Quelle  ialloc.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 *  linux/fs/ext2/ialloc.c
 *
 * Copyright (C) 1992, 1993, 1994, 1995
 * Remy Card (card@masi.ibp.fr)
 * Laboratoire MASI - Institut Blaise Pascal
 * Universite Pierre et Marie Curie (Paris VI)
 *
 *  BSD ufs-inspired inode and directory allocation by 
 *  Stephen Tweedie (sct@dcs.ed.ac.uk), 1993
 *  Big-endian to little-endian byte-swapping/bitmaps by
 *        David S. Miller (davem@caip.rutgers.edu), 1995
 */

#include <linux/quotaops.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/backing-dev.h>
#include <linux/buffer_head.h>
#include <linux/random.h>
#include "ext2.h"
#include "xattr.h"
#include "acl.h"

/*
 * ialloc.c contains the inodes allocation and deallocation routines
 */

/*
 * The free inodes are managed by bitmaps.  A file system contains several
 * blocks groups.  Each group contains 1 bitmap block for blocks, 1 bitmap
 * block for inodes, N blocks for the inode table and data blocks.
 *
 * The file system contains group descriptors which are located after the
 * super block.  Each descriptor contains the number of the bitmap block and
 * the free blocks count in the block.
 */


/*
 * Read the inode allocation bitmap for a given block_group, reading
 * into the specified slot in the superblock's bitmap cache.
 *
 * Return buffer_head of bitmap on success or NULL.
 */
static struct buffer_head *
read_inode_bitmap(struct super_block * sb, unsigned long block_group)
{
 struct ext2_group_desc *desc;
 struct buffer_head *bh = NULL;

 desc = ext2_get_group_desc(sb, block_group, NULL);
 if (!desc)
  goto error_out;

 bh = sb_bread(sb, le32_to_cpu(desc->bg_inode_bitmap));
 if (!bh)
  ext2_error(sb, "read_inode_bitmap",
       "Cannot read inode bitmap - "
       "block_group = %lu, inode_bitmap = %u",
       block_group, le32_to_cpu(desc->bg_inode_bitmap));
error_out:
 return bh;
}

static void ext2_release_inode(struct super_block *sb, int group, int dir)
{
 struct ext2_group_desc * desc;
 struct buffer_head *bh;

 desc = ext2_get_group_desc(sb, group, &bh);
 if (!desc) {
  ext2_error(sb, "ext2_release_inode",
   "can't get descriptor for group %d", group);
  return;
 }

 spin_lock(sb_bgl_lock(EXT2_SB(sb), group));
 le16_add_cpu(&desc->bg_free_inodes_count, 1);
 if (dir)
  le16_add_cpu(&desc->bg_used_dirs_count, -1);
 spin_unlock(sb_bgl_lock(EXT2_SB(sb), group));
 percpu_counter_inc(&EXT2_SB(sb)->s_freeinodes_counter);
 if (dir)
  percpu_counter_dec(&EXT2_SB(sb)->s_dirs_counter);
 mark_buffer_dirty(bh);
}

/*
 * NOTE! When we get the inode, we're the only people
 * that have access to it, and as such there are no
 * race conditions we have to worry about. The inode
 * is not on the hash-lists, and it cannot be reached
 * through the filesystem because the directory entry
 * has been deleted earlier.
 *
 * HOWEVER: we must make sure that we get no aliases,
 * which means that we have to call "clear_inode()"
 * _before_ we mark the inode not in use in the inode
 * bitmaps. Otherwise a newly created file might use
 * the same inode number (not actually the same pointer
 * though), and then we'd have two inodes sharing the
 * same inode number and space on the harddisk.
 */
void ext2_free_inode (struct inode * inode)
{
 struct super_block * sb = inode->i_sb;
 int is_directory;
 unsigned long ino;
 struct buffer_head *bitmap_bh;
 unsigned long block_group;
 unsigned long bit;
 struct ext2_super_block * es;

 ino = inode->i_ino;
 ext2_debug ("freeing inode %lu\n", ino);

