]> git.karo-electronics.de Git - karo-tx-linux.git/blob - fs/direct-io.c
Merge git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/davem/sparc
[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
41 /*
42  * How many user pages to map in one call to get_user_pages().  This determines
43  * the size of a structure in the slab cache
44  */
45 #define DIO_PAGES       64
46
47 /*
48  * This code generally works in units of "dio_blocks".  A dio_block is
49  * somewhere between the hard sector size and the filesystem block size.  it
50  * is determined on a per-invocation basis.   When talking to the filesystem
51  * we need to convert dio_blocks to fs_blocks by scaling the dio_block quantity
52  * down by dio->blkfactor.  Similarly, fs-blocksize quantities are converted
53  * to bio_block quantities by shifting left by blkfactor.
54  *
55  * If blkfactor is zero then the user's request was aligned to the filesystem's
56  * blocksize.
57  */
58
59 /* dio_state only used in the submission path */
60
61 struct dio_submit {
62         struct bio *bio;                /* bio under assembly */
63         unsigned blkbits;               /* doesn't change */
64         unsigned blkfactor;             /* When we're using an alignment which
65                                            is finer than the filesystem's soft
66                                            blocksize, this specifies how much
67                                            finer.  blkfactor=2 means 1/4-block
68                                            alignment.  Does not change */
69         unsigned start_zero_done;       /* flag: sub-blocksize zeroing has
70                                            been performed at the start of a
71                                            write */
72         int pages_in_io;                /* approximate total IO pages */
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         int reap_counter;               /* rate limit reaping */
77         sector_t final_block_in_request;/* doesn't change */
78         int boundary;                   /* prev block is at a boundary */
79         get_block_t *get_block;         /* block mapping function */
80         dio_submit_t *submit_io;        /* IO submition function */
81
82         loff_t logical_offset_in_bio;   /* current first logical block in bio */
83         sector_t final_block_in_bio;    /* current final block in bio + 1 */
84         sector_t next_block_for_io;     /* next block to be put under IO,
85                                            in dio_blocks units */
86
87         /*
88          * Deferred addition of a page to the dio.  These variables are
89          * private to dio_send_cur_page(), submit_page_section() and
90          * dio_bio_add_page().
91          */
92         struct page *cur_page;          /* The page */
93         unsigned cur_page_offset;       /* Offset into it, in bytes */
94         unsigned cur_page_len;          /* Nr of bytes at cur_page_offset */
95         sector_t cur_page_block;        /* Where it starts */
96         loff_t cur_page_fs_offset;      /* Offset in file */
97
98         struct iov_iter *iter;
99         /*
100          * Page queue.  These variables belong to dio_refill_pages() and
101          * dio_get_page().
102          */
103         unsigned head;                  /* next page to process */
104         unsigned tail;                  /* last valid page + 1 */
105         size_t from, to;
106 };
107
108 /* dio_state communicated between submission path and end_io */
109 struct dio {
110         int flags;                      /* doesn't change */
111         int rw;
112         struct inode *inode;
113         loff_t i_size;                  /* i_size when submitted */
114         dio_iodone_t *end_io;           /* IO completion function */
115
116         void *private;                  /* copy from map_bh.b_private */
117
118         /* BIO completion state */
119         spinlock_t bio_lock;            /* protects BIO fields below */
120         int page_errors;                /* errno from get_user_pages() */
121         int is_async;                   /* is IO async ? */
122         bool defer_completion;          /* defer AIO completion to workqueue? */
123         int io_error;                   /* IO error in completion path */
124         unsigned long refcount;         /* direct_io_worker() and bios */
125         struct bio *bio_list;           /* singly linked via bi_private */
126         struct task_struct *waiter;     /* waiting task (NULL if none) */
127
128         /* AIO related stuff */
129         struct kiocb *iocb;             /* kiocb */
130         ssize_t result;                 /* IO result */
131
132         /*
133          * pages[] (and any fields placed after it) are not zeroed out at
134          * allocation time.  Don't add new fields after pages[] unless you
135          * wish that they not be zeroed.
136          */
137         union {
138                 struct page *pages[DIO_PAGES];  /* page buffer */
139                 struct work_struct complete_work;/* deferred AIO completion */
140         };
141 } ____cacheline_aligned_in_smp;
142
143 static struct kmem_cache *dio_cache __read_mostly;
144
145 /*
146  * How many pages are in the queue?
