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btrfs: stripe_alloc: keep an open run per size band to trap less
authorZygo Blaxell <ce3g8jdj@umail.furryterror.org>
Tue, 28 Jul 2026 00:55:59 +0000 (20:55 -0400)
committerZygo Blaxell <ce3g8jdj@umail.furryterror.org>
Fri, 18 Sep 2026 21:36:21 +0000 (17:36 -0400)
commit1574bc4aac6c83db356e43dbac9bd9fb5075c00b
treeabd9ba8c11332951af0dd5440977421340812460
parent19d40387f124c856559676a0cff5afbb9f956d8c
btrfs: stripe_alloc: keep an open run per size band to trap less

A single open stripe run per class forces every allocation that does not
fit the current run's remainder to close that run -- trapping its
unallocated tail in a now partially filled stripe -- and claim a fresh
fully-free stripe.  A workload that interleaves small and large extents
(the common case) therefore strands a tail on every size change, even
though a later small allocation could have filled it.

Keep one open run per power-of-two band of remaining free space instead
(band k holds a run with remaining in [2^k, 2^(k+1)) sectors), per class.
An allocation takes the run in the smallest band that still fits --
segregated best fit -- so a small write lands in an already-open, nearly
full stripe rather than opening a new one, while a large write that no
open run can hold opens a fresh stripe and leaves the smaller runs open
for the small writes that do fit them.  After each allocation the run is
re-placed into the band its new remainder falls in; when two runs collide
in a band the fuller one is kept -- it can serve larger future
allocations, and closing it would trap more -- and the other is closed,
its tail returned to the free space cache.

16 bands cover a full stripe of up to 2^16 sectors, far more than any
raid56 geometry (nr_data_stripes * stripe_len / sectorsize is 158 sectors
at 10 data stripes and a 64K stripe).  Commit-time retirement and the
read-only / removal paths now walk every band of every class; only the
bg->open_stripe[][] slots can ever hold an open run, so one pass still
suffices, and the obsolete single-slot assertions are dropped.

This does not touch the write-hole guarantee: every run is still a
contiguous fill of fully-free stripes, closed at commit and never
reopened.  It only changes which open run an allocation joins, reducing
the free space trapped in partial stripes -- and thus stripe_unusable --
for mixed-size workloads.

The open-stripe selftest is rewritten to the multi-cursor contract: a
misfit allocation now keeps the old run open (its tail is not returned to
the cache) and a later small allocation backfills it, so fewer stripes are
claimed before the free space is exhausted.

Assisted-by: Claude:claude-opus-4-8
fs/btrfs/block-group.c
fs/btrfs/block-group.h
fs/btrfs/tests/free-space-tests.c