]> git.karo-electronics.de Git - karo-tx-linux.git/blob - fs/direct-io.c
block: prep work for batch completion
[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 #include <linux/prefetch.h>
40 #include <linux/aio.h>
41
42 /*
43  * How many user pages to map in one call to get_user_pages().  This determines
44  * the size of a structure in the slab cache
45  */
46 #define DIO_PAGES       64
47
48 /*
49  * This code generally works in units of "dio_blocks".  A dio_block is
50  * somewhere between the hard sector size and the filesystem block size.  it
51  * is determined on a per-invocation basis.   When talking to the filesystem
52  * we need to convert dio_blocks to fs_blocks by scaling the dio_block quantity
53  * down by dio->blkfactor.  Similarly, fs-blocksize quantities are converted
54  * to bio_block quantities by shifting left by blkfactor.
55  *
56  * If blkfactor is zero then the user's request was aligned to the filesystem's
57  * blocksize.
58  */
59
60 /* dio_state only used in the submission path */
61
62 struct dio_submit {
63         struct bio *bio;                /* bio under assembly */
64         unsigned blkbits;               /* doesn't change */
65         unsigned blkfactor;             /* When we're using an alignment which
66                                            is finer than the filesystem's soft
67                                            blocksize, this specifies how much
68                                            finer.  blkfactor=2 means 1/4-block
69                                            alignment.  Does not change */
70         unsigned start_zero_done;       /* flag: sub-blocksize zeroing has
71                                            been performed at the start of a
72                                            write */
73         int pages_in_io;                /* approximate total IO pages */
74         size_t  size;                   /* total request size (doesn't change)*/
75         sector_t block_in_file;         /* Current offset into the underlying
76                                            file in dio_block units. */
77         unsigned blocks_available;      /* At block_in_file.  changes */
78         int reap_counter;               /* rate limit reaping */
79         sector_t final_block_in_request;/* doesn't change */
80         unsigned first_block_in_page;   /* doesn't change, Used only once */
81         int boundary;                   /* prev block is at a boundary */
82         get_block_t *get_block;         /* block mapping function */
83         dio_submit_t *submit_io;        /* IO submition function */
84
85         loff_t logical_offset_in_bio;   /* current first logical block in bio */
86         sector_t final_block_in_bio;    /* current final block in bio + 1 */
87         sector_t next_block_for_io;     /* next block to be put under IO,
88                                            in dio_blocks units */
89
90         /*
91          * Deferred addition of a page to the dio.  These variables are
92          * private to dio_send_cur_page(), submit_page_section() and
93          * dio_bio_add_page().
94          */
95         struct page *cur_page;          /* The page */
96         unsigned cur_page_offset;       /* Offset into it, in bytes */
97         unsigned cur_page_len;          /* Nr of bytes at cur_page_offset */
98         sector_t cur_page_block;        /* Where it starts */
99         loff_t cur_page_fs_offset;      /* Offset in file */
100
101         /*
102          * Page fetching state. These variables belong to dio_refill_pages().
103          */
104         int curr_page;                  /* changes */
105         int total_pages;                /* doesn't change */
106         unsigned long curr_user_address;/* changes */
107
108         /*
109          * Page queue.  These variables belong to dio_refill_pages() and
110          * dio_get_page().
111          */
112         unsigned head;                  /* next page to process */
113         unsigned tail;                  /* last valid page + 1 */
114 };
115
116 /* dio_state communicated between submission path and end_io */
117 struct dio {
118         int flags;                      /* doesn't change */
119         int rw;
120         struct inode *inode;
121         loff_t i_size;                  /* i_size when submitted */
122         dio_iodone_t *end_io;           /* IO completion function */
123
124         void *private;                  /* copy from map_bh.b_private */
125
126         /* BIO completion state */
127         spinlock_t bio_lock;            /* protects BIO fields below */
128         int page_errors;                /* errno from get_user_pages() */
129         int is_async;                   /* is IO async ? */
130         int io_error;                   /* IO error in completion path */
131         unsigned long refcount;         /* direct_io_worker() and bios */
132         struct bio *bio_list;           /* singly linked via bi_private */
133         struct task_struct *waiter;     /* waiting task (NULL if none) */
134
135         /* AIO related stuff */
136         struct kiocb *iocb;             /* kiocb */
137         ssize_t result;                 /* IO result */
138
139         /*
140          * pages[] (and any fields placed after it) are not zeroed out at
141          * allocation time.  Don't add new fields after pages[] unless you
142          * wish that they not be zeroed.
143          */
144         struct page *pages[DIO_PAGES];  /* page buffer */
145 } ____cacheline_aligned_in_smp;
146
147 static struct kmem_cache *dio_cache __read_mostly;
148
149 /*
150  * How many pages are in the queue?
151  */
152 static inline unsigned dio_pages_present(struct dio_submit *sdio)
153 {
154         return sdio->tail - sdio->head;
155 }
156
157 /*
158  * Go grab and pin some userspace pages.   Typically we'll get 64 at a time.
159  */
160 static inline int dio_refill_pages(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
161 {
162         int ret;
163         int nr_pages;
164
165         nr_pages = min(sdio->total_pages - sdio->curr_page, DIO_PAGES);
166         ret = get_user_pages_fast(
167                 sdio->curr_user_address,                /* Where from? */
168                 nr_pages,                       /* How many pages? */
169                 dio->rw == READ,                /* Write to memory? */
170                 &dio->pages[0]);                /* Put results here */
171
172         if (ret < 0 && sdio->blocks_available && (dio->rw & WRITE)) {
173                 struct page *page = ZERO_PAGE(0);
174                 /*
175                  * A memory fault, but the filesystem has some outstanding
176                  * mapped blocks.  We need to use those blocks up to avoid
177                  * leaking stale data in the file.