 /*
 * Note: we must free any quota before locking the superblock,
 * as writing the quota to disk may need the lock as well.
 */
 /* Quota is already initialized in iput() */
 dquot_free_inode(inode);
 dquot_drop(inode);

 es = EXT2_SB(sb)->s_es;
 is_directory = S_ISDIR(inode->i_mode);

 if (ino < EXT2_FIRST_INO(sb) ||
     ino > le32_to_cpu(es->s_inodes_count)) {
  ext2_error (sb, "ext2_free_inode",
       "reserved or nonexistent inode %lu", ino);
  return;
 }
 block_group = (ino - 1) / EXT2_INODES_PER_GROUP(sb);
 bit = (ino - 1) % EXT2_INODES_PER_GROUP(sb);
 bitmap_bh = read_inode_bitmap(sb, block_group);
 if (!bitmap_bh)
  return;

 /* Ok, now we can actually update the inode bitmaps.. */
 if (!ext2_clear_bit_atomic(sb_bgl_lock(EXT2_SB(sb), block_group),
    bit, (void *) bitmap_bh->b_data))
  ext2_error (sb, "ext2_free_inode",
         "bit already cleared for inode %lu", ino);
 else
  ext2_release_inode(sb, block_group, is_directory);
 mark_buffer_dirty(bitmap_bh);
 if (sb->s_flags & SB_SYNCHRONOUS)
  sync_dirty_buffer(bitmap_bh);

 brelse(bitmap_bh);
}

/*
 * We perform asynchronous prereading of the new inode's inode block when
 * we create the inode, in the expectation that the inode will be written
 * back soon.  There are two reasons:
 *
 * - When creating a large number of files, the async prereads will be
 *   nicely merged into large reads
 * - When writing out a large number of inodes, we don't need to keep on
 *   stalling the writes while we read the inode block.
 *
 * FIXME: ext2_get_group_desc() needs to be simplified.
 */
static void ext2_preread_inode(struct inode *inode)
{
 unsigned long block_group;
 unsigned long offset;
 unsigned long block;
 struct ext2_group_desc * gdp;

 block_group = (inode->i_ino - 1) / EXT2_INODES_PER_GROUP(inode->i_sb);
 gdp = ext2_get_group_desc(inode->i_sb, block_group, NULL);
 if (gdp == NULL)
  return;

 /*
 * Figure out the offset within the block group inode table
 */
 offset = ((inode->i_ino - 1) % EXT2_INODES_PER_GROUP(inode->i_sb)) *
    EXT2_INODE_SIZE(inode->i_sb);
 block = le32_to_cpu(gdp->bg_inode_table) +
    (offset >> EXT2_BLOCK_SIZE_BITS(inode->i_sb));
 sb_breadahead(inode->i_sb, block);
}

/*
 * There are two policies for allocating an inode.  If the new inode is
 * a directory, then a forward search is made for a block group with both
 * free space and a low directory-to-inode ratio; if that fails, then of
 * the groups with above-average free space, that group with the fewest
 * directories already is chosen.
 *
 * For other inodes, search forward from the parent directory\'s block
 * group to find a free inode.
 */
static int find_group_dir(struct super_block *sb, struct inode *parent)
{
 int ngroups = EXT2_SB(sb)->s_groups_count;
 int avefreei = ext2_count_free_inodes(sb) / ngroups;
 struct ext2_group_desc *desc, *best_desc = NULL;
 int group, best_group = -1;

 for (group = 0; group < ngroups; group++) {
  desc = ext2_get_group_desc (sb, group, NULL);
  if (!desc || !desc->bg_free_inodes_count)
   continue;
  if (le16_to_cpu(desc->bg_free_inodes_count) < avefreei)
   continue;
  if (!best_desc || 
      (le16_to_cpu(desc->bg_free_blocks_count) >
       le16_to_cpu(best_desc->bg_free_blocks_count))) {
   best_group = group;
   best_desc = desc;
  }
 }