147  */
148 static inline unsigned dio_pages_present(struct dio_submit *sdio)
149 {
150         return sdio->tail - sdio->head;
151 }
152
153 /*
154  * Go grab and pin some userspace pages.   Typically we'll get 64 at a time.
155  */
156 static inline int dio_refill_pages(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
157 {
158         ssize_t ret;
159
160         ret = iov_iter_get_pages(sdio->iter, dio->pages, LONG_MAX, DIO_PAGES,
161                                 &sdio->from);
162
163         if (ret < 0 && sdio->blocks_available && (dio->rw & WRITE)) {
164                 struct page *page = ZERO_PAGE(0);
165                 /*
166                  * A memory fault, but the filesystem has some outstanding
167                  * mapped blocks.  We need to use those blocks up to avoid
168                  * leaking stale data in the file.
169                  */
170                 if (dio->page_errors == 0)
171                         dio->page_errors = ret;
172                 page_cache_get(page);
173                 dio->pages[0] = page;
174                 sdio->head = 0;
175                 sdio->tail = 1;
176                 sdio->from = 0;
177                 sdio->to = PAGE_SIZE;
178                 return 0;
179         }
180
181         if (ret >= 0) {
182                 iov_iter_advance(sdio->iter, ret);
183                 ret += sdio->from;
184                 sdio->head = 0;
185                 sdio->tail = (ret + PAGE_SIZE - 1) / PAGE_SIZE;
186                 sdio->to = ((ret - 1) & (PAGE_SIZE - 1)) + 1;
187                 return 0;
188         }
189         return ret;     
190 }
191
192 /*
193  * Get another userspace page.  Returns an ERR_PTR on error.  Pages are
194  * buffered inside the dio so that we can call get_user_pages() against a
195  * decent number of pages, less frequently.  To provide nicer use of the
196  * L1 cache.
197  */
198 static inline struct page *dio_get_page(struct dio *dio,
199                                         struct dio_submit *sdio)
200 {
201         if (dio_pages_present(sdio) == 0) {
202                 int ret;
203
204                 ret = dio_refill_pages(dio, sdio);
205                 if (ret)
206                         return ERR_PTR(ret);
207                 BUG_ON(dio_pages_present(sdio) == 0);
208         }
209         return dio->pages[sdio->head];
210 }
211
212 /**
213  * dio_complete() - called when all DIO BIO I/O has been completed
214  * @offset: the byte offset in the file of the completed operation
215  *
216  * This drops i_dio_count, lets interested parties know that a DIO operation
217  * has completed, and calculates the resulting return code for the operation.
218  *
219  * It lets the filesystem know if it registered an interest earlier via
220  * get_block.  Pass the private field of the map buffer_head so that
221  * filesystems can use it to hold additional state between get_block calls and
222  * dio_complete.
223  */
224 static ssize_t dio_complete(struct dio *dio, loff_t offset, ssize_t ret,
225                 bool is_async)
226 {
227         ssize_t transferred = 0;
228
229         /*
230          * AIO submission can race with bio completion to get here while
231          * expecting to have the last io completed by bio completion.
232          * In that case -EIOCBQUEUED is in fact not an error we want
233          * to preserve through this call.
234          */
235         if (ret == -EIOCBQUEUED)
236                 ret = 0;
237
238         if (dio->result) {
239                 transferred = dio->result;
240
241                 /* Check for short read case */
242                 if ((dio->rw == READ) && ((offset + transferred) > dio->i_size))
243                         transferred = dio->i_size - offset;
244         }
245
246         if (ret == 0)
247                 ret = dio->page_errors;
248         if (ret == 0)
249                 ret = dio->io_error;
250         if (ret == 0)
251                 ret = transferred;
252
253         if (dio->end_io && dio->result)
254                 dio->end_io(dio->iocb, offset, transferred, dio->private);
255
256         inode_dio_done(dio->inode);
257         if (is_async) {
258                 if (dio->rw & WRITE) {
259                         int err;
260
261                         err = generic_write_sync(dio->iocb->ki_filp, offset,
262                                                  transferred);
263                         if (err < 0 && ret > 0)
264                                 ret = err;
265                 }
266
267                 dio->iocb->ki_complete(dio->iocb, ret, 0);
268         }
269
270         kmem_cache_free(dio_cache, dio);
271         return ret;
272 }
273
274 static void dio_aio_complete_work(struct work_struct *work)
275 {
276         struct dio *dio = container_of(work, struct dio, complete_work);
277
278         dio_complete(dio, dio->iocb->ki_pos, 0, true);
279 }
280
281 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio);
282
283 /*
284  * Asynchronous IO callback. 
