */
1235 static void
1236 cache_neg_promote_locked(struct namecache *ncp)
1237 {
1238         struct neglist *nl;
1239         struct negstate *ns;
1240
1241         ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1242         nl = NCP2NEGLIST(ncp);
1243         mtx_assert(&nl->nl_lock, MA_OWNED);
1244         if ((ns->neg_flag & NEG_HOT) == 0) {
1245                 TAILQ_REMOVE(&nl->nl_list, ncp, nc_dst);
1246                 TAILQ_INSERT_TAIL(&nl->nl_hotlist, ncp, nc_dst);
1247                 nl->nl_hotnum++;
1248                 ns->neg_flag |= NEG_HOT;
1249         }
1250 }
1251
1252 /*
1253  * Move a hot negative entry to the cold list.
1254  */
1255 static void
1256 cache_neg_demote_locked(struct namecache *ncp)
1257 {
1258         struct neglist *nl;
1259         struct negstate *ns;
1260
1261         ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1262         nl = NCP2NEGLIST(ncp);
1263         mtx_assert(&nl->nl_lock, MA_OWNED);
1264         MPASS(ns->neg_flag & NEG_HOT);
1265         TAILQ_REMOVE(&nl->nl_hotlist, ncp, nc_dst);
1266         TAILQ_INSERT_TAIL(&nl->nl_list, ncp, nc_dst);
1267         nl->nl_hotnum--;
1268         ns->neg_flag &= ~NEG_HOT;
1269         atomic_store_char(&ns->neg_hit, 0);
1270 }
1271
1272 /*
1273  * Move a negative entry to the hot list if it matches the lookup.
1274  *
1275  * We have to take locks, but they may be contended and in the worst
1276  * case we may need to go off CPU. We don't want to spin within the
1277  * smr section and we can't block with it. Exiting the section means
1278  * the found entry could have been evicted. We are going to look it
1279  * up again.
1280  */
1281 static bool
1282 cache_neg_promote_cond(struct vnode *dvp, struct componentname *cnp,
1283     struct namecache *oncp, uint32_t hash)
1284 {
1285         struct namecache *ncp;
1286         struct neglist *nl;
1287         u_char nc_flag;
1288
1289         nl = NCP2NEGLIST(oncp);
1290
1291         mtx_lock(&nl->nl_lock);
1292         /*
1293          * For hash iteration.
1294          */
1295         vfs_smr_enter();
1296
1297         /*
1298          * Avoid all surprises by only succeeding if we got the same entry and
1299          * bailing completely otherwise.
1300          * XXX There are no provisions to keep the vnode around, meaning we may
1301          * end up promoting a negative entry for a *new* vnode and returning
1302          * ENOENT on its account. This is the error we want to return anyway
1303          * and promotion is harmless.
1304          *
1305          * In particular at this point there can be a new ncp which matches the
1306          * search but hashes to a different neglist.
1307          */
1308         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1309                 if (ncp == oncp)
1310                         break;
1311         }
1312
1313         /*
1314          * No match to begin with.
1315          */
1316         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
1317                 goto out_abort;
1318         }
1319
1320         /*
1321          * The newly found entry may be something different...
1322          */
1323         if (!(ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
1324             !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))) {
1325                 goto out_abort;
1326         }
1327
1328         /*
1329          * ... and not even negative.
1330          */
1331         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
1332         if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) == 0) {
1333                 goto out_abort;
1334         }
1335
1336         if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
1337                 goto out_abort;
1338         }
1339
1340         cache_neg_promote_locked(ncp);
1341         cache_neg_hit_finish(ncp);
1342         vfs_smr_exit();
1343         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1344         return (true);
1345 out_abort:
1346         vfs_smr_exit();
1347         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1348         return (false);
1349 }
1350
1351 static void
1352 cache_neg_promote(struct namecache *ncp)
1353 {
1354         struct neglist *nl;
1355
1356         nl = NCP2NEGLIST(ncp);
1357         mtx_lock(&nl->nl_lock);
1358         cache_neg_promote_locked(ncp);
1359         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1360 }
1361
1362 static void
1363 cache_neg_insert(struct namecache *ncp)
1364 {
1365         struct neglist *nl;
1366
1367         MPASS(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE);
1368         cache_assert_bucket_locked(ncp);
1369         nl = NCP2NEGLIST(ncp);
1370         mtx_lock(&nl->nl_lock);
1371         TAILQ_INSERT_TAIL(&nl->nl_list, ncp, nc_dst);
1372         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1373         atomic_add_long(&numneg, 1);
1374 }
1375
1376 static void
1377 cache_neg_remove(struct namecache *ncp)
1378 {
1379         struct neglist *nl;
1380         struct negstate *ns;
1381
1382         cache_assert_bucket_locked(ncp);
1383         nl = NCP2NEGLIST(ncp);
1384         ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1385         mtx_lock(&nl->nl_lock);
1386         if ((ns->neg_flag & NEG_HOT) != 0) {
1387                 TAILQ_REMOVE(&nl->nl_hotlist, ncp, nc_dst);
1388                 nl->nl_hotnum--;
1389         } else {
1390                 TAILQ_REMOVE(&nl->nl_list, ncp, nc_dst);
1391         }
1392         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1393         atomic_subtract_long(&numneg, 1);
1394 }
1395
1396 static struct neglist *
1397 cache_neg_evict_select_list(void)
1398 {
1399         struct neglist *nl;
1400         u_int c;
1401
1402         c = atomic_fetchadd_int(&neg_cycle, 1) + 1;
1403         nl = &neglists[c % numneglists];
1404         if (!mtx_trylock(&nl->nl_evict_lock)) {
1405                 counter_u64_add(neg_evict_skipped_contended, 1);
1406                 return (NULL);
1407         }
1408         return (nl);
1409 }
1410
1411 static struct namecache *
1412 cache_neg_evict_select_entry(struct neglist *nl)
1413 {
1414         struct namecache *ncp, *lncp;
1415         struct negstate *ns, *lns;
1416         int i;
1417
1418         mtx_assert(&nl->nl_evict_lock, MA_OWNED);
1419         mtx_assert(&nl->nl_lock, MA_OWNED);
1420         ncp = TAILQ_FIRST(&nl->nl_list);
1421         if (ncp == NULL)
1422                 return (NULL);
1423         lncp = ncp;
1424         lns = NCP2NEGSTATE(lncp);
1425         for (i = 1; i < 4; i++) {
1426                 ncp = TAILQ_NEXT(ncp, nc_dst);
1427                 if (ncp == NULL)
1428                         break;
1429                 ns = NCP2NEGSTATE(ncp);
1430                 if (ns->neg_hit < lns->neg_hit) {
1431                         lncp = ncp;
1432                         lns = ns;
1433                 }
1434         }
1435         return (lncp);
1436 }
1437
1438 static bool
1439 cache_neg_evict(void)
1440 {
1441         struct namecache *ncp, *ncp2;
1442         struct neglist *nl;
1443         struct vnode *dvp;
1444         struct mtx *dvlp;
1445         struct mtx *blp;
1446         uint32_t hash;
1447         u_char nlen;
1448         bool evicted;
1449
1450         nl = cache_neg_evict_select_list();
1451         if (nl == NULL) {
1452                 return (false);
1453         }
1454
1455         mtx_lock(&nl->nl_lock);
1456         ncp = TAILQ_FIRST(&nl->nl_hotlist);
1457         if (ncp != NULL) {
1458                 cache_neg_demote_locked(ncp);
1459         }
1460         ncp = cache_neg_evict_select_entry(nl);
1461         if (ncp == NULL) {
1462                 counter_u64_add(neg_evict_skipped_empty, 1);
1463                 mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1464                 mtx_unlock(&nl->nl_evict_lock);
1465                 return (false);
1466         }
1467         nlen = ncp->nc_nlen;
1468         dvp = ncp->nc_dvp;
1469         hash = cache_get_hash(ncp->nc_name, nlen, dvp);
1470         dvlp = VP2VNODELOCK(dvp);
1471         blp = HASH2BUCKETLOCK(hash);
1472         mtx_unlock(&nl->nl_lock);
1473         mtx_unlock(&nl->nl_evict_lock);
1474         mtx_lock(dvlp);
1475         mtx_lock(blp);
1476         /*
1477          * Note that since all locks were dropped above, the entry may be
1478          * gone or reallocated to be something else.
1479          */
1480         CK_SLIST_FOREACH(ncp2, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1481                 if (ncp2 == ncp && ncp2->nc_dvp == dvp &&
1482                     ncp2->nc_nlen == nlen && (ncp2->nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
1483                         break;
1484         }
1485         if (ncp2 == NULL) {
1486                 counter_u64_add(neg_evict_skipped_missed, 1);
1487                 ncp = NULL;
1488                 evicted = false;
1489         } else {
1490                 MPASS(dvlp == VP2VNODELOCK(ncp->nc_dvp));
1491                 MPASS(blp == NCP2BUCKETLOCK(ncp));
1492                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, evict_negative, done, ncp->nc_dvp,
1493                     ncp->nc_name);
1494                 cache_zap_locked(ncp);
1495                 counter_u64_add(neg_evicted, 1);
1496                 evicted = true;
1497         }
1498         mtx_unlock(blp);
1499         mtx_unlock(dvlp);
1500         if (ncp != NULL)
1501                 cache_free(ncp);
1502         return (evicted);
1503 }
1504
1505 /*
1506  * Maybe evict a negative entry to create more room.
1507  *
1508  * The ncnegfactor parameter limits what fraction of the total count
1509  * can comprise of negative entries. However, if the cache is just
1510  * warming up this leads to excessive evictions.  As such, ncnegminpct
1511  * (recomputed to neg_min) dictates whether the above should be
1512  * applied.
1513  *
1514  * Try evicting if the cache is close to full capacity regardless of
1515  * other considerations.
1516  */
1517 static bool
1518 cache_neg_evict_cond(u_long lnumcache)
1519 {
1520         u_long lnumneg;
1521
1522         if (ncsize - 1000 < lnumcache)
1523                 goto out_evict;
1524         lnumneg = atomic_load_long(&numneg);
1525         if (lnumneg < neg_min)
1526                 return (false);
1527         if (lnumneg * ncnegfactor < lnumcache)
1528                 return (false);
1529 out_evict:
1530         return (cache_neg_evict());
1531 }
1532
1533 /*
1534  * cache_zap_locked():
1535  *
1536  *   Removes a namecache entry from cache, whether it contains an actual
1537  *   pointer to a vnode or if it is just a negative cache entry.
1538  */
1539 static void
1540 cache_zap_locked(struct namecache *ncp)
1541 {
1542         struct nchashhead *ncpp;
1543         struct vnode *dvp, *vp;
1544
1545         dvp = ncp->nc_dvp;
1546         vp = ncp->nc_vp;
1547
1548         if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE))
1549                 cache_assert_vnode_locked(vp);
1550         cache_assert_vnode_locked(dvp);
1551         cache_assert_bucket_locked(ncp);
1552
1553         cache_ncp_invalidate(ncp);
1554
1555         ncpp = NCP2BUCKET(ncp);
1556         CK_SLIST_REMOVE(ncpp, ncp, namecache, nc_hash);
1557         if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE)) {
1558                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, zap, done, dvp, ncp->nc_name, vp);
1559                 TAILQ_REMOVE(&vp->v_cache_dst, ncp, nc_dst);
1560                 if (ncp == vp->v_cache_dd) {
1561                         atomic_store_ptr(&vp->v_cache_dd, NULL);
1562                 }
1563         } else {
1564                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, zap_negative, done, dvp, ncp->nc_name);
1565                 cache_neg_remove(ncp);
1566         }
1567         if (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) {
1568                 if (ncp == dvp->v_cache_dd) {
1569                         atomic_store_ptr(&dvp->v_cache_dd, NULL);
1570                 }
1571         } else {
1572                 LIST_REMOVE(ncp, nc_src);
1573                 if (LIST_EMPTY(&dvp->v_cache_src)) {
1574                         ncp->nc_flag |= NCF_DVDROP;
1575                 }
1576         }
1577 }
1578
1579 static void
1580 cache_zap_negative_locked_vnode_kl(struct namecache *ncp, struct vnode *vp)
1581 {
1582         struct mtx *blp;
1583
1584         MPASS(ncp->nc_dvp == vp);
1585         MPASS(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE);
1586         cache_assert_vnode_locked(vp);
1587
1588         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
1589         mtx_lock(blp);
1590         cache_zap_locked(ncp);
1591         mtx_unlock(blp);
1592 }
1593
1594 static bool
1595 cache_zap_locked_vnode_kl2(struct namecache *ncp, struct vnode *vp,
1596     struct mtx **vlpp)
1597 {
1598         struct mtx *pvlp, *vlp1, *vlp2, *to_unlock;
1599         struct mtx *blp;
1600
1601         MPASS(vp == ncp->nc_dvp || vp == ncp->nc_vp);
1602         cache_assert_vnode_locked(vp);
1603
1604         if (ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE) {
1605                 if (*vlpp != NULL) {
1606                         mtx_unlock(*vlpp);
1607                         *vlpp = NULL;
1608                 }
1609                 cache_zap_negative_locked_vnode_kl(ncp, vp);
1610                 return (true);
1611         }
1612
1613         pvlp = VP2VNODELOCK(vp);
1614         blp = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
1615         vlp1 = VP2VNODELOCK(ncp->nc_dvp);
1616         vlp2 = VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp);
1617
1618         if (*vlpp == vlp1 || *vlpp == vlp2) {
1619                 to_unlock = *vlpp;
1620                 *vlpp = NULL;
1621         } else {
1622                 if (*vlpp != NULL) {
1623                         mtx_unlock(*vlpp);
1624                         *vlpp = NULL;
1625                 }
1626                 cache_sort_vnodes(&vlp1, &vlp2);
1627                 if (vlp1 == pvlp) {
1628                         mtx_lock(vlp2);
1629                         to_unlock = vlp2;
1630                 } else {
1631                         if (!mtx_trylock(vlp1))
1632                                 goto out_relock;
1633                         to_unlock = vlp1;
1634                 }
1635         }
1636         mtx_lock(blp);
1637         cache_zap_locked(ncp);
1638         mtx_unlock(blp);
1639         if (to_unlock != NULL)
1640                 mtx_unlock(to_unlock);
1641         return (true);
1642
1643 out_relock:
1644         mtx_unlock(vlp2);
1645         mtx_lock(vlp1);
1646         mtx_lock(vlp2);
1647         MPASS(*vlpp == NULL);
1648         *vlpp = vlp1;
1649         return (false);
1650 }
1651
1652 /*
1653  * If trylocking failed we can get here. We know enough to take all needed locks
1654  * in the right order and re-lookup the entry.
1655  */
1656 static int
1657 cache_zap_unlocked_bucket(struct namecache *ncp, struct componentname *cnp,
1658     struct vnode *dvp, struct mtx *dvlp, struct mtx *vlp, uint32_t hash,
1659     struct mtx *blp)
1660 {
1661         struct namecache *rncp;
1662
1663         cache_assert_bucket_unlocked(ncp);
1664
1665         cache_sort_vnodes(&dvlp, &vlp);
1666         cache_lock_vnodes(dvlp, vlp);
1667         mtx_lock(blp);
1668         CK_SLIST_FOREACH(rncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1669                 if (rncp == ncp && rncp->nc_dvp == dvp &&
1670                     rncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
1671                     !bcmp(rncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, rncp->nc_nlen))
1672                         break;
1673         }
1674         if (rncp != NULL) {
1675                 cache_zap_locked(rncp);
1676                 mtx_unlock(blp);
1677                 cache_unlock_vnodes(dvlp, vlp);
1678                 counter_u64_add(zap_bucket_relock_success, 1);
1679                 return (0);
1680         }
1681
1682         mtx_unlock(blp);
1683         cache_unlock_vnodes(dvlp, vlp);
1684         return (EAGAIN);
1685 }
1686
1687 static int __noinline
1688 cache_zap_locked_bucket(struct namecache *ncp, struct componentname *cnp,
1689     uint32_t hash, struct mtx *blp)
1690 {
1691         struct mtx *dvlp, *vlp;
1692         struct vnode *dvp;
1693
1694         cache_assert_bucket_locked(ncp);
1695
1696         dvlp = VP2VNODELOCK(ncp->nc_dvp);
1697         vlp = NULL;
1698         if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE))
1699                 vlp = VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp);
1700         if (cache_trylock_vnodes(dvlp, vlp) == 0) {
1701                 cache_zap_locked(ncp);
1702                 mtx_unlock(blp);
1703                 cache_unlock_vnodes(dvlp, vlp);
1704                 return (0);
1705         }
1706
1707         dvp = ncp->nc_dvp;
1708         mtx_unlock(blp);
1709         return (cache_zap_unlocked_bucket(ncp, cnp, dvp, dvlp, vlp, hash, blp));
1710 }
1711
1712 static __noinline int
1713 cache_remove_cnp(struct vnode *dvp, struct componentname *cnp)
1714 {
1715         struct namecache *ncp;
1716         struct mtx *blp;
1717         struct mtx *dvlp, *dvlp2;
1718         uint32_t hash;
1719         int error;
1720
1721         if (cnp->cn_namelen == 2 &&
1722             cnp->cn_nameptr[0] == '.' && cnp->cn_nameptr[1] == '.') {
1723                 dvlp = VP2VNODELOCK(dvp);
1724                 dvlp2 = NULL;
1725                 mtx_lock(dvlp);
1726 retry_dotdot:
1727                 ncp = dvp->v_cache_dd;
1728                 if (ncp == NULL) {
1729                         mtx_unlock(dvlp);
1730                         if (dvlp2 != NULL)
1731                                 mtx_unlock(dvlp2);
1732                         SDT_PROBE2(vfs, namecache, removecnp, miss, dvp, cnp);
1733                         return (0);
1734                 }
1735                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
1736                         if (!cache_zap_locked_vnode_kl2(ncp, dvp, &dvlp2))
1737                                 goto retry_dotdot;
1738                         MPASS(dvp->v_cache_dd == NULL);
1739                         mtx_unlock(dvlp);
1740                         if (dvlp2 != NULL)
1741                                 mtx_unlock(dvlp2);
1742                         cache_free(ncp);
1743                 } else {
1744                         atomic_store_ptr(&dvp->v_cache_dd, NULL);
1745                         mtx_unlock(dvlp);
1746                         if (dvlp2 != NULL)
1747                                 mtx_unlock(dvlp2);
1748                 }
1749                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, removecnp, hit, dvp, cnp);
1750                 return (1);
1751         }
1752
1753         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp);
1754         blp = HASH2BUCKETLOCK(hash);
1755 retry:
1756         if (CK_SLIST_EMPTY(NCHHASH(hash)))
1757                 goto out_no_entry;
1758
1759         mtx_lock(blp);
1760
1761         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1762                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
1763                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))
1764                         break;
1765         }
1766
1767         if (ncp == NULL) {
1768                 mtx_unlock(blp);
1769                 goto out_no_entry;
1770         }
1771
1772         error = cache_zap_locked_bucket(ncp, cnp, hash, blp);
1773         if (__predict_false(error != 0)) {
1774                 zap_bucket_fail++;
1775                 goto retry;
1776         }
1777         counter_u64_add(numposzaps, 1);
1778         SDT_PROBE2(vfs, namecache, removecnp, hit, dvp, cnp);
1779         cache_free(ncp);
1780         return (1);
1781 out_no_entry:
1782         counter_u64_add(nummisszap, 1);
1783         SDT_PROBE2(vfs, namecache, removecnp, miss, dvp, cnp);
1784         return (0);
1785 }
1786
1787 static int __noinline
1788 cache_lookup_dot(struct vnode *dvp, struct vnode **vpp, struct componentname *cnp,
1789     struct timespec *tsp, int *ticksp)
1790 {
1791         int ltype;
1792
1793         *vpp = dvp;
1794         counter_u64_add(dothits, 1);
1795         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, ".", *vpp);
1796         if (tsp != NULL)
1797                 timespecclear(tsp);
1798         if (ticksp != NULL)
1799                 *ticksp = ticks;
1800         vrefact(*vpp);
1801         /*
1802          * When we lookup "." we still can be asked to lock it
1803          * differently...
1804          */
1805         ltype = cnp->cn_lkflags & LK_TYPE_MASK;
1806         if (ltype != VOP_ISLOCKED(*vpp)) {
1807                 if (ltype == LK_EXCLUSIVE) {
1808                         vn_lock(*vpp, LK_UPGRADE | LK_RETRY);
1809                         if (VN_IS_DOOMED((*vpp))) {
1810                                 /* forced unmount */
1811                                 vrele(*vpp);
1812                                 *vpp = NULL;
1813                                 return (ENOENT);
1814                         }
1815                 } else
1816                         vn_lock(*vpp, LK_DOWNGRADE | LK_RETRY);
1817         }
1818         return (-1);
1819 }
1820
1821 static int __noinline
1822 cache_lookup_dotdot(struct vnode *dvp, struct vnode **vpp, struct componentname *cnp,
1823     struct timespec *tsp, int *ticksp)
1824 {
1825         struct namecache_ts *ncp_ts;
1826         struct namecache *ncp;
1827         struct mtx *dvlp;
1828         enum vgetstate vs;
1829         int error, ltype;
1830         bool whiteout;
1831
1832         MPASS((cnp->cn_flags & ISDOTDOT) != 0);
1833
1834         if ((cnp->cn_flags & MAKEENTRY) == 0) {
1835                 cache_remove_cnp(dvp, cnp);
1836                 return (0);
1837         }
1838
1839         counter_u64_add(dotdothits, 1);
1840 retry:
1841         dvlp = VP2VNODELOCK(dvp);
1842         mtx_lock(dvlp);
1843         ncp = dvp->v_cache_dd;
1844         if (ncp == NULL) {
1845                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, lookup, miss, dvp, "..");
1846                 mtx_unlock(dvlp);
1847                 return (0);
1848         }
1849         if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
1850                 if (ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE)
1851                         *vpp = NULL;
1852                 else
1853                         *vpp = ncp->nc_vp;
1854         } else
1855                 *vpp = ncp->nc_dvp;
1856         if (*vpp == NULL)
1857                 goto negative_success;
1858         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, "..", *vpp);
1859         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
1860         if ((ncp->nc_flag & (NCF_ISDOTDOT | NCF_DTS)) ==
1861             NCF_DTS && tsp != NULL) {
1862                 ncp_ts = __containerof(ncp, struct namecache_ts, nc_nc);
1863                 *tsp = ncp_ts->nc_dotdottime;
1864         }
1865
1866         MPASS(dvp != *vpp);
1867         ltype = VOP_ISLOCKED(dvp);
1868         VOP_UNLOCK(dvp);
1869         vs = vget_prep(*vpp);
1870         mtx_unlock(dvlp);
1871         error = vget_finish(*vpp, cnp->cn_lkflags, vs);
1872         vn_lock(dvp, ltype | LK_RETRY);
1873         if (VN_IS_DOOMED(dvp)) {
1874                 if (error == 0)
1875                         vput(*vpp);
1876                 *vpp = NULL;
1877                 return (ENOENT);
1878         }
1879         if (error) {
1880                 *vpp = NULL;
1881                 goto retry;
1882         }
1883         return (-1);
1884 negative_success:
1885         if (__predict_false(cnp->cn_nameiop == CREATE)) {
1886                 if (cnp->cn_flags & ISLASTCN) {
1887                         counter_u64_add(numnegzaps, 1);
1888                         cache_zap_negative_locked_vnode_kl(ncp, dvp);
1889                         mtx_unlock(dvlp);
1890                         cache_free(ncp);
1891                         return (0);
1892                 }
1893         }
1894
1895         whiteout = (ncp->nc_flag & NCF_WHITE);
1896         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
1897         if (cache_neg_hit_prep(ncp))
1898                 cache_neg_promote(ncp);
1899         else
1900                 cache_neg_hit_finish(ncp);
1901         mtx_unlock(dvlp);
1902         if (whiteout)
1903                 cnp->cn_flags |= ISWHITEOUT;
1904         return (ENOENT);
1905 }
1906
1907 /**
1908  * Lookup a name in the name cache
1909  *
1910  * # Arguments
1911  *
1912  * - dvp:       Parent directory in which to search.