178                  */
179                 if (dio->page_errors == 0)
180                         dio->page_errors = ret;
181                 page_cache_get(page);
182                 dio->pages[0] = page;
183                 sdio->head = 0;
184                 sdio->tail = 1;
185                 ret = 0;
186                 goto out;
187         }
188
189         if (ret >= 0) {
190                 sdio->curr_user_address += ret * PAGE_SIZE;
191                 sdio->curr_page += ret;
192                 sdio->head = 0;
193                 sdio->tail = ret;
194                 ret = 0;
195         }
196 out:
197         return ret;     
198 }
199
200 /*
201  * Get another userspace page.  Returns an ERR_PTR on error.  Pages are
202  * buffered inside the dio so that we can call get_user_pages() against a
203  * decent number of pages, less frequently.  To provide nicer use of the
204  * L1 cache.
205  */
206 static inline struct page *dio_get_page(struct dio *dio,
207                 struct dio_submit *sdio)
208 {
209         if (dio_pages_present(sdio) == 0) {
210                 int ret;
211
212                 ret = dio_refill_pages(dio, sdio);
213                 if (ret)
214                         return ERR_PTR(ret);
215                 BUG_ON(dio_pages_present(sdio) == 0);
216         }
217         return dio->pages[sdio->head++];
218 }
219
220 /**
221  * dio_complete() - called when all DIO BIO I/O has been completed
222  * @offset: the byte offset in the file of the completed operation
223  *
224  * This releases locks as dictated by the locking type, lets interested parties
225  * know that a DIO operation has completed, and calculates the resulting return
226  * code for the operation.
227  *
228  * It lets the filesystem know if it registered an interest earlier via
229  * get_block.  Pass the private field of the map buffer_head so that
230  * filesystems can use it to hold additional state between get_block calls and
231  * dio_complete.
232  */
233 static ssize_t dio_complete(struct dio *dio, loff_t offset, ssize_t ret, bool is_async)
234 {
235         ssize_t transferred = 0;
236
237         /*
238          * AIO submission can race with bio completion to get here while
239          * expecting to have the last io completed by bio completion.
240          * In that case -EIOCBQUEUED is in fact not an error we want
241          * to preserve through this call.
242          */
243         if (ret == -EIOCBQUEUED)
244                 ret = 0;
245
246         if (dio->result) {
247                 transferred = dio->result;
248
249                 /* Check for short read case */
250                 if ((dio->rw == READ) && ((offset + transferred) > dio->i_size))
251                         transferred = dio->i_size - offset;
252         }
253
254         if (ret == 0)
255                 ret = dio->page_errors;
256         if (ret == 0)
257                 ret = dio->io_error;
258         if (ret == 0)
259                 ret = transferred;
260
261         if (dio->end_io && dio->result) {
262                 dio->end_io(dio->iocb, offset, transferred,
263                             dio->private, ret, is_async);
264         } else {
265                 inode_dio_done(dio->inode);
266                 if (is_async)
267                         aio_complete(dio->iocb, ret, 0);
268         }
269
270         return ret;
271 }
272
273 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio);
274 /*
275  * Asynchronous IO callback. 
276  */
277 static void dio_bio_end_aio(struct bio *bio, int error)
278 {
279         struct dio *dio = bio->bi_private;
280         unsigned long remaining;
281         unsigned long flags;
282
283         /* cleanup the bio */
284         dio_bio_complete(dio, bio);
285
286         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
287         remaining = --dio->refcount;
288         if (remaining == 1 && dio->waiter)
289                 wake_up_process(dio->waiter);
290         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
291
292         if (remaining == 0) {
293                 dio_complete(dio, dio->iocb->ki_pos, 0, true);
294                 kmem_cache_free(dio_cache, dio);
295         }
296 }
297
298 /*
299  * The BIO completion handler simply queues the BIO up for the process-context
300  * handler.
301  *
302  * During I/O bi_private points at the dio.  After I/O, bi_private is used to
303  * implement a singly-linked list of completed BIOs, at dio->bio_list.
304  */
305 static void dio_bio_end_io(struct bio *bio, int error)
306 {
307         struct dio *dio = bio->bi_private;
308         unsigned long flags;
309
310         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
311         bio->bi_private = dio->bio_list;
312         dio->bio_list = bio;
313         if (--dio->refcount == 1 && dio->waiter)
314                 wake_up_process(dio->waiter);
315         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
316 }
317
318 /**
319  * dio_end_io - handle the end io action for the given bio
320  * @bio: The direct io bio thats being completed
321  * @error: Error if there was one
322  *
323  * This is meant to be called by any filesystem that uses their own dio_submit_t
324  * so that the DIO specific endio actions are dealt with after the filesystem
325  * has done it's completion work.
326  */
327 void dio_end_io(struct bio *bio, int error, struct batch_complete *batch)
328 {
329         struct dio *dio = bio->bi_private;
330
331         if (dio->is_async)
332                 dio_bio_end_aio(bio, error, batch);
333         else
334                 dio_bio_end_io(bio, error);
335 }
336 EXPORT_SYMBOL_GPL(dio_end_io);
337
338 static inline void
339 dio_bio_alloc(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
340               struct block_device *bdev,
341               sector_t first_sector, int nr_vecs)
342 {
343         struct bio *bio;
344
345         /*
346          * bio_alloc() is guaranteed to return a bio when called with
347          * __GFP_WAIT and we request a valid number of vectors.
348          */
349         bio = bio_alloc(GFP_KERNEL, nr_vecs);
350
351         bio->bi_bdev = bdev;
352         bio->bi_sector = first_sector;
353         bio->bi_end_io = dio_end_io;
354
355         sdio->bio = bio;
356         sdio->logical_offset_in_bio = sdio->cur_page_fs_offset;
357 }
358
359 /*
360  * In the AIO read case we speculatively dirty the pages before starting IO.