 return best_group;
}

/* 
 * Orlov's allocator for directories. 
 * 
 * We always try to spread first-level directories.
 *
 * If there are blockgroups with both free inodes and free blocks counts 
 * not worse than average we return one with smallest directory count. 
 * Otherwise we simply return a random group. 
 * 
 * For the rest rules look so: 
 * 
 * It's OK to put directory into a group unless 
 * it has too many directories already (max_dirs) or 
 * it has too few free inodes left (min_inodes) or 
 * it has too few free blocks left (min_blocks) or 
 * it's already running too large debt (max_debt). 
 * Parent's group is preferred, if it doesn't satisfy these 
 * conditions we search cyclically through the rest. If none 
 * of the groups look good we just look for a group with more 
 * free inodes than average (starting at parent's group). 
 * 
 * Debt is incremented each time we allocate a directory and decremented 
 * when we allocate an inode, within 0--255. 
 */

#define INODE_COST 64
#define BLOCK_COST 256

static int find_group_orlov(struct super_block *sb, struct inode *parent)
{
 int parent_group = EXT2_I(parent)->i_block_group;
 struct ext2_sb_info *sbi = EXT2_SB(sb);
 struct ext2_super_block *es = sbi->s_es;
 int ngroups = sbi->s_groups_count;
 int inodes_per_group = EXT2_INODES_PER_GROUP(sb);
 int freei;
 int avefreei;
 int free_blocks;
 int avefreeb;
 int blocks_per_dir;
 int ndirs;
 int max_debt, max_dirs, min_blocks, min_inodes;
 int group = -1, i;
 struct ext2_group_desc *desc;

 freei = percpu_counter_read_positive(&sbi->s_freeinodes_counter);
 avefreei = freei / ngroups;
 free_blocks = percpu_counter_read_positive(&sbi->s_freeblocks_counter);
 avefreeb = free_blocks / ngroups;
 ndirs = percpu_counter_read_positive(&sbi->s_dirs_counter);

 if ((parent == d_inode(sb->s_root)) ||
     (EXT2_I(parent)->i_flags & EXT2_TOPDIR_FL)) {
  int best_ndir = inodes_per_group;
  int best_group = -1;

  parent_group = get_random_u32_below(ngroups);
  for (i = 0; i < ngroups; i++) {
   group = (parent_group + i) % ngroups;
   desc = ext2_get_group_desc (sb, group, NULL);
   if (!desc || !desc->bg_free_inodes_count)
    continue;
   if (le16_to_cpu(desc->bg_used_dirs_count) >= best_ndir)
    continue;
   if (le16_to_cpu(desc->bg_free_inodes_count) < avefreei)
    continue;
   if (le16_to_cpu(desc->bg_free_blocks_count) < avefreeb)
    continue;
   best_group = group;
   best_ndir = le16_to_cpu(desc->bg_used_dirs_count);
  }
  if (best_group >= 0) {
   group = best_group;
   goto found;
  }
  goto fallback;
 }

 if (ndirs == 0)
  ndirs = 1; /* percpu_counters are approximate... */

 blocks_per_dir = (le32_to_cpu(es->s_blocks_count)-free_blocks) / ndirs;

 max_dirs = ndirs / ngroups + inodes_per_group / 16;
 min_inodes = avefreei - inodes_per_group / 4;
 min_blocks = avefreeb - EXT2_BLOCKS_PER_GROUP(sb) / 4;

 max_debt = EXT2_BLOCKS_PER_GROUP(sb) / max(blocks_per_dir, BLOCK_COST);
 if (max_debt * INODE_COST > inodes_per_group)
  max_debt = inodes_per_group / INODE_COST;
 if (max_debt > 255)
  max_debt = 255;
 if (max_debt == 0)
  max_debt = 1;

