]> git.karo-electronics.de Git - karo-tx-linux.git/blob - fs/direct-io.c
dio-separate-fields-only-used-in-the-submission-path-from-struct-dio-checkpatch-fixes
[karo-tx-linux.git] / fs / direct-io.c
1 /*
2  * fs/direct-io.c
3  *
4  * Copyright (C) 2002, Linus Torvalds.
5  *
6  * O_DIRECT
7  *
8  * 04Jul2002    Andrew Morton
9  *              Initial version
10  * 11Sep2002    janetinc@us.ibm.com
11  *              added readv/writev support.
12  * 29Oct2002    Andrew Morton
13  *              rewrote bio_add_page() support.
14  * 30Oct2002    pbadari@us.ibm.com
15  *              added support for non-aligned IO.
16  * 06Nov2002    pbadari@us.ibm.com
17  *              added asynchronous IO support.
18  * 21Jul2003    nathans@sgi.com
19  *              added IO completion notifier.
20  */
21
22 #include <linux/kernel.h>
23 #include <linux/module.h>
24 #include <linux/types.h>
25 #include <linux/fs.h>
26 #include <linux/mm.h>
27 #include <linux/slab.h>
28 #include <linux/highmem.h>
29 #include <linux/pagemap.h>
30 #include <linux/task_io_accounting_ops.h>
31 #include <linux/bio.h>
32 #include <linux/wait.h>
33 #include <linux/err.h>
34 #include <linux/blkdev.h>
35 #include <linux/buffer_head.h>
36 #include <linux/rwsem.h>
37 #include <linux/uio.h>
38 #include <linux/atomic.h>
39
40 /*
41  * How many user pages to map in one call to get_user_pages().  This determines
42  * the size of a structure on the stack.
43  */
44 #define DIO_PAGES       64
45
46 /*
47  * This code generally works in units of "dio_blocks".  A dio_block is
48  * somewhere between the hard sector size and the filesystem block size.  it
49  * is determined on a per-invocation basis.   When talking to the filesystem
50  * we need to convert dio_blocks to fs_blocks by scaling the dio_block quantity
51  * down by dio->blkfactor.  Similarly, fs-blocksize quantities are converted
52  * to bio_block quantities by shifting left by blkfactor.
53  *
54  * If blkfactor is zero then the user's request was aligned to the filesystem's
55  * blocksize.
56  */
57
58 /* dio_state only used in the submission path */
59
60 struct dio_submit {
61         struct bio *bio;                /* bio under assembly */
62         unsigned blkbits;               /* doesn't change */
63         unsigned blkfactor;             /* When we're using an alignment which
64                                            is finer than the filesystem's soft
65                                            blocksize, this specifies how much
66                                            finer.  blkfactor=2 means 1/4-block
67                                            alignment.  Does not change */
68         unsigned start_zero_done;       /* flag: sub-blocksize zeroing has
69                                            been performed at the start of a
70                                            write */
71         int pages_in_io;                /* approximate total IO pages */
72         size_t  size;                   /* total request size (doesn't change)*/
73         sector_t block_in_file;         /* Current offset into the underlying
74                                            file in dio_block units. */
75         unsigned blocks_available;      /* At block_in_file.  changes */
76         sector_t final_block_in_request;/* doesn't change */
77         unsigned first_block_in_page;   /* doesn't change, Used only once */
78         int boundary;                   /* prev block is at a boundary */
79         int reap_counter;               /* rate limit reaping */
80         get_block_t *get_block;         /* block mapping function */
81         dio_submit_t *submit_io;        /* IO submition function */
82
83         loff_t logical_offset_in_bio;   /* current first logical block in bio */
84         sector_t final_block_in_bio;    /* current final block in bio + 1 */
85         sector_t next_block_for_io;     /* next block to be put under IO,
86                                            in dio_blocks units */
87
88         /*
89          * Deferred addition of a page to the dio.  These variables are
90          * private to dio_send_cur_page(), submit_page_section() and
91          * dio_bio_add_page().
92          */
93         struct page *cur_page;          /* The page */
94         unsigned cur_page_offset;       /* Offset into it, in bytes */
95         unsigned cur_page_len;          /* Nr of bytes at cur_page_offset */
96         sector_t cur_page_block;        /* Where it starts */
97         loff_t cur_page_fs_offset;      /* Offset in file */
98
99         /*
100          * Page fetching state. These variables belong to dio_refill_pages().
101          */
102         int curr_page;                  /* changes */
103         int total_pages;                /* doesn't change */
104         unsigned long curr_user_address;/* changes */
105
106         /*
107          * Page queue.  These variables belong to dio_refill_pages() and
108          * dio_get_page().
109          */
110         unsigned head;                  /* next page to process */
111         unsigned tail;                  /* last valid page + 1 */
112 };
113
114 /* dio_state communicated between submission path and end_io */
115 struct dio {
116         int flags;                      /* doesn't change */
117         struct inode *inode;
118         int rw;
119         loff_t i_size;                  /* i_size when submitted */
120         dio_iodone_t *end_io;           /* IO completion function */
121         struct buffer_head map_bh;      /* last get_block() result */
122
123
124         /* BIO completion state */
125         spinlock_t bio_lock;            /* protects BIO fields below */
126         unsigned long refcount;         /* direct_io_worker() and bios */
127         struct bio *bio_list;           /* singly linked via bi_private */
128         struct task_struct *waiter;     /* waiting task (NULL if none) */
129
130         /* AIO related stuff */
131         struct kiocb *iocb;             /* kiocb */
132         int is_async;                   /* is IO async ? */
133         int io_error;                   /* IO error in completion path */
134         ssize_t result;                 /* IO result */
135
136         int page_errors;                /* errno from get_user_pages() */
137
138         /*
139          * pages[] (and any fields placed after it) are not zeroed out at
140          * allocation time.  Don't add new fields after pages[] unless you
141          * wish that they not be zeroed.