361  * During IO completion, any of these pages which happen to have been written
362  * back will be redirtied by bio_check_pages_dirty().
363  *
364  * bios hold a dio reference between submit_bio and ->end_io.
365  */
366 static inline void dio_bio_submit(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
367 {
368         struct bio *bio = sdio->bio;
369         unsigned long flags;
370
371         bio->bi_private = dio;
372
373         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
374         dio->refcount++;
375         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
376
377         if (dio->is_async && dio->rw == READ)
378                 bio_set_pages_dirty(bio);
379
380         if (sdio->submit_io)
381                 sdio->submit_io(dio->rw, bio, dio->inode,
382                                sdio->logical_offset_in_bio);
383         else
384                 submit_bio(dio->rw, bio);
385
386         sdio->bio = NULL;
387         sdio->boundary = 0;
388         sdio->logical_offset_in_bio = 0;
389 }
390
391 /*
392  * Release any resources in case of a failure
393  */
394 static inline void dio_cleanup(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
395 {
396         while (dio_pages_present(sdio))
397                 page_cache_release(dio_get_page(dio, sdio));
398 }
399
400 /*
401  * Wait for the next BIO to complete.  Remove it and return it.  NULL is
402  * returned once all BIOs have been completed.  This must only be called once
403  * all bios have been issued so that dio->refcount can only decrease.  This
404  * requires that that the caller hold a reference on the dio.
405  */
406 static struct bio *dio_await_one(struct dio *dio)
407 {
408         unsigned long flags;
409         struct bio *bio = NULL;
410
411         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
412
413         /*
414          * Wait as long as the list is empty and there are bios in flight.  bio
415          * completion drops the count, maybe adds to the list, and wakes while
416          * holding the bio_lock so we don't need set_current_state()'s barrier
417          * and can call it after testing our condition.
418          */
419         while (dio->refcount > 1 && dio->bio_list == NULL) {
420                 __set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
421                 dio->waiter = current;
422                 spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
423                 io_schedule();
424                 /* wake up sets us TASK_RUNNING */
425                 spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
426                 dio->waiter = NULL;
427         }
428         if (dio->bio_list) {
429                 bio = dio->bio_list;
430                 dio->bio_list = bio->bi_private;
431         }
432         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
433         return bio;
434 }
435
436 /*
437  * Process one completed BIO.  No locks are held.
438  */
439 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio)
440 {
441         const int uptodate = test_bit(BIO_UPTODATE, &bio->bi_flags);
442         struct bio_vec *bvec;
443         unsigned i;
444
445         if (!uptodate)
446                 dio->io_error = -EIO;
447
448         if (dio->is_async && dio->rw == READ) {
449                 bio_check_pages_dirty(bio);     /* transfers ownership */
450         } else {
451                 bio_for_each_segment_all(bvec, bio, i) {
452                         struct page *page = bvec->bv_page;
453
454                         if (dio->rw == READ && !PageCompound(page))
455                                 set_page_dirty_lock(page);
456                         page_cache_release(page);
457                 }
458                 bio_put(bio);
459         }
460         return uptodate ? 0 : -EIO;
461 }
462
463 /*
464  * Wait on and process all in-flight BIOs.  This must only be called once
465  * all bios have been issued so that the refcount can only decrease.
466  * This just waits for all bios to make it through dio_bio_complete.  IO
467  * errors are propagated through dio->io_error and should be propagated via
468  * dio_complete().
469  */
470 static void dio_await_completion(struct dio *dio)
471 {
472         struct bio *bio;
473         do {
474                 bio = dio_await_one(dio);
475                 if (bio)
476                         dio_bio_complete(dio, bio);
477         } while (bio);
478 }
479
480 /*
481  * A really large O_DIRECT read or write can generate a lot of BIOs.  So
482  * to keep the memory consumption sane we periodically reap any completed BIOs
483  * during the BIO generation phase.
484  *
485  * This also helps to limit the peak amount of pinned userspace memory.
486  */
487 static inline int dio_bio_reap(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
488 {
489         int ret = 0;
490
491         if (sdio->reap_counter++ >= 64) {
492                 while (dio->bio_list) {
493                         unsigned long flags;
494                         struct bio *bio;
495                         int ret2;
496
497                         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
498                         bio = dio->bio_list;
499                         dio->bio_list = bio->bi_private;
500                         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
501                         ret2 = dio_bio_complete(dio, bio);
502                         if (ret == 0)
503                                 ret = ret2;
504                 }
505                 sdio->reap_counter = 0;
506         }
507         return ret;
508 }
509
510 /*
511  * Call into the fs to map some more disk blocks.  We record the current number
512  * of available blocks at sdio->blocks_available.  These are in units of the
513  * fs blocksize, (1 << inode->i_blkbits).
514  *
515  * The fs is allowed to map lots of blocks at once.  If it wants to do that,
516  * it uses the passed inode-relative block number as the file offset, as usual.
517  *
518  * get_block() is passed the number of i_blkbits-sized blocks which direct_io
519  * has remaining to do.  The fs should not map more than this number of blocks.
520  *
521  * If the fs has mapped a lot of blocks, it should populate bh->b_size to
522  * indicate how much contiguous disk space has been made available at
523  * bh->b_blocknr.
524  *
525  * If *any* of the mapped blocks are new, then the fs must set buffer_new().
526  * This isn't very efficient...
527  *
528  * In the case of filesystem holes: the fs may return an arbitrarily-large
529  * hole by returning an appropriate value in b_size and by clearing
530  * buffer_mapped().  However the direct-io code will only process holes one
531  * block at a time - it will repeatedly call get_block() as it walks the hole.