 for (i = 0; i < ngroups; i++) {
  group = (parent_group + i) % ngroups;
  desc = ext2_get_group_desc (sb, group, NULL);
  if (!desc || !desc->bg_free_inodes_count)
   continue;
  if (sbi->s_debts[group] >= max_debt)
   continue;
  if (le16_to_cpu(desc->bg_used_dirs_count) >= max_dirs)
   continue;
  if (le16_to_cpu(desc->bg_free_inodes_count) < min_inodes)
   continue;
  if (le16_to_cpu(desc->bg_free_blocks_count) < min_blocks)
   continue;
  goto found;
 }

fallback:
 for (i = 0; i < ngroups; i++) {
  group = (parent_group + i) % ngroups;
  desc = ext2_get_group_desc (sb, group, NULL);
  if (!desc || !desc->bg_free_inodes_count)
   continue;
  if (le16_to_cpu(desc->bg_free_inodes_count) >= avefreei)
   goto found;
 }

 if (avefreei) {
  /*
 * The free-inodes counter is approximate, and for really small
 * filesystems the above test can fail to find any blockgroups
 */
  avefreei = 0;
  goto fallback;
 }

 return -1;

found:
 return group;
}

static int find_group_other(struct super_block *sb, struct inode *parent)
{
 int parent_group = EXT2_I(parent)->i_block_group;
 int ngroups = EXT2_SB(sb)->s_groups_count;
 struct ext2_group_desc *desc;
 int group, i;

 /*
 * Try to place the inode in its parent directory
 */
 group = parent_group;
 desc = ext2_get_group_desc (sb, group, NULL);
 if (desc && le16_to_cpu(desc->bg_free_inodes_count) &&
   le16_to_cpu(desc->bg_free_blocks_count))
  goto found;

 /*
 * We're going to place this inode in a different blockgroup from its
 * parent.  We want to cause files in a common directory to all land in
 * the same blockgroup.  But we want files which are in a different
 * directory which shares a blockgroup with our parent to land in a
 * different blockgroup.
 *
 * So add our directory's i_ino into the starting point for the hash.
 */
 group = (group + parent->i_ino) % ngroups;

 /*
 * Use a quadratic hash to find a group with a free inode and some
 * free blocks.
 */
 for (i = 1; i < ngroups; i <<= 1) {
  group += i;
  if (group >= ngroups)
   group -= ngroups;
  desc = ext2_get_group_desc (sb, group, NULL);
  if (desc && le16_to_cpu(desc->bg_free_inodes_count) &&
    le16_to_cpu(desc->bg_free_blocks_count))
   goto found;
 }

 /*
 * That failed: try linear search for a free inode, even if that group
 * has no free blocks.
 */
 group = parent_group;
 for (i = 0; i < ngroups; i++) {
  if (++group >= ngroups)
   group = 0;
  desc = ext2_get_group_desc (sb, group, NULL);
  if (desc && le16_to_cpu(desc->bg_free_inodes_count))
   goto found;
 }

 return -1;

found:
 return group;
}

struct inode *ext2_new_inode(struct inode *dir, umode_t mode,
        const struct qstr *qstr)
{
 struct super_block *sb;
 struct buffer_head *bitmap_bh = NULL;
 struct buffer_head *bh2;
 int group, i;
 ino_t ino = 0;
 struct inode * inode;
 struct ext2_group_desc *gdp;
 struct ext2_super_block *es;
 struct ext2_inode_info *ei;
 struct ext2_sb_info *sbi;
 int err;

 sb = dir->i_sb;
 inode = new_inode(sb);
 if (!inode)
  return ERR_PTR(-ENOMEM);