142          */
143         struct page *pages[DIO_PAGES];  /* page buffer */
144 };
145
146 static void __inode_dio_wait(struct inode *inode)
147 {
148         wait_queue_head_t *wq = bit_waitqueue(&inode->i_state, __I_DIO_WAKEUP);
149         DEFINE_WAIT_BIT(q, &inode->i_state, __I_DIO_WAKEUP);
150
151         do {
152                 prepare_to_wait(wq, &q.wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
153                 if (atomic_read(&inode->i_dio_count))
154                         schedule();
155         } while (atomic_read(&inode->i_dio_count));
156         finish_wait(wq, &q.wait);
157 }
158
159 /**
160  * inode_dio_wait - wait for outstanding DIO requests to finish
161  * @inode: inode to wait for
162  *
163  * Waits for all pending direct I/O requests to finish so that we can
164  * proceed with a truncate or equivalent operation.
165  *
166  * Must be called under a lock that serializes taking new references
167  * to i_dio_count, usually by inode->i_mutex.
168  */
169 void inode_dio_wait(struct inode *inode)
170 {
171         if (atomic_read(&inode->i_dio_count))
172                 __inode_dio_wait(inode);
173 }
174 EXPORT_SYMBOL_GPL(inode_dio_wait);
175
176 /*
177  * inode_dio_done - signal finish of a direct I/O requests
178  * @inode: inode the direct I/O happens on
179  *
180  * This is called once we've finished processing a direct I/O request,
181  * and is used to wake up callers waiting for direct I/O to be quiesced.
182  */
183 void inode_dio_done(struct inode *inode)
184 {
185         if (atomic_dec_and_test(&inode->i_dio_count))
186                 wake_up_bit(&inode->i_state, __I_DIO_WAKEUP);
187 }
188 EXPORT_SYMBOL_GPL(inode_dio_done);
189
190 /*
191  * How many pages are in the queue?
192  */
193 static inline unsigned dio_pages_present(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
194 {
195         return sdio->tail - sdio->head;
196 }
197
198 /*
199  * Go grab and pin some userspace pages.   Typically we'll get 64 at a time.
200  */
201 static int dio_refill_pages(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
202 {
203         int ret;
204         int nr_pages;
205
206         nr_pages = min(sdio->total_pages - sdio->curr_page, DIO_PAGES);
207         ret = get_user_pages_fast(
208                 sdio->curr_user_address,                /* Where from? */
209                 nr_pages,                       /* How many pages? */
210                 dio->rw == READ,                /* Write to memory? */
211                 &dio->pages[0]);                /* Put results here */
212
213         if (ret < 0 && sdio->blocks_available && (dio->rw & WRITE)) {
214                 struct page *page = ZERO_PAGE(0);
215                 /*
216                  * A memory fault, but the filesystem has some outstanding
217                  * mapped blocks.  We need to use those blocks up to avoid
218                  * leaking stale data in the file.
219                  */
220                 if (dio->page_errors == 0)
221                         dio->page_errors = ret;
222                 page_cache_get(page);
223                 dio->pages[0] = page;
224                 sdio->head = 0;
225                 sdio->tail = 1;
226                 ret = 0;
227                 goto out;
228         }
229
230         if (ret >= 0) {
231                 sdio->curr_user_address += ret * PAGE_SIZE;
232                 sdio->curr_page += ret;
233                 sdio->head = 0;
234                 sdio->tail = ret;
235                 ret = 0;
236         }
237 out:
238         return ret;     
239 }
240
241 /*
242  * Get another userspace page.  Returns an ERR_PTR on error.  Pages are
243  * buffered inside the dio so that we can call get_user_pages() against a
244  * decent number of pages, less frequently.  To provide nicer use of the
245  * L1 cache.
246  */
247 static struct page *dio_get_page(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
248 {
249         if (dio_pages_present(dio, sdio) == 0) {
250                 int ret;
251
252                 ret = dio_refill_pages(dio, sdio);
253                 if (ret)
254                         return ERR_PTR(ret);
255                 BUG_ON(dio_pages_present(dio, sdio) == 0);
256         }
257         return dio->pages[sdio->head++];
258 }
259
260 /**
261  * dio_complete() - called when all DIO BIO I/O has been completed
262  * @offset: the byte offset in the file of the completed operation
263  *
264  * This releases locks as dictated by the locking type, lets interested parties
265  * know that a DIO operation has completed, and calculates the resulting return
266  * code for the operation.
267  *
268  * It lets the filesystem know if it registered an interest earlier via
269  * get_block.  Pass the private field of the map buffer_head so that
270  * filesystems can use it to hold additional state between get_block calls and
271  * dio_complete.
272  */
273 static ssize_t dio_complete(struct dio *dio, loff_t offset, ssize_t ret, bool is_async)
274 {
275         ssize_t transferred = 0;
276
277         /*
278          * AIO submission can race with bio completion to get here while
279          * expecting to have the last io completed by bio completion.
280          * In that case -EIOCBQUEUED is in fact not an error we want
281          * to preserve through this call.
282          */
283         if (ret == -EIOCBQUEUED)
284                 ret = 0;
285
286         if (dio->result) {
287                 transferred = dio->result;
288
289                 /* Check for short read case */
290                 if ((dio->rw == READ) && ((offset + transferred) > dio->i_size))
291                         transferred = dio->i_size - offset;
292         }
293
294         if (ret == 0)
295                 ret = dio->page_errors;
296         if (ret == 0)
297                 ret = dio->io_error;
298         if (ret == 0)
299                 ret = transferred;
300
301         if (dio->end_io && dio->result) {
302                 dio->end_io(dio->iocb, offset, transferred,
303                             dio->map_bh.b_private, ret, is_async);
304         } else {
305                 if (is_async)
306                         aio_complete(dio->iocb, ret, 0);
307                 inode_dio_done(dio->inode);
308         }
309
310         return ret;
311 }
312
313 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio);
314 /*
315  * Asynchronous IO callback. 