285  */
286 static void dio_bio_end_aio(struct bio *bio, int error)
287 {
288         struct dio *dio = bio->bi_private;
289         unsigned long remaining;
290         unsigned long flags;
291
292         /* cleanup the bio */
293         dio_bio_complete(dio, bio);
294
295         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
296         remaining = --dio->refcount;
297         if (remaining == 1 && dio->waiter)
298                 wake_up_process(dio->waiter);
299         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
300
301         if (remaining == 0) {
302                 if (dio->result && dio->defer_completion) {
303                         INIT_WORK(&dio->complete_work, dio_aio_complete_work);
304                         queue_work(dio->inode->i_sb->s_dio_done_wq,
305                                    &dio->complete_work);
306                 } else {
307                         dio_complete(dio, dio->iocb->ki_pos, 0, true);
308                 }
309         }
310 }
311
312 /*
313  * The BIO completion handler simply queues the BIO up for the process-context
314  * handler.
315  *
316  * During I/O bi_private points at the dio.  After I/O, bi_private is used to
317  * implement a singly-linked list of completed BIOs, at dio->bio_list.
318  */
319 static void dio_bio_end_io(struct bio *bio, int error)
320 {
321         struct dio *dio = bio->bi_private;
322         unsigned long flags;
323
324         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
325         bio->bi_private = dio->bio_list;
326         dio->bio_list = bio;
327         if (--dio->refcount == 1 && dio->waiter)
328                 wake_up_process(dio->waiter);
329         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
330 }
331
332 /**
333  * dio_end_io - handle the end io action for the given bio
334  * @bio: The direct io bio thats being completed
335  * @error: Error if there was one
336  *
337  * This is meant to be called by any filesystem that uses their own dio_submit_t
338  * so that the DIO specific endio actions are dealt with after the filesystem
339  * has done it's completion work.
340  */
341 void dio_end_io(struct bio *bio, int error)
342 {
343         struct dio *dio = bio->bi_private;
344
345         if (dio->is_async)
346                 dio_bio_end_aio(bio, error);
347         else
348                 dio_bio_end_io(bio, error);
349 }
350 EXPORT_SYMBOL_GPL(dio_end_io);
351
352 static inline void
353 dio_bio_alloc(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
354               struct block_device *bdev,
355               sector_t first_sector, int nr_vecs)
356 {
357         struct bio *bio;
358
359         /*
360          * bio_alloc() is guaranteed to return a bio when called with
361          * __GFP_WAIT and we request a valid number of vectors.
362          */
363         bio = bio_alloc(GFP_KERNEL, nr_vecs);
364
365         bio->bi_bdev = bdev;
366         bio->bi_iter.bi_sector = first_sector;
367         if (dio->is_async)
368                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_aio;
369         else
370                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_io;
371
372         sdio->bio = bio;
373         sdio->logical_offset_in_bio = sdio->cur_page_fs_offset;
374 }
375
376 /*
377  * In the AIO read case we speculatively dirty the pages before starting IO.
378  * During IO completion, any of these pages which happen to have been written
379  * back will be redirtied by bio_check_pages_dirty().
380  *
381  * bios hold a dio reference between submit_bio and ->end_io.
382  */
383 static inline void dio_bio_submit(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
384 {
385         struct bio *bio = sdio->bio;
386         unsigned long flags;
387
388         bio->bi_private = dio;
389
390         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
391         dio->refcount++;
392         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
393
394         if (dio->is_async && dio->rw == READ)
395                 bio_set_pages_dirty(bio);
396
397         if (sdio->submit_io)
398                 sdio->submit_io(dio->rw, bio, dio->inode,
399                                sdio->logical_offset_in_bio);
400         else
401                 submit_bio(dio->rw, bio);
402
403         sdio->bio = NULL;
404         sdio->boundary = 0;
405         sdio->logical_offset_in_bio = 0;
406 }
407
408 /*
409  * Release any resources in case of a failure
410  */
411 static inline void dio_cleanup(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
412 {
413         while (sdio->head < sdio->tail)
414                 page_cache_release(dio->pages[sdio->head++]);
415 }
416
417 /*
418  * Wait for the next BIO to complete.  Remove it and return it.  NULL is
419  * returned once all BIOs have been completed.  This must only be called once
420  * all bios have been issued so that dio->refcount can only decrease.  This
421  * requires that that the caller hold a reference on the dio.