532  */
533 static int get_more_blocks(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
534                            struct buffer_head *map_bh)
535 {
536         int ret;
537         sector_t fs_startblk;   /* Into file, in filesystem-sized blocks */
538         sector_t fs_endblk;     /* Into file, in filesystem-sized blocks */
539         unsigned long fs_count; /* Number of filesystem-sized blocks */
540         int create;
541         unsigned int i_blkbits = sdio->blkbits + sdio->blkfactor;
542
543         /*
544          * If there was a memory error and we've overwritten all the
545          * mapped blocks then we can now return that memory error
546          */
547         ret = dio->page_errors;
548         if (ret == 0) {
549                 BUG_ON(sdio->block_in_file >= sdio->final_block_in_request);
550                 fs_startblk = sdio->block_in_file >> sdio->blkfactor;
551                 fs_endblk = (sdio->final_block_in_request - 1) >>
552                                         sdio->blkfactor;
553                 fs_count = fs_endblk - fs_startblk + 1;
554
555                 map_bh->b_state = 0;
556                 map_bh->b_size = fs_count << i_blkbits;
557
558                 /*
559                  * For writes inside i_size on a DIO_SKIP_HOLES filesystem we
560                  * forbid block creations: only overwrites are permitted.
561                  * We will return early to the caller once we see an
562                  * unmapped buffer head returned, and the caller will fall
563                  * back to buffered I/O.
564                  *
565                  * Otherwise the decision is left to the get_blocks method,
566                  * which may decide to handle it or also return an unmapped
567                  * buffer head.
568                  */
569                 create = dio->rw & WRITE;
570                 if (dio->flags & DIO_SKIP_HOLES) {
571                         if (sdio->block_in_file < (i_size_read(dio->inode) >>
572                                                         sdio->blkbits))
573                                 create = 0;
574                 }
575
576                 ret = (*sdio->get_block)(dio->inode, fs_startblk,
577                                                 map_bh, create);
578
579                 /* Store for completion */
580                 dio->private = map_bh->b_private;
581         }
582         return ret;
583 }
584
585 /*
586  * There is no bio.  Make one now.
587  */
588 static inline int dio_new_bio(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
589                 sector_t start_sector, struct buffer_head *map_bh)
590 {
591         sector_t sector;
592         int ret, nr_pages;
593
594         ret = dio_bio_reap(dio, sdio);
595         if (ret)
596                 goto out;
597         sector = start_sector << (sdio->blkbits - 9);
598         nr_pages = min(sdio->pages_in_io, bio_get_nr_vecs(map_bh->b_bdev));
599         nr_pages = min(nr_pages, BIO_MAX_PAGES);
600         BUG_ON(nr_pages <= 0);
601         dio_bio_alloc(dio, sdio, map_bh->b_bdev, sector, nr_pages);
602         sdio->boundary = 0;
603 out:
604         return ret;
605 }
606
607 /*
608  * Attempt to put the current chunk of 'cur_page' into the current BIO.  If
609  * that was successful then update final_block_in_bio and take a ref against
610  * the just-added page.
611  *
612  * Return zero on success.  Non-zero means the caller needs to start a new BIO.
613  */
614 static inline int dio_bio_add_page(struct dio_submit *sdio)
615 {
616         int ret;
617
618         ret = bio_add_page(sdio->bio, sdio->cur_page,
619                         sdio->cur_page_len, sdio->cur_page_offset);
620         if (ret == sdio->cur_page_len) {
621                 /*
622                  * Decrement count only, if we are done with this page
623                  */
624                 if ((sdio->cur_page_len + sdio->cur_page_offset) == PAGE_SIZE)
625                         sdio->pages_in_io--;
626                 page_cache_get(sdio->cur_page);
627                 sdio->final_block_in_bio = sdio->cur_page_block +
628                         (sdio->cur_page_len >> sdio->blkbits);
629                 ret = 0;
630         } else {
631                 ret = 1;
632         }
633         return ret;
634 }
635                 
636 /*
637  * Put cur_page under IO.  The section of cur_page which is described by
638  * cur_page_offset,cur_page_len is put into a BIO.  The section of cur_page
639  * starts on-disk at cur_page_block.
640  *
641  * We take a ref against the page here (on behalf of its presence in the bio).
642  *
643  * The caller of this function is responsible for removing cur_page from the
644  * dio, and for dropping the refcount which came from that presence.
645  */
646 static inline int dio_send_cur_page(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
647                 struct buffer_head *map_bh)
648 {
649         int ret = 0;
650
651         if (sdio->bio) {
652                 loff_t cur_offset = sdio->cur_page_fs_offset;
653                 loff_t bio_next_offset = sdio->logical_offset_in_bio +
654                         sdio->bio->bi_size;
655
656                 /*
657                  * See whether this new request is contiguous with the old.
658                  *
659                  * Btrfs cannot handle having logically non-contiguous requests
660                  * submitted.  For example if you have
661                  *
662                  * Logical:  [0-4095][HOLE][8192-12287]
663                  * Physical: [0-4095]      [4096-8191]
664                  *
665                  * We cannot submit those pages together as one BIO.  So if our
666                  * current logical offset in the file does not equal what would
667                  * be the next logical offset in the bio, submit the bio we
668                  * have.
669                  */
670                 if (sdio->final_block_in_bio != sdio->cur_page_block ||
671                     cur_offset != bio_next_offset)
672                         dio_bio_submit(dio, sdio);
673                 /*
674                  * Submit now if the underlying fs is about to perform a
675                  * metadata read
676                  */
677                 else if (sdio->boundary)
678                         dio_bio_submit(dio, sdio);
679         }
680
681         if (sdio->bio == NULL) {
682                 ret = dio_new_bio(dio, sdio, sdio->cur_page_block, map_bh);
683                 if (ret)
684                         goto out;
685         }
686
687         if (dio_bio_add_page(sdio) != 0) {
688                 dio_bio_submit(dio, sdio);
689                 ret = dio_new_bio(dio, sdio, sdio->cur_page_block, map_bh);
690                 if (ret == 0) {
691                         ret = dio_bio_add_page(sdio);
692                         BUG_ON(ret != 0);
693                 }
694         }
695 out:
696         return ret;
697 }
698
699 /*
700  * An autonomous function to put a chunk of a page under deferred IO.