316  */
317 static void dio_bio_end_aio(struct bio *bio, int error)
318 {
319         struct dio *dio = bio->bi_private;
320         unsigned long remaining;
321         unsigned long flags;
322
323         /* cleanup the bio */
324         dio_bio_complete(dio, bio);
325
326         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
327         remaining = --dio->refcount;
328         if (remaining == 1 && dio->waiter)
329                 wake_up_process(dio->waiter);
330         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
331
332         if (remaining == 0) {
333                 dio_complete(dio, dio->iocb->ki_pos, 0, true);
334                 kfree(dio);
335         }
336 }
337
338 /*
339  * The BIO completion handler simply queues the BIO up for the process-context
340  * handler.
341  *
342  * During I/O bi_private points at the dio.  After I/O, bi_private is used to
343  * implement a singly-linked list of completed BIOs, at dio->bio_list.
344  */
345 static void dio_bio_end_io(struct bio *bio, int error)
346 {
347         struct dio *dio = bio->bi_private;
348         unsigned long flags;
349
350         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
351         bio->bi_private = dio->bio_list;
352         dio->bio_list = bio;
353         if (--dio->refcount == 1 && dio->waiter)
354                 wake_up_process(dio->waiter);
355         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
356 }
357
358 /**
359  * dio_end_io - handle the end io action for the given bio
360  * @bio: The direct io bio thats being completed
361  * @error: Error if there was one
362  *
363  * This is meant to be called by any filesystem that uses their own dio_submit_t
364  * so that the DIO specific endio actions are dealt with after the filesystem
365  * has done it's completion work.
366  */
367 void dio_end_io(struct bio *bio, int error)
368 {
369         struct dio *dio = bio->bi_private;
370
371         if (dio->is_async)
372                 dio_bio_end_aio(bio, error);
373         else
374                 dio_bio_end_io(bio, error);
375 }
376 EXPORT_SYMBOL_GPL(dio_end_io);
377
378 static void
379 dio_bio_alloc(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
380               struct block_device *bdev,
381               sector_t first_sector, int nr_vecs)
382 {
383         struct bio *bio;
384
385         /*
386          * bio_alloc() is guaranteed to return a bio when called with
387          * __GFP_WAIT and we request a valid number of vectors.
388          */
389         bio = bio_alloc(GFP_KERNEL, nr_vecs);
390
391         bio->bi_bdev = bdev;
392         bio->bi_sector = first_sector;
393         if (dio->is_async)
394                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_aio;
395         else
396                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_io;
397
398         sdio->bio = bio;
399         sdio->logical_offset_in_bio = sdio->cur_page_fs_offset;
400 }
401
402 /*
403  * In the AIO read case we speculatively dirty the pages before starting IO.
404  * During IO completion, any of these pages which happen to have been written
405  * back will be redirtied by bio_check_pages_dirty().
406  *
407  * bios hold a dio reference between submit_bio and ->end_io.
408  */
409 static void dio_bio_submit(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
410 {
411         struct bio *bio = sdio->bio;
412         unsigned long flags;
413
414         bio->bi_private = dio;
415
416         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
417         dio->refcount++;
418         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
419
420         if (dio->is_async && dio->rw == READ)
421                 bio_set_pages_dirty(bio);
422
423         if (sdio->submit_io)
424                 sdio->submit_io(dio->rw, bio, dio->inode,
425                                sdio->logical_offset_in_bio);
426         else
427                 submit_bio(dio->rw, bio);
428
429         sdio->bio = NULL;
430         sdio->boundary = 0;
431         sdio->logical_offset_in_bio = 0;
432 }
433
434 /*
435  * Release any resources in case of a failure
436  */
437 static void dio_cleanup(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
438 {
439         while (dio_pages_present(dio, sdio))
440                 page_cache_release(dio_get_page(dio, sdio));
441 }
442
443 /*
444  * Wait for the next BIO to complete.  Remove it and return it.  NULL is
445  * returned once all BIOs have been completed.  This must only be called once
446  * all bios have been issued so that dio->refcount can only decrease.  This
447  * requires that that the caller hold a reference on the dio.
448  */
449 static struct bio *dio_await_one(struct dio *dio)
450 {
451         unsigned long flags;
452         struct bio *bio = NULL;
453
454         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
455
456         /*
457          * Wait as long as the list is empty and there are bios in flight.  bio
458          * completion drops the count, maybe adds to the list, and wakes while
459          * holding the bio_lock so we don't need set_current_state()'s barrier
460          * and can call it after testing our condition.
461          */
462         while (dio->refcount > 1 && dio->bio_list == NULL) {
463                 __set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
464                 dio->waiter = current;
465                 spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
466                 io_schedule();
467                 /* wake up sets us TASK_RUNNING */
468                 spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
469                 dio->waiter = NULL;
470         }
471         if (dio->bio_list) {
472                 bio = dio->bio_list;
473                 dio->bio_list = bio->bi_private;
474         }
475         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
476         return bio;
477 }
478
479 /*
480  * Process one completed BIO.  No locks are held.
481  */
482 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio)
483 {
484         const int uptodate = test_bit(BIO_UPTODATE, &bio->bi_flags);
485         struct bio_vec *bvec = bio->bi_io_vec;
486         int page_no;
487
488         if (!uptodate)
489                 dio->io_error = -EIO;
490
491         if (dio->is_async && dio->rw == READ) {
492                 bio_check_pages_dirty(bio);     /* transfers ownership */
493         } else {
494                 for (page_no = 0; page_no < bio->bi_vcnt; page_no++) {
495                         struct page *page = bvec[page_no].bv_page;
496
497                         if (dio->rw == READ && !PageCompound(page))
498                                 set_page_dirty_lock(page);
499                         page_cache_release(page);
500                 }
501                 bio_put(bio);
502         }
503         return uptodate ? 0 : -EIO;
504 }
505
506 /*
507  * Wait on and process all in-flight BIOs.  This must only be called once
508  * all bios have been issued so that the refcount can only decrease.