422  */
423 static struct bio *dio_await_one(struct dio *dio)
424 {
425         unsigned long flags;
426         struct bio *bio = NULL;
427
428         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
429
430         /*
431          * Wait as long as the list is empty and there are bios in flight.  bio
432          * completion drops the count, maybe adds to the list, and wakes while
433          * holding the bio_lock so we don't need set_current_state()'s barrier
434          * and can call it after testing our condition.
435          */
436         while (dio->refcount > 1 && dio->bio_list == NULL) {
437                 __set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
438                 dio->waiter = current;
439                 spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
440                 io_schedule();
441                 /* wake up sets us TASK_RUNNING */
442                 spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
443                 dio->waiter = NULL;
444         }
445         if (dio->bio_list) {
446                 bio = dio->bio_list;
447                 dio->bio_list = bio->bi_private;
448         }
449         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
450         return bio;
451 }
452
453 /*
454  * Process one completed BIO.  No locks are held.
455  */
456 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio)
457 {
458         const int uptodate = test_bit(BIO_UPTODATE, &bio->bi_flags);
459         struct bio_vec *bvec;
460         unsigned i;
461
462         if (!uptodate)
463                 dio->io_error = -EIO;
464
465         if (dio->is_async && dio->rw == READ) {
466                 bio_check_pages_dirty(bio);     /* transfers ownership */
467         } else {
468                 bio_for_each_segment_all(bvec, bio, i) {
469                         struct page *page = bvec->bv_page;
470
471                         if (dio->rw == READ && !PageCompound(page))
472                                 set_page_dirty_lock(page);
473                         page_cache_release(page);
474                 }
475                 bio_put(bio);
476         }
477         return uptodate ? 0 : -EIO;
478 }
479
480 /*
481  * Wait on and process all in-flight BIOs.  This must only be called once
482  * all bios have been issued so that the refcount can only decrease.
483  * This just waits for all bios to make it through dio_bio_complete.  IO
484  * errors are propagated through dio->io_error and should be propagated via
485  * dio_complete().
486  */
487 static void dio_await_completion(struct dio *dio)
488 {
489         struct bio *bio;
490         do {
491                 bio = dio_await_one(dio);
492                 if (bio)
493                         dio_bio_complete(dio, bio);
494         } while (bio);
495 }
496
497 /*
498  * A really large O_DIRECT read or write can generate a lot of BIOs.  So
499  * to keep the memory consumption sane we periodically reap any completed BIOs
500  * during the BIO generation phase.
501  *
502  * This also helps to limit the peak amount of pinned userspace memory.
503  */
504 static inline int dio_bio_reap(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
505 {
506         int ret = 0;
507
508         if (sdio->reap_counter++ >= 64) {
509                 while (dio->bio_list) {
510                         unsigned long flags;
511                         struct bio *bio;
512                         int ret2;
513
514                         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
515                         bio = dio->bio_list;
516                         dio->bio_list = bio->bi_private;
517                         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
518                         ret2 = dio_bio_complete(dio, bio);
519                         if (ret == 0)
520                                 ret = ret2;
521                 }
522                 sdio->reap_counter = 0;
523         }
524         return ret;
525 }
526
527 /*
528  * Create workqueue for deferred direct IO completions. We allocate the
529  * workqueue when it's first needed. This avoids creating workqueue for
530  * filesystems that don't need it and also allows us to create the workqueue
531  * late enough so the we can include s_id in the name of the workqueue.
532  */
533 static int sb_init_dio_done_wq(struct super_block *sb)
534 {
535         struct workqueue_struct *old;
536         struct workqueue_struct *wq = alloc_workqueue("dio/%s",
537                                                       WQ_MEM_RECLAIM, 0,
538                                                       sb->s_id);
539         if (!wq)
540                 return -ENOMEM;
541         /*
542          * This has to be atomic as more DIOs can race to create the workqueue
543          */
544         old = cmpxchg(&sb->s_dio_done_wq, NULL, wq);
545         /* Someone created workqueue before us? Free ours... */
546         if (old)
547                 destroy_workqueue(wq);
548         return 0;
549 }
550
551 static int dio_set_defer_completion(struct dio *dio)
552 {
553         struct super_block *sb = dio->inode->i_sb;
554
555         if (dio->defer_completion)
556                 return 0;
557         dio->defer_completion = true;
558         if (!sb->s_dio_done_wq)
559                 return sb_init_dio_done_wq(sb);
560         return 0;
561 }
562
563 /*
564  * Call into the fs to map some more disk blocks.  We record the current number
565  * of available blocks at sdio->blocks_available.  These are in units of the
566  * fs blocksize, (1 << inode->i_blkbits).