1913  * - vpp:       Return argument.  Will contain desired vnode on cache hit.
1914  * - cnp:       Parameters of the name search.  The most interesting bits of
1915  *              the cn_flags field have the following meanings:
1916  *      - MAKEENTRY:    If clear, free an entry from the cache rather than look
1917  *                      it up.
1918  *      - ISDOTDOT:     Must be set if and only if cn_nameptr == ".."
1919  * - tsp:       Return storage for cache timestamp.  On a successful (positive
1920  *              or negative) lookup, tsp will be filled with any timespec that
1921  *              was stored when this cache entry was created.  However, it will
1922  *              be clear for "." entries.
1923  * - ticks:     Return storage for alternate cache timestamp.  On a successful
1924  *              (positive or negative) lookup, it will contain the ticks value
1925  *              that was current when the cache entry was created, unless cnp
1926  *              was ".".
1927  *
1928  * Either both tsp and ticks have to be provided or neither of them.
1929  *
1930  * # Returns
1931  *
1932  * - -1:        A positive cache hit.  vpp will contain the desired vnode.
1933  * - ENOENT:    A negative cache hit, or dvp was recycled out from under us due
1934  *              to a forced unmount.  vpp will not be modified.  If the entry
1935  *              is a whiteout, then the ISWHITEOUT flag will be set in
1936  *              cnp->cn_flags.
1937  * - 0:         A cache miss.  vpp will not be modified.
1938  *
1939  * # Locking
1940  *
1941  * On a cache hit, vpp will be returned locked and ref'd.  If we're looking up
1942  * .., dvp is unlocked.  If we're looking up . an extra ref is taken, but the
1943  * lock is not recursively acquired.
1944  */
1945 static int __noinline
1946 cache_lookup_fallback(struct vnode *dvp, struct vnode **vpp, struct componentname *cnp,
1947     struct timespec *tsp, int *ticksp)
1948 {
1949         struct namecache *ncp;
1950         struct mtx *blp;
1951         uint32_t hash;
1952         enum vgetstate vs;
1953         int error;
1954         bool whiteout;
1955
1956         MPASS((cnp->cn_flags & ISDOTDOT) == 0);
1957         MPASS((cnp->cn_flags & (MAKEENTRY | NC_KEEPPOSENTRY)) != 0);
1958
1959 retry:
1960         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp);
1961         blp = HASH2BUCKETLOCK(hash);
1962         mtx_lock(blp);
1963
1964         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
1965                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
1966                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))
1967                         break;
1968         }
1969
1970         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
1971                 mtx_unlock(blp);
1972                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, lookup, miss, dvp, cnp->cn_nameptr);
1973                 counter_u64_add(nummiss, 1);
1974                 return (0);
1975         }
1976
1977         if (ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE)
1978                 goto negative_success;
1979
1980         counter_u64_add(numposhits, 1);
1981         *vpp = ncp->nc_vp;
1982         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, ncp->nc_name, *vpp);
1983         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
1984         MPASS(dvp != *vpp);
1985         vs = vget_prep(*vpp);
1986         mtx_unlock(blp);
1987         error = vget_finish(*vpp, cnp->cn_lkflags, vs);
1988         if (error) {
1989                 *vpp = NULL;
1990                 goto retry;
1991         }
1992         return (-1);
1993 negative_success:
1994         /*
1995          * We don't get here with regular lookup apart from corner cases.
1996          */
1997         if (__predict_true(cnp->cn_nameiop == CREATE)) {
1998                 if (cnp->cn_flags & ISLASTCN) {
1999                         counter_u64_add(numnegzaps, 1);
2000                         error = cache_zap_locked_bucket(ncp, cnp, hash, blp);
2001                         if (__predict_false(error != 0)) {
2002                                 zap_bucket_fail2++;
2003                                 goto retry;
2004                         }
2005                         cache_free(ncp);
2006                         return (0);
2007                 }
2008         }
2009
2010         whiteout = (ncp->nc_flag & NCF_WHITE);
2011         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
2012         if (cache_neg_hit_prep(ncp))
2013                 cache_neg_promote(ncp);
2014         else
2015                 cache_neg_hit_finish(ncp);
2016         mtx_unlock(blp);
2017         if (whiteout)
2018                 cnp->cn_flags |= ISWHITEOUT;
2019         return (ENOENT);
2020 }
2021
2022 int
2023 cache_lookup(struct vnode *dvp, struct vnode **vpp, struct componentname *cnp,
2024     struct timespec *tsp, int *ticksp)
2025 {
2026         struct namecache *ncp;
2027         uint32_t hash;
2028         enum vgetstate vs;
2029         int error;
2030         bool whiteout, neg_promote;
2031         u_short nc_flag;
2032
2033         MPASS((tsp == NULL && ticksp == NULL) || (tsp != NULL && ticksp != NULL));
2034
2035 #ifdef DEBUG_CACHE
2036         if (__predict_false(!doingcache)) {
2037                 cnp->cn_flags &= ~MAKEENTRY;
2038                 return (0);
2039         }
2040 #endif
2041
2042         if (__predict_false(cnp->cn_nameptr[0] == '.')) {
2043                 if (cnp->cn_namelen == 1)
2044                         return (cache_lookup_dot(dvp, vpp, cnp, tsp, ticksp));
2045                 if (cnp->cn_namelen == 2 && cnp->cn_nameptr[1] == '.')
2046                         return (cache_lookup_dotdot(dvp, vpp, cnp, tsp, ticksp));
2047         }
2048
2049         MPASS((cnp->cn_flags & ISDOTDOT) == 0);
2050
2051         if ((cnp->cn_flags & (MAKEENTRY | NC_KEEPPOSENTRY)) == 0) {
2052                 cache_remove_cnp(dvp, cnp);
2053                 return (0);
2054         }
2055
2056         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp);
2057         vfs_smr_enter();
2058
2059         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
2060                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
2061                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))
2062                         break;
2063         }
2064
2065         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
2066                 vfs_smr_exit();
2067                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, lookup, miss, dvp, cnp->cn_nameptr);
2068                 counter_u64_add(nummiss, 1);
2069                 return (0);
2070         }
2071
2072         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
2073         if (nc_flag & NCF_NEGATIVE)
2074                 goto negative_success;
2075
2076         counter_u64_add(numposhits, 1);
2077         *vpp = ncp->nc_vp;
2078         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, ncp->nc_name, *vpp);
2079         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
2080         MPASS(dvp != *vpp);
2081         if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
2082                 vfs_smr_exit();
2083                 *vpp = NULL;
2084                 goto out_fallback;
2085         }
2086         vs = vget_prep_smr(*vpp);
2087         vfs_smr_exit();
2088         if (__predict_false(vs == VGET_NONE)) {
2089                 *vpp = NULL;
2090                 goto out_fallback;
2091         }
2092         error = vget_finish(*vpp, cnp->cn_lkflags, vs);
2093         if (error) {
2094                 *vpp = NULL;
2095                 goto out_fallback;
2096         }
2097         return (-1);
2098 negative_success:
2099         if (cnp->cn_nameiop == CREATE) {
2100                 if (cnp->cn_flags & ISLASTCN) {
2101                         vfs_smr_exit();
2102                         goto out_fallback;
2103                 }
2104         }
2105
2106         cache_out_ts(ncp, tsp, ticksp);
2107         whiteout = (atomic_load_char(&ncp->nc_flag) & NCF_WHITE);
2108         neg_promote = cache_neg_hit_prep(ncp);
2109         if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
2110                 cache_neg_hit_abort(ncp);
2111                 vfs_smr_exit();
2112                 goto out_fallback;
2113         }
2114         if (neg_promote) {
2115                 vfs_smr_exit();
2116                 if (!cache_neg_promote_cond(dvp, cnp, ncp, hash))
2117                         goto out_fallback;
2118         } else {
2119                 cache_neg_hit_finish(ncp);
2120                 vfs_smr_exit();
2121         }
2122         if (whiteout)
2123                 cnp->cn_flags |= ISWHITEOUT;
2124         return (ENOENT);
2125 out_fallback:
2126         return (cache_lookup_fallback(dvp, vpp, cnp, tsp, ticksp));
2127 }
2128
2129 struct celockstate {
2130         struct mtx *vlp[3];
2131         struct mtx *blp[2];
2132 };
2133 CTASSERT((nitems(((struct celockstate *)0)->vlp) == 3));
2134 CTASSERT((nitems(((struct celockstate *)0)->blp) == 2));
2135
2136 static inline void
2137 cache_celockstate_init(struct celockstate *cel)
2138 {
2139
2140         bzero(cel, sizeof(*cel));
2141 }
2142
2143 static void
2144 cache_lock_vnodes_cel(struct celockstate *cel, struct vnode *vp,
2145     struct vnode *dvp)
2146 {
2147         struct mtx *vlp1, *vlp2;
2148
2149         MPASS(cel->vlp[0] == NULL);
2150         MPASS(cel->vlp[1] == NULL);
2151         MPASS(cel->vlp[2] == NULL);
2152
2153         MPASS(vp != NULL || dvp != NULL);
2154
2155         vlp1 = VP2VNODELOCK(vp);
2156         vlp2 = VP2VNODELOCK(dvp);
2157         cache_sort_vnodes(&vlp1, &vlp2);
2158
2159         if (vlp1 != NULL) {
2160                 mtx_lock(vlp1);
2161                 cel->vlp[0] = vlp1;
2162         }
2163         mtx_lock(vlp2);
2164         cel->vlp[1] = vlp2;
2165 }
2166
2167 static void
2168 cache_unlock_vnodes_cel(struct celockstate *cel)
2169 {
2170
2171         MPASS(cel->vlp[0] != NULL || cel->vlp[1] != NULL);
2172
2173         if (cel->vlp[0] != NULL)
2174                 mtx_unlock(cel->vlp[0]);
2175         if (cel->vlp[1] != NULL)
2176                 mtx_unlock(cel->vlp[1]);
2177         if (cel->vlp[2] != NULL)
2178                 mtx_unlock(cel->vlp[2]);
2179 }
2180
2181 static bool
2182 cache_lock_vnodes_cel_3(struct celockstate *cel, struct vnode *vp)
2183 {
2184         struct mtx *vlp;
2185         bool ret;
2186
2187         cache_assert_vlp_locked(cel->vlp[0]);
2188         cache_assert_vlp_locked(cel->vlp[1]);
2189         MPASS(cel->vlp[2] == NULL);
2190
2191         MPASS(vp != NULL);
2192         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2193
2194         ret = true;
2195         if (vlp >= cel->vlp[1]) {
2196                 mtx_lock(vlp);
2197         } else {
2198                 if (mtx_trylock(vlp))
2199                         goto out;
2200                 cache_lock_vnodes_cel_3_failures++;
2201                 cache_unlock_vnodes_cel(cel);
2202                 if (vlp < cel->vlp[0]) {
2203                         mtx_lock(vlp);
2204                         mtx_lock(cel->vlp[0]);
2205                         mtx_lock(cel->vlp[1]);
2206                 } else {
2207                         if (cel->vlp[0] != NULL)
2208                                 mtx_lock(cel->vlp[0]);
2209                         mtx_lock(vlp);
2210                         mtx_lock(cel->vlp[1]);
2211                 }
2212                 ret = false;
2213         }
2214 out:
2215         cel->vlp[2] = vlp;
2216         return (ret);
2217 }
2218
2219 static void
2220 cache_lock_buckets_cel(struct celockstate *cel, struct mtx *blp1,
2221     struct mtx *blp2)
2222 {
2223
2224         MPASS(cel->blp[0] == NULL);
2225         MPASS(cel->blp[1] == NULL);
2226
2227         cache_sort_vnodes(&blp1, &blp2);
2228
2229         if (blp1 != NULL) {
2230                 mtx_lock(blp1);
2231                 cel->blp[0] = blp1;
2232         }
2233         mtx_lock(blp2);
2234         cel->blp[1] = blp2;
2235 }
2236
2237 static void
2238 cache_unlock_buckets_cel(struct celockstate *cel)
2239 {
2240
2241         if (cel->blp[0] != NULL)
2242                 mtx_unlock(cel->blp[0]);
2243         mtx_unlock(cel->blp[1]);
2244 }
2245
2246 /*
2247  * Lock part of the cache affected by the insertion.
2248  *
2249  * This means vnodelocks for dvp, vp and the relevant bucketlock.
2250  * However, insertion can result in removal of an old entry. In this
2251  * case we have an additional vnode and bucketlock pair to lock.
2252  *
2253  * That is, in the worst case we have to lock 3 vnodes and 2 bucketlocks, while
2254  * preserving the locking order (smaller address first).
2255  */
2256 static void
2257 cache_enter_lock(struct celockstate *cel, struct vnode *dvp, struct vnode *vp,
2258     uint32_t hash)
2259 {
2260         struct namecache *ncp;
2261         struct mtx *blps[2];
2262         u_char nc_flag;
2263
2264         blps[0] = HASH2BUCKETLOCK(hash);
2265         for (;;) {
2266                 blps[1] = NULL;
2267                 cache_lock_vnodes_cel(cel, dvp, vp);
2268                 if (vp == NULL || vp->v_type != VDIR)
2269                         break;
2270                 ncp = atomic_load_consume_ptr(&vp->v_cache_dd);
2271                 if (ncp == NULL)
2272                         break;
2273                 nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
2274                 if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0)
2275                         break;
2276                 MPASS(ncp->nc_dvp == vp);
2277                 blps[1] = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
2278                 if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
2279                         break;
2280                 if (cache_lock_vnodes_cel_3(cel, ncp->nc_vp))
2281                         break;
2282                 /*
2283                  * All vnodes got re-locked. Re-validate the state and if
2284                  * nothing changed we are done. Otherwise restart.
2285                  */
2286                 if (ncp == vp->v_cache_dd &&
2287                     (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0 &&
2288                     blps[1] == NCP2BUCKETLOCK(ncp) &&
2289                     VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp) == cel->vlp[2])
2290                         break;
2291                 cache_unlock_vnodes_cel(cel);
2292                 cel->vlp[0] = NULL;
2293                 cel->vlp[1] = NULL;
2294                 cel->vlp[2] = NULL;
2295         }
2296         cache_lock_buckets_cel(cel, blps[0], blps[1]);
2297 }
2298
2299 static void
2300 cache_enter_lock_dd(struct celockstate *cel, struct vnode *dvp, struct vnode *vp,
2301     uint32_t hash)
2302 {
2303         struct namecache *ncp;
2304         struct mtx *blps[2];
2305         u_char nc_flag;
2306
2307         blps[0] = HASH2BUCKETLOCK(hash);
2308         for (;;) {
2309                 blps[1] = NULL;
2310                 cache_lock_vnodes_cel(cel, dvp, vp);
2311                 ncp = atomic_load_consume_ptr(&dvp->v_cache_dd);
2312                 if (ncp == NULL)
2313                         break;
2314                 nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
2315                 if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0)
2316                         break;
2317                 MPASS(ncp->nc_dvp == dvp);
2318                 blps[1] = NCP2BUCKETLOCK(ncp);
2319                 if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
2320                         break;
2321                 if (cache_lock_vnodes_cel_3(cel, ncp->nc_vp))
2322                         break;
2323                 if (ncp == dvp->v_cache_dd &&
2324                     (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0 &&
2325                     blps[1] == NCP2BUCKETLOCK(ncp) &&
2326                     VP2VNODELOCK(ncp->nc_vp) == cel->vlp[2])
2327                         break;
2328                 cache_unlock_vnodes_cel(cel);
2329                 cel->vlp[0] = NULL;
2330                 cel->vlp[1] = NULL;
2331                 cel->vlp[2] = NULL;
2332         }
2333         cache_lock_buckets_cel(cel, blps[0], blps[1]);
2334 }
2335
2336 static void
2337 cache_enter_unlock(struct celockstate *cel)
2338 {
2339
2340         cache_unlock_buckets_cel(cel);
2341         cache_unlock_vnodes_cel(cel);
2342 }
2343
2344 static void __noinline
2345 cache_enter_dotdot_prep(struct vnode *dvp, struct vnode *vp,
2346     struct componentname *cnp)
2347 {
2348         struct celockstate cel;
2349         struct namecache *ncp;
2350         uint32_t hash;
2351         int len;
2352
2353         if (atomic_load_ptr(&dvp->v_cache_dd) == NULL)
2354                 return;
2355         len = cnp->cn_namelen;
2356         cache_celockstate_init(&cel);
2357         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, len, dvp);
2358         cache_enter_lock_dd(&cel, dvp, vp, hash);
2359         ncp = dvp->v_cache_dd;
2360         if (ncp != NULL && (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT)) {
2361                 KASSERT(ncp->nc_dvp == dvp, ("wrong isdotdot parent"));
2362                 cache_zap_locked(ncp);
2363         } else {
2364                 ncp = NULL;
2365         }
2366         atomic_store_ptr(&dvp->v_cache_dd, NULL);
2367         cache_enter_unlock(&cel);
2368         if (ncp != NULL)
2369                 cache_free(ncp);
2370 }
2371
2372 /*
2373  * Add an entry to the cache.
2374  */
2375 void
2376 cache_enter_time(struct vnode *dvp, struct vnode *vp, struct componentname *cnp,
2377     struct timespec *tsp, struct timespec *dtsp)
2378 {
2379         struct celockstate cel;
2380         struct namecache *ncp, *n2, *ndd;
2381         struct namecache_ts *ncp_ts;
2382         struct nchashhead *ncpp;
2383         uint32_t hash;
2384         int flag;
2385         int len;
2386
2387         KASSERT(cnp->cn_namelen <= NAME_MAX,
2388             ("%s: passed len %ld exceeds NAME_MAX (%d)", __func__, cnp->cn_namelen,
2389             NAME_MAX));
2390         VNPASS(!VN_IS_DOOMED(dvp), dvp);
2391         VNPASS(dvp->v_type != VNON, dvp);
2392         if (vp != NULL) {
2393                 VNPASS(!VN_IS_DOOMED(vp), vp);
2394                 VNPASS(vp->v_type != VNON, vp);
2395         }
2396         if (cnp->cn_namelen == 1 && cnp->cn_nameptr[0] == '.') {
2397                 KASSERT(dvp == vp,
2398                     ("%s: different vnodes for dot entry (%p; %p)\n", __func__,
2399                     dvp, vp));
2400         } else {
2401                 KASSERT(dvp != vp,
2402                     ("%s: same vnode for non-dot entry [%s] (%p)\n", __func__,
2403                     cnp->cn_nameptr, dvp));
2404         }
2405
2406 #ifdef DEBUG_CACHE
2407         if (__predict_false(!doingcache))
2408                 return;
2409 #endif
2410
2411         flag = 0;
2412         if (__predict_false(cnp->cn_nameptr[0] == '.')) {
2413                 if (cnp->cn_namelen == 1)
2414                         return;
2415                 if (cnp->cn_namelen == 2 && cnp->cn_nameptr[1] == '.') {
2416                         cache_enter_dotdot_prep(dvp, vp, cnp);
2417                         flag = NCF_ISDOTDOT;
2418                 }
2419         }
2420
2421         ncp = cache_alloc(cnp->cn_namelen, tsp != NULL);
2422         if (ncp == NULL)
2423                 return;
2424
2425         cache_celockstate_init(&cel);
2426         ndd = NULL;
2427         ncp_ts = NULL;
2428
2429         /*
2430          * Calculate the hash key and setup as much of the new
2431          * namecache entry as possible before acquiring the lock.
2432          */
2433         ncp->nc_flag = flag | NCF_WIP;
2434         ncp->nc_vp = vp;
2435         if (vp == NULL)
2436                 cache_neg_init(ncp);
2437         ncp->nc_dvp = dvp;
2438         if (tsp != NULL) {
2439                 ncp_ts = __containerof(ncp, struct namecache_ts, nc_nc);
2440                 ncp_ts->nc_time = *tsp;
2441                 ncp_ts->nc_ticks = ticks;
2442                 ncp_ts->nc_nc.nc_flag |= NCF_TS;
2443                 if (dtsp != NULL) {
2444                         ncp_ts->nc_dotdottime = *dtsp;
2445                         ncp_ts->nc_nc.nc_flag |= NCF_DTS;
2446                 }
2447         }
2448         len = ncp->nc_nlen = cnp->cn_namelen;
2449         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, len, dvp);
2450         memcpy(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, len);
2451         ncp->nc_name[len] = '\0';
2452         cache_enter_lock(&cel, dvp, vp, hash);
2453
2454         /*
2455          * See if this vnode or negative entry is already in the cache
2456          * with this name.  This can happen with concurrent lookups of
2457          * the same path name.