509  * This just waits for all bios to make it through dio_bio_complete.  IO
510  * errors are propagated through dio->io_error and should be propagated via
511  * dio_complete().
512  */
513 static void dio_await_completion(struct dio *dio)
514 {
515         struct bio *bio;
516         do {
517                 bio = dio_await_one(dio);
518                 if (bio)
519                         dio_bio_complete(dio, bio);
520         } while (bio);
521 }
522
523 /*
524  * A really large O_DIRECT read or write can generate a lot of BIOs.  So
525  * to keep the memory consumption sane we periodically reap any completed BIOs
526  * during the BIO generation phase.
527  *
528  * This also helps to limit the peak amount of pinned userspace memory.
529  */
530 static int dio_bio_reap(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
531 {
532         int ret = 0;
533
534         if (sdio->reap_counter++ >= 64) {
535                 while (dio->bio_list) {
536                         unsigned long flags;
537                         struct bio *bio;
538                         int ret2;
539
540                         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
541                         bio = dio->bio_list;
542                         dio->bio_list = bio->bi_private;
543                         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
544                         ret2 = dio_bio_complete(dio, bio);
545                         if (ret == 0)
546                                 ret = ret2;
547                 }
548                 sdio->reap_counter = 0;
549         }
550         return ret;
551 }
552
553 /*
554  * Call into the fs to map some more disk blocks.  We record the current number
555  * of available blocks at sdio->blocks_available.  These are in units of the
556  * fs blocksize, (1 << inode->i_blkbits).
557  *
558  * The fs is allowed to map lots of blocks at once.  If it wants to do that,
559  * it uses the passed inode-relative block number as the file offset, as usual.
560  *
561  * get_block() is passed the number of i_blkbits-sized blocks which direct_io
562  * has remaining to do.  The fs should not map more than this number of blocks.
563  *
564  * If the fs has mapped a lot of blocks, it should populate bh->b_size to
565  * indicate how much contiguous disk space has been made available at
566  * bh->b_blocknr.
567  *
568  * If *any* of the mapped blocks are new, then the fs must set buffer_new().
569  * This isn't very efficient...
570  *
571  * In the case of filesystem holes: the fs may return an arbitrarily-large
572  * hole by returning an appropriate value in b_size and by clearing
573  * buffer_mapped().  However the direct-io code will only process holes one
574  * block at a time - it will repeatedly call get_block() as it walks the hole.
575  */
576 static int get_more_blocks(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
577 {
578         int ret;
579         struct buffer_head *map_bh = &dio->map_bh;
580         sector_t fs_startblk;   /* Into file, in filesystem-sized blocks */
581         sector_t fs_endblk;     /* Into file, in filesystem-sized blocks */
582         unsigned long fs_count; /* Number of filesystem-sized blocks */
583         int create;
584
585         /*
586          * If there was a memory error and we've overwritten all the
587          * mapped blocks then we can now return that memory error
588          */
589         ret = dio->page_errors;
590         if (ret == 0) {
591                 BUG_ON(sdio->block_in_file >= sdio->final_block_in_request);
592                 fs_startblk = sdio->block_in_file >> sdio->blkfactor;
593                 fs_endblk = (sdio->final_block_in_request-1) >> sdio->blkfactor;
594                 fs_count = fs_endblk - fs_startblk + 1;
595
596                 map_bh->b_state = 0;
597                 map_bh->b_size = fs_count << dio->inode->i_blkbits;
598
599                 /*
600                  * For writes inside i_size on a DIO_SKIP_HOLES filesystem we
601                  * forbid block creations: only overwrites are permitted.
602                  * We will return early to the caller once we see an
603                  * unmapped buffer head returned, and the caller will fall
604                  * back to buffered I/O.
605                  *
606                  * Otherwise the decision is left to the get_blocks method,
607                  * which may decide to handle it or also return an unmapped
608                  * buffer head.
609                  */
610                 create = dio->rw & WRITE;
611                 if (dio->flags & DIO_SKIP_HOLES) {
612                         if (sdio->block_in_file < (i_size_read(dio->inode) >>
613                                                         sdio->blkbits))
614                                 create = 0;
615                 }
616
617                 ret = (*sdio->get_block)(dio->inode, fs_startblk,
618                                                 map_bh, create);
619         }
620         return ret;
621 }
622
623 /*
624  * There is no bio.  Make one now.
625  */
626 static int dio_new_bio(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
627                        sector_t start_sector)
628 {
629         sector_t sector;
630         int ret, nr_pages;
631
632         ret = dio_bio_reap(dio, sdio);
633         if (ret)
634                 goto out;
635         sector = start_sector << (sdio->blkbits - 9);
636         nr_pages = min(sdio->pages_in_io, bio_get_nr_vecs(dio->map_bh.b_bdev));
637         nr_pages = min(nr_pages, BIO_MAX_PAGES);
638         BUG_ON(nr_pages <= 0);
639         dio_bio_alloc(dio, sdio, dio->map_bh.b_bdev, sector, nr_pages);
640         sdio->boundary = 0;
641 out:
642         return ret;
643 }
644
645 /*
646  * Attempt to put the current chunk of 'cur_page' into the current BIO.  If
647  * that was successful then update final_block_in_bio and take a ref against
648  * the just-added page.
649  *
650  * Return zero on success.  Non-zero means the caller needs to start a new BIO.
651  */
652 static int dio_bio_add_page(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
653 {
654         int ret;
655
656         ret = bio_add_page(sdio->bio, sdio->cur_page,
657                         sdio->cur_page_len, sdio->cur_page_offset);
658         if (ret == sdio->cur_page_len) {
659                 /*
660                  * Decrement count only, if we are done with this page
661                  */
662                 if ((sdio->cur_page_len + sdio->cur_page_offset) == PAGE_SIZE)
663                         sdio->pages_in_io--;
664                 page_cache_get(sdio->cur_page);
665                 sdio->final_block_in_bio = sdio->cur_page_block +
666                         (sdio->cur_page_len >> sdio->blkbits);
667                 ret = 0;
668         } else {
669                 ret = 1;
670         }
671         return ret;
672 }
673                 
674 /*
675  * Put cur_page under IO.  The section of cur_page which is described by
676  * cur_page_offset,cur_page_len is put into a BIO.  The section of cur_page
677  * starts on-disk at cur_page_block.