 ei = EXT2_I(inode);
 sbi = EXT2_SB(sb);
 es = sbi->s_es;
 if (S_ISDIR(mode)) {
  if (test_opt(sb, OLDALLOC))
   group = find_group_dir(sb, dir);
  else
   group = find_group_orlov(sb, dir);
 } else 
  group = find_group_other(sb, dir);

 if (group == -1) {
  err = -ENOSPC;
  goto fail;
 }

 for (i = 0; i < sbi->s_groups_count; i++) {
  gdp = ext2_get_group_desc(sb, group, &bh2);
  if (!gdp) {
   if (++group == sbi->s_groups_count)
    group = 0;
   continue;
  }
  brelse(bitmap_bh);
  bitmap_bh = read_inode_bitmap(sb, group);
  if (!bitmap_bh) {
   err = -EIO;
   goto fail;
  }
  ino = 0;

repeat_in_this_group:
  ino = ext2_find_next_zero_bit((unsigned long *)bitmap_bh->b_data,
           EXT2_INODES_PER_GROUP(sb), ino);
  if (ino >= EXT2_INODES_PER_GROUP(sb)) {
   /*
 * Rare race: find_group_xx() decided that there were
 * free inodes in this group, but by the time we tried
 * to allocate one, they're all gone.  This can also
 * occur because the counters which find_group_orlov()
 * uses are approximate.  So just go and search the
 * next block group.
 */
   if (++group == sbi->s_groups_count)
    group = 0;
   continue;
  }
  if (ext2_set_bit_atomic(sb_bgl_lock(sbi, group),
      ino, bitmap_bh->b_data)) {
   /* we lost this inode */
   if (++ino >= EXT2_INODES_PER_GROUP(sb)) {
    /* this group is exhausted, try next group */
    if (++group == sbi->s_groups_count)
     group = 0;
    continue;
   }
   /* try to find free inode in the same group */
   goto repeat_in_this_group;
  }
  goto got;
 }

 /*
 * Scanned all blockgroups.
 */
 brelse(bitmap_bh);
 err = -ENOSPC;
 goto fail;
got:
 mark_buffer_dirty(bitmap_bh);
 if (sb->s_flags & SB_SYNCHRONOUS)
  sync_dirty_buffer(bitmap_bh);
 brelse(bitmap_bh);

 ino += group * EXT2_INODES_PER_GROUP(sb) + 1;
 if (ino < EXT2_FIRST_INO(sb) || ino > le32_to_cpu(es->s_inodes_count)) {
  ext2_error (sb, "ext2_new_inode",
       "reserved inode or inode > inodes count - "
       "block_group = %d,inode=%lu", group,
       (unsigned long) ino);
  err = -EIO;
  goto fail;
 }

 percpu_counter_dec(&sbi->s_freeinodes_counter);
 if (S_ISDIR(mode))
  percpu_counter_inc(&sbi->s_dirs_counter);

 spin_lock(sb_bgl_lock(sbi, group));
 le16_add_cpu(&gdp->bg_free_inodes_count, -1);
 if (S_ISDIR(mode)) {
  if (sbi->s_debts[group] < 255)
   sbi->s_debts[group]++;
  le16_add_cpu(&gdp->bg_used_dirs_count, 1);
 } else {
  if (sbi->s_debts[group])
   sbi->s_debts[group]--;
 }
 spin_unlock(sb_bgl_lock(sbi, group));

 mark_buffer_dirty(bh2);
 if (test_opt(sb, GRPID)) {
  inode->i_mode = mode;
  inode->i_uid = current_fsuid();
  inode->i_gid = dir->i_gid;
 } else
  inode_init_owner(&nop_mnt_idmap, inode, dir, mode);