2458          */
2459         ncpp = NCHHASH(hash);
2460         CK_SLIST_FOREACH(n2, ncpp, nc_hash) {
2461                 if (n2->nc_dvp == dvp &&
2462                     n2->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
2463                     !bcmp(n2->nc_name, cnp->cn_nameptr, n2->nc_nlen)) {
2464                         MPASS(cache_ncp_canuse(n2));
2465                         if ((n2->nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
2466                                 KASSERT(vp == NULL,
2467                                     ("%s: found entry pointing to a different vnode (%p != %p) ; name [%s]",
2468                                     __func__, NULL, vp, cnp->cn_nameptr));
2469                         else
2470                                 KASSERT(n2->nc_vp == vp,
2471                                     ("%s: found entry pointing to a different vnode (%p != %p) ; name [%s]",
2472                                     __func__, n2->nc_vp, vp, cnp->cn_nameptr));
2473                         /*
2474                          * Entries are supposed to be immutable unless in the
2475                          * process of getting destroyed. Accommodating for
2476                          * changing timestamps is possible but not worth it.
2477                          * This should be harmless in terms of correctness, in
2478                          * the worst case resulting in an earlier expiration.
2479                          * Alternatively, the found entry can be replaced
2480                          * altogether.
2481                          */
2482                         MPASS((n2->nc_flag & (NCF_TS | NCF_DTS)) == (ncp->nc_flag & (NCF_TS | NCF_DTS)));
2483 #if 0
2484                         if (tsp != NULL) {
2485                                 KASSERT((n2->nc_flag & NCF_TS) != 0,
2486                                     ("no NCF_TS"));
2487                                 n2_ts = __containerof(n2, struct namecache_ts, nc_nc);
2488                                 n2_ts->nc_time = ncp_ts->nc_time;
2489                                 n2_ts->nc_ticks = ncp_ts->nc_ticks;
2490                                 if (dtsp != NULL) {
2491                                         n2_ts->nc_dotdottime = ncp_ts->nc_dotdottime;
2492                                         n2_ts->nc_nc.nc_flag |= NCF_DTS;
2493                                 }
2494                         }
2495 #endif
2496                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, enter, duplicate, dvp, ncp->nc_name,
2497                             vp);
2498                         goto out_unlock_free;
2499                 }
2500         }
2501
2502         if (flag == NCF_ISDOTDOT) {
2503                 /*
2504                  * See if we are trying to add .. entry, but some other lookup
2505                  * has populated v_cache_dd pointer already.
2506                  */
2507                 if (dvp->v_cache_dd != NULL)
2508                         goto out_unlock_free;
2509                 KASSERT(vp == NULL || vp->v_type == VDIR,
2510                     ("wrong vnode type %p", vp));
2511                 atomic_thread_fence_rel();
2512                 atomic_store_ptr(&dvp->v_cache_dd, ncp);
2513         }
2514
2515         if (vp != NULL) {
2516                 if (flag != NCF_ISDOTDOT) {
2517                         /*
2518                          * For this case, the cache entry maps both the
2519                          * directory name in it and the name ".." for the
2520                          * directory's parent.
2521                          */
2522                         if ((ndd = vp->v_cache_dd) != NULL) {
2523                                 if ((ndd->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0)
2524                                         cache_zap_locked(ndd);
2525                                 else
2526                                         ndd = NULL;
2527                         }
2528                         atomic_thread_fence_rel();
2529                         atomic_store_ptr(&vp->v_cache_dd, ncp);
2530                 } else if (vp->v_type != VDIR) {
2531                         if (vp->v_cache_dd != NULL) {
2532                                 atomic_store_ptr(&vp->v_cache_dd, NULL);
2533                         }
2534                 }
2535         }
2536
2537         if (flag != NCF_ISDOTDOT) {
2538                 if (LIST_EMPTY(&dvp->v_cache_src)) {
2539                         cache_hold_vnode(dvp);
2540                 }
2541                 LIST_INSERT_HEAD(&dvp->v_cache_src, ncp, nc_src);
2542         }
2543
2544         /*
2545          * If the entry is "negative", we place it into the
2546          * "negative" cache queue, otherwise, we place it into the
2547          * destination vnode's cache entries queue.
2548          */
2549         if (vp != NULL) {
2550                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vp->v_cache_dst, ncp, nc_dst);
2551                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, enter, done, dvp, ncp->nc_name,
2552                     vp);
2553         } else {
2554                 if (cnp->cn_flags & ISWHITEOUT)
2555                         atomic_store_char(&ncp->nc_flag, ncp->nc_flag | NCF_WHITE);
2556                 cache_neg_insert(ncp);
2557                 SDT_PROBE2(vfs, namecache, enter_negative, done, dvp,
2558                     ncp->nc_name);
2559         }
2560
2561         /*
2562          * Insert the new namecache entry into the appropriate chain
2563          * within the cache entries table.
2564          */
2565         CK_SLIST_INSERT_HEAD(ncpp, ncp, nc_hash);
2566
2567         atomic_thread_fence_rel();
2568         /*
2569          * Mark the entry as fully constructed.
2570          * It is immutable past this point until its removal.
2571          */
2572         atomic_store_char(&ncp->nc_flag, ncp->nc_flag & ~NCF_WIP);
2573
2574         cache_enter_unlock(&cel);
2575         if (ndd != NULL)
2576                 cache_free(ndd);
2577         return;
2578 out_unlock_free:
2579         cache_enter_unlock(&cel);
2580         cache_free(ncp);
2581         return;
2582 }
2583
2584 /*
2585  * A variant of the above accepting flags.
2586  *
2587  * - VFS_CACHE_DROPOLD -- if a conflicting entry is found, drop it.
2588  *
2589  * TODO: this routine is a hack. It blindly removes the old entry, even if it
2590  * happens to match and it is doing it in an inefficient manner. It was added
2591  * to accomodate NFS which runs into a case where the target for a given name
2592  * may change from under it. Note this does nothing to solve the following
2593  * race: 2 callers of cache_enter_time_flags pass a different target vnode for
2594  * the same [dvp, cnp]. It may be argued that code doing this is broken.
2595  */
2596 void
2597 cache_enter_time_flags(struct vnode *dvp, struct vnode *vp, struct componentname *cnp,
2598     struct timespec *tsp, struct timespec *dtsp, int flags)
2599 {
2600
2601         MPASS((flags & ~(VFS_CACHE_DROPOLD)) == 0);
2602
2603         if (flags & VFS_CACHE_DROPOLD)
2604                 cache_remove_cnp(dvp, cnp);
2605         cache_enter_time(dvp, vp, cnp, tsp, dtsp);
2606 }
2607
2608 static u_int
2609 cache_roundup_2(u_int val)
2610 {
2611         u_int res;
2612
2613         for (res = 1; res <= val; res <<= 1)
2614                 continue;
2615
2616         return (res);
2617 }
2618
2619 static struct nchashhead *
2620 nchinittbl(u_long elements, u_long *hashmask)
2621 {
2622         struct nchashhead *hashtbl;
2623         u_long hashsize, i;
2624
2625         hashsize = cache_roundup_2(elements) / 2;
2626
2627         hashtbl = malloc((u_long)hashsize * sizeof(*hashtbl), M_VFSCACHE, M_WAITOK);
2628         for (i = 0; i < hashsize; i++)
2629                 CK_SLIST_INIT(&hashtbl[i]);
2630         *hashmask = hashsize - 1;
2631         return (hashtbl);
2632 }
2633
2634 static void
2635 ncfreetbl(struct nchashhead *hashtbl)
2636 {
2637
2638         free(hashtbl, M_VFSCACHE);
2639 }
2640
2641 /*
2642  * Name cache initialization, from vfs_init() when we are booting
2643  */
2644 static void
2645 nchinit(void *dummy __unused)
2646 {
2647         u_int i;
2648
2649         cache_zone_small = uma_zcreate("S VFS Cache", CACHE_ZONE_SMALL_SIZE,
2650             NULL, NULL, NULL, NULL, CACHE_ZONE_ALIGNMENT, UMA_ZONE_ZINIT);
2651         cache_zone_small_ts = uma_zcreate("STS VFS Cache", CACHE_ZONE_SMALL_TS_SIZE,
2652             NULL, NULL, NULL, NULL, CACHE_ZONE_ALIGNMENT, UMA_ZONE_ZINIT);
2653         cache_zone_large = uma_zcreate("L VFS Cache", CACHE_ZONE_LARGE_SIZE,
2654             NULL, NULL, NULL, NULL, CACHE_ZONE_ALIGNMENT, UMA_ZONE_ZINIT);
2655         cache_zone_large_ts = uma_zcreate("LTS VFS Cache", CACHE_ZONE_LARGE_TS_SIZE,
2656             NULL, NULL, NULL, NULL, CACHE_ZONE_ALIGNMENT, UMA_ZONE_ZINIT);
2657
2658         VFS_SMR_ZONE_SET(cache_zone_small);
2659         VFS_SMR_ZONE_SET(cache_zone_small_ts);
2660         VFS_SMR_ZONE_SET(cache_zone_large);
2661         VFS_SMR_ZONE_SET(cache_zone_large_ts);
2662
2663         ncsize = desiredvnodes * ncsizefactor;
2664         cache_recalc_neg_min(ncnegminpct);
2665         nchashtbl = nchinittbl(desiredvnodes * 2, &nchash);
2666         ncbuckethash = cache_roundup_2(mp_ncpus * mp_ncpus) - 1;
2667         if (ncbuckethash < 7) /* arbitrarily chosen to avoid having one lock */
2668                 ncbuckethash = 7;
2669         if (ncbuckethash > nchash)
2670                 ncbuckethash = nchash;
2671         bucketlocks = malloc(sizeof(*bucketlocks) * numbucketlocks, M_VFSCACHE,
2672             M_WAITOK | M_ZERO);
2673         for (i = 0; i < numbucketlocks; i++)
2674                 mtx_init(&bucketlocks[i], "ncbuc", NULL, MTX_DUPOK | MTX_RECURSE);
2675         ncvnodehash = ncbuckethash;
2676         vnodelocks = malloc(sizeof(*vnodelocks) * numvnodelocks, M_VFSCACHE,
2677             M_WAITOK | M_ZERO);
2678         for (i = 0; i < numvnodelocks; i++)
2679                 mtx_init(&vnodelocks[i], "ncvn", NULL, MTX_DUPOK | MTX_RECURSE);
2680
2681         for (i = 0; i < numneglists; i++) {
2682                 mtx_init(&neglists[i].nl_evict_lock, "ncnege", NULL, MTX_DEF);
2683                 mtx_init(&neglists[i].nl_lock, "ncnegl", NULL, MTX_DEF);
2684                 TAILQ_INIT(&neglists[i].nl_list);
2685                 TAILQ_INIT(&neglists[i].nl_hotlist);
2686         }
2687 }
2688 SYSINIT(vfs, SI_SUB_VFS, SI_ORDER_SECOND, nchinit, NULL);
2689
2690 void
2691 cache_vnode_init(struct vnode *vp)
2692 {
2693
2694         LIST_INIT(&vp->v_cache_src);
2695         TAILQ_INIT(&vp->v_cache_dst);
2696         vp->v_cache_dd = NULL;
2697         cache_prehash(vp);
2698 }
2699
2700 /*
2701  * Induce transient cache misses for lockless operation in cache_lookup() by
2702  * using a temporary hash table.
2703  *
2704  * This will force a fs lookup.
2705  *
2706  * Synchronisation is done in 2 steps, calling vfs_smr_synchronize each time
2707  * to observe all CPUs not performing the lookup.
2708  */
2709 static void
2710 cache_changesize_set_temp(struct nchashhead *temptbl, u_long temphash)
2711 {
2712
2713         MPASS(temphash < nchash);
2714         /*
2715          * Change the size. The new size is smaller and can safely be used
2716          * against the existing table. All lookups which now hash wrong will
2717          * result in a cache miss, which all callers are supposed to know how
2718          * to handle.
2719          */
2720         atomic_store_long(&nchash, temphash);
2721         atomic_thread_fence_rel();
2722         vfs_smr_synchronize();
2723         /*
2724          * At this point everyone sees the updated hash value, but they still
2725          * see the old table.
2726          */
2727         atomic_store_ptr(&nchashtbl, temptbl);
2728         atomic_thread_fence_rel();
2729         vfs_smr_synchronize();
2730         /*
2731          * At this point everyone sees the updated table pointer and size pair.
2732          */
2733 }
2734
2735 /*
2736  * Set the new hash table.
2737  *
2738  * Similarly to cache_changesize_set_temp(), this has to synchronize against
2739  * lockless operation in cache_lookup().
2740  */
2741 static void
2742 cache_changesize_set_new(struct nchashhead *new_tbl, u_long new_hash)
2743 {
2744
2745         MPASS(nchash < new_hash);
2746         /*
2747          * Change the pointer first. This wont result in out of bounds access
2748          * since the temporary table is guaranteed to be smaller.
2749          */
2750         atomic_store_ptr(&nchashtbl, new_tbl);
2751         atomic_thread_fence_rel();
2752         vfs_smr_synchronize();
2753         /*
2754          * At this point everyone sees the updated pointer value, but they
2755          * still see the old size.
2756          */
2757         atomic_store_long(&nchash, new_hash);
2758         atomic_thread_fence_rel();
2759         vfs_smr_synchronize();
2760         /*
2761          * At this point everyone sees the updated table pointer and size pair.
2762          */
2763 }
2764
2765 void
2766 cache_changesize(u_long newmaxvnodes)
2767 {
2768         struct nchashhead *new_nchashtbl, *old_nchashtbl, *temptbl;
2769         u_long new_nchash, old_nchash, temphash;
2770         struct namecache *ncp;
2771         uint32_t hash;
2772         u_long newncsize;
2773         int i;
2774
2775         newncsize = newmaxvnodes * ncsizefactor;
2776         newmaxvnodes = cache_roundup_2(newmaxvnodes * 2);
2777         if (newmaxvnodes < numbucketlocks)
2778                 newmaxvnodes = numbucketlocks;
2779
2780         new_nchashtbl = nchinittbl(newmaxvnodes, &new_nchash);
2781         /* If same hash table size, nothing to do */
2782         if (nchash == new_nchash) {
2783                 ncfreetbl(new_nchashtbl);
2784                 return;
2785         }
2786
2787         temptbl = nchinittbl(1, &temphash);
2788
2789         /*
2790          * Move everything from the old hash table to the new table.
2791          * None of the namecache entries in the table can be removed
2792          * because to do so, they have to be removed from the hash table.
2793          */
2794         cache_lock_all_vnodes();
2795         cache_lock_all_buckets();
2796         old_nchashtbl = nchashtbl;
2797         old_nchash = nchash;
2798         cache_changesize_set_temp(temptbl, temphash);
2799         for (i = 0; i <= old_nchash; i++) {
2800                 while ((ncp = CK_SLIST_FIRST(&old_nchashtbl[i])) != NULL) {
2801                         hash = cache_get_hash(ncp->nc_name, ncp->nc_nlen,
2802                             ncp->nc_dvp);
2803                         CK_SLIST_REMOVE(&old_nchashtbl[i], ncp, namecache, nc_hash);
2804                         CK_SLIST_INSERT_HEAD(&new_nchashtbl[hash & new_nchash], ncp, nc_hash);
2805                 }
2806         }
2807         ncsize = newncsize;
2808         cache_recalc_neg_min(ncnegminpct);
2809         cache_changesize_set_new(new_nchashtbl, new_nchash);
2810         cache_unlock_all_buckets();
2811         cache_unlock_all_vnodes();
2812         ncfreetbl(old_nchashtbl);
2813         ncfreetbl(temptbl);
2814 }
2815
2816 /*
2817  * Remove all entries from and to a particular vnode.
2818  */
2819 static void
2820 cache_purge_impl(struct vnode *vp)
2821 {
2822         struct cache_freebatch batch;
2823         struct namecache *ncp;
2824         struct mtx *vlp, *vlp2;
2825
2826         TAILQ_INIT(&batch);
2827         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2828         vlp2 = NULL;
2829         mtx_lock(vlp);
2830 retry:
2831         while (!LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src)) {
2832                 ncp = LIST_FIRST(&vp->v_cache_src);
2833                 if (!cache_zap_locked_vnode_kl2(ncp, vp, &vlp2))
2834                         goto retry;
2835                 TAILQ_INSERT_TAIL(&batch, ncp, nc_dst);
2836         }
2837         while (!TAILQ_EMPTY(&vp->v_cache_dst)) {
2838                 ncp = TAILQ_FIRST(&vp->v_cache_dst);
2839                 if (!cache_zap_locked_vnode_kl2(ncp, vp, &vlp2))
2840                         goto retry;
2841                 TAILQ_INSERT_TAIL(&batch, ncp, nc_dst);
2842         }
2843         ncp = vp->v_cache_dd;
2844         if (ncp != NULL) {
2845                 KASSERT(ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT,
2846                    ("lost dotdot link"));
2847                 if (!cache_zap_locked_vnode_kl2(ncp, vp, &vlp2))
2848                         goto retry;
2849                 TAILQ_INSERT_TAIL(&batch, ncp, nc_dst);
2850         }
2851         KASSERT(vp->v_cache_dd == NULL, ("incomplete purge"));
2852         mtx_unlock(vlp);
2853         if (vlp2 != NULL)
2854                 mtx_unlock(vlp2);
2855         cache_free_batch(&batch);
2856 }
2857
2858 /*
2859  * Opportunistic check to see if there is anything to do.
2860  */
2861 static bool
2862 cache_has_entries(struct vnode *vp)
2863 {
2864
2865         if (LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src) && TAILQ_EMPTY(&vp->v_cache_dst) &&
2866             atomic_load_ptr(&vp->v_cache_dd) == NULL)
2867                 return (false);
2868         return (true);
2869 }
2870
2871 void
2872 cache_purge(struct vnode *vp)
2873 {
2874
2875         SDT_PROBE1(vfs, namecache, purge, done, vp);
2876         if (!cache_has_entries(vp))
2877                 return;
2878         cache_purge_impl(vp);
2879 }
2880
2881 /*
2882  * Only to be used by vgone.
2883  */
2884 void
2885 cache_purge_vgone(struct vnode *vp)
2886 {
2887         struct mtx *vlp;
2888
2889         VNPASS(VN_IS_DOOMED(vp), vp);
2890         if (cache_has_entries(vp)) {
2891                 cache_purge_impl(vp);
2892                 return;
2893         }
2894
2895         /*
2896          * Serialize against a potential thread doing cache_purge.
2897          */
2898         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2899         mtx_wait_unlocked(vlp);
2900         if (cache_has_entries(vp)) {
2901                 cache_purge_impl(vp);
2902                 return;
2903         }
2904         return;
2905 }
2906
2907 /*
2908  * Remove all negative entries for a particular directory vnode.
2909  */
2910 void
2911 cache_purge_negative(struct vnode *vp)
2912 {
2913         struct cache_freebatch batch;
2914         struct namecache *ncp, *nnp;
2915         struct mtx *vlp;
2916
2917         SDT_PROBE1(vfs, namecache, purge_negative, done, vp);
2918         if (LIST_EMPTY(&vp->v_cache_src))
2919                 return;
2920         TAILQ_INIT(&batch);
2921         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
2922         mtx_lock(vlp);
2923         LIST_FOREACH_SAFE(ncp, &vp->v_cache_src, nc_src, nnp) {
2924                 if (!(ncp->nc_flag & NCF_NEGATIVE))
2925                         continue;
2926                 cache_zap_negative_locked_vnode_kl(ncp, vp);
2927                 TAILQ_INSERT_TAIL(&batch, ncp, nc_dst);
2928         }
2929         mtx_unlock(vlp);
2930         cache_free_batch(&batch);
2931 }
2932
2933 /*
2934  * Entry points for modifying VOP operations.
2935  */
2936 void
2937 cache_vop_rename(struct vnode *fdvp, struct vnode *fvp, struct vnode *tdvp,
2938     struct vnode *tvp, struct componentname *fcnp, struct componentname *tcnp)
2939 {
2940
2941         ASSERT_VOP_IN_SEQC(fdvp);
2942         ASSERT_VOP_IN_SEQC(fvp);
2943         ASSERT_VOP_IN_SEQC(tdvp);
2944         if (tvp != NULL)
2945                 ASSERT_VOP_IN_SEQC(tvp);
2946
2947         cache_purge(fvp);
2948         if (tvp != NULL) {
2949                 cache_purge(tvp);
2950                 KASSERT(!cache_remove_cnp(tdvp, tcnp),
2951                     ("%s: lingering negative entry", __func__));
2952         } else {
2953                 cache_remove_cnp(tdvp, tcnp);
2954         }
2955
2956         /*
2957          * TODO
2958          *
2959          * Historically renaming was always purging all revelang entries,
2960          * but that's quite wasteful. In particular turns out that in many cases
2961          * the target file is immediately accessed after rename, inducing a cache
2962          * miss.
2963          *
2964          * Recode this to reduce relocking and reuse the existing entry (if any)
2965          * instead of just removing it above and allocating a new one here.
2966          */
2967         if (cache_rename_add) {
2968                 cache_enter(tdvp, fvp, tcnp);
2969         }
2970 }
2971
2972 void
2973 cache_vop_rmdir(struct vnode *dvp, struct vnode *vp)
2974 {
2975
2976         ASSERT_VOP_IN_SEQC(dvp);
2977         ASSERT_VOP_IN_SEQC(vp);
2978         cache_purge(vp);
2979 }
2980
2981 #ifdef INVARIANTS
2982 /*
2983  * Validate that if an entry exists it matches.
2984  */
2985 void
2986 cache_validate(struct vnode *dvp, struct vnode *vp, struct componentname *cnp)
2987 {
2988         struct namecache *ncp;
2989         struct mtx *blp;
2990         uint32_t hash;
2991
2992         hash = cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp);
2993         if (CK_SLIST_EMPTY(NCHHASH(hash)))
2994                 return;
2995         blp = HASH2BUCKETLOCK(hash);
2996         mtx_lock(blp);
2997         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
2998                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
2999                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen)) {
3000                         if (ncp->nc_vp != vp)
3001                                 panic("%s: mismatch (%p != %p); ncp %p [%s] dvp %p\n",
3002                                     __func__, vp, ncp->nc_vp, ncp, ncp->nc_name, ncp->nc_dvp);
3003                 }
3004         }
3005         mtx_unlock(blp);
3006 }
3007 #endif
3008
3009 /*
3010  * Flush all entries referencing a particular filesystem.