701  *
702  * The caller doesn't actually know (or care) whether this piece of page is in
703  * a BIO, or is under IO or whatever.  We just take care of all possible 
704  * situations here.  The separation between the logic of do_direct_IO() and
705  * that of submit_page_section() is important for clarity.  Please don't break.
706  *
707  * The chunk of page starts on-disk at blocknr.
708  *
709  * We perform deferred IO, by recording the last-submitted page inside our
710  * private part of the dio structure.  If possible, we just expand the IO
711  * across that page here.
712  *
713  * If that doesn't work out then we put the old page into the bio and add this
714  * page to the dio instead.
715  */
716 static inline int
717 submit_page_section(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio, struct page *page,
718                     unsigned offset, unsigned len, sector_t blocknr,
719                     struct buffer_head *map_bh)
720 {
721         int ret = 0;
722
723         if (dio->rw & WRITE) {
724                 /*
725                  * Read accounting is performed in submit_bio()
726                  */
727                 task_io_account_write(len);
728         }
729
730         /*
731          * Can we just grow the current page's presence in the dio?
732          */
733         if (sdio->cur_page == page &&
734             sdio->cur_page_offset + sdio->cur_page_len == offset &&
735             sdio->cur_page_block +
736             (sdio->cur_page_len >> sdio->blkbits) == blocknr) {
737                 sdio->cur_page_len += len;
738
739                 /*
740                  * If sdio->boundary then we want to schedule the IO now to
741                  * avoid metadata seeks.
742                  */
743                 if (sdio->boundary) {
744                         ret = dio_send_cur_page(dio, sdio, map_bh);
745                         page_cache_release(sdio->cur_page);
746                         sdio->cur_page = NULL;
747                 }
748                 goto out;
749         }
750
751         /*
752          * If there's a deferred page already there then send it.
753          */
754         if (sdio->cur_page) {
755                 ret = dio_send_cur_page(dio, sdio, map_bh);
756                 page_cache_release(sdio->cur_page);
757                 sdio->cur_page = NULL;
758                 if (ret)
759                         goto out;
760         }
761
762         page_cache_get(page);           /* It is in dio */
763         sdio->cur_page = page;
764         sdio->cur_page_offset = offset;
765         sdio->cur_page_len = len;
766         sdio->cur_page_block = blocknr;
767         sdio->cur_page_fs_offset = sdio->block_in_file << sdio->blkbits;
768 out:
769         return ret;
770 }
771
772 /*
773  * Clean any dirty buffers in the blockdev mapping which alias newly-created
774  * file blocks.  Only called for S_ISREG files - blockdevs do not set
775  * buffer_new
776  */
777 static void clean_blockdev_aliases(struct dio *dio, struct buffer_head *map_bh)
778 {
779         unsigned i;
780         unsigned nblocks;
781
782         nblocks = map_bh->b_size >> dio->inode->i_blkbits;
783
784         for (i = 0; i < nblocks; i++) {
785                 unmap_underlying_metadata(map_bh->b_bdev,
786                                           map_bh->b_blocknr + i);
787         }
788 }
789
790 /*
791  * If we are not writing the entire block and get_block() allocated
792  * the block for us, we need to fill-in the unused portion of the
793  * block with zeros. This happens only if user-buffer, fileoffset or
794  * io length is not filesystem block-size multiple.
795  *
796  * `end' is zero if we're doing the start of the IO, 1 at the end of the
797  * IO.
798  */
799 static inline void dio_zero_block(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
800                 int end, struct buffer_head *map_bh)
801 {
802         unsigned dio_blocks_per_fs_block;
803         unsigned this_chunk_blocks;     /* In dio_blocks */
804         unsigned this_chunk_bytes;
805         struct page *page;
806
807         sdio->start_zero_done = 1;
808         if (!sdio->blkfactor || !buffer_new(map_bh))
809                 return;
810
811         dio_blocks_per_fs_block = 1 << sdio->blkfactor;
812         this_chunk_blocks = sdio->block_in_file & (dio_blocks_per_fs_block - 1);
813
814         if (!this_chunk_blocks)
815                 return;
816
817         /*
818          * We need to zero out part of an fs block.  It is either at the
819          * beginning or the end of the fs block.
820          */
821         if (end) 
822                 this_chunk_blocks = dio_blocks_per_fs_block - this_chunk_blocks;
823
824         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << sdio->blkbits;
825
826         page = ZERO_PAGE(0);
827         if (submit_page_section(dio, sdio, page, 0, this_chunk_bytes,
828                                 sdio->next_block_for_io, map_bh))
829                 return;
830
831         sdio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
832 }
833
834 /*
835  * Walk the user pages, and the file, mapping blocks to disk and generating
836  * a sequence of (page,offset,len,block) mappings.  These mappings are injected
837  * into submit_page_section(), which takes care of the next stage of submission
838  *
839  * Direct IO against a blockdev is different from a file.  Because we can
840  * happily perform page-sized but 512-byte aligned IOs.  It is important that
841  * blockdev IO be able to have fine alignment and large sizes.
842  *
843  * So what we do is to permit the ->get_block function to populate bh.b_size
844  * with the size of IO which is permitted at this offset and this i_blkbits.
845  *
846  * For best results, the blockdev should be set up with 512-byte i_blkbits and
847  * it should set b_size to PAGE_SIZE or more inside get_block().  This gives
848  * fine alignment but still allows this function to work in PAGE_SIZE units.