678  *
679  * We take a ref against the page here (on behalf of its presence in the bio).
680  *
681  * The caller of this function is responsible for removing cur_page from the
682  * dio, and for dropping the refcount which came from that presence.
683  */
684 static int dio_send_cur_page(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
685 {
686         int ret = 0;
687
688         if (sdio->bio) {
689                 loff_t cur_offset = sdio->cur_page_fs_offset;
690                 loff_t bio_next_offset = sdio->logical_offset_in_bio +
691                         sdio->bio->bi_size;
692
693                 /*
694                  * See whether this new request is contiguous with the old.
695                  *
696                  * Btrfs cannot handle having logically non-contiguous requests
697                  * submitted.  For example if you have
698                  *
699                  * Logical:  [0-4095][HOLE][8192-12287]
700                  * Physical: [0-4095]      [4096-8191]
701                  *
702                  * We cannot submit those pages together as one BIO.  So if our
703                  * current logical offset in the file does not equal what would
704                  * be the next logical offset in the bio, submit the bio we
705                  * have.
706                  */
707                 if (sdio->final_block_in_bio != sdio->cur_page_block ||
708                     cur_offset != bio_next_offset)
709                         dio_bio_submit(dio, sdio);
710                 /*
711                  * Submit now if the underlying fs is about to perform a
712                  * metadata read
713                  */
714                 else if (sdio->boundary)
715                         dio_bio_submit(dio, sdio);
716         }
717
718         if (sdio->bio == NULL) {
719                 ret = dio_new_bio(dio, sdio, sdio->cur_page_block);
720                 if (ret)
721                         goto out;
722         }
723
724         if (dio_bio_add_page(dio, sdio) != 0) {
725                 dio_bio_submit(dio, sdio);
726                 ret = dio_new_bio(dio, sdio, sdio->cur_page_block);
727                 if (ret == 0) {
728                         ret = dio_bio_add_page(dio, sdio);
729                         BUG_ON(ret != 0);
730                 }
731         }
732 out:
733         return ret;
734 }
735
736 /*
737  * An autonomous function to put a chunk of a page under deferred IO.
738  *
739  * The caller doesn't actually know (or care) whether this piece of page is in
740  * a BIO, or is under IO or whatever.  We just take care of all possible 
741  * situations here.  The separation between the logic of do_direct_IO() and
742  * that of submit_page_section() is important for clarity.  Please don't break.
743  *
744  * The chunk of page starts on-disk at blocknr.
745  *
746  * We perform deferred IO, by recording the last-submitted page inside our
747  * private part of the dio structure.  If possible, we just expand the IO
748  * across that page here.
749  *
750  * If that doesn't work out then we put the old page into the bio and add this
751  * page to the dio instead.
752  */
753 static int
754 submit_page_section(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio, struct page *page,
755                 unsigned offset, unsigned len, sector_t blocknr)
756 {
757         int ret = 0;
758
759         if (dio->rw & WRITE) {
760                 /*
761                  * Read accounting is performed in submit_bio()
762                  */
763                 task_io_account_write(len);
764         }
765
766         /*
767          * Can we just grow the current page's presence in the dio?
768          */
769         if ((sdio->cur_page == page) &&
770                 (sdio->cur_page_offset + sdio->cur_page_len == offset) &&
771                 (sdio->cur_page_block +
772                         (sdio->cur_page_len >> sdio->blkbits) == blocknr)) {
773                 sdio->cur_page_len += len;
774
775                 /*
776                  * If sdio->boundary then we want to schedule the IO now to
777                  * avoid metadata seeks.
778                  */
779                 if (sdio->boundary) {
780                         ret = dio_send_cur_page(dio, sdio);
781                         page_cache_release(sdio->cur_page);
782                         sdio->cur_page = NULL;
783                 }
784                 goto out;
785         }
786
787         /*
788          * If there's a deferred page already there then send it.
789          */
790         if (sdio->cur_page) {
791                 ret = dio_send_cur_page(dio, sdio);
792                 page_cache_release(sdio->cur_page);
793                 sdio->cur_page = NULL;
794                 if (ret)
795                         goto out;
796         }
797
798         page_cache_get(page);           /* It is in dio */
799         sdio->cur_page = page;
800         sdio->cur_page_offset = offset;
801         sdio->cur_page_len = len;
802         sdio->cur_page_block = blocknr;
803         sdio->cur_page_fs_offset = sdio->block_in_file << sdio->blkbits;
804 out:
805         return ret;
806 }
807
808 /*
809  * Clean any dirty buffers in the blockdev mapping which alias newly-created
810  * file blocks.  Only called for S_ISREG files - blockdevs do not set
811  * buffer_new
812  */
813 static void clean_blockdev_aliases(struct dio *dio)
814 {
815         unsigned i;
816         unsigned nblocks;
817
818         nblocks = dio->map_bh.b_size >> dio->inode->i_blkbits;
819
820         for (i = 0; i < nblocks; i++) {
821                 unmap_underlying_metadata(dio->map_bh.b_bdev,
822                                         dio->map_bh.b_blocknr + i);
823         }
824 }
825
826 /*
827  * If we are not writing the entire block and get_block() allocated
828  * the block for us, we need to fill-in the unused portion of the
829  * block with zeros. This happens only if user-buffer, fileoffset or
830  * io length is not filesystem block-size multiple.
831  *
832  * `end' is zero if we're doing the start of the IO, 1 at the end of the
833  * IO.