3011  */
3012 void
3013 cache_purgevfs(struct mount *mp)
3014 {
3015         struct vnode *vp, *mvp;
3016         size_t visited, purged;
3017
3018         visited = purged = 0;
3019         /*
3020          * Somewhat wasteful iteration over all vnodes. Would be better to
3021          * support filtering and avoid the interlock to begin with.
3022          */
3023         MNT_VNODE_FOREACH_ALL(vp, mp, mvp) {
3024                 visited++;
3025                 if (!cache_has_entries(vp)) {
3026                         VI_UNLOCK(vp);
3027                         continue;
3028                 }
3029                 vholdl(vp);
3030                 VI_UNLOCK(vp);
3031                 cache_purge(vp);
3032                 purged++;
3033                 vdrop(vp);
3034         }
3035
3036         SDT_PROBE3(vfs, namecache, purgevfs, done, mp, visited, purged);
3037 }
3038
3039 /*
3040  * Perform canonical checks and cache lookup and pass on to filesystem
3041  * through the vop_cachedlookup only if needed.
3042  */
3043
3044 int
3045 vfs_cache_lookup(struct vop_lookup_args *ap)
3046 {
3047         struct vnode *dvp;
3048         int error;
3049         struct vnode **vpp = ap->a_vpp;
3050         struct componentname *cnp = ap->a_cnp;
3051         int flags = cnp->cn_flags;
3052
3053         *vpp = NULL;
3054         dvp = ap->a_dvp;
3055
3056         if (dvp->v_type != VDIR)
3057                 return (ENOTDIR);
3058
3059         if ((flags & ISLASTCN) && (dvp->v_mount->mnt_flag & MNT_RDONLY) &&
3060             (cnp->cn_nameiop == DELETE || cnp->cn_nameiop == RENAME))
3061                 return (EROFS);
3062
3063         error = vn_dir_check_exec(dvp, cnp);
3064         if (error != 0)
3065                 return (error);
3066
3067         error = cache_lookup(dvp, vpp, cnp, NULL, NULL);
3068         if (error == 0)
3069                 return (VOP_CACHEDLOOKUP(dvp, vpp, cnp));
3070         if (error == -1)
3071                 return (0);
3072         return (error);
3073 }
3074
3075 /* Implementation of the getcwd syscall. */
3076 int
3077 sys___getcwd(struct thread *td, struct __getcwd_args *uap)
3078 {
3079         char *buf, *retbuf;
3080         size_t buflen;
3081         int error;
3082
3083         buflen = uap->buflen;
3084         if (__predict_false(buflen < 2))
3085                 return (EINVAL);
3086         if (buflen > MAXPATHLEN)
3087                 buflen = MAXPATHLEN;
3088
3089         buf = uma_zalloc(namei_zone, M_WAITOK);
3090         error = vn_getcwd(buf, &retbuf, &buflen);
3091         if (error == 0)
3092                 error = copyout(retbuf, uap->buf, buflen);
3093         uma_zfree(namei_zone, buf);
3094         return (error);
3095 }
3096
3097 int
3098 vn_getcwd(char *buf, char **retbuf, size_t *buflen)
3099 {
3100         struct pwd *pwd;
3101         int error;
3102
3103         vfs_smr_enter();
3104         pwd = pwd_get_smr();
3105         error = vn_fullpath_any_smr(pwd->pwd_cdir, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf,
3106             buflen, 0);
3107         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();
3108         if (error < 0) {
3109                 pwd = pwd_hold(curthread);
3110                 error = vn_fullpath_any(pwd->pwd_cdir, pwd->pwd_rdir, buf,
3111                     retbuf, buflen);
3112                 pwd_drop(pwd);
3113         }
3114
3115 #ifdef KTRACE
3116         if (KTRPOINT(curthread, KTR_NAMEI) && error == 0)
3117                 ktrnamei(*retbuf);
3118 #endif
3119         return (error);
3120 }
3121
3122 static int
3123 kern___realpathat(struct thread *td, int fd, const char *path, char *buf,
3124     size_t size, int flags, enum uio_seg pathseg)
3125 {
3126         struct nameidata nd;
3127         char *retbuf, *freebuf;
3128         int error;
3129
3130         if (flags != 0)
3131                 return (EINVAL);
3132         NDINIT_ATRIGHTS(&nd, LOOKUP, FOLLOW | SAVENAME | WANTPARENT | AUDITVNODE1,
3133             pathseg, path, fd, &cap_fstat_rights, td);
3134         if ((error = namei(&nd)) != 0)
3135                 return (error);
3136         error = vn_fullpath_hardlink(nd.ni_vp, nd.ni_dvp, nd.ni_cnd.cn_nameptr,
3137             nd.ni_cnd.cn_namelen, &retbuf, &freebuf, &size);
3138         if (error == 0) {
3139                 error = copyout(retbuf, buf, size);
3140                 free(freebuf, M_TEMP);
3141         }
3142         NDFREE(&nd, 0);
3143         return (error);
3144 }
3145
3146 int
3147 sys___realpathat(struct thread *td, struct __realpathat_args *uap)
3148 {
3149
3150         return (kern___realpathat(td, uap->fd, uap->path, uap->buf, uap->size,
3151             uap->flags, UIO_USERSPACE));
3152 }
3153
3154 /*
3155  * Retrieve the full filesystem path that correspond to a vnode from the name
3156  * cache (if available)
3157  */
3158 int
3159 vn_fullpath(struct vnode *vp, char **retbuf, char **freebuf)
3160 {
3161         struct pwd *pwd;
3162         char *buf;
3163         size_t buflen;
3164         int error;
3165
3166         if (__predict_false(vp == NULL))
3167                 return (EINVAL);
3168
3169         buflen = MAXPATHLEN;
3170         buf = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
3171         vfs_smr_enter();
3172         pwd = pwd_get_smr();
3173         error = vn_fullpath_any_smr(vp, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf, &buflen, 0);
3174         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();
3175         if (error < 0) {
3176                 pwd = pwd_hold(curthread);
3177                 error = vn_fullpath_any(vp, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf, &buflen);
3178                 pwd_drop(pwd);
3179         }
3180         if (error == 0)
3181                 *freebuf = buf;
3182         else
3183                 free(buf, M_TEMP);
3184         return (error);
3185 }
3186
3187 /*
3188  * This function is similar to vn_fullpath, but it attempts to lookup the
3189  * pathname relative to the global root mount point.  This is required for the
3190  * auditing sub-system, as audited pathnames must be absolute, relative to the
3191  * global root mount point.
3192  */
3193 int
3194 vn_fullpath_global(struct vnode *vp, char **retbuf, char **freebuf)
3195 {
3196         char *buf;
3197         size_t buflen;
3198         int error;
3199
3200         if (__predict_false(vp == NULL))
3201                 return (EINVAL);
3202         buflen = MAXPATHLEN;
3203         buf = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
3204         vfs_smr_enter();
3205         error = vn_fullpath_any_smr(vp, rootvnode, buf, retbuf, &buflen, 0);
3206         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();
3207         if (error < 0) {
3208                 error = vn_fullpath_any(vp, rootvnode, buf, retbuf, &buflen);
3209         }
3210         if (error == 0)
3211                 *freebuf = buf;
3212         else
3213                 free(buf, M_TEMP);
3214         return (error);
3215 }
3216
3217 static struct namecache *
3218 vn_dd_from_dst(struct vnode *vp)
3219 {
3220         struct namecache *ncp;
3221
3222         cache_assert_vnode_locked(vp);
3223         TAILQ_FOREACH(ncp, &vp->v_cache_dst, nc_dst) {
3224                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0)
3225                         return (ncp);
3226         }
3227         return (NULL);
3228 }
3229
3230 int
3231 vn_vptocnp(struct vnode **vp, char *buf, size_t *buflen)
3232 {
3233         struct vnode *dvp;
3234         struct namecache *ncp;
3235         struct mtx *vlp;
3236         int error;
3237
3238         vlp = VP2VNODELOCK(*vp);
3239         mtx_lock(vlp);
3240         ncp = (*vp)->v_cache_dd;
3241         if (ncp != NULL && (ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0) {
3242                 KASSERT(ncp == vn_dd_from_dst(*vp),
3243                     ("%s: mismatch for dd entry (%p != %p)", __func__,
3244                     ncp, vn_dd_from_dst(*vp)));
3245         } else {
3246                 ncp = vn_dd_from_dst(*vp);
3247         }
3248         if (ncp != NULL) {
3249                 if (*buflen < ncp->nc_nlen) {
3250                         mtx_unlock(vlp);
3251                         vrele(*vp);
3252                         counter_u64_add(numfullpathfail4, 1);
3253                         error = ENOMEM;
3254                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, error,
3255                             vp, NULL);
3256                         return (error);
3257                 }
3258                 *buflen -= ncp->nc_nlen;
3259                 memcpy(buf + *buflen, ncp->nc_name, ncp->nc_nlen);
3260                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, hit, ncp->nc_dvp,
3261                     ncp->nc_name, vp);
3262                 dvp = *vp;
3263                 *vp = ncp->nc_dvp;
3264                 vref(*vp);
3265                 mtx_unlock(vlp);
3266                 vrele(dvp);
3267                 return (0);
3268         }
3269         SDT_PROBE1(vfs, namecache, fullpath, miss, vp);
3270
3271         mtx_unlock(vlp);
3272         vn_lock(*vp, LK_SHARED | LK_RETRY);
3273         error = VOP_VPTOCNP(*vp, &dvp, buf, buflen);
3274         vput(*vp);
3275         if (error) {
3276                 counter_u64_add(numfullpathfail2, 1);
3277                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return,  error, vp, NULL);
3278                 return (error);
3279         }
3280
3281         *vp = dvp;
3282         if (VN_IS_DOOMED(dvp)) {
3283                 /* forced unmount */
3284                 vrele(dvp);
3285                 error = ENOENT;
3286                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, error, vp, NULL);
3287                 return (error);
3288         }
3289         /*
3290          * *vp has its use count incremented still.
3291          */
3292
3293         return (0);
3294 }
3295
3296 /*
3297  * Resolve a directory to a pathname.
3298  *
3299  * The name of the directory can always be found in the namecache or fetched
3300  * from the filesystem. There is also guaranteed to be only one parent, meaning
3301  * we can just follow vnodes up until we find the root.
3302  *
3303  * The vnode must be referenced.
3304  */
3305 static int
3306 vn_fullpath_dir(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf, char **retbuf,
3307     size_t *len, size_t addend)
3308 {
3309 #ifdef KDTRACE_HOOKS
3310         struct vnode *startvp = vp;
3311 #endif
3312         struct vnode *vp1;
3313         size_t buflen;
3314         int error;
3315         bool slash_prefixed;
3316
3317         VNPASS(vp->v_type == VDIR || VN_IS_DOOMED(vp), vp);
3318         VNPASS(vp->v_usecount > 0, vp);
3319
3320         buflen = *len;
3321
3322         slash_prefixed = true;
3323         if (addend == 0) {
3324                 MPASS(*len >= 2);
3325                 buflen--;
3326                 buf[buflen] = '\0';
3327                 slash_prefixed = false;
3328         }
3329
3330         error = 0;
3331
3332         SDT_PROBE1(vfs, namecache, fullpath, entry, vp);
3333         counter_u64_add(numfullpathcalls, 1);
3334         while (vp != rdir && vp != rootvnode) {
3335                 /*
3336                  * The vp vnode must be already fully constructed,
3337                  * since it is either found in namecache or obtained
3338                  * from VOP_VPTOCNP().  We may test for VV_ROOT safely
3339                  * without obtaining the vnode lock.
3340                  */
3341                 if ((vp->v_vflag & VV_ROOT) != 0) {
3342                         vn_lock(vp, LK_RETRY | LK_SHARED);
3343
3344                         /*
3345                          * With the vnode locked, check for races with
3346                          * unmount, forced or not.  Note that we
3347                          * already verified that vp is not equal to
3348                          * the root vnode, which means that
3349                          * mnt_vnodecovered can be NULL only for the
3350                          * case of unmount.
3351                          */
3352                         if (VN_IS_DOOMED(vp) ||
3353                             (vp1 = vp->v_mount->mnt_vnodecovered) == NULL ||
3354                             vp1->v_mountedhere != vp->v_mount) {
3355                                 vput(vp);
3356                                 error = ENOENT;
3357                                 SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return,
3358                                     error, vp, NULL);
3359                                 break;
3360                         }
3361
3362                         vref(vp1);
3363                         vput(vp);
3364                         vp = vp1;
3365                         continue;
3366                 }
3367                 if (vp->v_type != VDIR) {
3368                         vrele(vp);
3369                         counter_u64_add(numfullpathfail1, 1);
3370                         error = ENOTDIR;
3371                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return,
3372                             error, vp, NULL);
3373                         break;
3374                 }
3375                 error = vn_vptocnp(&vp, buf, &buflen);
3376                 if (error)
3377                         break;
3378                 if (buflen == 0) {
3379                         vrele(vp);
3380                         error = ENOMEM;
3381                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, error,
3382                             startvp, NULL);
3383                         break;
3384                 }
3385                 buf[--buflen] = '/';
3386                 slash_prefixed = true;
3387         }
3388         if (error)
3389                 return (error);
3390         if (!slash_prefixed) {
3391                 if (buflen == 0) {
3392                         vrele(vp);
3393                         counter_u64_add(numfullpathfail4, 1);
3394                         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, ENOMEM,
3395                             startvp, NULL);
3396                         return (ENOMEM);
3397                 }
3398                 buf[--buflen] = '/';
3399         }
3400         counter_u64_add(numfullpathfound, 1);
3401         vrele(vp);
3402
3403         *retbuf = buf + buflen;
3404         SDT_PROBE3(vfs, namecache, fullpath, return, 0, startvp, *retbuf);
3405         *len -= buflen;
3406         *len += addend;
3407         return (0);
3408 }
3409
3410 /*
3411  * Resolve an arbitrary vnode to a pathname.
3412  *
3413  * Note 2 caveats:
3414  * - hardlinks are not tracked, thus if the vnode is not a directory this can
3415  *   resolve to a different path than the one used to find it
3416  * - namecache is not mandatory, meaning names are not guaranteed to be added
3417  *   (in which case resolving fails)
3418  */
3419 static void __inline
3420 cache_rev_failed_impl(int *reason, int line)
3421 {
3422
3423         *reason = line;
3424 }
3425 #define cache_rev_failed(var)   cache_rev_failed_impl((var), __LINE__)
3426
3427 static int
3428 vn_fullpath_any_smr(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf,
3429     char **retbuf, size_t *buflen, size_t addend)
3430 {
3431 #ifdef KDTRACE_HOOKS
3432         struct vnode *startvp = vp;
3433 #endif
3434         struct vnode *tvp;
3435         struct mount *mp;
3436         struct namecache *ncp;
3437         size_t orig_buflen;
3438         int reason;
3439         int error;
3440 #ifdef KDTRACE_HOOKS
3441         int i;
3442 #endif
3443         seqc_t vp_seqc, tvp_seqc;
3444         u_char nc_flag;
3445
3446         VFS_SMR_ASSERT_ENTERED();
3447
3448         if (!atomic_load_char(&cache_fast_lookup_enabled)) {
3449                 vfs_smr_exit();
3450                 return (-1);
3451         }
3452
3453         orig_buflen = *buflen;
3454
3455         if (addend == 0) {
3456                 MPASS(*buflen >= 2);
3457                 *buflen -= 1;
3458                 buf[*buflen] = '\0';
3459         }
3460
3461         if (vp == rdir || vp == rootvnode) {
3462                 if (addend == 0) {
3463                         *buflen -= 1;
3464                         buf[*buflen] = '/';
3465                 }
3466                 goto out_ok;
3467         }
3468
3469 #ifdef KDTRACE_HOOKS
3470         i = 0;
3471 #endif
3472         error = -1;
3473         ncp = NULL; /* for sdt probe down below */
3474         vp_seqc = vn_seqc_read_any(vp);
3475         if (seqc_in_modify(vp_seqc)) {
3476                 cache_rev_failed(&reason);
3477                 goto out_abort;
3478         }
3479
3480         for (;;) {
3481 #ifdef KDTRACE_HOOKS
3482                 i++;
3483 #endif
3484                 if ((vp->v_vflag & VV_ROOT) != 0) {
3485                         mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mount);
3486                         if (mp == NULL) {
3487                                 cache_rev_failed(&reason);
3488                                 goto out_abort;
3489                         }
3490                         tvp = atomic_load_ptr(&mp->mnt_vnodecovered);
3491                         tvp_seqc = vn_seqc_read_any(tvp);
3492                         if (seqc_in_modify(tvp_seqc)) {
3493                                 cache_rev_failed(&reason);
3494                                 goto out_abort;
3495                         }
3496                         if (!vn_seqc_consistent(vp, vp_seqc)) {
3497                                 cache_rev_failed(&reason);
3498                                 goto out_abort;
3499                         }
3500                         vp = tvp;
3501                         vp_seqc = tvp_seqc;
3502                         continue;
3503                 }
3504                 ncp = atomic_load_consume_ptr(&vp->v_cache_dd);
3505                 if (ncp == NULL) {
3506                         cache_rev_failed(&reason);
3507                         goto out_abort;
3508                 }
3509                 nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
3510                 if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
3511                         cache_rev_failed(&reason);
3512                         goto out_abort;
3513                 }
3514                 if (ncp->nc_nlen >= *buflen) {
3515                         cache_rev_failed(&reason);
3516                         error = ENOMEM;
3517                         goto out_abort;
3518                 }
3519                 *buflen -= ncp->nc_nlen;
3520                 memcpy(buf + *buflen, ncp->nc_name, ncp->nc_nlen);
3521                 *buflen -= 1;
3522                 buf[*buflen] = '/';
3523                 tvp = ncp->nc_dvp;
3524                 tvp_seqc = vn_seqc_read_any(tvp);
3525                 if (seqc_in_modify(tvp_seqc)) {
3526                         cache_rev_failed(&reason);
3527                         goto out_abort;
3528                 }
3529                 if (!vn_seqc_consistent(vp, vp_seqc)) {
3530                         cache_rev_failed(&reason);
3531                         goto out_abort;
3532                 }
3533                 /*
3534                  * Acquire fence provided by vn_seqc_read_any above.
3535                  */
3536                 if (__predict_false(atomic_load_ptr(&vp->v_cache_dd) != ncp)) {
3537                         cache_rev_failed(&reason);
3538                         goto out_abort;
3539                 }
3540                 if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
3541                         cache_rev_failed(&reason);
3542                         goto out_abort;
3543                 }
3544                 vp = tvp;
3545                 vp_seqc = tvp_seqc;
3546                 if (vp == rdir || vp == rootvnode)
3547                         break;
3548         }
3549 out_ok:
3550         vfs_smr_exit();
3551         *retbuf = buf + *buflen;
3552         *buflen = orig_buflen - *buflen + addend;
3553         SDT_PROBE2(vfs, namecache, fullpath_smr, hit, startvp, *retbuf);
3554         return (0);
3555
3556 out_abort:
3557         *buflen = orig_buflen;
3558         SDT_PROBE4(vfs, namecache, fullpath_smr, miss, startvp, ncp, reason, i);
3559         vfs_smr_exit();
3560         return (error);
3561 }
3562
3563 static int
3564 vn_fullpath_any(struct vnode *vp, struct vnode *rdir, char *buf, char **retbuf,
3565     size_t *buflen)
3566 {
3567         size_t orig_buflen, addend;
3568         int error;
3569
3570         if (*buflen < 2)
3571                 return (EINVAL);
3572
3573         orig_buflen = *buflen;
3574
3575         vref(vp);
3576         addend = 0;
3577         if (vp->v_type != VDIR) {
3578                 *buflen -= 1;
3579                 buf[*buflen] = '\0';
3580                 error = vn_vptocnp(&vp, buf, buflen);
3581                 if (error)
3582                         return (error);
3583                 if (*buflen == 0) {
3584                         vrele(vp);
3585                         return (ENOMEM);
3586                 }
3587                 *buflen -= 1;
3588                 buf[*buflen] = '/';
3589                 addend = orig_buflen - *buflen;
3590         }
3591
3592         return (vn_fullpath_dir(vp, rdir, buf, retbuf, buflen, addend));
3593 }
3594
3595 /*
3596  * Resolve an arbitrary vnode to a pathname (taking care of hardlinks).
3597  *
3598  * Since the namecache does not track hardlinks, the caller is
3599  * expected to first look up the target vnode with SAVENAME |
3600  * WANTPARENT flags passed to namei to get dvp and vp.
3601  *
3602  * Then we have 2 cases:
3603  * - if the found vnode is a directory, the path can be constructed just by
3604  *   following names up the chain
3605  * - otherwise we populate the buffer with the saved name and start resolving
3606  *   from the parent
3607  */
3608 int
3609 vn_fullpath_hardlink(struct vnode *vp, struct vnode *dvp,
3610     const char *hrdl_name, size_t hrdl_name_length,
3611     char **retbuf, char **freebuf, size_t *buflen)
3612 {
3613         char *buf, *tmpbuf;
3614         struct pwd *pwd;
3615         size_t addend;
3616         int error;
3617         enum vtype type;
3618
3619         if (*buflen < 2)
3620                 return (EINVAL);
3621         if (*buflen > MAXPATHLEN)
3622                 *buflen = MAXPATHLEN;
3623
3624         buf = malloc(*buflen, M_TEMP, M_WAITOK);
3625
3626         addend = 0;
3627
3628         /*
3629          * Check for VBAD to work around the vp_crossmp bug in lookup().
3630          *
3631          * For example consider tmpfs on /tmp and realpath /tmp. ni_vp will be
3632          * set to mount point's root vnode while ni_dvp will be vp_crossmp.
3633          * If the type is VDIR (like in this very case) we can skip looking
3634          * at ni_dvp in the first place. However, since vnodes get passed here
3635          * unlocked the target may transition to doomed state (type == VBAD)
3636          * before we get to evaluate the condition. If this happens, we will
3637          * populate part of the buffer and descend to vn_fullpath_dir with
3638          * vp == vp_crossmp. Prevent the problem by checking for VBAD.
3639          *
3640          * This should be atomic_load(&vp->v_type) but it is illegal to take
3641          * an address of a bit field, even if said field is sized to char.