849  */
850 static int do_direct_IO(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
851                         struct buffer_head *map_bh)
852 {
853         const unsigned blkbits = sdio->blkbits;
854         const unsigned blocks_per_page = PAGE_SIZE >> blkbits;
855         struct page *page;
856         unsigned block_in_page;
857         int ret = 0;
858
859         /* The I/O can start at any block offset within the first page */
860         block_in_page = sdio->first_block_in_page;
861
862         while (sdio->block_in_file < sdio->final_block_in_request) {
863                 page = dio_get_page(dio, sdio);
864                 if (IS_ERR(page)) {
865                         ret = PTR_ERR(page);
866                         goto out;
867                 }
868
869                 while (block_in_page < blocks_per_page) {
870                         unsigned offset_in_page = block_in_page << blkbits;
871                         unsigned this_chunk_bytes;      /* # of bytes mapped */
872                         unsigned this_chunk_blocks;     /* # of blocks */
873                         unsigned u;
874
875                         if (sdio->blocks_available == 0) {
876                                 /*
877                                  * Need to go and map some more disk
878                                  */
879                                 unsigned long blkmask;
880                                 unsigned long dio_remainder;
881
882                                 ret = get_more_blocks(dio, sdio, map_bh);
883                                 if (ret) {
884                                         page_cache_release(page);
885                                         goto out;
886                                 }
887                                 if (!buffer_mapped(map_bh))
888                                         goto do_holes;
889
890                                 sdio->blocks_available =
891                                                 map_bh->b_size >> sdio->blkbits;
892                                 sdio->next_block_for_io =
893                                         map_bh->b_blocknr << sdio->blkfactor;
894                                 if (buffer_new(map_bh))
895                                         clean_blockdev_aliases(dio, map_bh);
896
897                                 if (!sdio->blkfactor)
898                                         goto do_holes;
899
900                                 blkmask = (1 << sdio->blkfactor) - 1;
901                                 dio_remainder = (sdio->block_in_file & blkmask);
902
903                                 /*
904                                  * If we are at the start of IO and that IO
905                                  * starts partway into a fs-block,
906                                  * dio_remainder will be non-zero.  If the IO
907                                  * is a read then we can simply advance the IO
908                                  * cursor to the first block which is to be
909                                  * read.  But if the IO is a write and the
910                                  * block was newly allocated we cannot do that;
911                                  * the start of the fs block must be zeroed out
912                                  * on-disk
913                                  */
914                                 if (!buffer_new(map_bh))
915                                         sdio->next_block_for_io += dio_remainder;
916                                 sdio->blocks_available -= dio_remainder;
917                         }
918 do_holes:
919                         /* Handle holes */
920                         if (!buffer_mapped(map_bh)) {
921                                 loff_t i_size_aligned;
922
923                                 /* AKPM: eargh, -ENOTBLK is a hack */
924                                 if (dio->rw & WRITE) {
925                                         page_cache_release(page);
926                                         return -ENOTBLK;
927                                 }
928
929                                 /*
930                                  * Be sure to account for a partial block as the
931                                  * last block in the file
932                                  */
933                                 i_size_aligned = ALIGN(i_size_read(dio->inode),
934                                                         1 << blkbits);
935                                 if (sdio->block_in_file >=
936                                                 i_size_aligned >> blkbits) {
937                                         /* We hit eof */
938                                         page_cache_release(page);
939                                         goto out;
940                                 }
941                                 zero_user(page, block_in_page << blkbits,
942                                                 1 << blkbits);
943                                 sdio->block_in_file++;
944                                 block_in_page++;
945                                 goto next_block;
946                         }
947
948                         /*
949                          * If we're performing IO which has an alignment which
950                          * is finer than the underlying fs, go check to see if
951                          * we must zero out the start of this block.
952                          */
953                         if (unlikely(sdio->blkfactor && !sdio->start_zero_done))
954                                 dio_zero_block(dio, sdio, 0, map_bh);
955
956                         /*
957                          * Work out, in this_chunk_blocks, how much disk we
958                          * can add to this page
959                          */
960                         this_chunk_blocks = sdio->blocks_available;
961                         u = (PAGE_SIZE - offset_in_page) >> blkbits;
962                         if (this_chunk_blocks > u)
963                                 this_chunk_blocks = u;
964                         u = sdio->final_block_in_request - sdio->block_in_file;
965                         if (this_chunk_blocks > u)
966                                 this_chunk_blocks = u;
967                         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << blkbits;
968                         BUG_ON(this_chunk_bytes == 0);
969
970                         if (this_chunk_blocks == sdio->blocks_available)
971                                 sdio->boundary = buffer_boundary(map_bh);
972                         ret = submit_page_section(dio, sdio, page,
973                                                   offset_in_page,
974                                                   this_chunk_bytes,
975                                                   sdio->next_block_for_io,
976                                                   map_bh);
977                         if (ret) {
978                                 page_cache_release(page);
979                                 goto out;
980                         }
981                         sdio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
982
983                         sdio->block_in_file += this_chunk_blocks;
984                         block_in_page += this_chunk_blocks;
985                         sdio->blocks_available -= this_chunk_blocks;
986 next_block:
987                         BUG_ON(sdio->block_in_file > sdio->final_block_in_request);
988                         if (sdio->block_in_file == sdio->final_block_in_request)
989                                 break;
990                 }
991
992                 /* Drop the ref which was taken in get_user_pages() */
993                 page_cache_release(page);
994                 block_in_page = 0;
995         }
996 out:
997         return ret;
998 }
999
1000 static inline int drop_refcount(struct dio *dio)
1001 {
1002         int ret2;
1003         unsigned long flags;
1004
1005         /*
1006          * Sync will always be dropping the final ref and completing the
1007          * operation.  AIO can if it was a broken operation described above or
1008          * in fact if all the bios race to complete before we get here.  In
1009          * that case dio_complete() translates the EIOCBQUEUED into the proper
1010          * return code that the caller will hand to aio_complete().