 inode->i_ino = ino;
 inode->i_blocks = 0;
 simple_inode_init_ts(inode);
 memset(ei->i_data, 0, sizeof(ei->i_data));
 ei->i_flags =
  ext2_mask_flags(mode, EXT2_I(dir)->i_flags & EXT2_FL_INHERITED);
 ei->i_faddr = 0;
 ei->i_frag_no = 0;
 ei->i_frag_size = 0;
 ei->i_file_acl = 0;
 ei->i_dir_acl = 0;
 ei->i_dtime = 0;
 ei->i_block_alloc_info = NULL;
 ei->i_block_group = group;
 ei->i_dir_start_lookup = 0;
 ei->i_state = EXT2_STATE_NEW;
 ext2_set_inode_flags(inode);
 spin_lock(&sbi->s_next_gen_lock);
 inode->i_generation = sbi->s_next_generation++;
 spin_unlock(&sbi->s_next_gen_lock);
 if (insert_inode_locked(inode) < 0) {
  ext2_error(sb, "ext2_new_inode",
      "inode number already in use - inode=%lu",
      (unsigned long) ino);
  err = -EIO;
  goto fail;
 }

 err = dquot_initialize(inode);
 if (err)
  goto fail_drop;

 err = dquot_alloc_inode(inode);
 if (err)
  goto fail_drop;

 err = ext2_init_acl(inode, dir);
 if (err)
  goto fail_free_drop;

 err = ext2_init_security(inode, dir, qstr);
 if (err)
  goto fail_free_drop;

 mark_inode_dirty(inode);
 ext2_debug("allocating inode %lu\n", inode->i_ino);
 ext2_preread_inode(inode);
 return inode;

fail_free_drop:
 dquot_free_inode(inode);

fail_drop:
 dquot_drop(inode);
 inode->i_flags |= S_NOQUOTA;
 clear_nlink(inode);
 discard_new_inode(inode);
 return ERR_PTR(err);

fail:
 make_bad_inode(inode);
 iput(inode);
 return ERR_PTR(err);
}

unsigned long ext2_count_free_inodes (struct super_block * sb)
{
 struct ext2_group_desc *desc;
 unsigned long desc_count = 0;
 int i; 

#ifdef EXT2FS_DEBUG
 struct ext2_super_block *es;
 unsigned long bitmap_count = 0;
 struct buffer_head *bitmap_bh = NULL;

 es = EXT2_SB(sb)->s_es;
 for (i = 0; i < EXT2_SB(sb)->s_groups_count; i++) {
  unsigned x;

  desc = ext2_get_group_desc (sb, i, NULL);
  if (!desc)
   continue;
  desc_count += le16_to_cpu(desc->bg_free_inodes_count);
  brelse(bitmap_bh);
  bitmap_bh = read_inode_bitmap(sb, i);
  if (!bitmap_bh)
   continue;

  x = ext2_count_free(bitmap_bh, EXT2_INODES_PER_GROUP(sb) / 8);
  printk("group %d: stored = %d, counted = %u\n",
   i, le16_to_cpu(desc->bg_free_inodes_count), x);
  bitmap_count += x;
 }
 brelse(bitmap_bh);
 printk("ext2_count_free_inodes: stored = %lu, computed = %lu, %lu\n",
  (unsigned long)
  percpu_counter_read(&EXT2_SB(sb)->s_freeinodes_counter),
  desc_count, bitmap_count);
 return desc_count;
#else
 for (i = 0; i < EXT2_SB(sb)->s_groups_count; i++) {
  desc = ext2_get_group_desc (sb, i, NULL);
  if (!desc)
   continue;
  desc_count += le16_to_cpu(desc->bg_free_inodes_count);
 }
 return desc_count;
#endif
}

/* Called at mount-time, super-block is locked */
unsigned long ext2_count_dirs (struct super_block * sb)
{
 unsigned long count = 0;
 int i;

 for (i = 0; i < EXT2_SB(sb)->s_groups_count; i++) {
  struct ext2_group_desc *gdp = ext2_get_group_desc (sb, i, NULL);
  if (!gdp)
   continue;
  count += le16_to_cpu(gdp->bg_used_dirs_count);
 }
 return count;
}