sys/nfs/nfs_fha.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2008 Isilon Inc http://www.isilon.com/
   3  *
   4  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   5  * modification, are permitted provided that the following conditions
   6  * are met:
   7  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   8  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
   9  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  10  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  11  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  12  *
  13  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  14  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  15  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  16  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  17  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  18  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  19  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  20  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  21  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  22  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  23  * SUCH DAMAGE.
  24  */
  25
  26 #include <sys/cdefs.h>
  27 __FBSDID("$FreeBSD$");
  28
  29 #include <sys/param.h>
  30 #include <sys/systm.h>
  31 #include <sys/sysproto.h>
  32 #include <sys/kernel.h>
  33 #include <sys/sysctl.h>
  34 #include <sys/vnode.h>
  35 #include <sys/malloc.h>
  36 #include <sys/mount.h>
  37 #include <sys/mbuf.h>
  38 #include <sys/sbuf.h>
  39
  40 #include <rpc/rpc.h>
  41 #include <nfs/nfs_fha.h>
  42
  43 static MALLOC_DEFINE(M_NFS_FHA, "NFS FHA", "NFS FHA");
  44
  45 /*
  46  * XXX need to commonize definitions between old and new NFS code.  Define
  47  * this here so we don't include one nfsproto.h over the other.
  48  */
  49 #define NFS_PROG                100003
  50
  51 void
  52 fha_init(struct fha_params *softc)
  53 {
  54         char tmpstr[128];
  55         int i;
  56
  57         for (i = 0; i < FHA_HASH_SIZE; i++)
  58                 mtx_init(&softc->fha_hash[i].mtx, "fhalock", NULL, MTX_DEF);
  59
  60         /*
  61          * Set the default tuning parameters.
  62          */
  63         softc->ctls.enable = FHA_DEF_ENABLE;
  64         softc->ctls.bin_shift = FHA_DEF_BIN_SHIFT;
  65         softc->ctls.max_nfsds_per_fh = FHA_DEF_MAX_NFSDS_PER_FH;
  66         softc->ctls.max_reqs_per_nfsd = FHA_DEF_MAX_REQS_PER_NFSD;
  67
  68         /*
  69          * Allow the user to override the defaults at boot time with
  70          * tunables.
  71          */
  72         snprintf(tmpstr, sizeof(tmpstr), "vfs.%s.fha.enable",
  73             softc->server_name);
  74         TUNABLE_INT_FETCH(tmpstr, &softc->ctls.enable);
  75         snprintf(tmpstr, sizeof(tmpstr), "vfs.%s.fha.bin_shift",
  76             softc->server_name);
  77         TUNABLE_INT_FETCH(tmpstr, &softc->ctls.bin_shift);
  78         snprintf(tmpstr, sizeof(tmpstr), "vfs.%s.fha.max_nfsds_per_fh",
  79             softc->server_name);
  80         TUNABLE_INT_FETCH(tmpstr, &softc->ctls.max_nfsds_per_fh);
  81         snprintf(tmpstr, sizeof(tmpstr), "vfs.%s.fha.max_reqs_per_nfsd",
  82             softc->server_name);
  83         TUNABLE_INT_FETCH(tmpstr, &softc->ctls.max_reqs_per_nfsd);
  84
  85         /*
  86          * Add sysctls so the user can change the tuning parameters at
  87          * runtime.