1011          *
1012          * This is managed by the bio_lock instead of being an atomic_t so that
1013          * completion paths can drop their ref and use the remaining count to
1014          * decide to wake the submission path atomically.
1015          */
1016         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
1017         ret2 = --dio->refcount;
1018         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
1019         return ret2;
1020 }
1021
1022 /*
1023  * This is a library function for use by filesystem drivers.
1024  *
1025  * The locking rules are governed by the flags parameter:
1026  *  - if the flags value contains DIO_LOCKING we use a fancy locking
1027  *    scheme for dumb filesystems.
1028  *    For writes this function is called under i_mutex and returns with
1029  *    i_mutex held, for reads, i_mutex is not held on entry, but it is
1030  *    taken and dropped again before returning.
1031  *  - if the flags value does NOT contain DIO_LOCKING we don't use any
1032  *    internal locking but rather rely on the filesystem to synchronize
1033  *    direct I/O reads/writes versus each other and truncate.
1034  *
1035  * To help with locking against truncate we incremented the i_dio_count
1036  * counter before starting direct I/O, and decrement it once we are done.
1037  * Truncate can wait for it to reach zero to provide exclusion.  It is
1038  * expected that filesystem provide exclusion between new direct I/O
1039  * and truncates.  For DIO_LOCKING filesystems this is done by i_mutex,
1040  * but other filesystems need to take care of this on their own.
1041  *
1042  * NOTE: if you pass "sdio" to anything by pointer make sure that function
1043  * is always inlined. Otherwise gcc is unable to split the structure into
1044  * individual fields and will generate much worse code. This is important
1045  * for the whole file.
1046  */
1047 static inline ssize_t
1048 do_blockdev_direct_IO(int rw, struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
1049         struct block_device *bdev, const struct iovec *iov, loff_t offset, 
1050         unsigned long nr_segs, get_block_t get_block, dio_iodone_t end_io,
1051         dio_submit_t submit_io, int flags)
1052 {
1053         int seg;
1054         size_t size;
1055         unsigned long addr;
1056         unsigned i_blkbits = ACCESS_ONCE(inode->i_blkbits);
1057         unsigned blkbits = i_blkbits;
1058         unsigned blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1059         ssize_t retval = -EINVAL;
1060         loff_t end = offset;
1061         struct dio *dio;
1062         struct dio_submit sdio = { 0, };
1063         unsigned long user_addr;
1064         size_t bytes;
1065         struct buffer_head map_bh = { 0, };
1066         struct blk_plug plug;
1067
1068         if (rw & WRITE)
1069                 rw = WRITE_ODIRECT;
1070
1071         /*
1072          * Avoid references to bdev if not absolutely needed to give
1073          * the early prefetch in the caller enough time.
1074          */
1075
1076         if (offset & blocksize_mask) {
1077                 if (bdev)
1078                         blkbits = blksize_bits(bdev_logical_block_size(bdev));
1079                 blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1080                 if (offset & blocksize_mask)
1081                         goto out;
1082         }
1083
1084         /* Check the memory alignment.  Blocks cannot straddle pages */
1085         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
1086                 addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
1087                 size = iov[seg].iov_len;
1088                 end += size;
1089                 if (unlikely((addr & blocksize_mask) ||
1090                              (size & blocksize_mask))) {
1091                         if (bdev)
1092                                 blkbits = blksize_bits(
1093                                          bdev_logical_block_size(bdev));
1094                         blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1095                         if ((addr & blocksize_mask) || (size & blocksize_mask))
1096                                 goto out;
1097                 }
1098         }
1099
1100         /* watch out for a 0 len io from a tricksy fs */
1101         if (rw == READ && end == offset)
1102                 return 0;
1103
1104         dio = kmem_cache_alloc(dio_cache, GFP_KERNEL);
1105         retval = -ENOMEM;
1106         if (!dio)
1107                 goto out;
1108         /*
1109          * Believe it or not, zeroing out the page array caused a .5%
1110          * performance regression in a database benchmark.  So, we take
1111          * care to only zero out what's needed.
1112          */
1113         memset(dio, 0, offsetof(struct dio, pages));
1114
1115         dio->flags = flags;
1116         if (dio->flags & DIO_LOCKING) {
1117                 if (rw == READ) {
1118                         struct address_space *mapping =
1119                                         iocb->ki_filp->f_mapping;
1120
1121                         /* will be released by direct_io_worker */
1122                         mutex_lock(&inode->i_mutex);
1123
1124                         retval = filemap_write_and_wait_range(mapping, offset,
1125                                                               end - 1);
1126                         if (retval) {
1127                                 mutex_unlock(&inode->i_mutex);
1128                                 kmem_cache_free(dio_cache, dio);
1129                                 goto out;
1130                         }
1131                 }
1132         }
1133
1134         /*
1135          * Will be decremented at I/O completion time.
1136          */
1137         atomic_inc(&inode->i_dio_count);
1138
1139         /*
1140          * For file extending writes updating i_size before data
1141          * writeouts complete can expose uninitialized blocks. So
1142          * even for AIO, we need to wait for i/o to complete before
1143          * returning in this case.
1144          */
1145         dio->is_async = !is_sync_kiocb(iocb) && !((rw & WRITE) &&
1146                 (end > i_size_read(inode)));
1147
1148         retval = 0;
1149
1150         dio->inode = inode;
1151         dio->rw = rw;
1152         sdio.blkbits = blkbits;
1153         sdio.blkfactor = i_blkbits - blkbits;
1154         sdio.block_in_file = offset >> blkbits;
1155
1156         sdio.get_block = get_block;
1157         dio->end_io = end_io;
1158         sdio.submit_io = submit_io;
1159         sdio.final_block_in_bio = -1;
1160         sdio.next_block_for_io = -1;
1161
1162         dio->iocb = iocb;
1163         dio->i_size = i_size_read(inode);
1164
1165         spin_lock_init(&dio->bio_lock);
1166         dio->refcount = 1;
1167
1168         /*
1169          * In case of non-aligned buffers, we may need 2 more
1170          * pages since we need to zero out first and last block.