567  *
568  * The fs is allowed to map lots of blocks at once.  If it wants to do that,
569  * it uses the passed inode-relative block number as the file offset, as usual.
570  *
571  * get_block() is passed the number of i_blkbits-sized blocks which direct_io
572  * has remaining to do.  The fs should not map more than this number of blocks.
573  *
574  * If the fs has mapped a lot of blocks, it should populate bh->b_size to
575  * indicate how much contiguous disk space has been made available at
576  * bh->b_blocknr.
577  *
578  * If *any* of the mapped blocks are new, then the fs must set buffer_new().
579  * This isn't very efficient...
580  *
581  * In the case of filesystem holes: the fs may return an arbitrarily-large
582  * hole by returning an appropriate value in b_size and by clearing
583  * buffer_mapped().  However the direct-io code will only process holes one
584  * block at a time - it will repeatedly call get_block() as it walks the hole.
585  */
586 static int get_more_blocks(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
587                            struct buffer_head *map_bh)
588 {
589         int ret;
590         sector_t fs_startblk;   /* Into file, in filesystem-sized blocks */
591         sector_t fs_endblk;     /* Into file, in filesystem-sized blocks */
592         unsigned long fs_count; /* Number of filesystem-sized blocks */
593         int create;
594         unsigned int i_blkbits = sdio->blkbits + sdio->blkfactor;
595
596         /*
597          * If there was a memory error and we've overwritten all the
598          * mapped blocks then we can now return that memory error
599          */
600         ret = dio->page_errors;
601         if (ret == 0) {
602                 BUG_ON(sdio->block_in_file >= sdio->final_block_in_request);
603                 fs_startblk = sdio->block_in_file >> sdio->blkfactor;
604                 fs_endblk = (sdio->final_block_in_request - 1) >>
605                                         sdio->blkfactor;
606                 fs_count = fs_endblk - fs_startblk + 1;
607
608                 map_bh->b_state = 0;
609                 map_bh->b_size = fs_count << i_blkbits;
610
611                 /*
612                  * For writes inside i_size on a DIO_SKIP_HOLES filesystem we
613                  * forbid block creations: only overwrites are permitted.
614                  * We will return early to the caller once we see an
615                  * unmapped buffer head returned, and the caller will fall
616                  * back to buffered I/O.
617                  *
618                  * Otherwise the decision is left to the get_blocks method,
619                  * which may decide to handle it or also return an unmapped
620                  * buffer head.
621                  */
622                 create = dio->rw & WRITE;
623                 if (dio->flags & DIO_SKIP_HOLES) {
624                         if (sdio->block_in_file < (i_size_read(dio->inode) >>
625                                                         sdio->blkbits))
626                                 create = 0;
627                 }
628
629                 ret = (*sdio->get_block)(dio->inode, fs_startblk,
630                                                 map_bh, create);
631
632                 /* Store for completion */
633                 dio->private = map_bh->b_private;
634
635                 if (ret == 0 && buffer_defer_completion(map_bh))
636                         ret = dio_set_defer_completion(dio);
637         }
638         return ret;
639 }
640
641 /*
642  * There is no bio.  Make one now.
643  */
644 static inline int dio_new_bio(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
645                 sector_t start_sector, struct buffer_head *map_bh)
646 {
647         sector_t sector;
648         int ret, nr_pages;
649
650         ret = dio_bio_reap(dio, sdio);
651         if (ret)
652                 goto out;
653         sector = start_sector << (sdio->blkbits - 9);
654         nr_pages = min(sdio->pages_in_io, bio_get_nr_vecs(map_bh->b_bdev));
655         BUG_ON(nr_pages <= 0);
656         dio_bio_alloc(dio, sdio, map_bh->b_bdev, sector, nr_pages);
657         sdio->boundary = 0;
658 out:
659         return ret;
660 }
661
662 /*
663  * Attempt to put the current chunk of 'cur_page' into the current BIO.  If
664  * that was successful then update final_block_in_bio and take a ref against
665  * the just-added page.