  88          */
  89         SYSCTL_ADD_UINT(&softc->sysctl_ctx, SYSCTL_CHILDREN(softc->sysctl_tree),
  90             OID_AUTO, "enable", CTLFLAG_RW,
  91             &softc->ctls.enable, 0, "Enable NFS File Handle Affinity (FHA)");
  92
  93         SYSCTL_ADD_UINT(&softc->sysctl_ctx, SYSCTL_CHILDREN(softc->sysctl_tree),
  94             OID_AUTO, "bin_shift", CTLFLAG_RW,
  95             &softc->ctls.bin_shift, 0, "For FHA reads, no two requests will "
  96             "contend if they're 2^(bin_shift) bytes apart");
  97
  98         SYSCTL_ADD_UINT(&softc->sysctl_ctx, SYSCTL_CHILDREN(softc->sysctl_tree),
  99             OID_AUTO, "max_nfsds_per_fh", CTLFLAG_RW,
 100             &softc->ctls.max_nfsds_per_fh, 0, "Maximum nfsd threads that "
 101             "should be working on requests for the same file handle");
 102
 103         SYSCTL_ADD_UINT(&softc->sysctl_ctx, SYSCTL_CHILDREN(softc->sysctl_tree),
 104             OID_AUTO, "max_reqs_per_nfsd", CTLFLAG_RW,
 105             &softc->ctls.max_reqs_per_nfsd, 0, "Maximum requests that "
 106             "single nfsd thread should be working on at any time");
 107
 108         SYSCTL_ADD_OID(&softc->sysctl_ctx, SYSCTL_CHILDREN(softc->sysctl_tree),
 109             OID_AUTO, "fhe_stats", CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD, 0, 0,
 110             softc->callbacks.fhe_stats_sysctl, "A", "");
 111
 112 }
 113
 114 void
 115 fha_uninit(struct fha_params *softc)
 116 {
 117         int i;
 118
 119         sysctl_ctx_free(&softc->sysctl_ctx);
 120         for (i = 0; i < FHA_HASH_SIZE; i++)
 121                 mtx_destroy(&softc->fha_hash[i].mtx);
 122 }
 123
 124 /*
 125  * This just specifies that offsets should obey affinity when within
 126  * the same 1Mbyte (1<<20) chunk for the file (reads only for now).
 127  */
 128 static void
 129 fha_extract_info(struct svc_req *req, struct fha_info *i,
 130     struct fha_callbacks *cb)
 131 {
 132         struct mbuf *md;
 133         caddr_t dpos;
 134         static u_int64_t random_fh = 0;
 135         int error;
 136         int v3 = (req->rq_vers == 3);
 137         rpcproc_t procnum;
 138
 139         /*
 140          * We start off with a random fh.  If we get a reasonable
 141          * procnum, we set the fh.  If there's a concept of offset
 142          * that we're interested in, we set that.
 143          */
 144         i->fh = ++random_fh;
 145         i->offset = 0;
 146         i->locktype = LK_EXCLUSIVE;
 147
 148         /*
 149          * Extract the procnum and convert to v3 form if necessary,
 150          * taking care to deal with out-of-range procnums.  Caller will
 151          * ensure that rq_vers is either 2 or 3.
 152          */
 153         procnum = req->rq_proc;
 154         if (!v3) {
 155                 rpcproc_t tmp_procnum;
 156
 157                 tmp_procnum = cb->get_procnum(procnum);
 158                 if (tmp_procnum == -1)
 159                         goto out;
 160                 procnum = tmp_procnum;
 161         }
 162
 163         /*
 164          * We do affinity for most.  However, we divide a realm of affinity
 165          * by file offset so as to allow for concurrent random access.  We
 166          * only do this for reads today, but this may change when IFS supports
 167          * efficient concurrent writes.
 168          */
 169         if (cb->no_offset(procnum))
 170                 goto out;
 171
 172         error = cb->realign(&req->rq_args, M_NOWAIT);
 173         if (error)
 174                 goto out;
 175         md = req->rq_args;
 176         dpos = mtod(md, caddr_t);
 177
 178         /* Grab the filehandle. */
 179         error = cb->get_fh(&i->fh, v3, &md, &dpos);
 180         if (error)
 181                 goto out;
 182
 183         /* Content ourselves with zero offset for all but reads. */
 184         if (cb->is_read(procnum) || cb->is_write(procnum))
 185                 cb->get_offset(&md, &dpos, v3, i);
 186
 187 out:
 188         cb->set_locktype(procnum, i);
 189 }
 190
 191 static struct fha_hash_entry *