1171          */
1172         if (unlikely(sdio.blkfactor))
1173                 sdio.pages_in_io = 2;
1174
1175         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
1176                 user_addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
1177                 sdio.pages_in_io +=
1178                         ((user_addr + iov[seg].iov_len + PAGE_SIZE-1) /
1179                                 PAGE_SIZE - user_addr / PAGE_SIZE);
1180         }
1181
1182         blk_start_plug(&plug);
1183
1184         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
1185                 user_addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
1186                 sdio.size += bytes = iov[seg].iov_len;
1187
1188                 /* Index into the first page of the first block */
1189                 sdio.first_block_in_page = (user_addr & ~PAGE_MASK) >> blkbits;
1190                 sdio.final_block_in_request = sdio.block_in_file +
1191                                                 (bytes >> blkbits);
1192                 /* Page fetching state */
1193                 sdio.head = 0;
1194                 sdio.tail = 0;
1195                 sdio.curr_page = 0;
1196
1197                 sdio.total_pages = 0;
1198                 if (user_addr & (PAGE_SIZE-1)) {
1199                         sdio.total_pages++;
1200                         bytes -= PAGE_SIZE - (user_addr & (PAGE_SIZE - 1));
1201                 }
1202                 sdio.total_pages += (bytes + PAGE_SIZE - 1) / PAGE_SIZE;
1203                 sdio.curr_user_address = user_addr;
1204
1205                 retval = do_direct_IO(dio, &sdio, &map_bh);
1206
1207                 dio->result += iov[seg].iov_len -
1208                         ((sdio.final_block_in_request - sdio.block_in_file) <<
1209                                         blkbits);
1210
1211                 if (retval) {
1212                         dio_cleanup(dio, &sdio);
1213                         break;
1214                 }
1215         } /* end iovec loop */
1216
1217         if (retval == -ENOTBLK) {
1218                 /*
1219                  * The remaining part of the request will be
1220                  * be handled by buffered I/O when we return
1221                  */
1222                 retval = 0;
1223         }
1224         /*
1225          * There may be some unwritten disk at the end of a part-written
1226          * fs-block-sized block.  Go zero that now.
1227          */
1228         dio_zero_block(dio, &sdio, 1, &map_bh);
1229
1230         if (sdio.cur_page) {
1231                 ssize_t ret2;
1232
1233                 ret2 = dio_send_cur_page(dio, &sdio, &map_bh);
1234                 if (retval == 0)
1235                         retval = ret2;
1236                 page_cache_release(sdio.cur_page);
1237                 sdio.cur_page = NULL;
1238         }
1239         if (sdio.bio)
1240                 dio_bio_submit(dio, &sdio);
1241
1242         blk_finish_plug(&plug);
1243
1244         /*
1245          * It is possible that, we return short IO due to end of file.
1246          * In that case, we need to release all the pages we got hold on.
1247          */
1248         dio_cleanup(dio, &sdio);
1249
1250         /*
1251          * All block lookups have been performed. For READ requests
1252          * we can let i_mutex go now that its achieved its purpose
1253          * of protecting us from looking up uninitialized blocks.
1254          */
1255         if (rw == READ && (dio->flags & DIO_LOCKING))
1256                 mutex_unlock(&dio->inode->i_mutex);
1257
1258         /*
1259          * The only time we want to leave bios in flight is when a successful
1260          * partial aio read or full aio write have been setup.  In that case
1261          * bio completion will call aio_complete.  The only time it's safe to
1262          * call aio_complete is when we return -EIOCBQUEUED, so we key on that.
1263          * This had *better* be the only place that raises -EIOCBQUEUED.
1264          */
1265         BUG_ON(retval == -EIOCBQUEUED);
1266         if (dio->is_async && retval == 0 && dio->result &&
1267             ((rw == READ) || (dio->result == sdio.size)))
1268                 retval = -EIOCBQUEUED;
1269
1270         if (retval != -EIOCBQUEUED)
1271                 dio_await_completion(dio);
1272
1273         if (drop_refcount(dio) == 0) {
1274                 retval = dio_complete(dio, offset, retval, false);
1275                 kmem_cache_free(dio_cache, dio);
1276         } else
1277                 BUG_ON(retval != -EIOCBQUEUED);
1278
1279 out:
1280         return retval;
1281 }
1282
1283 ssize_t
1284 __blockdev_direct_IO(int rw, struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
1285         struct block_device *bdev, const struct iovec *iov, loff_t offset,
1286         unsigned long nr_segs, get_block_t get_block, dio_iodone_t end_io,
1287         dio_submit_t submit_io, int flags)
1288 {
1289         /*
1290          * The block device state is needed in the end to finally
1291          * submit everything.  Since it's likely to be cache cold
1292          * prefetch it here as first thing to hide some of the
1293          * latency.
1294          *
1295          * Attempt to prefetch the pieces we likely need later.
1296          */
1297         prefetch(&bdev->bd_disk->part_tbl);
1298         prefetch(bdev->bd_queue);
1299         prefetch((char *)bdev->bd_queue + SMP_CACHE_BYTES);
1300
1301         return do_blockdev_direct_IO(rw, iocb, inode, bdev, iov, offset,
1302                                      nr_segs, get_block, end_io,
1303                                      submit_io, flags);
1304 }
1305
1306 EXPORT_SYMBOL(__blockdev_direct_IO);
1307
1308 static __init int dio_init(void)
1309 {
1310         dio_cache = KMEM_CACHE(dio, SLAB_PANIC);
1311         return 0;
1312 }
1313 module_init(dio_init)