3642          * Work around the problem by reading the value into a full-sized enum
3643          * and then re-reading it with atomic_load which will still prevent
3644          * the compiler from re-reading down the road.
3645          */
3646         type = vp->v_type;
3647         type = atomic_load_int(&type);
3648         if (type == VBAD) {
3649                 error = ENOENT;
3650                 goto out_bad;
3651         }
3652         if (type != VDIR) {
3653                 addend = hrdl_name_length + 2;
3654                 if (*buflen < addend) {
3655                         error = ENOMEM;
3656                         goto out_bad;
3657                 }
3658                 *buflen -= addend;
3659                 tmpbuf = buf + *buflen;
3660                 tmpbuf[0] = '/';
3661                 memcpy(&tmpbuf[1], hrdl_name, hrdl_name_length);
3662                 tmpbuf[addend - 1] = '\0';
3663                 vp = dvp;
3664         }
3665
3666         vfs_smr_enter();
3667         pwd = pwd_get_smr();
3668         error = vn_fullpath_any_smr(vp, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf, buflen,
3669             addend);
3670         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();
3671         if (error < 0) {
3672                 pwd = pwd_hold(curthread);
3673                 vref(vp);
3674                 error = vn_fullpath_dir(vp, pwd->pwd_rdir, buf, retbuf, buflen,
3675                     addend);
3676                 pwd_drop(pwd);
3677         }
3678         if (error != 0)
3679                 goto out_bad;
3680
3681         *freebuf = buf;
3682
3683         return (0);
3684 out_bad:
3685         free(buf, M_TEMP);
3686         return (error);
3687 }
3688
3689 struct vnode *
3690 vn_dir_dd_ino(struct vnode *vp)
3691 {
3692         struct namecache *ncp;
3693         struct vnode *ddvp;
3694         struct mtx *vlp;
3695         enum vgetstate vs;
3696
3697         ASSERT_VOP_LOCKED(vp, "vn_dir_dd_ino");
3698         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
3699         mtx_lock(vlp);
3700         TAILQ_FOREACH(ncp, &(vp->v_cache_dst), nc_dst) {
3701                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0)
3702                         continue;
3703                 ddvp = ncp->nc_dvp;
3704                 vs = vget_prep(ddvp);
3705                 mtx_unlock(vlp);
3706                 if (vget_finish(ddvp, LK_SHARED | LK_NOWAIT, vs))
3707                         return (NULL);
3708                 return (ddvp);
3709         }
3710         mtx_unlock(vlp);
3711         return (NULL);
3712 }
3713
3714 int
3715 vn_commname(struct vnode *vp, char *buf, u_int buflen)
3716 {
3717         struct namecache *ncp;
3718         struct mtx *vlp;
3719         int l;
3720
3721         vlp = VP2VNODELOCK(vp);
3722         mtx_lock(vlp);
3723         TAILQ_FOREACH(ncp, &vp->v_cache_dst, nc_dst)
3724                 if ((ncp->nc_flag & NCF_ISDOTDOT) == 0)
3725                         break;
3726         if (ncp == NULL) {
3727                 mtx_unlock(vlp);
3728                 return (ENOENT);
3729         }
3730         l = min(ncp->nc_nlen, buflen - 1);
3731         memcpy(buf, ncp->nc_name, l);
3732         mtx_unlock(vlp);
3733         buf[l] = '\0';
3734         return (0);
3735 }
3736
3737 /*
3738  * This function updates path string to vnode's full global path
3739  * and checks the size of the new path string against the pathlen argument.
3740  *
3741  * Requires a locked, referenced vnode.
3742  * Vnode is re-locked on success or ENODEV, otherwise unlocked.
3743  *
3744  * If vp is a directory, the call to vn_fullpath_global() always succeeds
3745  * because it falls back to the ".." lookup if the namecache lookup fails.
3746  */
3747 int
3748 vn_path_to_global_path(struct thread *td, struct vnode *vp, char *path,
3749     u_int pathlen)
3750 {
3751         struct nameidata nd;
3752         struct vnode *vp1;
3753         char *rpath, *fbuf;
3754         int error;
3755
3756         ASSERT_VOP_ELOCKED(vp, __func__);
3757
3758         /* Construct global filesystem path from vp. */
3759         VOP_UNLOCK(vp);
3760         error = vn_fullpath_global(vp, &rpath, &fbuf);
3761
3762         if (error != 0) {
3763                 vrele(vp);
3764                 return (error);
3765         }
3766
3767         if (strlen(rpath) >= pathlen) {
3768                 vrele(vp);
3769                 error = ENAMETOOLONG;
3770                 goto out;
3771         }
3772
3773         /*
3774          * Re-lookup the vnode by path to detect a possible rename.
3775          * As a side effect, the vnode is relocked.
3776          * If vnode was renamed, return ENOENT.
3777          */
3778         NDINIT(&nd, LOOKUP, FOLLOW | LOCKLEAF | AUDITVNODE1,
3779             UIO_SYSSPACE, path, td);
3780         error = namei(&nd);
3781         if (error != 0) {
3782                 vrele(vp);
3783                 goto out;
3784         }
3785         NDFREE(&nd, NDF_ONLY_PNBUF);
3786         vp1 = nd.ni_vp;
3787         vrele(vp);
3788         if (vp1 == vp)
3789                 strcpy(path, rpath);
3790         else {
3791                 vput(vp1);
3792                 error = ENOENT;
3793         }
3794
3795 out:
3796         free(fbuf, M_TEMP);
3797         return (error);
3798 }
3799
3800 #ifdef DDB
3801 static void
3802 db_print_vpath(struct vnode *vp)
3803 {
3804
3805         while (vp != NULL) {
3806                 db_printf("%p: ", vp);
3807                 if (vp == rootvnode) {
3808                         db_printf("/");
3809                         vp = NULL;
3810                 } else {
3811                         if (vp->v_vflag & VV_ROOT) {
3812                                 db_printf("<mount point>");
3813                                 vp = vp->v_mount->mnt_vnodecovered;
3814                         } else {
3815                                 struct namecache *ncp;
3816                                 char *ncn;
3817                                 int i;
3818
3819                                 ncp = TAILQ_FIRST(&vp->v_cache_dst);
3820                                 if (ncp != NULL) {
3821                                         ncn = ncp->nc_name;
3822                                         for (i = 0; i < ncp->nc_nlen; i++)
3823                                                 db_printf("%c", *ncn++);
3824                                         vp = ncp->nc_dvp;
3825                                 } else {
3826                                         vp = NULL;
3827                                 }
3828                         }
3829                 }
3830                 db_printf("\n");
3831         }
3832
3833         return;
3834 }
3835
3836 DB_SHOW_COMMAND(vpath, db_show_vpath)
3837 {
3838         struct vnode *vp;
3839
3840         if (!have_addr) {
3841                 db_printf("usage: show vpath <struct vnode *>\n");
3842                 return;
3843         }
3844
3845         vp = (struct vnode *)addr;
3846         db_print_vpath(vp);
3847 }
3848
3849 #endif
3850
3851 static int cache_fast_lookup = 1;
3852
3853 #define CACHE_FPL_FAILED        -2020
3854
3855 void
3856 cache_fast_lookup_enabled_recalc(void)
3857 {
3858         int lookup_flag;
3859         int mac_on;
3860
3861 #ifdef MAC
3862         mac_on = mac_vnode_check_lookup_enabled();
3863         mac_on |= mac_vnode_check_readlink_enabled();
3864 #else
3865         mac_on = 0;
3866 #endif
3867
3868         lookup_flag = atomic_load_int(&cache_fast_lookup);
3869         if (lookup_flag && !mac_on) {
3870                 atomic_store_char(&cache_fast_lookup_enabled, true);
3871         } else {
3872                 atomic_store_char(&cache_fast_lookup_enabled, false);
3873         }
3874 }
3875
3876 static int
3877 syscal_vfs_cache_fast_lookup(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3878 {
3879         int error, old;
3880
3881         old = atomic_load_int(&cache_fast_lookup);
3882         error = sysctl_handle_int(oidp, arg1, arg2, req);
3883         if (error == 0 && req->newptr && old != atomic_load_int(&cache_fast_lookup))
3884                 cache_fast_lookup_enabled_recalc();
3885         return (error);
3886 }
3887 SYSCTL_PROC(_vfs, OID_AUTO, cache_fast_lookup, CTLTYPE_INT|CTLFLAG_RW|CTLFLAG_MPSAFE,
3888     &cache_fast_lookup, 0, syscal_vfs_cache_fast_lookup, "IU", "");
3889
3890 /*
3891  * Components of nameidata (or objects it can point to) which may
3892  * need restoring in case fast path lookup fails.
3893  */
3894 struct nameidata_outer {
3895         size_t ni_pathlen;
3896         int cn_flags;
3897 };
3898
3899 struct nameidata_saved {
3900 #ifdef INVARIANTS
3901         char *cn_nameptr;
3902         size_t ni_pathlen;
3903 #endif
3904 };
3905
3906 #ifdef INVARIANTS
3907 struct cache_fpl_debug {
3908         size_t ni_pathlen;
3909 };
3910 #endif
3911
3912 struct cache_fpl {
3913         struct nameidata *ndp;
3914         struct componentname *cnp;
3915         char *nulchar;
3916         struct vnode *dvp;
3917         struct vnode *tvp;
3918         seqc_t dvp_seqc;
3919         seqc_t tvp_seqc;
3920         uint32_t hash;
3921         struct nameidata_saved snd;
3922         struct nameidata_outer snd_outer;
3923         int line;
3924         enum cache_fpl_status status:8;
3925         bool in_smr;
3926         bool fsearch;
3927         bool savename;
3928         struct pwd **pwd;
3929 #ifdef INVARIANTS
3930         struct cache_fpl_debug debug;
3931 #endif
3932 };
3933
3934 static bool cache_fplookup_mp_supported(struct mount *mp);
3935 static bool cache_fplookup_is_mp(struct cache_fpl *fpl);
3936 static int cache_fplookup_cross_mount(struct cache_fpl *fpl);
3937 static int cache_fplookup_partial_setup(struct cache_fpl *fpl);
3938 static int cache_fplookup_skip_slashes(struct cache_fpl *fpl);
3939 static int cache_fplookup_trailingslash(struct cache_fpl *fpl);
3940 static void cache_fpl_pathlen_dec(struct cache_fpl *fpl);
3941 static void cache_fpl_pathlen_inc(struct cache_fpl *fpl);
3942 static void cache_fpl_pathlen_add(struct cache_fpl *fpl, size_t n);
3943 static void cache_fpl_pathlen_sub(struct cache_fpl *fpl, size_t n);
3944
3945 static void
3946 cache_fpl_cleanup_cnp(struct componentname *cnp)
3947 {
3948
3949         uma_zfree(namei_zone, cnp->cn_pnbuf);
3950 #ifdef DIAGNOSTIC
3951         cnp->cn_pnbuf = NULL;
3952         cnp->cn_nameptr = NULL;
3953 #endif
3954 }
3955
3956 static struct vnode *
3957 cache_fpl_handle_root(struct cache_fpl *fpl)
3958 {
3959         struct nameidata *ndp;
3960         struct componentname *cnp;
3961
3962         ndp = fpl->ndp;
3963         cnp = fpl->cnp;
3964
3965         MPASS(*(cnp->cn_nameptr) == '/');
3966         cnp->cn_nameptr++;
3967         cache_fpl_pathlen_dec(fpl);
3968
3969         if (__predict_false(*(cnp->cn_nameptr) == '/')) {
3970                 do {
3971                         cnp->cn_nameptr++;
3972                         cache_fpl_pathlen_dec(fpl);
3973                 } while (*(cnp->cn_nameptr) == '/');
3974         }
3975
3976         return (ndp->ni_rootdir);
3977 }
3978
3979 static void
3980 cache_fpl_checkpoint_outer(struct cache_fpl *fpl)
3981 {
3982
3983         fpl->snd_outer.ni_pathlen = fpl->ndp->ni_pathlen;
3984         fpl->snd_outer.cn_flags = fpl->ndp->ni_cnd.cn_flags;
3985 }
3986
3987 static void
3988 cache_fpl_checkpoint(struct cache_fpl *fpl)
3989 {
3990
3991 #ifdef INVARIANTS
3992         fpl->snd.cn_nameptr = fpl->ndp->ni_cnd.cn_nameptr;
3993         fpl->snd.ni_pathlen = fpl->debug.ni_pathlen;
3994 #endif
3995 }
3996
3997 static void
3998 cache_fpl_restore_partial(struct cache_fpl *fpl)
3999 {
4000
4001         fpl->ndp->ni_cnd.cn_flags = fpl->snd_outer.cn_flags;
4002 #ifdef INVARIANTS
4003         fpl->debug.ni_pathlen = fpl->snd.ni_pathlen;
4004 #endif
4005 }
4006
4007 static void
4008 cache_fpl_restore_abort(struct cache_fpl *fpl)
4009 {
4010
4011         cache_fpl_restore_partial(fpl);
4012         /*
4013          * It is 0 on entry by API contract.
4014          */
4015         fpl->ndp->ni_resflags = 0;
4016         fpl->ndp->ni_cnd.cn_nameptr = fpl->ndp->ni_cnd.cn_pnbuf;
4017         fpl->ndp->ni_pathlen = fpl->snd_outer.ni_pathlen;
4018 }
4019
4020 #ifdef INVARIANTS
4021 #define cache_fpl_smr_assert_entered(fpl) ({                    \
4022         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
4023         MPASS(_fpl->in_smr == true);                            \
4024         VFS_SMR_ASSERT_ENTERED();                               \
4025 })
4026 #define cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl) ({                \
4027         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
4028         MPASS(_fpl->in_smr == false);                           \
4029         VFS_SMR_ASSERT_NOT_ENTERED();                           \
4030 })
4031 static void
4032 cache_fpl_assert_status(struct cache_fpl *fpl)
4033 {
4034
4035         switch (fpl->status) {
4036         case CACHE_FPL_STATUS_UNSET:
4037                 __assert_unreachable();
4038                 break;
4039         case CACHE_FPL_STATUS_DESTROYED:
4040         case CACHE_FPL_STATUS_ABORTED:
4041         case CACHE_FPL_STATUS_PARTIAL:
4042         case CACHE_FPL_STATUS_HANDLED:
4043                 break;
4044         }
4045 }
4046 #else
4047 #define cache_fpl_smr_assert_entered(fpl) do { } while (0)
4048 #define cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl) do { } while (0)
4049 #define cache_fpl_assert_status(fpl) do { } while (0)
4050 #endif
4051
4052 #define cache_fpl_smr_enter_initial(fpl) ({                     \
4053         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
4054         vfs_smr_enter();                                        \
4055         _fpl->in_smr = true;                                    \
4056 })
4057
4058 #define cache_fpl_smr_enter(fpl) ({                             \
4059         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
4060         MPASS(_fpl->in_smr == false);                           \
4061         vfs_smr_enter();                                        \
4062         _fpl->in_smr = true;                                    \
4063 })
4064
4065 #define cache_fpl_smr_exit(fpl) ({                              \
4066         struct cache_fpl *_fpl = (fpl);                         \
4067         MPASS(_fpl->in_smr == true);                            \
4068         vfs_smr_exit();                                         \
4069         _fpl->in_smr = false;                                   \
4070 })
4071
4072 static int
4073 cache_fpl_aborted_early_impl(struct cache_fpl *fpl, int line)
4074 {
4075
4076         if (fpl->status != CACHE_FPL_STATUS_UNSET) {
4077                 KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_PARTIAL,
4078                     ("%s: converting to abort from %d at %d, set at %d\n",
4079                     __func__, fpl->status, line, fpl->line));
4080         }
4081         cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl);
4082         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_ABORTED;
4083         fpl->line = line;
4084         return (CACHE_FPL_FAILED);
4085 }
4086
4087 #define cache_fpl_aborted_early(x)      cache_fpl_aborted_early_impl((x), __LINE__)
4088
4089 static int __noinline
4090 cache_fpl_aborted_impl(struct cache_fpl *fpl, int line)
4091 {
4092         struct nameidata *ndp;
4093         struct componentname *cnp;
4094
4095         ndp = fpl->ndp;
4096         cnp = fpl->cnp;
4097
4098         if (fpl->status != CACHE_FPL_STATUS_UNSET) {
4099                 KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_PARTIAL,
4100                     ("%s: converting to abort from %d at %d, set at %d\n",
4101                     __func__, fpl->status, line, fpl->line));
4102         }
4103         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_ABORTED;
4104         fpl->line = line;
4105         if (fpl->in_smr)
4106                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4107         cache_fpl_restore_abort(fpl);
4108         /*
4109          * Resolving symlinks overwrites data passed by the caller.
4110          * Let namei know.
4111          */
4112         if (ndp->ni_loopcnt > 0) {
4113                 fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_DESTROYED;
4114                 cache_fpl_cleanup_cnp(cnp);
4115         }
4116         return (CACHE_FPL_FAILED);
4117 }
4118
4119 #define cache_fpl_aborted(x)    cache_fpl_aborted_impl((x), __LINE__)
4120
4121 static int __noinline
4122 cache_fpl_partial_impl(struct cache_fpl *fpl, int line)
4123 {
4124
4125         KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_UNSET,
4126             ("%s: setting to partial at %d, but already set to %d at %d\n",
4127             __func__, line, fpl->status, fpl->line));
4128         cache_fpl_smr_assert_entered(fpl);
4129         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_PARTIAL;
4130         fpl->line = line;
4131         return (cache_fplookup_partial_setup(fpl));
4132 }
4133
4134 #define cache_fpl_partial(x)    cache_fpl_partial_impl((x), __LINE__)
4135
4136 static int
4137 cache_fpl_handled_impl(struct cache_fpl *fpl, int line)
4138 {
4139
4140         KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_UNSET,
4141             ("%s: setting to handled at %d, but already set to %d at %d\n",
4142             __func__, line, fpl->status, fpl->line));
4143         cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl);
4144         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_HANDLED;
4145         fpl->line = line;
4146         return (0);
4147 }
4148
4149 #define cache_fpl_handled(x)    cache_fpl_handled_impl((x), __LINE__)
4150
4151 static int
4152 cache_fpl_handled_error_impl(struct cache_fpl *fpl, int error, int line)
4153 {
4154
4155         KASSERT(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_UNSET,
4156             ("%s: setting to handled at %d, but already set to %d at %d\n",
4157             __func__, line, fpl->status, fpl->line));
4158         MPASS(error != 0);
4159         MPASS(error != CACHE_FPL_FAILED);
4160         cache_fpl_smr_assert_not_entered(fpl);
4161         fpl->status = CACHE_FPL_STATUS_HANDLED;
4162         fpl->line = line;
4163         fpl->dvp = NULL;
4164         fpl->tvp = NULL;
4165         fpl->savename = false;
4166         return (error);
4167 }
4168
4169 #define cache_fpl_handled_error(x, e)   cache_fpl_handled_error_impl((x), (e), __LINE__)
4170
4171 static bool
4172 cache_fpl_terminated(struct cache_fpl *fpl)
4173 {
4174
4175         return (fpl->status != CACHE_FPL_STATUS_UNSET);
4176 }
4177
4178 #define CACHE_FPL_SUPPORTED_CN_FLAGS \
4179         (NC_NOMAKEENTRY | NC_KEEPPOSENTRY | LOCKLEAF | LOCKPARENT | WANTPARENT | \
4180          FAILIFEXISTS | FOLLOW | EMPTYPATH | LOCKSHARED | SAVENAME | SAVESTART | \
4181          WILLBEDIR | ISOPEN | NOMACCHECK | AUDITVNODE1 | AUDITVNODE2 | NOCAPCHECK)
4182
4183 #define CACHE_FPL_INTERNAL_CN_FLAGS \
4184         (ISDOTDOT | MAKEENTRY | ISLASTCN)
4185
4186 _Static_assert((CACHE_FPL_SUPPORTED_CN_FLAGS & CACHE_FPL_INTERNAL_CN_FLAGS) == 0,
4187     "supported and internal flags overlap");
4188
4189 static bool
4190 cache_fpl_islastcn(struct nameidata *ndp)
4191 {
4192
4193         return (*ndp->ni_next == 0);
4194 }
4195
4196 static bool
4197 cache_fpl_istrailingslash(struct cache_fpl *fpl)
4198 {
4199
4200         MPASS(fpl->nulchar > fpl->cnp->cn_pnbuf);
4201         return (*(fpl->nulchar - 1) == '/');
4202 }
4203
4204 static bool
4205 cache_fpl_isdotdot(struct componentname *cnp)
4206 {
4207
4208         if (cnp->cn_namelen == 2 &&
4209             cnp->cn_nameptr[1] == '.' && cnp->cn_nameptr[0] == '.')
4210                 return (true);
4211         return (false);
4212 }
4213
4214 static bool
4215 cache_can_fplookup(struct cache_fpl *fpl)
4216 {
4217         struct nameidata *ndp;
4218         struct componentname *cnp;
4219         struct thread *td;
4220
4221         ndp = fpl->ndp;
4222         cnp = fpl->cnp;
4223         td = cnp->cn_thread;
4224
4225         if (!atomic_load_char(&cache_fast_lookup_enabled)) {
4226                 cache_fpl_aborted_early(fpl);
4227                 return (false);
4228         }
4229         if ((cnp->cn_flags & ~CACHE_FPL_SUPPORTED_CN_FLAGS) != 0) {
4230                 cache_fpl_aborted_early(fpl);
4231                 return (false);
4232         }
4233         if (IN_CAPABILITY_MODE(td)) {
4234                 cache_fpl_aborted_early(fpl);
4235                 return (false);
4236         }
4237         if (AUDITING_TD(td)) {
4238                 cache_fpl_aborted_early(fpl);
4239                 return (false);
4240         }
4241         if (ndp->ni_startdir != NULL) {
4242                 cache_fpl_aborted_early(fpl);
4243                 return (false);
4244         }
4245         return (true);
4246 }
4247
4248 static int __noinline
4249 cache_fplookup_dirfd(struct cache_fpl *fpl, struct vnode **vpp)
4250 {
4251         struct nameidata *ndp;
4252         struct componentname *cnp;
4253         int error;
4254         bool fsearch;
4255
4256         ndp = fpl->ndp;
4257         cnp = fpl->cnp;
4258
4259         error = fgetvp_lookup_smr(ndp->ni_dirfd, ndp, vpp, &fsearch);
4260         if (__predict_false(error != 0)) {
4261                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4262         }
4263         fpl->fsearch = fsearch;
4264         if ((*vpp)->v_type != VDIR) {
4265                 if (!((cnp->cn_flags & EMPTYPATH) != 0 && cnp->cn_pnbuf[0] == '\0')) {
4266                         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4267                         return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENOTDIR));
4268                 }
4269         }
4270         return (0);
4271 }
4272
4273 static int __noinline
4274 cache_fplookup_negative_promote(struct cache_fpl *fpl, struct namecache *oncp,
4275     uint32_t hash)
4276 {
4277         struct componentname *cnp;
4278         struct vnode *dvp;
4279
4280         cnp = fpl->cnp;
4281         dvp = fpl->dvp;
4282
4283         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4284         if (cache_neg_promote_cond(dvp, cnp, oncp, hash))
4285                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENOENT));
4286         else
4287                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4288 }
4289
4290 /*
4291  * The target vnode is not supported, prepare for the slow path to take over.