 192 fha_hash_entry_new(u_int64_t fh)
 193 {
 194         struct fha_hash_entry *e;
 195
 196         e = malloc(sizeof(*e), M_NFS_FHA, M_WAITOK);
 197         e->fh = fh;
 198         e->num_rw = 0;
 199         e->num_exclusive = 0;
 200         e->num_threads = 0;
 201         LIST_INIT(&e->threads);
 202
 203         return (e);
 204 }
 205
 206 static void
 207 fha_hash_entry_destroy(struct fha_hash_entry *e)
 208 {
 209
 210         mtx_assert(e->mtx, MA_OWNED);
 211         KASSERT(e->num_rw == 0,
 212             ("%d reqs on destroyed fhe %p", e->num_rw, e));
 213         KASSERT(e->num_exclusive == 0,
 214             ("%d exclusive reqs on destroyed fhe %p", e->num_exclusive, e));
 215         KASSERT(e->num_threads == 0,
 216             ("%d threads on destroyed fhe %p", e->num_threads, e));
 217         free(e, M_NFS_FHA);
 218 }
 219
 220 static void
 221 fha_hash_entry_remove(struct fha_hash_entry *e)
 222 {
 223
 224         mtx_assert(e->mtx, MA_OWNED);
 225         LIST_REMOVE(e, link);
 226         fha_hash_entry_destroy(e);
 227 }
 228
 229 static struct fha_hash_entry *
 230 fha_hash_entry_lookup(struct fha_params *softc, u_int64_t fh)
 231 {
 232         SVCPOOL *pool;
 233         struct fha_hash_slot *fhs;
 234         struct fha_hash_entry *fhe, *new_fhe;
 235
 236         pool = *softc->pool;
 237         fhs = &softc->fha_hash[fh % FHA_HASH_SIZE];
 238         new_fhe = fha_hash_entry_new(fh);
 239         new_fhe->mtx = &fhs->mtx;
 240         mtx_lock(&fhs->mtx);
 241         LIST_FOREACH(fhe, &fhs->list, link)
 242                 if (fhe->fh == fh)
 243                         break;
 244         if (!fhe) {
 245                 fhe = new_fhe;
 246                 LIST_INSERT_HEAD(&fhs->list, fhe, link);
 247         } else
 248                 fha_hash_entry_destroy(new_fhe);
 249         return (fhe);
 250 }
 251
 252 static void
 253 fha_hash_entry_add_thread(struct fha_hash_entry *fhe, SVCTHREAD *thread)
 254 {
 255
 256         mtx_assert(fhe->mtx, MA_OWNED);
 257         thread->st_p2 = 0;
 258         LIST_INSERT_HEAD(&fhe->threads, thread, st_alink);
 259         fhe->num_threads++;
 260 }
 261
 262 static void
 263 fha_hash_entry_remove_thread(struct fha_hash_entry *fhe, SVCTHREAD *thread)
 264 {
 265
 266         mtx_assert(fhe->mtx, MA_OWNED);
 267         KASSERT(thread->st_p2 == 0,
 268             ("%d reqs on removed thread %p", thread->st_p2, thread));
 269         LIST_REMOVE(thread, st_alink);
 270         fhe->num_threads--;
 271 }
 272
 273 /*
 274  * Account for an ongoing operation associated with this file.
 275  */
 276 static void
 277 fha_hash_entry_add_op(struct fha_hash_entry *fhe, int locktype, int count)
 278 {
 279
 280         mtx_assert(fhe->mtx, MA_OWNED);
 281         if (LK_EXCLUSIVE == locktype)
 282                 fhe->num_exclusive += count;
 283         else
 284                 fhe->num_rw += count;
 285 }
 286
 287 /*
 288  * Get the service thread currently associated with the fhe that is
 289  * appropriate to handle this operation.
 290  */
 291 static SVCTHREAD *
 292 fha_hash_entry_choose_thread(struct fha_params *softc,
 293     struct fha_hash_entry *fhe, struct fha_info *i, SVCTHREAD *this_thread)
 294 {
 295         SVCTHREAD *thread, *min_thread = NULL;
 296         SVCPOOL *pool;
 297         int req_count, min_count = 0;
 298         off_t offset1, offset2;
 299
 300         pool = *softc->pool;
 301
 302         LIST_FOREACH(thread, &fhe->threads, st_alink) {
 303                 req_count = thread->st_p2;
 304
 305                 /* If there are any writes in progress, use the first thread. */
 306                 if (fhe->num_exclusive) {
 307 #if 0
 308                         ITRACE_CURPROC(ITRACE_NFS, ITRACE_INFO,
 309                             "fha: %p(%d)w", thread, req_count);
 310 #endif
 311                         return (thread);
 312                 }
 313
 314                 /*
 315                  * Check for read locality, making sure that we won't
 316                  * exceed our per-thread load limit in the process.