834  */
835 static void dio_zero_block(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio, int end)
836 {
837         unsigned dio_blocks_per_fs_block;
838         unsigned this_chunk_blocks;     /* In dio_blocks */
839         unsigned this_chunk_bytes;
840         struct page *page;
841
842         sdio->start_zero_done = 1;
843         if (!sdio->blkfactor || !buffer_new(&dio->map_bh))
844                 return;
845
846         dio_blocks_per_fs_block = 1 << sdio->blkfactor;
847         this_chunk_blocks = sdio->block_in_file & (dio_blocks_per_fs_block - 1);
848
849         if (!this_chunk_blocks)
850                 return;
851
852         /*
853          * We need to zero out part of an fs block.  It is either at the
854          * beginning or the end of the fs block.
855          */
856         if (end) 
857                 this_chunk_blocks = dio_blocks_per_fs_block - this_chunk_blocks;
858
859         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << sdio->blkbits;
860
861         page = ZERO_PAGE(0);
862         if (submit_page_section(dio, sdio, page, 0, this_chunk_bytes,
863                                 sdio->next_block_for_io))
864                 return;
865
866         sdio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
867 }
868
869 /*
870  * Walk the user pages, and the file, mapping blocks to disk and generating
871  * a sequence of (page,offset,len,block) mappings.  These mappings are injected
872  * into submit_page_section(), which takes care of the next stage of submission
873  *
874  * Direct IO against a blockdev is different from a file.  Because we can
875  * happily perform page-sized but 512-byte aligned IOs.  It is important that
876  * blockdev IO be able to have fine alignment and large sizes.
877  *
878  * So what we do is to permit the ->get_block function to populate bh.b_size
879  * with the size of IO which is permitted at this offset and this i_blkbits.
880  *
881  * For best results, the blockdev should be set up with 512-byte i_blkbits and
882  * it should set b_size to PAGE_SIZE or more inside get_block().  This gives
883  * fine alignment but still allows this function to work in PAGE_SIZE units.
884  */
885 static int do_direct_IO(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
886 {
887         const unsigned blkbits = sdio->blkbits;
888         const unsigned blocks_per_page = PAGE_SIZE >> blkbits;
889         struct page *page;
890         unsigned block_in_page;
891         struct buffer_head *map_bh = &dio->map_bh;
892         int ret = 0;
893
894         /* The I/O can start at any block offset within the first page */
895         block_in_page = sdio->first_block_in_page;
896
897         while (sdio->block_in_file < sdio->final_block_in_request) {
898                 page = dio_get_page(dio, sdio);
899                 if (IS_ERR(page)) {
900                         ret = PTR_ERR(page);
901                         goto out;
902                 }
903
904                 while (block_in_page < blocks_per_page) {
905                         unsigned offset_in_page = block_in_page << blkbits;
906                         unsigned this_chunk_bytes;      /* # of bytes mapped */
907                         unsigned this_chunk_blocks;     /* # of blocks */
908                         unsigned u;
909
910                         if (sdio->blocks_available == 0) {
911                                 /*
912                                  * Need to go and map some more disk
913                                  */
914                                 unsigned long blkmask;
915                                 unsigned long dio_remainder;
916
917                                 ret = get_more_blocks(dio, sdio);
918                                 if (ret) {
919                                         page_cache_release(page);
920                                         goto out;
921                                 }
922                                 if (!buffer_mapped(map_bh))
923                                         goto do_holes;
924
925                                 sdio->blocks_available =
926                                                 map_bh->b_size >> sdio->blkbits;
927                                 sdio->next_block_for_io =
928                                         map_bh->b_blocknr << sdio->blkfactor;
929                                 if (buffer_new(map_bh))
930                                         clean_blockdev_aliases(dio);
931
932                                 if (!sdio->blkfactor)
933                                         goto do_holes;
934
935                                 blkmask = (1 << sdio->blkfactor) - 1;
936                                 dio_remainder = (sdio->block_in_file & blkmask);
937
938                                 /*
939                                  * If we are at the start of IO and that IO
940                                  * starts partway into a fs-block,
941                                  * dio_remainder will be non-zero.  If the IO
942                                  * is a read then we can simply advance the IO
943                                  * cursor to the first block which is to be
944                                  * read.  But if the IO is a write and the
945                                  * block was newly allocated we cannot do that;
946                                  * the start of the fs block must be zeroed out
947                                  * on-disk
948                                  */
949                                 if (!buffer_new(map_bh))
950                                         sdio->next_block_for_io += dio_remainder;
951                                 sdio->blocks_available -= dio_remainder;
952                         }
953 do_holes:
954                         /* Handle holes */
955                         if (!buffer_mapped(map_bh)) {
956                                 loff_t i_size_aligned;
957
958                                 /* AKPM: eargh, -ENOTBLK is a hack */
959                                 if (dio->rw & WRITE) {
960                                         page_cache_release(page);
961                                         return -ENOTBLK;
962                                 }
963
964                                 /*
965                                  * Be sure to account for a partial block as the
966                                  * last block in the file
967                                  */
968                                 i_size_aligned = ALIGN(i_size_read(dio->inode),
969                                                         1 << blkbits);
970                                 if (sdio->block_in_file >=
971                                                 i_size_aligned >> blkbits) {
972                                         /* We hit eof */
973                                         page_cache_release(page);
974                                         goto out;
975                                 }
976                                 zero_user(page, block_in_page << blkbits,
977                                                 1 << blkbits);
978                                 sdio->block_in_file++;
979                                 block_in_page++;
980                                 goto next_block;
981                         }
982
983                         /*
984                          * If we're performing IO which has an alignment which
985                          * is finer than the underlying fs, go check to see if
986                          * we must zero out the start of this block.