4292  */
4293 static int __noinline
4294 cache_fplookup_partial_setup(struct cache_fpl *fpl)
4295 {
4296         struct nameidata *ndp;
4297         struct componentname *cnp;
4298         enum vgetstate dvs;
4299         struct vnode *dvp;
4300         struct pwd *pwd;
4301         seqc_t dvp_seqc;
4302
4303         ndp = fpl->ndp;
4304         cnp = fpl->cnp;
4305         pwd = *(fpl->pwd);
4306         dvp = fpl->dvp;
4307         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4308
4309         if (!pwd_hold_smr(pwd)) {
4310                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4311         }
4312
4313         /*
4314          * Note that seqc is checked before the vnode is locked, so by
4315          * the time regular lookup gets to it it may have moved.
4316          *
4317          * Ultimately this does not affect correctness, any lookup errors
4318          * are userspace racing with itself. It is guaranteed that any
4319          * path which ultimately gets found could also have been found
4320          * by regular lookup going all the way in absence of concurrent
4321          * modifications.
4322          */
4323         dvs = vget_prep_smr(dvp);
4324         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4325         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
4326                 pwd_drop(pwd);
4327                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4328         }
4329
4330         vget_finish_ref(dvp, dvs);
4331         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
4332                 vrele(dvp);
4333                 pwd_drop(pwd);
4334                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4335         }
4336
4337         cache_fpl_restore_partial(fpl);
4338 #ifdef INVARIANTS
4339         if (cnp->cn_nameptr != fpl->snd.cn_nameptr) {
4340                 panic("%s: cn_nameptr mismatch (%p != %p) full [%s]\n", __func__,
4341                     cnp->cn_nameptr, fpl->snd.cn_nameptr, cnp->cn_pnbuf);
4342         }
4343 #endif
4344
4345         ndp->ni_startdir = dvp;
4346         cnp->cn_flags |= MAKEENTRY;
4347         if (cache_fpl_islastcn(ndp))
4348                 cnp->cn_flags |= ISLASTCN;
4349         if (cache_fpl_isdotdot(cnp))
4350                 cnp->cn_flags |= ISDOTDOT;
4351
4352         /*
4353          * Skip potential extra slashes parsing did not take care of.
4354          * cache_fplookup_skip_slashes explains the mechanism.
4355          */
4356         if (__predict_false(*(cnp->cn_nameptr) == '/')) {
4357                 do {
4358                         cnp->cn_nameptr++;
4359                         cache_fpl_pathlen_dec(fpl);
4360                 } while (*(cnp->cn_nameptr) == '/');
4361         }
4362
4363         ndp->ni_pathlen = fpl->nulchar - cnp->cn_nameptr + 1;
4364 #ifdef INVARIANTS
4365         if (ndp->ni_pathlen != fpl->debug.ni_pathlen) {
4366                 panic("%s: mismatch (%zu != %zu) nulchar %p nameptr %p [%s] ; full string [%s]\n",
4367                     __func__, ndp->ni_pathlen, fpl->debug.ni_pathlen, fpl->nulchar,
4368                     cnp->cn_nameptr, cnp->cn_nameptr, cnp->cn_pnbuf);
4369         }
4370 #endif
4371         return (0);
4372 }
4373
4374 static int
4375 cache_fplookup_final_child(struct cache_fpl *fpl, enum vgetstate tvs)
4376 {
4377         struct componentname *cnp;
4378         struct vnode *tvp;
4379         seqc_t tvp_seqc;
4380         int error, lkflags;
4381
4382         cnp = fpl->cnp;
4383         tvp = fpl->tvp;
4384         tvp_seqc = fpl->tvp_seqc;
4385
4386         if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) != 0) {
4387                 lkflags = LK_SHARED;
4388                 if ((cnp->cn_flags & LOCKSHARED) == 0)
4389                         lkflags = LK_EXCLUSIVE;
4390                 error = vget_finish(tvp, lkflags, tvs);
4391                 if (__predict_false(error != 0)) {
4392                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4393                 }
4394         } else {
4395                 vget_finish_ref(tvp, tvs);
4396         }
4397
4398         if (!vn_seqc_consistent(tvp, tvp_seqc)) {
4399                 if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) != 0)
4400                         vput(tvp);
4401                 else
4402                         vrele(tvp);
4403                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4404         }
4405
4406         return (cache_fpl_handled(fpl));
4407 }
4408
4409 /*
4410  * They want to possibly modify the state of the namecache.
4411  */
4412 static int __noinline
4413 cache_fplookup_final_modifying(struct cache_fpl *fpl)
4414 {
4415         struct nameidata *ndp;
4416         struct componentname *cnp;
4417         enum vgetstate dvs;
4418         struct vnode *dvp, *tvp;
4419         struct mount *mp;
4420         seqc_t dvp_seqc;
4421         int error;
4422         bool docache;
4423
4424         ndp = fpl->ndp;
4425         cnp = fpl->cnp;
4426         dvp = fpl->dvp;
4427         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4428
4429         MPASS(*(cnp->cn_nameptr) != '/');
4430         MPASS(cache_fpl_islastcn(ndp));
4431         if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) == 0)
4432                 MPASS((cnp->cn_flags & WANTPARENT) != 0);
4433         MPASS((cnp->cn_flags & TRAILINGSLASH) == 0);
4434         MPASS(cnp->cn_nameiop == CREATE || cnp->cn_nameiop == DELETE ||
4435             cnp->cn_nameiop == RENAME);
4436         MPASS((cnp->cn_flags & MAKEENTRY) == 0);
4437         MPASS((cnp->cn_flags & ISDOTDOT) == 0);
4438
4439         docache = (cnp->cn_flags & NOCACHE) ^ NOCACHE;
4440         if (cnp->cn_nameiop == DELETE || cnp->cn_nameiop == RENAME)
4441                 docache = false;
4442
4443         /*
4444          * Regular lookup nulifies the slash, which we don't do here.
4445          * Don't take chances with filesystem routines seeing it for
4446          * the last entry.
4447          */
4448         if (cache_fpl_istrailingslash(fpl)) {
4449                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4450         }
4451
4452         mp = atomic_load_ptr(&dvp->v_mount);
4453         if (__predict_false(mp == NULL)) {
4454                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4455         }
4456
4457         if (__predict_false(mp->mnt_flag & MNT_RDONLY)) {
4458                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4459                 /*
4460                  * Original code keeps not checking for CREATE which
4461                  * might be a bug. For now let the old lookup decide.
4462                  */
4463                 if (cnp->cn_nameiop == CREATE) {
4464                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4465                 }
4466                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, EROFS));
4467         }
4468
4469         if (fpl->tvp != NULL && (cnp->cn_flags & FAILIFEXISTS) != 0) {
4470                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4471                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, EEXIST));
4472         }
4473
4474         /*
4475          * Secure access to dvp; check cache_fplookup_partial_setup for
4476          * reasoning.
4477          *
4478          * XXX At least UFS requires its lookup routine to be called for
4479          * the last path component, which leads to some level of complication
4480          * and inefficiency:
4481          * - the target routine always locks the target vnode, but our caller
4482          *   may not need it locked
4483          * - some of the VOP machinery asserts that the parent is locked, which
4484          *   once more may be not required
4485          *
4486          * TODO: add a flag for filesystems which don't need this.
4487          */
4488         dvs = vget_prep_smr(dvp);
4489         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4490         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
4491                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4492         }
4493
4494         vget_finish_ref(dvp, dvs);
4495         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
4496                 vrele(dvp);
4497                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4498         }
4499
4500         error = vn_lock(dvp, LK_EXCLUSIVE);
4501         if (__predict_false(error != 0)) {
4502                 vrele(dvp);
4503                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4504         }
4505
4506         tvp = NULL;
4507         cnp->cn_flags |= ISLASTCN;
4508         if (docache)
4509                 cnp->cn_flags |= MAKEENTRY;
4510         if (cache_fpl_isdotdot(cnp))
4511                 cnp->cn_flags |= ISDOTDOT;
4512         cnp->cn_lkflags = LK_EXCLUSIVE;
4513         error = VOP_LOOKUP(dvp, &tvp, cnp);
4514         switch (error) {
4515         case EJUSTRETURN:
4516         case 0:
4517                 break;
4518         case ENOTDIR:
4519         case ENOENT:
4520                 vput(dvp);
4521                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, error));
4522         default:
4523                 vput(dvp);
4524                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4525         }
4526
4527         fpl->tvp = tvp;
4528         fpl->savename = (cnp->cn_flags & SAVENAME) != 0;
4529
4530         if (tvp == NULL) {
4531                 if ((cnp->cn_flags & SAVESTART) != 0) {
4532                         ndp->ni_startdir = dvp;
4533                         vrefact(ndp->ni_startdir);
4534                         cnp->cn_flags |= SAVENAME;
4535                         fpl->savename = true;
4536                 }
4537                 MPASS(error == EJUSTRETURN);
4538                 if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) == 0) {
4539                         VOP_UNLOCK(dvp);
4540                 }
4541                 return (cache_fpl_handled(fpl));
4542         }
4543
4544         /*
4545          * There are very hairy corner cases concerning various flag combinations
4546          * and locking state. In particular here we only hold one lock instead of
4547          * two.
4548          *
4549          * Skip the complexity as it is of no significance for normal workloads.
4550          */
4551         if (__predict_false(tvp == dvp)) {
4552                 vput(dvp);
4553                 vrele(tvp);
4554                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4555         }
4556
4557         /*
4558          * If they want the symlink itself we are fine, but if they want to
4559          * follow it regular lookup has to be engaged.
4560          */
4561         if (tvp->v_type == VLNK) {
4562                 if ((cnp->cn_flags & FOLLOW) != 0) {
4563                         vput(dvp);
4564                         vput(tvp);
4565                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4566                 }
4567         }
4568
4569         /*
4570          * Since we expect this to be the terminal vnode it should almost never
4571          * be a mount point.
4572          */
4573         if (__predict_false(cache_fplookup_is_mp(fpl))) {
4574                 vput(dvp);
4575                 vput(tvp);
4576                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4577         }
4578
4579         if ((cnp->cn_flags & FAILIFEXISTS) != 0) {
4580                 vput(dvp);
4581                 vput(tvp);
4582                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, EEXIST));
4583         }
4584
4585         if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) == 0) {
4586                 VOP_UNLOCK(tvp);
4587         }
4588
4589         if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) == 0) {
4590                 VOP_UNLOCK(dvp);
4591         }
4592
4593         if ((cnp->cn_flags & SAVESTART) != 0) {
4594                 ndp->ni_startdir = dvp;
4595                 vrefact(ndp->ni_startdir);
4596                 cnp->cn_flags |= SAVENAME;
4597                 fpl->savename = true;
4598         }
4599
4600         return (cache_fpl_handled(fpl));
4601 }
4602
4603 static int __noinline
4604 cache_fplookup_modifying(struct cache_fpl *fpl)
4605 {
4606         struct nameidata *ndp;
4607
4608         ndp = fpl->ndp;
4609
4610         if (!cache_fpl_islastcn(ndp)) {
4611                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4612         }
4613         return (cache_fplookup_final_modifying(fpl));
4614 }
4615
4616 static int __noinline
4617 cache_fplookup_final_withparent(struct cache_fpl *fpl)
4618 {
4619         struct componentname *cnp;
4620         enum vgetstate dvs, tvs;
4621         struct vnode *dvp, *tvp;
4622         seqc_t dvp_seqc;
4623         int error;
4624
4625         cnp = fpl->cnp;
4626         dvp = fpl->dvp;
4627         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4628         tvp = fpl->tvp;
4629
4630         MPASS((cnp->cn_flags & (LOCKPARENT|WANTPARENT)) != 0);
4631
4632         /*
4633          * This is less efficient than it can be for simplicity.
4634          */
4635         dvs = vget_prep_smr(dvp);
4636         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
4637                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4638         }
4639         tvs = vget_prep_smr(tvp);
4640         if (__predict_false(tvs == VGET_NONE)) {
4641                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4642                 vget_abort(dvp, dvs);
4643                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4644         }
4645
4646         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4647
4648         if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) != 0) {
4649                 error = vget_finish(dvp, LK_EXCLUSIVE, dvs);
4650                 if (__predict_false(error != 0)) {
4651                         vget_abort(tvp, tvs);
4652                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4653                 }
4654         } else {
4655                 vget_finish_ref(dvp, dvs);
4656         }
4657
4658         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
4659                 vget_abort(tvp, tvs);
4660                 if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) != 0)
4661                         vput(dvp);
4662                 else
4663                         vrele(dvp);
4664                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4665         }
4666
4667         error = cache_fplookup_final_child(fpl, tvs);
4668         if (__predict_false(error != 0)) {
4669                 MPASS(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_ABORTED ||
4670                     fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_DESTROYED);
4671                 if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) != 0)
4672                         vput(dvp);
4673                 else
4674                         vrele(dvp);
4675                 return (error);
4676         }
4677
4678         MPASS(fpl->status == CACHE_FPL_STATUS_HANDLED);
4679         return (0);
4680 }
4681
4682 static int
4683 cache_fplookup_final(struct cache_fpl *fpl)
4684 {
4685         struct componentname *cnp;
4686         enum vgetstate tvs;
4687         struct vnode *dvp, *tvp;
4688         seqc_t dvp_seqc;
4689
4690         cnp = fpl->cnp;
4691         dvp = fpl->dvp;
4692         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4693         tvp = fpl->tvp;
4694
4695         MPASS(*(cnp->cn_nameptr) != '/');
4696
4697         if (cnp->cn_nameiop != LOOKUP) {
4698                 return (cache_fplookup_final_modifying(fpl));
4699         }
4700
4701         if ((cnp->cn_flags & (LOCKPARENT|WANTPARENT)) != 0)
4702                 return (cache_fplookup_final_withparent(fpl));
4703
4704         tvs = vget_prep_smr(tvp);
4705         if (__predict_false(tvs == VGET_NONE)) {
4706                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4707         }
4708
4709         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
4710                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4711                 vget_abort(tvp, tvs);
4712                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4713         }
4714
4715         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4716         return (cache_fplookup_final_child(fpl, tvs));
4717 }
4718
4719 /*
4720  * Comment from locked lookup:
4721  * Check for degenerate name (e.g. / or "") which is a way of talking about a
4722  * directory, e.g. like "/." or ".".
4723  */
4724 static int __noinline
4725 cache_fplookup_degenerate(struct cache_fpl *fpl)
4726 {
4727         struct componentname *cnp;
4728         struct vnode *dvp;
4729         enum vgetstate dvs;
4730         int error, lkflags;
4731 #ifdef INVARIANTS
4732         char *cp;
4733 #endif
4734
4735         fpl->tvp = fpl->dvp;
4736         fpl->tvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4737
4738         cnp = fpl->cnp;
4739         dvp = fpl->dvp;
4740
4741 #ifdef INVARIANTS
4742         for (cp = cnp->cn_pnbuf; *cp != '\0'; cp++) {
4743                 KASSERT(*cp == '/',
4744                     ("%s: encountered non-slash; string [%s]\n", __func__,
4745                     cnp->cn_pnbuf));
4746         }
4747 #endif
4748
4749         if (__predict_false(cnp->cn_nameiop != LOOKUP)) {
4750                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4751                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, EISDIR));
4752         }
4753
4754         MPASS((cnp->cn_flags & SAVESTART) == 0);
4755
4756         if ((cnp->cn_flags & (LOCKPARENT|WANTPARENT)) != 0) {
4757                 return (cache_fplookup_final_withparent(fpl));
4758         }
4759
4760         dvs = vget_prep_smr(dvp);
4761         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4762         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
4763                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4764         }
4765
4766         if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) != 0) {
4767                 lkflags = LK_SHARED;
4768                 if ((cnp->cn_flags & LOCKSHARED) == 0)
4769                         lkflags = LK_EXCLUSIVE;
4770                 error = vget_finish(dvp, lkflags, dvs);
4771                 if (__predict_false(error != 0)) {
4772                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4773                 }
4774         } else {
4775                 vget_finish_ref(dvp, dvs);
4776         }
4777         return (cache_fpl_handled(fpl));
4778 }
4779
4780 static int __noinline
4781 cache_fplookup_emptypath(struct cache_fpl *fpl)
4782 {
4783         struct nameidata *ndp;
4784         struct componentname *cnp;
4785         enum vgetstate tvs;
4786         struct vnode *tvp;
4787         int error, lkflags;
4788
4789         fpl->tvp = fpl->dvp;
4790         fpl->tvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4791
4792         ndp = fpl->ndp;
4793         cnp = fpl->cnp;
4794         tvp = fpl->tvp;
4795
4796         MPASS(*cnp->cn_pnbuf == '\0');
4797
4798         if (__predict_false((cnp->cn_flags & EMPTYPATH) == 0)) {
4799                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4800                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENOENT));
4801         }
4802
4803         MPASS((cnp->cn_flags & (LOCKPARENT | WANTPARENT)) == 0);
4804
4805         tvs = vget_prep_smr(tvp);
4806         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4807         if (__predict_false(tvs == VGET_NONE)) {
4808                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4809         }
4810
4811         if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) != 0) {
4812                 lkflags = LK_SHARED;
4813                 if ((cnp->cn_flags & LOCKSHARED) == 0)
4814                         lkflags = LK_EXCLUSIVE;
4815                 error = vget_finish(tvp, lkflags, tvs);
4816                 if (__predict_false(error != 0)) {
4817                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4818                 }
4819         } else {
4820                 vget_finish_ref(tvp, tvs);
4821         }
4822
4823         ndp->ni_resflags |= NIRES_EMPTYPATH;
4824         return (cache_fpl_handled(fpl));
4825 }
4826
4827 static int __noinline
4828 cache_fplookup_noentry(struct cache_fpl *fpl)
4829 {
4830         struct nameidata *ndp;
4831         struct componentname *cnp;
4832         enum vgetstate dvs;
4833         struct vnode *dvp, *tvp;
4834         seqc_t dvp_seqc;
4835         int error;
4836
4837         ndp = fpl->ndp;
4838         cnp = fpl->cnp;
4839         dvp = fpl->dvp;
4840         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4841
4842         MPASS((cnp->cn_flags & MAKEENTRY) == 0);
4843         MPASS((cnp->cn_flags & ISDOTDOT) == 0);
4844         if (cnp->cn_nameiop == LOOKUP)
4845                 MPASS((cnp->cn_flags & NOCACHE) == 0);
4846         MPASS(!cache_fpl_isdotdot(cnp));
4847
4848         /*
4849          * Hack: delayed name len checking.
4850          */
4851         if (__predict_false(cnp->cn_namelen > NAME_MAX)) {
4852                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
4853                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENAMETOOLONG));
4854         }
4855
4856         if (cnp->cn_nameptr[0] == '/') {
4857                 return (cache_fplookup_skip_slashes(fpl));
4858         }
4859
4860         if (cnp->cn_pnbuf[0] == '\0') {
4861                 return (cache_fplookup_emptypath(fpl));
4862         }
4863
4864         if (cnp->cn_nameptr[0] == '\0') {
4865                 if (fpl->tvp == NULL) {
4866                         return (cache_fplookup_degenerate(fpl));
4867                 }
4868                 return (cache_fplookup_trailingslash(fpl));
4869         }
4870
4871         if (cnp->cn_nameiop != LOOKUP) {
4872                 fpl->tvp = NULL;
4873                 return (cache_fplookup_modifying(fpl));
4874         }
4875
4876         MPASS((cnp->cn_flags & SAVESTART) == 0);
4877
4878         /*
4879          * Only try to fill in the component if it is the last one,
4880          * otherwise not only there may be several to handle but the
4881          * walk may be complicated.
4882          */
4883         if (!cache_fpl_islastcn(ndp)) {
4884                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4885         }
4886
4887         /*
4888          * Regular lookup nulifies the slash, which we don't do here.
4889          * Don't take chances with filesystem routines seeing it for
4890          * the last entry.
4891          */
4892         if (cache_fpl_istrailingslash(fpl)) {
4893                 return (cache_fpl_partial(fpl));
4894         }
4895
4896         /*
4897          * Secure access to dvp; check cache_fplookup_partial_setup for
4898          * reasoning.
4899          */
4900         dvs = vget_prep_smr(dvp);
4901         cache_fpl_smr_exit(fpl);
4902         if (__predict_false(dvs == VGET_NONE)) {
4903                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4904         }
4905
4906         vget_finish_ref(dvp, dvs);
4907         if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
4908                 vrele(dvp);
4909                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4910         }
4911
4912         error = vn_lock(dvp, LK_SHARED);
4913         if (__predict_false(error != 0)) {
4914                 vrele(dvp);
4915                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4916         }
4917
4918         tvp = NULL;
4919         /*
4920          * TODO: provide variants which don't require locking either vnode.