 317                  */
 318                 offset1 = i->offset;
 319                 offset2 = thread->st_p3;
 320
 321                 if (((offset1 >= offset2)
 322                   && ((offset1 - offset2) < (1 << softc->ctls.bin_shift)))
 323                  || ((offset2 > offset1)
 324                   && ((offset2 - offset1) < (1 << softc->ctls.bin_shift)))) {
 325                         if ((softc->ctls.max_reqs_per_nfsd == 0) ||
 326                             (req_count < softc->ctls.max_reqs_per_nfsd)) {
 327 #if 0
 328                                 ITRACE_CURPROC(ITRACE_NFS, ITRACE_INFO,
 329                                     "fha: %p(%d)r", thread, req_count);
 330 #endif
 331                                 return (thread);
 332                         }
 333                 }
 334
 335                 /*
 336                  * We don't have a locality match, so skip this thread,
 337                  * but keep track of the most attractive thread in case
 338                  * we need to come back to it later.
 339                  */
 340 #if 0
 341                 ITRACE_CURPROC(ITRACE_NFS, ITRACE_INFO,
 342                     "fha: %p(%d)s off1 %llu off2 %llu", thread,
 343                     req_count, offset1, offset2);
 344 #endif
 345                 if ((min_thread == NULL) || (req_count < min_count)) {
 346                         min_count = req_count;
 347                         min_thread = thread;
 348                 }
 349         }
 350
 351         /*
 352          * We didn't find a good match yet.  See if we can add
 353          * a new thread to this file handle entry's thread list.
 354          */
 355         if ((softc->ctls.max_nfsds_per_fh == 0) ||
 356             (fhe->num_threads < softc->ctls.max_nfsds_per_fh)) {
 357                 thread = this_thread;
 358 #if 0
 359                 ITRACE_CURPROC(ITRACE_NFS, ITRACE_INFO,
 360                     "fha: %p(%d)t", thread, thread->st_p2);
 361 #endif
 362                 fha_hash_entry_add_thread(fhe, thread);
 363         } else {
 364                 /*
 365                  * We don't want to use any more threads for this file, so
 366                  * go back to the most attractive nfsd we're already using.
 367                  */
 368                 thread = min_thread;
 369         }
 370
 371         return (thread);
 372 }
 373
 374 /*
 375  * After getting a request, try to assign it to some thread.  Usually we
 376  * handle it ourselves.
 377  */
 378 SVCTHREAD *
 379 fha_assign(SVCTHREAD *this_thread, struct svc_req *req,
 380     struct fha_params *softc)
 381 {
 382         SVCTHREAD *thread;
 383         struct fha_info i;
 384         struct fha_hash_entry *fhe;
 385         struct fha_callbacks *cb;
 386
 387         cb = &softc->callbacks;
 388
 389         /* Check to see whether we're enabled. */
 390         if (softc->ctls.enable == 0)
 391                 goto thist;
 392
 393         /*
 394          * Only do placement if this is an NFS request.
 395          */
 396         if (req->rq_prog != NFS_PROG)
 397                 goto thist;
 398
 399         if (req->rq_vers != 2 && req->rq_vers != 3)
 400                 goto thist;
 401
 402         fha_extract_info(req, &i, cb);
 403
 404         /*
 405          * We save the offset associated with this request for later
 406          * nfsd matching.
 407          */
 408         fhe = fha_hash_entry_lookup(softc, i.fh);
 409         req->rq_p1 = fhe;
 410         req->rq_p2 = i.locktype;
 411         req->rq_p3 = i.offset;
 412
 413         /*
 414          * Choose a thread, taking into consideration locality, thread load,
 415          * and the number of threads already working on this file.
 416          */
 417         thread = fha_hash_entry_choose_thread(softc, fhe, &i, this_thread);
 418         KASSERT(thread, ("fha_assign: NULL thread!"));
 419         fha_hash_entry_add_op(fhe, i.locktype, 1);
 420         thread->st_p2++;
 421         thread->st_p3 = i.offset;
 422
 423         /*
 424          * Grab the pool lock here to not let chosen thread go away before
 425          * the new request inserted to its queue while we drop fhe lock.