987                          */
988                         if (unlikely(sdio->blkfactor && !sdio->start_zero_done))
989                                 dio_zero_block(dio, sdio, 0);
990
991                         /*
992                          * Work out, in this_chunk_blocks, how much disk we
993                          * can add to this page
994                          */
995                         this_chunk_blocks = sdio->blocks_available;
996                         u = (PAGE_SIZE - offset_in_page) >> blkbits;
997                         if (this_chunk_blocks > u)
998                                 this_chunk_blocks = u;
999                         u = sdio->final_block_in_request - sdio->block_in_file;
1000                         if (this_chunk_blocks > u)
1001                                 this_chunk_blocks = u;
1002                         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << blkbits;
1003                         BUG_ON(this_chunk_bytes == 0);
1004
1005                         sdio->boundary = buffer_boundary(map_bh);
1006                         ret = submit_page_section(dio, sdio, page, offset_in_page,
1007                                 this_chunk_bytes, sdio->next_block_for_io);
1008                         if (ret) {
1009                                 page_cache_release(page);
1010                                 goto out;
1011                         }
1012                         sdio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
1013
1014                         sdio->block_in_file += this_chunk_blocks;
1015                         block_in_page += this_chunk_blocks;
1016                         sdio->blocks_available -= this_chunk_blocks;
1017 next_block:
1018                         BUG_ON(sdio->block_in_file > sdio->final_block_in_request);
1019                         if (sdio->block_in_file == sdio->final_block_in_request)
1020                                 break;
1021                 }
1022
1023                 /* Drop the ref which was taken in get_user_pages() */
1024                 page_cache_release(page);
1025                 block_in_page = 0;
1026         }
1027 out:
1028         return ret;
1029 }
1030
1031 static ssize_t
1032 direct_io_worker(int rw, struct kiocb *iocb, struct inode *inode, 
1033         const struct iovec *iov, loff_t offset, unsigned long nr_segs, 
1034         unsigned blkbits, get_block_t get_block, dio_iodone_t end_io,
1035         dio_submit_t submit_io, struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
1036 {
1037         unsigned long user_addr; 
1038         unsigned long flags;
1039         int seg;
1040         ssize_t ret = 0;
1041         ssize_t ret2;
1042         size_t bytes;
1043
1044         dio->inode = inode;
1045         dio->rw = rw;
1046         sdio->blkbits = blkbits;
1047         sdio->blkfactor = inode->i_blkbits - blkbits;
1048         sdio->block_in_file = offset >> blkbits;
1049
1050         sdio->get_block = get_block;
1051         dio->end_io = end_io;
1052         sdio->submit_io = submit_io;
1053         sdio->final_block_in_bio = -1;
1054         sdio->next_block_for_io = -1;
1055
1056         dio->iocb = iocb;
1057         dio->i_size = i_size_read(inode);
1058
1059         spin_lock_init(&dio->bio_lock);
1060         dio->refcount = 1;
1061
1062         /*
1063          * In case of non-aligned buffers, we may need 2 more
1064          * pages since we need to zero out first and last block.
1065          */
1066         if (unlikely(sdio->blkfactor))
1067                 sdio->pages_in_io = 2;
1068
1069         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
1070                 user_addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
1071                 sdio->pages_in_io +=
1072                         ((user_addr+iov[seg].iov_len +PAGE_SIZE-1)/PAGE_SIZE
1073                                 - user_addr/PAGE_SIZE);
1074         }
1075
1076         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
1077                 user_addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
1078                 sdio->size += bytes = iov[seg].iov_len;
1079
1080                 /* Index into the first page of the first block */
1081                 sdio->first_block_in_page = (user_addr & ~PAGE_MASK) >> blkbits;
1082                 sdio->final_block_in_request = sdio->block_in_file +
1083                                                 (bytes >> blkbits);
1084                 /* Page fetching state */
1085                 sdio->head = 0;
1086                 sdio->tail = 0;
1087                 sdio->curr_page = 0;
1088
1089                 sdio->total_pages = 0;
1090                 if (user_addr & (PAGE_SIZE-1)) {
1091                         sdio->total_pages++;
1092                         bytes -= PAGE_SIZE - (user_addr & (PAGE_SIZE - 1));
1093                 }
1094                 sdio->total_pages += (bytes + PAGE_SIZE - 1) / PAGE_SIZE;
1095                 sdio->curr_user_address = user_addr;
1096         
1097                 ret = do_direct_IO(dio, sdio);
1098
1099                 dio->result += iov[seg].iov_len -
1100                         ((sdio->final_block_in_request - sdio->block_in_file) <<
1101                                         blkbits);
1102
1103                 if (ret) {
1104                         dio_cleanup(dio, sdio);
1105                         break;
1106                 }
1107         } /* end iovec loop */
1108
1109         if (ret == -ENOTBLK) {
1110                 /*
1111                  * The remaining part of the request will be
1112                  * be handled by buffered I/O when we return
1113                  */
1114                 ret = 0;
1115         }
1116         /*
1117          * There may be some unwritten disk at the end of a part-written
1118          * fs-block-sized block.  Go zero that now.
1119          */
1120         dio_zero_block(dio, sdio, 1);
1121
1122         if (sdio->cur_page) {
1123                 ret2 = dio_send_cur_page(dio, sdio);
1124                 if (ret == 0)
1125                         ret = ret2;
1126                 page_cache_release(sdio->cur_page);
1127                 sdio->cur_page = NULL;
1128         }
1129         if (sdio->bio)
1130                 dio_bio_submit(dio, sdio);
1131
1132         /*
1133          * It is possible that, we return short IO due to end of file.
1134          * In that case, we need to release all the pages we got hold on.
1135          */
1136         dio_cleanup(dio, sdio);
1137
1138         /*
1139          * All block lookups have been performed. For READ requests
1140          * we can let i_mutex go now that its achieved its purpose
1141          * of protecting us from looking up uninitialized blocks.
1142          */
1143         if (rw == READ && (dio->flags & DIO_LOCKING))
1144                 mutex_unlock(&dio->inode->i_mutex);
1145
1146         /*
1147          * The only time we want to leave bios in flight is when a successful
1148          * partial aio read or full aio write have been setup.  In that case
1149          * bio completion will call aio_complete.  The only time it's safe to
1150          * call aio_complete is when we return -EIOCBQUEUED, so we key on that.