4921          */
4922         cnp->cn_flags |= ISLASTCN | MAKEENTRY;
4923         cnp->cn_lkflags = LK_SHARED;
4924         if ((cnp->cn_flags & LOCKSHARED) == 0) {
4925                 cnp->cn_lkflags = LK_EXCLUSIVE;
4926         }
4927         error = VOP_LOOKUP(dvp, &tvp, cnp);
4928         switch (error) {
4929         case EJUSTRETURN:
4930         case 0:
4931                 break;
4932         case ENOTDIR:
4933         case ENOENT:
4934                 vput(dvp);
4935                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, error));
4936         default:
4937                 vput(dvp);
4938                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4939         }
4940
4941         fpl->tvp = tvp;
4942         if (!fpl->savename) {
4943                 MPASS((cnp->cn_flags & SAVENAME) == 0);
4944         }
4945
4946         if (tvp == NULL) {
4947                 MPASS(error == EJUSTRETURN);
4948                 if ((cnp->cn_flags & (WANTPARENT | LOCKPARENT)) == 0) {
4949                         vput(dvp);
4950                 } else if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) == 0) {
4951                         VOP_UNLOCK(dvp);
4952                 }
4953                 return (cache_fpl_handled(fpl));
4954         }
4955
4956         if (tvp->v_type == VLNK) {
4957                 if ((cnp->cn_flags & FOLLOW) != 0) {
4958                         vput(dvp);
4959                         vput(tvp);
4960                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
4961                 }
4962         }
4963
4964         if (__predict_false(cache_fplookup_is_mp(fpl))) {
4965                 vput(dvp);
4966                 vput(tvp);
4967                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
4968         }
4969
4970         if ((cnp->cn_flags & LOCKLEAF) == 0) {
4971                 VOP_UNLOCK(tvp);
4972         }
4973
4974         if ((cnp->cn_flags & (WANTPARENT | LOCKPARENT)) == 0) {
4975                 vput(dvp);
4976         } else if ((cnp->cn_flags & LOCKPARENT) == 0) {
4977                 VOP_UNLOCK(dvp);
4978         }
4979         return (cache_fpl_handled(fpl));
4980 }
4981
4982 static int __noinline
4983 cache_fplookup_dot(struct cache_fpl *fpl)
4984 {
4985         int error;
4986
4987         MPASS(!seqc_in_modify(fpl->dvp_seqc));
4988         /*
4989          * Just re-assign the value. seqc will be checked later for the first
4990          * non-dot path component in line and/or before deciding to return the
4991          * vnode.
4992          */
4993         fpl->tvp = fpl->dvp;
4994         fpl->tvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
4995
4996         counter_u64_add(dothits, 1);
4997         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, fpl->dvp, ".", fpl->dvp);
4998
4999         error = 0;
5000         if (cache_fplookup_is_mp(fpl)) {
5001                 error = cache_fplookup_cross_mount(fpl);
5002         }
5003         return (error);
5004 }
5005
5006 static int __noinline
5007 cache_fplookup_dotdot(struct cache_fpl *fpl)
5008 {
5009         struct nameidata *ndp;
5010         struct componentname *cnp;
5011         struct namecache *ncp;
5012         struct vnode *dvp;
5013         struct prison *pr;
5014         u_char nc_flag;
5015
5016         ndp = fpl->ndp;
5017         cnp = fpl->cnp;
5018         dvp = fpl->dvp;
5019
5020         MPASS(cache_fpl_isdotdot(cnp));
5021
5022         /*
5023          * XXX this is racy the same way regular lookup is
5024          */
5025         for (pr = cnp->cn_cred->cr_prison; pr != NULL;
5026             pr = pr->pr_parent)
5027                 if (dvp == pr->pr_root)
5028                         break;
5029
5030         if (dvp == ndp->ni_rootdir ||
5031             dvp == ndp->ni_topdir ||
5032             dvp == rootvnode ||
5033             pr != NULL) {
5034                 fpl->tvp = dvp;
5035                 fpl->tvp_seqc = vn_seqc_read_any(dvp);
5036                 if (seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc)) {
5037                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5038                 }
5039                 return (0);
5040         }
5041
5042         if ((dvp->v_vflag & VV_ROOT) != 0) {
5043                 /*
5044                  * TODO
5045                  * The opposite of climb mount is needed here.
5046                  */
5047                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5048         }
5049
5050         ncp = atomic_load_consume_ptr(&dvp->v_cache_dd);
5051         if (ncp == NULL) {
5052                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5053         }
5054
5055         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
5056         if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
5057                 if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0)
5058                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5059                 fpl->tvp = ncp->nc_vp;
5060         } else {
5061                 fpl->tvp = ncp->nc_dvp;
5062         }
5063
5064         fpl->tvp_seqc = vn_seqc_read_any(fpl->tvp);
5065         if (seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc)) {
5066                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5067         }
5068
5069         /*
5070          * Acquire fence provided by vn_seqc_read_any above.
5071          */
5072         if (__predict_false(atomic_load_ptr(&dvp->v_cache_dd) != ncp)) {
5073                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5074         }
5075
5076         if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
5077                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5078         }
5079
5080         counter_u64_add(dotdothits, 1);
5081         return (0);
5082 }
5083
5084 static int __noinline
5085 cache_fplookup_neg(struct cache_fpl *fpl, struct namecache *ncp, uint32_t hash)
5086 {
5087         u_char nc_flag __diagused;
5088         bool neg_promote;
5089
5090 #ifdef INVARIANTS
5091         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
5092         MPASS((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0);
5093 #endif
5094         /*
5095          * If they want to create an entry we need to replace this one.
5096          */
5097         if (__predict_false(fpl->cnp->cn_nameiop != LOOKUP)) {
5098                 fpl->tvp = NULL;
5099                 return (cache_fplookup_modifying(fpl));
5100         }
5101         neg_promote = cache_neg_hit_prep(ncp);
5102         if (!cache_fpl_neg_ncp_canuse(ncp)) {
5103                 cache_neg_hit_abort(ncp);
5104                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5105         }
5106         if (neg_promote) {
5107                 return (cache_fplookup_negative_promote(fpl, ncp, hash));
5108         }
5109         cache_neg_hit_finish(ncp);
5110         cache_fpl_smr_exit(fpl);
5111         return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENOENT));
5112 }
5113
5114 /*
5115  * Resolve a symlink. Called by filesystem-specific routines.
5116  *
5117  * Code flow is:
5118  * ... -> cache_fplookup_symlink -> VOP_FPLOOKUP_SYMLINK -> cache_symlink_resolve
5119  */
5120 int
5121 cache_symlink_resolve(struct cache_fpl *fpl, const char *string, size_t len)
5122 {
5123         struct nameidata *ndp;
5124         struct componentname *cnp;
5125         size_t adjust;
5126
5127         ndp = fpl->ndp;
5128         cnp = fpl->cnp;
5129
5130         if (__predict_false(len == 0)) {
5131                 return (ENOENT);
5132         }
5133
5134         if (__predict_false(len > MAXPATHLEN - 2)) {
5135                 if (cache_fpl_istrailingslash(fpl)) {
5136                         return (EAGAIN);
5137                 }
5138         }
5139
5140         ndp->ni_pathlen = fpl->nulchar - cnp->cn_nameptr - cnp->cn_namelen + 1;
5141 #ifdef INVARIANTS
5142         if (ndp->ni_pathlen != fpl->debug.ni_pathlen) {
5143                 panic("%s: mismatch (%zu != %zu) nulchar %p nameptr %p [%s] ; full string [%s]\n",
5144                     __func__, ndp->ni_pathlen, fpl->debug.ni_pathlen, fpl->nulchar,
5145                     cnp->cn_nameptr, cnp->cn_nameptr, cnp->cn_pnbuf);
5146         }
5147 #endif
5148
5149         if (__predict_false(len + ndp->ni_pathlen > MAXPATHLEN)) {
5150                 return (ENAMETOOLONG);
5151         }
5152
5153         if (__predict_false(ndp->ni_loopcnt++ >= MAXSYMLINKS)) {
5154                 return (ELOOP);
5155         }
5156
5157         adjust = len;
5158         if (ndp->ni_pathlen > 1) {
5159                 bcopy(ndp->ni_next, cnp->cn_pnbuf + len, ndp->ni_pathlen);
5160         } else {
5161                 if (cache_fpl_istrailingslash(fpl)) {
5162                         adjust = len + 1;
5163                         cnp->cn_pnbuf[len] = '/';
5164                         cnp->cn_pnbuf[len + 1] = '\0';
5165                 } else {
5166                         cnp->cn_pnbuf[len] = '\0';
5167                 }
5168         }
5169         bcopy(string, cnp->cn_pnbuf, len);
5170
5171         ndp->ni_pathlen += adjust;
5172         cache_fpl_pathlen_add(fpl, adjust);
5173         cnp->cn_nameptr = cnp->cn_pnbuf;
5174         fpl->nulchar = &cnp->cn_nameptr[ndp->ni_pathlen - 1];
5175         fpl->tvp = NULL;
5176         return (0);
5177 }
5178
5179 static int __noinline
5180 cache_fplookup_symlink(struct cache_fpl *fpl)
5181 {
5182         struct mount *mp;
5183         struct nameidata *ndp;
5184         struct componentname *cnp;
5185         struct vnode *dvp, *tvp;
5186         int error;
5187
5188         ndp = fpl->ndp;
5189         cnp = fpl->cnp;
5190         dvp = fpl->dvp;
5191         tvp = fpl->tvp;
5192
5193         if (cache_fpl_islastcn(ndp)) {
5194                 if ((cnp->cn_flags & FOLLOW) == 0) {
5195                         return (cache_fplookup_final(fpl));
5196                 }
5197         }
5198
5199         mp = atomic_load_ptr(&dvp->v_mount);
5200         if (__predict_false(mp == NULL)) {
5201                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5202         }
5203
5204         /*
5205          * Note this check races against setting the flag just like regular
5206          * lookup.
5207          */
5208         if (__predict_false((mp->mnt_flag & MNT_NOSYMFOLLOW) != 0)) {
5209                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
5210                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, EACCES));
5211         }
5212
5213         error = VOP_FPLOOKUP_SYMLINK(tvp, fpl);
5214         if (__predict_false(error != 0)) {
5215                 switch (error) {
5216                 case EAGAIN:
5217                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5218                 case ENOENT:
5219                 case ENAMETOOLONG:
5220                 case ELOOP:
5221                         cache_fpl_smr_exit(fpl);
5222                         return (cache_fpl_handled_error(fpl, error));
5223                 default:
5224                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5225                 }
5226         }
5227
5228         if (*(cnp->cn_nameptr) == '/') {
5229                 fpl->dvp = cache_fpl_handle_root(fpl);
5230                 fpl->dvp_seqc = vn_seqc_read_any(fpl->dvp);
5231                 if (seqc_in_modify(fpl->dvp_seqc)) {
5232                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5233                 }
5234                 /*
5235                  * The main loop assumes that ->dvp points to a vnode belonging
5236                  * to a filesystem which can do lockless lookup, but the absolute
5237                  * symlink can be wandering off to one which does not.
5238                  */
5239                 mp = atomic_load_ptr(&fpl->dvp->v_mount);
5240                 if (__predict_false(mp == NULL)) {
5241                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5242                 }
5243                 if (!cache_fplookup_mp_supported(mp)) {
5244                         cache_fpl_checkpoint(fpl);
5245                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5246                 }
5247         }
5248         return (0);
5249 }
5250
5251 static int
5252 cache_fplookup_next(struct cache_fpl *fpl)
5253 {
5254         struct componentname *cnp;
5255         struct namecache *ncp;
5256         struct vnode *dvp, *tvp;
5257         u_char nc_flag;
5258         uint32_t hash;
5259         int error;
5260
5261         cnp = fpl->cnp;
5262         dvp = fpl->dvp;
5263         hash = fpl->hash;
5264
5265         if (__predict_false(cnp->cn_nameptr[0] == '.')) {
5266                 if (cnp->cn_namelen == 1) {
5267                         return (cache_fplookup_dot(fpl));
5268                 }
5269                 if (cnp->cn_namelen == 2 && cnp->cn_nameptr[1] == '.') {
5270                         return (cache_fplookup_dotdot(fpl));
5271                 }
5272         }
5273
5274         MPASS(!cache_fpl_isdotdot(cnp));
5275
5276         CK_SLIST_FOREACH(ncp, (NCHHASH(hash)), nc_hash) {
5277                 if (ncp->nc_dvp == dvp && ncp->nc_nlen == cnp->cn_namelen &&
5278                     !bcmp(ncp->nc_name, cnp->cn_nameptr, ncp->nc_nlen))
5279                         break;
5280         }
5281
5282         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
5283                 return (cache_fplookup_noentry(fpl));
5284         }
5285
5286         tvp = atomic_load_ptr(&ncp->nc_vp);
5287         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
5288         if ((nc_flag & NCF_NEGATIVE) != 0) {
5289                 return (cache_fplookup_neg(fpl, ncp, hash));
5290         }
5291
5292         if (!cache_ncp_canuse(ncp)) {
5293                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5294         }
5295
5296         fpl->tvp = tvp;
5297         fpl->tvp_seqc = vn_seqc_read_any(tvp);
5298         if (seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc)) {
5299                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5300         }
5301
5302         counter_u64_add(numposhits, 1);
5303         SDT_PROBE3(vfs, namecache, lookup, hit, dvp, ncp->nc_name, tvp);
5304
5305         error = 0;
5306         if (cache_fplookup_is_mp(fpl)) {
5307                 error = cache_fplookup_cross_mount(fpl);
5308         }
5309         return (error);
5310 }
5311
5312 static bool
5313 cache_fplookup_mp_supported(struct mount *mp)
5314 {
5315
5316         MPASS(mp != NULL);
5317         if ((mp->mnt_kern_flag & MNTK_FPLOOKUP) == 0)
5318                 return (false);
5319         return (true);
5320 }
5321
5322 /*
5323  * Walk up the mount stack (if any).
5324  *
5325  * Correctness is provided in the following ways:
5326  * - all vnodes are protected from freeing with SMR
5327  * - struct mount objects are type stable making them always safe to access
5328  * - stability of the particular mount is provided by busying it
5329  * - relationship between the vnode which is mounted on and the mount is
5330  *   verified with the vnode sequence counter after busying
5331  * - association between root vnode of the mount and the mount is protected
5332  *   by busy
5333  *
5334  * From that point on we can read the sequence counter of the root vnode
5335  * and get the next mount on the stack (if any) using the same protection.
5336  *
5337  * By the end of successful walk we are guaranteed the reached state was
5338  * indeed present at least at some point which matches the regular lookup.
5339  */
5340 static int __noinline
5341 cache_fplookup_climb_mount(struct cache_fpl *fpl)
5342 {
5343         struct mount *mp, *prev_mp;
5344         struct mount_pcpu *mpcpu, *prev_mpcpu;
5345         struct vnode *vp;
5346         seqc_t vp_seqc;
5347
5348         vp = fpl->tvp;
5349         vp_seqc = fpl->tvp_seqc;
5350
5351         VNPASS(vp->v_type == VDIR || vp->v_type == VBAD, vp);
5352         mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mountedhere);
5353         if (__predict_false(mp == NULL)) {
5354                 return (0);
5355         }
5356
5357         prev_mp = NULL;
5358         for (;;) {
5359                 if (!vfs_op_thread_enter_crit(mp, mpcpu)) {
5360                         if (prev_mp != NULL)
5361                                 vfs_op_thread_exit_crit(prev_mp, prev_mpcpu);
5362                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5363                 }
5364                 if (prev_mp != NULL)
5365                         vfs_op_thread_exit_crit(prev_mp, prev_mpcpu);
5366                 if (!vn_seqc_consistent(vp, vp_seqc)) {
5367                         vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5368                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5369                 }
5370                 if (!cache_fplookup_mp_supported(mp)) {
5371                         vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5372                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5373                 }
5374                 vp = atomic_load_ptr(&mp->mnt_rootvnode);
5375                 if (vp == NULL) {
5376                         vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5377                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5378                 }
5379                 vp_seqc = vn_seqc_read_any(vp);
5380                 if (seqc_in_modify(vp_seqc)) {
5381                         vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5382                         return (cache_fpl_partial(fpl));
5383                 }
5384                 prev_mp = mp;
5385                 prev_mpcpu = mpcpu;
5386                 mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mountedhere);
5387                 if (mp == NULL)
5388                         break;
5389         }
5390
5391         vfs_op_thread_exit_crit(prev_mp, prev_mpcpu);
5392         fpl->tvp = vp;
5393         fpl->tvp_seqc = vp_seqc;
5394         return (0);
5395 }
5396
5397 static int __noinline
5398 cache_fplookup_cross_mount(struct cache_fpl *fpl)
5399 {
5400         struct mount *mp;
5401         struct mount_pcpu *mpcpu;
5402         struct vnode *vp;
5403         seqc_t vp_seqc;
5404
5405         vp = fpl->tvp;
5406         vp_seqc = fpl->tvp_seqc;
5407
5408         VNPASS(vp->v_type == VDIR || vp->v_type == VBAD, vp);
5409         mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mountedhere);
5410         if (__predict_false(mp == NULL)) {
5411                 return (0);
5412         }
5413
5414         if (!vfs_op_thread_enter_crit(mp, mpcpu)) {
5415                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5416         }
5417         if (!vn_seqc_consistent(vp, vp_seqc)) {
5418                 vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5419                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5420         }
5421         if (!cache_fplookup_mp_supported(mp)) {
5422                 vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5423                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5424         }
5425         vp = atomic_load_ptr(&mp->mnt_rootvnode);
5426         if (__predict_false(vp == NULL)) {
5427                 vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5428                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5429         }
5430         vp_seqc = vn_seqc_read_any(vp);
5431         vfs_op_thread_exit_crit(mp, mpcpu);
5432         if (seqc_in_modify(vp_seqc)) {
5433                 return (cache_fpl_partial(fpl));
5434         }
5435         mp = atomic_load_ptr(&vp->v_mountedhere);
5436         if (__predict_false(mp != NULL)) {
5437                 /*
5438                  * There are possibly more mount points on top.
5439                  * Normally this does not happen so for simplicity just start
5440                  * over.
5441                  */
5442                 return (cache_fplookup_climb_mount(fpl));
5443         }
5444
5445         fpl->tvp = vp;
5446         fpl->tvp_seqc = vp_seqc;
5447         return (0);
5448 }
5449
5450 /*
5451  * Check if a vnode is mounted on.
5452  */
5453 static bool
5454 cache_fplookup_is_mp(struct cache_fpl *fpl)
5455 {
5456         struct vnode *vp;
5457
5458         vp = fpl->tvp;
5459         return ((vn_irflag_read(vp) & VIRF_MOUNTPOINT) != 0);
5460 }
5461
5462 /*
5463  * Parse the path.
5464  *
5465  * The code was originally copy-pasted from regular lookup and despite
5466  * clean ups leaves performance on the table. Any modifications here
5467  * must take into account that in case off fallback the resulting
5468  * nameidata state has to be compatible with the original.
5469  */
5470
5471 /*
5472  * Debug ni_pathlen tracking.
5473  */
5474 #ifdef INVARIANTS
5475 static void
5476 cache_fpl_pathlen_add(struct cache_fpl *fpl, size_t n)
5477 {
5478
5479         fpl->debug.ni_pathlen += n;
5480         KASSERT(fpl->debug.ni_pathlen <= PATH_MAX,
5481             ("%s: pathlen overflow to %zd\n", __func__, fpl->debug.ni_pathlen));
5482 }
5483
5484 static void
5485 cache_fpl_pathlen_sub(struct cache_fpl *fpl, size_t n)
5486 {
5487
5488         fpl->debug.ni_pathlen -= n;
5489         KASSERT(fpl->debug.ni_pathlen <= PATH_MAX,
5490             ("%s: pathlen underflow to %zd\n", __func__, fpl->debug.ni_pathlen));
5491 }
5492
5493 static void
5494 cache_fpl_pathlen_inc(struct cache_fpl *fpl)
5495 {
5496
5497         cache_fpl_pathlen_add(fpl, 1);
5498 }
5499
5500 static void
5501 cache_fpl_pathlen_dec(struct cache_fpl *fpl)
5502 {
5503
5504         cache_fpl_pathlen_sub(fpl, 1);
5505 }
5506 #else
5507 static void
5508 cache_fpl_pathlen_add(struct cache_fpl *fpl, size_t n)
5509 {
5510 }
5511
5512 static void
5513 cache_fpl_pathlen_sub(struct cache_fpl *fpl, size_t n)
5514 {
5515 }
5516
5517 static void
5518 cache_fpl_pathlen_inc(struct cache_fpl *fpl)
5519 {
5520 }
5521
5522 static void
5523 cache_fpl_pathlen_dec(struct cache_fpl *fpl)
5524 {
5525 }
5526 #endif
5527
5528 static void
5529 cache_fplookup_parse(struct cache_fpl *fpl)
5530 {
5531         struct nameidata *ndp;
5532         struct componentname *cnp;
5533         struct vnode *dvp;
5534         char *cp;
5535         uint32_t hash;
5536
5537         ndp = fpl->ndp;
5538         cnp = fpl->cnp;
5539         dvp = fpl->dvp;
5540
5541         /*
5542          * Find the end of this path component, it is either / or nul.
5543          *
5544          * Store / as a temporary sentinel so that we only have one character
5545          * to test for. Pathnames tend to be short so this should not be
5546          * resulting in cache misses.
5547          *
5548          * TODO: fix this to be word-sized.
5549          */
5550         MPASS(&cnp->cn_nameptr[fpl->debug.ni_pathlen - 1] >= cnp->cn_pnbuf);
5551         KASSERT(&cnp->cn_nameptr[fpl->debug.ni_pathlen - 1] == fpl->nulchar,
5552             ("%s: mismatch between pathlen (%zu) and nulchar (%p != %p), string [%s]\n",
5553             __func__, fpl->debug.ni_pathlen, &cnp->cn_nameptr[fpl->debug.ni_pathlen - 1],
5554             fpl->nulchar, cnp->cn_pnbuf));
5555         KASSERT(*fpl->nulchar == '\0',
5556             ("%s: expected nul at %p; string [%s]\n", __func__, fpl->nulchar,
5557             cnp->cn_pnbuf));
5558         hash = cache_get_hash_iter_start(dvp);
5559         *fpl->nulchar = '/';
5560         for (cp = cnp->cn_nameptr; *cp != '/'; cp++) {
5561                 KASSERT(*cp != '\0',
5562                     ("%s: encountered unexpected nul; string [%s]\n", __func__,
5563                     cnp->cn_nameptr));
5564                 hash = cache_get_hash_iter(*cp, hash);
5565                 continue;
5566         }
5567         *fpl->nulchar = '\0';
5568         fpl->hash = cache_get_hash_iter_finish(hash);
5569
5570         cnp->cn_namelen = cp - cnp->cn_nameptr;
5571         cache_fpl_pathlen_sub(fpl, cnp->cn_namelen);
5572
5573 #ifdef INVARIANTS
5574         /*
5575          * cache_get_hash only accepts lengths up to NAME_MAX. This is fine since
5576          * we are going to fail this lookup with ENAMETOOLONG (see below).