 426          */
 427         mtx_lock(&thread->st_lock);
 428         mtx_unlock(fhe->mtx);
 429
 430         return (thread);
 431 thist:
 432         req->rq_p1 = NULL;
 433         mtx_lock(&this_thread->st_lock);
 434         return (this_thread);
 435 }
 436
 437 /*
 438  * Called when we're done with an operation.  The request has already
 439  * been de-queued.
 440  */
 441 void
 442 fha_nd_complete(SVCTHREAD *thread, struct svc_req *req)
 443 {
 444         struct fha_hash_entry *fhe = req->rq_p1;
 445         struct mtx *mtx;
 446
 447         /*
 448          * This may be called for reqs that didn't go through
 449          * fha_assign (e.g. extra NULL ops used for RPCSEC_GSS.
 450          */
 451         if (!fhe)
 452                 return;
 453
 454         mtx = fhe->mtx;
 455         mtx_lock(mtx);
 456         fha_hash_entry_add_op(fhe, req->rq_p2, -1);
 457         thread->st_p2--;
 458         KASSERT(thread->st_p2 >= 0, ("Negative request count %d on %p",
 459             thread->st_p2, thread));
 460         if (thread->st_p2 == 0) {
 461                 fha_hash_entry_remove_thread(fhe, thread);
 462                 if (0 == fhe->num_rw + fhe->num_exclusive)
 463                         fha_hash_entry_remove(fhe);
 464         }
 465         mtx_unlock(mtx);
 466 }
 467
 468 int
 469 fhe_stats_sysctl(SYSCTL_HANDLER_ARGS, struct fha_params *softc)
 470 {
 471         int error, i;
 472         struct sbuf sb;
 473         struct fha_hash_entry *fhe;
 474         bool_t first, hfirst;
 475         SVCTHREAD *thread;
 476         SVCPOOL *pool;
 477
 478         sbuf_new(&sb, NULL, 65536, SBUF_FIXEDLEN);
 479
 480         pool = NULL;
 481
 482         if (!*softc->pool) {
 483                 sbuf_printf(&sb, "NFSD not running\n");
 484                 goto out;
 485         }
 486         pool = *softc->pool;
 487
 488         for (i = 0; i < FHA_HASH_SIZE; i++)
 489                 if (!LIST_EMPTY(&softc->fha_hash[i].list))
 490                         break;
 491
 492         if (i == FHA_HASH_SIZE) {
 493                 sbuf_printf(&sb, "No file handle entries.\n");
 494                 goto out;
 495         }
 496
 497         hfirst = TRUE;
 498         for (; i < FHA_HASH_SIZE; i++) {
 499                 mtx_lock(&softc->fha_hash[i].mtx);
 500                 if (LIST_EMPTY(&softc->fha_hash[i].list)) {
 501                         mtx_unlock(&softc->fha_hash[i].mtx);
 502                         continue;
 503                 }
 504                 sbuf_printf(&sb, "%shash %d: {\n", hfirst ? "" : ", ", i);
 505                 first = TRUE;
 506                 LIST_FOREACH(fhe, &softc->fha_hash[i].list, link) {
 507                         sbuf_printf(&sb, "%sfhe %p: {\n", first ? "  " : ", ", fhe);
 508
 509                         sbuf_printf(&sb, "    fh: %ju\n", (uintmax_t) fhe->fh);
 510                         sbuf_printf(&sb, "    num_rw/exclusive: %d/%d\n",
 511                             fhe->num_rw, fhe->num_exclusive);
 512                         sbuf_printf(&sb, "    num_threads: %d\n", fhe->num_threads);
 513
 514                         LIST_FOREACH(thread, &fhe->threads, st_alink) {
 515                                 sbuf_printf(&sb, "      thread %p offset %ju "
 516                                     "reqs %d\n", thread,
 517                                     thread->st_p3, thread->st_p2);
 518                         }
 519
 520                         sbuf_printf(&sb, "  }");
 521                         first = FALSE;
 522                 }
 523                 sbuf_printf(&sb, "\n}");
 524                 mtx_unlock(&softc->fha_hash[i].mtx);
 525                 hfirst = FALSE;
 526         }
 527
 528  out:
 529         sbuf_trim(&sb);
 530         sbuf_finish(&sb);
 531         error = sysctl_handle_string(oidp, sbuf_data(&sb), sbuf_len(&sb), req);
 532         sbuf_delete(&sb);
 533         return (error);
 534 }