1151          * This had *better* be the only place that raises -EIOCBQUEUED.
1152          */
1153         BUG_ON(ret == -EIOCBQUEUED);
1154         if (dio->is_async && ret == 0 && dio->result &&
1155             ((rw & READ) || (dio->result == sdio->size)))
1156                 ret = -EIOCBQUEUED;
1157
1158         if (ret != -EIOCBQUEUED)
1159                 dio_await_completion(dio);
1160
1161         /*
1162          * Sync will always be dropping the final ref and completing the
1163          * operation.  AIO can if it was a broken operation described above or
1164          * in fact if all the bios race to complete before we get here.  In
1165          * that case dio_complete() translates the EIOCBQUEUED into the proper
1166          * return code that the caller will hand to aio_complete().
1167          *
1168          * This is managed by the bio_lock instead of being an atomic_t so that
1169          * completion paths can drop their ref and use the remaining count to
1170          * decide to wake the submission path atomically.
1171          */
1172         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
1173         ret2 = --dio->refcount;
1174         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
1175
1176         if (ret2 == 0) {
1177                 ret = dio_complete(dio, offset, ret, false);
1178                 kfree(dio);
1179         } else
1180                 BUG_ON(ret != -EIOCBQUEUED);
1181
1182         return ret;
1183 }
1184
1185 /*
1186  * This is a library function for use by filesystem drivers.
1187  *
1188  * The locking rules are governed by the flags parameter:
1189  *  - if the flags value contains DIO_LOCKING we use a fancy locking
1190  *    scheme for dumb filesystems.
1191  *    For writes this function is called under i_mutex and returns with
1192  *    i_mutex held, for reads, i_mutex is not held on entry, but it is
1193  *    taken and dropped again before returning.
1194  *  - if the flags value does NOT contain DIO_LOCKING we don't use any
1195  *    internal locking but rather rely on the filesystem to synchronize
1196  *    direct I/O reads/writes versus each other and truncate.
1197  *
1198  * To help with locking against truncate we incremented the i_dio_count
1199  * counter before starting direct I/O, and decrement it once we are done.
1200  * Truncate can wait for it to reach zero to provide exclusion.  It is
1201  * expected that filesystem provide exclusion between new direct I/O
1202  * and truncates.  For DIO_LOCKING filesystems this is done by i_mutex,
1203  * but other filesystems need to take care of this on their own.
1204  */
1205 ssize_t
1206 __blockdev_direct_IO(int rw, struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
1207         struct block_device *bdev, const struct iovec *iov, loff_t offset, 
1208         unsigned long nr_segs, get_block_t get_block, dio_iodone_t end_io,
1209         dio_submit_t submit_io, int flags)
1210 {
1211         int seg;
1212         size_t size;
1213         unsigned long addr;
1214         unsigned blkbits = inode->i_blkbits;
1215         unsigned bdev_blkbits = 0;
1216         unsigned blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1217         ssize_t retval = -EINVAL;
1218         loff_t end = offset;
1219         struct dio *dio;
1220         struct dio_submit sdio = { 0, };
1221
1222         if (rw & WRITE)
1223                 rw = WRITE_ODIRECT;
1224
1225         if (bdev)
1226                 bdev_blkbits = blksize_bits(bdev_logical_block_size(bdev));
1227
1228         if (offset & blocksize_mask) {
1229                 if (bdev)
1230                          blkbits = bdev_blkbits;
1231                 blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1232                 if (offset & blocksize_mask)
1233                         goto out;
1234         }
1235
1236         /* Check the memory alignment.  Blocks cannot straddle pages */
1237         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
1238                 addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
1239                 size = iov[seg].iov_len;
1240                 end += size;
1241                 if ((addr & blocksize_mask) || (size & blocksize_mask))  {
1242                         if (bdev)
1243                                  blkbits = bdev_blkbits;
1244                         blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1245                         if ((addr & blocksize_mask) || (size & blocksize_mask))  
1246                                 goto out;
1247                 }
1248         }
1249
1250         /* watch out for a 0 len io from a tricksy fs */
1251         if (rw == READ && end == offset)
1252                 return 0;
1253
1254         dio = kmalloc(sizeof(*dio), GFP_KERNEL);
1255         retval = -ENOMEM;
1256         if (!dio)
1257                 goto out;
1258         /*
1259          * Believe it or not, zeroing out the page array caused a .5%
1260          * performance regression in a database benchmark.  So, we take
1261          * care to only zero out what's needed.
1262          */
1263         memset(dio, 0, offsetof(struct dio, pages));
1264
1265         dio->flags = flags;
1266         if (dio->flags & DIO_LOCKING) {
1267                 if (rw == READ) {
1268                         struct address_space *mapping =
1269                                         iocb->ki_filp->f_mapping;
1270
1271                         /* will be released by direct_io_worker */
1272                         mutex_lock(&inode->i_mutex);
1273
1274                         retval = filemap_write_and_wait_range(mapping, offset,
1275                                                               end - 1);
1276                         if (retval) {
1277                                 mutex_unlock(&inode->i_mutex);
1278                                 kfree(dio);
1279                                 goto out;
1280                         }
1281                 }
1282         }
1283
1284         /*
1285          * Will be decremented at I/O completion time.
1286          */
1287         atomic_inc(&inode->i_dio_count);
1288
1289         /*
1290          * For file extending writes updating i_size before data
1291          * writeouts complete can expose uninitialized blocks. So
1292          * even for AIO, we need to wait for i/o to complete before
1293          * returning in this case.
1294          */
1295         dio->is_async = !is_sync_kiocb(iocb) && !((rw & WRITE) &&
1296                 (end > i_size_read(inode)));
1297
1298         retval = direct_io_worker(rw, iocb, inode, iov, offset,
1299                                 nr_segs, blkbits, get_block, end_io,
1300                                   submit_io, dio, &sdio);
1301
1302 out:
1303         return retval;
1304 }
1305 EXPORT_SYMBOL(__blockdev_direct_IO);