5577          */
5578         if (cnp->cn_namelen <= NAME_MAX) {
5579                 if (fpl->hash != cache_get_hash(cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen, dvp)) {
5580                         panic("%s: mismatched hash for [%s] len %ld", __func__,
5581                             cnp->cn_nameptr, cnp->cn_namelen);
5582                 }
5583         }
5584 #endif
5585
5586         /*
5587          * Hack: we have to check if the found path component's length exceeds
5588          * NAME_MAX. However, the condition is very rarely true and check can
5589          * be elided in the common case -- if an entry was found in the cache,
5590          * then it could not have been too long to begin with.
5591          */
5592         ndp->ni_next = cp;
5593 }
5594
5595 static void
5596 cache_fplookup_parse_advance(struct cache_fpl *fpl)
5597 {
5598         struct nameidata *ndp;
5599         struct componentname *cnp;
5600
5601         ndp = fpl->ndp;
5602         cnp = fpl->cnp;
5603
5604         cnp->cn_nameptr = ndp->ni_next;
5605         KASSERT(*(cnp->cn_nameptr) == '/',
5606             ("%s: should have seen slash at %p ; buf %p [%s]\n", __func__,
5607             cnp->cn_nameptr, cnp->cn_pnbuf, cnp->cn_pnbuf));
5608         cnp->cn_nameptr++;
5609         cache_fpl_pathlen_dec(fpl);
5610 }
5611
5612 /*
5613  * Skip spurious slashes in a pathname (e.g., "foo///bar") and retry.
5614  *
5615  * Lockless lookup tries to elide checking for spurious slashes and should they
5616  * be present is guaranteed to fail to find an entry. In this case the caller
5617  * must check if the name starts with a slash and call this routine.  It is
5618  * going to fast forward across the spurious slashes and set the state up for
5619  * retry.
5620  */
5621 static int __noinline
5622 cache_fplookup_skip_slashes(struct cache_fpl *fpl)
5623 {
5624         struct nameidata *ndp;
5625         struct componentname *cnp;
5626
5627         ndp = fpl->ndp;
5628         cnp = fpl->cnp;
5629
5630         MPASS(*(cnp->cn_nameptr) == '/');
5631         do {
5632                 cnp->cn_nameptr++;
5633                 cache_fpl_pathlen_dec(fpl);
5634         } while (*(cnp->cn_nameptr) == '/');
5635
5636         /*
5637          * Go back to one slash so that cache_fplookup_parse_advance has
5638          * something to skip.
5639          */
5640         cnp->cn_nameptr--;
5641         cache_fpl_pathlen_inc(fpl);
5642
5643         /*
5644          * cache_fplookup_parse_advance starts from ndp->ni_next
5645          */
5646         ndp->ni_next = cnp->cn_nameptr;
5647
5648         /*
5649          * See cache_fplookup_dot.
5650          */
5651         fpl->tvp = fpl->dvp;
5652         fpl->tvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
5653
5654         return (0);
5655 }
5656
5657 /*
5658  * Handle trailing slashes (e.g., "foo/").
5659  *
5660  * If a trailing slash is found the terminal vnode must be a directory.
5661  * Regular lookup shortens the path by nulifying the first trailing slash and
5662  * sets the TRAILINGSLASH flag to denote this took place. There are several
5663  * checks on it performed later.
5664  *
5665  * Similarly to spurious slashes, lockless lookup handles this in a speculative
5666  * manner relying on an invariant that a non-directory vnode will get a miss.
5667  * In this case cn_nameptr[0] == '\0' and cn_namelen == 0.
5668  *
5669  * Thus for a path like "foo/bar/" the code unwinds the state back to "bar/"
5670  * and denotes this is the last path component, which avoids looping back.
5671  *
5672  * Only plain lookups are supported for now to restrict corner cases to handle.
5673  */
5674 static int __noinline
5675 cache_fplookup_trailingslash(struct cache_fpl *fpl)
5676 {
5677 #ifdef INVARIANTS
5678         size_t ni_pathlen;
5679 #endif
5680         struct nameidata *ndp;
5681         struct componentname *cnp;
5682         struct namecache *ncp;
5683         struct vnode *tvp;
5684         char *cn_nameptr_orig, *cn_nameptr_slash;
5685         seqc_t tvp_seqc;
5686         u_char nc_flag;
5687
5688         ndp = fpl->ndp;
5689         cnp = fpl->cnp;
5690         tvp = fpl->tvp;
5691         tvp_seqc = fpl->tvp_seqc;
5692
5693         MPASS(fpl->dvp == fpl->tvp);
5694         KASSERT(cache_fpl_istrailingslash(fpl),
5695             ("%s: expected trailing slash at %p; string [%s]\n", __func__, fpl->nulchar - 1,
5696             cnp->cn_pnbuf));
5697         KASSERT(cnp->cn_nameptr[0] == '\0',
5698             ("%s: expected nul char at %p; string [%s]\n", __func__, &cnp->cn_nameptr[0],
5699             cnp->cn_pnbuf));
5700         KASSERT(cnp->cn_namelen == 0,
5701             ("%s: namelen 0 but got %ld; string [%s]\n", __func__, cnp->cn_namelen,
5702             cnp->cn_pnbuf));
5703         MPASS(cnp->cn_nameptr > cnp->cn_pnbuf);
5704
5705         if (cnp->cn_nameiop != LOOKUP) {
5706                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5707         }
5708
5709         if (__predict_false(tvp->v_type != VDIR)) {
5710                 if (!vn_seqc_consistent(tvp, tvp_seqc)) {
5711                         return (cache_fpl_aborted(fpl));
5712                 }
5713                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
5714                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENOTDIR));
5715         }
5716
5717         /*
5718          * Denote the last component.
5719          */
5720         ndp->ni_next = &cnp->cn_nameptr[0];
5721         MPASS(cache_fpl_islastcn(ndp));
5722
5723         /*
5724          * Unwind trailing slashes.
5725          */
5726         cn_nameptr_orig = cnp->cn_nameptr;
5727         while (cnp->cn_nameptr >= cnp->cn_pnbuf) {
5728                 cnp->cn_nameptr--;
5729                 if (cnp->cn_nameptr[0] != '/') {
5730                         break;
5731                 }
5732         }
5733
5734         /*
5735          * Unwind to the beginning of the path component.
5736          *
5737          * Note the path may or may not have started with a slash.
5738          */
5739         cn_nameptr_slash = cnp->cn_nameptr;
5740         while (cnp->cn_nameptr > cnp->cn_pnbuf) {
5741                 cnp->cn_nameptr--;
5742                 if (cnp->cn_nameptr[0] == '/') {
5743                         break;
5744                 }
5745         }
5746         if (cnp->cn_nameptr[0] == '/') {
5747                 cnp->cn_nameptr++;
5748         }
5749
5750         cnp->cn_namelen = cn_nameptr_slash - cnp->cn_nameptr + 1;
5751         cache_fpl_pathlen_add(fpl, cn_nameptr_orig - cnp->cn_nameptr);
5752         cache_fpl_checkpoint(fpl);
5753
5754 #ifdef INVARIANTS
5755         ni_pathlen = fpl->nulchar - cnp->cn_nameptr + 1;
5756         if (ni_pathlen != fpl->debug.ni_pathlen) {
5757                 panic("%s: mismatch (%zu != %zu) nulchar %p nameptr %p [%s] ; full string [%s]\n",
5758                     __func__, ni_pathlen, fpl->debug.ni_pathlen, fpl->nulchar,
5759                     cnp->cn_nameptr, cnp->cn_nameptr, cnp->cn_pnbuf);
5760         }
5761 #endif
5762
5763         /*
5764          * If this was a "./" lookup the parent directory is already correct.
5765          */
5766         if (cnp->cn_nameptr[0] == '.' && cnp->cn_namelen == 1) {
5767                 return (0);
5768         }
5769
5770         /*
5771          * Otherwise we need to look it up.
5772          */
5773         tvp = fpl->tvp;
5774         ncp = atomic_load_consume_ptr(&tvp->v_cache_dd);
5775         if (__predict_false(ncp == NULL)) {
5776                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5777         }
5778         nc_flag = atomic_load_char(&ncp->nc_flag);
5779         if ((nc_flag & NCF_ISDOTDOT) != 0) {
5780                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5781         }
5782         fpl->dvp = ncp->nc_dvp;
5783         fpl->dvp_seqc = vn_seqc_read_any(fpl->dvp);
5784         if (seqc_in_modify(fpl->dvp_seqc)) {
5785                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5786         }
5787         return (0);
5788 }
5789
5790 /*
5791  * See the API contract for VOP_FPLOOKUP_VEXEC.
5792  */
5793 static int __noinline
5794 cache_fplookup_failed_vexec(struct cache_fpl *fpl, int error)
5795 {
5796         struct componentname *cnp;
5797         struct vnode *dvp;
5798         seqc_t dvp_seqc;
5799
5800         cnp = fpl->cnp;
5801         dvp = fpl->dvp;
5802         dvp_seqc = fpl->dvp_seqc;
5803
5804         /*
5805          * Hack: delayed empty path checking.
5806          */
5807         if (cnp->cn_pnbuf[0] == '\0') {
5808                 return (cache_fplookup_emptypath(fpl));
5809         }
5810
5811         /*
5812          * TODO: Due to ignoring trailing slashes lookup will perform a
5813          * permission check on the last dir when it should not be doing it.  It
5814          * may fail, but said failure should be ignored. It is possible to fix
5815          * it up fully without resorting to regular lookup, but for now just
5816          * abort.
5817          */
5818         if (cache_fpl_istrailingslash(fpl)) {
5819                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5820         }
5821
5822         /*
5823          * Hack: delayed degenerate path checking.
5824          */
5825         if (cnp->cn_nameptr[0] == '\0' && fpl->tvp == NULL) {
5826                 return (cache_fplookup_degenerate(fpl));
5827         }
5828
5829         /*
5830          * Hack: delayed name len checking.
5831          */
5832         if (__predict_false(cnp->cn_namelen > NAME_MAX)) {
5833                 cache_fpl_smr_exit(fpl);
5834                 return (cache_fpl_handled_error(fpl, ENAMETOOLONG));
5835         }
5836
5837         /*
5838          * Hack: they may be looking up foo/bar, where foo is not a directory.
5839          * In such a case we need to return ENOTDIR, but we may happen to get
5840          * here with a different error.
5841          */
5842         if (dvp->v_type != VDIR) {
5843                 error = ENOTDIR;
5844         }
5845
5846         /*
5847          * Hack: handle O_SEARCH.
5848          *
5849          * Open Group Base Specifications Issue 7, 2018 edition states:
5850          * <quote>
5851          * If the access mode of the open file description associated with the
5852          * file descriptor is not O_SEARCH, the function shall check whether
5853          * directory searches are permitted using the current permissions of
5854          * the directory underlying the file descriptor. If the access mode is
5855          * O_SEARCH, the function shall not perform the check.
5856          * </quote>
5857          *
5858          * Regular lookup tests for the NOEXECCHECK flag for every path
5859          * component to decide whether to do the permission check. However,
5860          * since most lookups never have the flag (and when they do it is only
5861          * present for the first path component), lockless lookup only acts on
5862          * it if there is a permission problem. Here the flag is represented
5863          * with a boolean so that we don't have to clear it on the way out.
5864          *
5865          * For simplicity this always aborts.
5866          * TODO: check if this is the first lookup and ignore the permission
5867          * problem. Note the flag has to survive fallback (if it happens to be
5868          * performed).
5869          */
5870         if (fpl->fsearch) {
5871                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5872         }
5873
5874         switch (error) {
5875         case EAGAIN:
5876                 if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
5877                         error = cache_fpl_aborted(fpl);
5878                 } else {
5879                         cache_fpl_partial(fpl);
5880                 }
5881                 break;
5882         default:
5883                 if (!vn_seqc_consistent(dvp, dvp_seqc)) {
5884                         error = cache_fpl_aborted(fpl);
5885                 } else {
5886                         cache_fpl_smr_exit(fpl);
5887                         cache_fpl_handled_error(fpl, error);
5888                 }
5889                 break;
5890         }
5891         return (error);
5892 }
5893
5894 static int
5895 cache_fplookup_impl(struct vnode *dvp, struct cache_fpl *fpl)
5896 {
5897         struct nameidata *ndp;
5898         struct componentname *cnp;
5899         struct mount *mp;
5900         int error;
5901
5902         ndp = fpl->ndp;
5903         cnp = fpl->cnp;
5904
5905         cache_fpl_checkpoint(fpl);
5906
5907         /*
5908          * The vnode at hand is almost always stable, skip checking for it.
5909          * Worst case this postpones the check towards the end of the iteration
5910          * of the main loop.
5911          */
5912         fpl->dvp = dvp;
5913         fpl->dvp_seqc = vn_seqc_read_notmodify(fpl->dvp);
5914
5915         mp = atomic_load_ptr(&dvp->v_mount);
5916         if (__predict_false(mp == NULL || !cache_fplookup_mp_supported(mp))) {
5917                 return (cache_fpl_aborted(fpl));
5918         }
5919
5920         MPASS(fpl->tvp == NULL);
5921
5922         for (;;) {
5923                 cache_fplookup_parse(fpl);
5924
5925                 error = VOP_FPLOOKUP_VEXEC(fpl->dvp, cnp->cn_cred);
5926                 if (__predict_false(error != 0)) {
5927                         error = cache_fplookup_failed_vexec(fpl, error);
5928                         break;
5929                 }
5930
5931                 error = cache_fplookup_next(fpl);
5932                 if (__predict_false(cache_fpl_terminated(fpl))) {
5933                         break;
5934                 }
5935
5936                 VNPASS(!seqc_in_modify(fpl->tvp_seqc), fpl->tvp);
5937
5938                 if (fpl->tvp->v_type == VLNK) {
5939                         error = cache_fplookup_symlink(fpl);
5940                         if (cache_fpl_terminated(fpl)) {
5941                                 break;
5942                         }
5943                 } else {
5944                         if (cache_fpl_islastcn(ndp)) {
5945                                 error = cache_fplookup_final(fpl);
5946                                 break;
5947                         }
5948
5949                         if (!vn_seqc_consistent(fpl->dvp, fpl->dvp_seqc)) {
5950                                 error = cache_fpl_aborted(fpl);
5951                                 break;
5952                         }
5953
5954                         fpl->dvp = fpl->tvp;
5955                         fpl->dvp_seqc = fpl->tvp_seqc;
5956                         cache_fplookup_parse_advance(fpl);
5957                 }
5958
5959                 cache_fpl_checkpoint(fpl);
5960         }
5961
5962         return (error);
5963 }
5964
5965 /*
5966  * Fast path lookup protected with SMR and sequence counters.
5967  *
5968  * Note: all VOP_FPLOOKUP_VEXEC routines have a comment referencing this one.
5969  *
5970  * Filesystems can opt in by setting the MNTK_FPLOOKUP flag and meeting criteria
5971  * outlined below.
5972  *
5973  * Traditional vnode lookup conceptually looks like this:
5974  *
5975  * vn_lock(current);
5976  * for (;;) {
5977  *      next = find();
5978  *      vn_lock(next);
5979  *      vn_unlock(current);
5980  *      current = next;
5981  *      if (last)
5982  *          break;
5983  * }
5984  * return (current);
5985  *
5986  * Each jump to the next vnode is safe memory-wise and atomic with respect to
5987  * any modifications thanks to holding respective locks.
5988  *
5989  * The same guarantee can be provided with a combination of safe memory
5990  * reclamation and sequence counters instead. If all operations which affect
5991  * the relationship between the current vnode and the one we are looking for
5992  * also modify the counter, we can verify whether all the conditions held as
5993  * we made the jump. This includes things like permissions, mount points etc.
5994  * Counter modification is provided by enclosing relevant places in
5995  * vn_seqc_write_begin()/end() calls.
5996  *
5997  * Thus this translates to:
5998  *
5999  * vfs_smr_enter();
6000  * dvp_seqc = seqc_read_any(dvp);
6001  * if (seqc_in_modify(dvp_seqc)) // someone is altering the vnode
6002  *     abort();
6003  * for (;;) {
6004  *      tvp = find();
6005  *      tvp_seqc = seqc_read_any(tvp);
6006  *      if (seqc_in_modify(tvp_seqc)) // someone is altering the target vnode
6007  *          abort();
6008  *      if (!seqc_consistent(dvp, dvp_seqc) // someone is altering the vnode
6009  *          abort();
6010  *      dvp = tvp; // we know nothing of importance has changed
6011  *      dvp_seqc = tvp_seqc; // store the counter for the tvp iteration
6012  *      if (last)
6013  *          break;
6014  * }
6015  * vget(); // secure the vnode
6016  * if (!seqc_consistent(tvp, tvp_seqc) // final check
6017  *          abort();
6018  * // at this point we know nothing has changed for any parent<->child pair
6019  * // as they were crossed during the lookup, meaning we matched the guarantee
6020  * // of the locked variant
6021  * return (tvp);
6022  *
6023  * The API contract for VOP_FPLOOKUP_VEXEC routines is as follows:
6024  * - they are called while within vfs_smr protection which they must never exit
6025  * - EAGAIN can be returned to denote checking could not be performed, it is
6026  *   always valid to return it
6027  * - if the sequence counter has not changed the result must be valid
6028  * - if the sequence counter has changed both false positives and false negatives
6029  *   are permitted (since the result will be rejected later)
6030  * - for simple cases of unix permission checks vaccess_vexec_smr can be used
6031  *
6032  * Caveats to watch out for:
6033  * - vnodes are passed unlocked and unreferenced with nothing stopping
6034  *   VOP_RECLAIM, in turn meaning that ->v_data can become NULL. It is advised
6035  *   to use atomic_load_ptr to fetch it.
6036  * - the aforementioned object can also get freed, meaning absent other means it
6037  *   should be protected with vfs_smr
6038  * - either safely checking permissions as they are modified or guaranteeing
6039  *   their stability is left to the routine
6040  */
6041 int
6042 cache_fplookup(struct nameidata *ndp, enum cache_fpl_status *status,
6043     struct pwd **pwdp)
6044 {
6045         struct cache_fpl fpl;
6046         struct pwd *pwd;
6047         struct vnode *dvp;
6048         struct componentname *cnp;
6049         int error;
6050
6051         fpl.status = CACHE_FPL_STATUS_UNSET;
6052         fpl.in_smr = false;
6053         fpl.ndp = ndp;
6054         fpl.cnp = cnp = &ndp->ni_cnd;
6055         MPASS(ndp->ni_lcf == 0);
6056         MPASS(curthread == cnp->cn_thread);
6057         KASSERT ((cnp->cn_flags & CACHE_FPL_INTERNAL_CN_FLAGS) == 0,
6058             ("%s: internal flags found in cn_flags %" PRIx64, __func__,
6059             cnp->cn_flags));
6060         if ((cnp->cn_flags & SAVESTART) != 0) {
6061                 MPASS(cnp->cn_nameiop != LOOKUP);
6062         }
6063         MPASS(cnp->cn_nameptr == cnp->cn_pnbuf);
6064
6065         if (__predict_false(!cache_can_fplookup(&fpl))) {
6066                 *status = fpl.status;
6067                 SDT_PROBE3(vfs, fplookup, lookup, done, ndp, fpl.line, fpl.status);
6068                 return (EOPNOTSUPP);
6069         }
6070
6071         cache_fpl_checkpoint_outer(&fpl);
6072
6073         cache_fpl_smr_enter_initial(&fpl);
6074 #ifdef INVARIANTS
6075         fpl.debug.ni_pathlen = ndp->ni_pathlen;
6076 #endif
6077         fpl.nulchar = &cnp->cn_nameptr[ndp->ni_pathlen - 1];
6078         fpl.fsearch = false;
6079         fpl.savename = (cnp->cn_flags & SAVENAME) != 0;
6080         fpl.tvp = NULL; /* for degenerate path handling */
6081         fpl.pwd = pwdp;
6082         pwd = pwd_get_smr();
6083         *(fpl.pwd) = pwd;
6084         ndp->ni_rootdir = pwd->pwd_rdir;
6085         ndp->ni_topdir = pwd->pwd_jdir;
6086
6087         if (cnp->cn_pnbuf[0] == '/') {
6088                 dvp = cache_fpl_handle_root(&fpl);
6089                 MPASS(ndp->ni_resflags == 0);
6090                 ndp->ni_resflags = NIRES_ABS;
6091         } else {
6092                 if (ndp->ni_dirfd == AT_FDCWD) {
6093                         dvp = pwd->pwd_cdir;
6094                 } else {
6095                         error = cache_fplookup_dirfd(&fpl, &dvp);
6096                         if (__predict_false(error != 0)) {
6097                                 goto out;
6098                         }
6099                 }
6100         }
6101
6102         SDT_PROBE4(vfs, namei, lookup, entry, dvp, cnp->cn_pnbuf, cnp->cn_flags, true);
6103         error = cache_fplookup_impl(dvp, &fpl);
6104 out:
6105         cache_fpl_smr_assert_not_entered(&fpl);
6106         cache_fpl_assert_status(&fpl);
6107         *status = fpl.status;
6108         if (SDT_PROBES_ENABLED()) {
6109                 SDT_PROBE3(vfs, fplookup, lookup, done, ndp, fpl.line, fpl.status);
6110                 if (fpl.status == CACHE_FPL_STATUS_HANDLED)
6111                         SDT_PROBE4(vfs, namei, lookup, return, error, ndp->ni_vp, true,
6112                             ndp);
6113         }
6114
6115         if (__predict_true(fpl.status == CACHE_FPL_STATUS_HANDLED)) {
6116                 MPASS(error != CACHE_FPL_FAILED);
6117                 if (error != 0) {
6118                         MPASS(fpl.dvp == NULL);
6119                         MPASS(fpl.tvp == NULL);
6120                         MPASS(fpl.savename == false);
6121                 }
6122                 ndp->ni_dvp = fpl.dvp;
6123                 ndp->ni_vp = fpl.tvp;
6124                 if (fpl.savename) {
6125                         cnp->cn_flags |= HASBUF;
6126                 } else {
6127                         cache_fpl_cleanup_cnp(cnp);
6128                 }
6129         }
6130         return (error);
6131 }