666  *
667  * Return zero on success.  Non-zero means the caller needs to start a new BIO.
668  */
669 static inline int dio_bio_add_page(struct dio_submit *sdio)
670 {
671         int ret;
672
673         ret = bio_add_page(sdio->bio, sdio->cur_page,
674                         sdio->cur_page_len, sdio->cur_page_offset);
675         if (ret == sdio->cur_page_len) {
676                 /*
677                  * Decrement count only, if we are done with this page
678                  */
679                 if ((sdio->cur_page_len + sdio->cur_page_offset) == PAGE_SIZE)
680                         sdio->pages_in_io--;
681                 page_cache_get(sdio->cur_page);
682                 sdio->final_block_in_bio = sdio->cur_page_block +
683                         (sdio->cur_page_len >> sdio->blkbits);
684                 ret = 0;
685         } else {
686                 ret = 1;
687         }
688         return ret;
689 }
690                 
691 /*
692  * Put cur_page under IO.  The section of cur_page which is described by
693  * cur_page_offset,cur_page_len is put into a BIO.  The section of cur_page
694  * starts on-disk at cur_page_block.
695  *
696  * We take a ref against the page here (on behalf of its presence in the bio).
697  *
698  * The caller of this function is responsible for removing cur_page from the
699  * dio, and for dropping the refcount which came from that presence.
700  */
701 static inline int dio_send_cur_page(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
702                 struct buffer_head *map_bh)
703 {
704         int ret = 0;
705
706         if (sdio->bio) {
707                 loff_t cur_offset = sdio->cur_page_fs_offset;
708                 loff_t bio_next_offset = sdio->logical_offset_in_bio +
709                         sdio->bio->bi_iter.bi_size;
710
711                 /*
712                  * See whether this new request is contiguous with the old.
713                  *
714                  * Btrfs cannot handle having logically non-contiguous requests
715                  * submitted.  For example if you have
716                  *
717                  * Logical:  [0-4095][HOLE][8192-12287]
718                  * Physical: [0-4095]      [4096-8191]
719                  *
720                  * We cannot submit those pages together as one BIO.  So if our
721                  * current logical offset in the file does not equal what would
722                  * be the next logical offset in the bio, submit the bio we
723                  * have.
724                  */
725                 if (sdio->final_block_in_bio != sdio->cur_page_block ||
726                     cur_offset != bio_next_offset)
727                         dio_bio_submit(dio, sdio);
728         }
729
730         if (sdio->bio == NULL) {
731                 ret = dio_new_bio(dio, sdio, sdio->cur_page_block, map_bh);
732                 if (ret)
733                         goto out;
734         }
735
736         if (dio_bio_add_page(sdio) != 0) {
737                 dio_bio_submit(dio, sdio);
738                 ret = dio_new_bio(dio, sdio, sdio->cur_page_block, map_bh);
739                 if (ret == 0) {
740                         ret = dio_bio_add_page(sdio);
741                         BUG_ON(ret != 0);
742                 }
743         }
744 out:
745         return ret;
746 }
747
748 /*
749  * An autonomous function to put a chunk of a page under deferred IO.
750  *
751  * The caller doesn't actually know (or care) whether this piece of page is in
752  * a BIO, or is under IO or whatever.  We just take care of all possible 
753  * situations here.  The separation between the logic of do_direct_IO() and
754  * that of submit_page_section() is important for clarity.  Please don't break.
755  *
756  * The chunk of page starts on-disk at blocknr.
757  *
758  * We perform deferred IO, by recording the last-submitted page inside our
759  * private part of the dio structure.  If possible, we just expand the IO
760  * across that page here.
761  *
762  * If that doesn't work out then we put the old page into the bio and add this
763  * page to the dio instead.
764  */
765 static inline int
766 submit_page_section(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio, struct page *page,
767                     unsigned offset, unsigned len, sector_t blocknr,
768                     struct buffer_head *map_bh)
769 {
770         int ret = 0;
771
772         if (dio->rw & WRITE) {
773                 /*
774                  * Read accounting is performed in submit_bio()
775                  */
776                 task_io_account_write(len);
777         }
778
779         /*
780          * Can we just grow the current page's presence in the dio?
781          */
782         if (sdio->cur_page == page &&
783             sdio->cur_page_offset + sdio->cur_page_len == offset &&
784             sdio->cur_page_block +
785             (sdio->cur_page_len >> sdio->blkbits) == blocknr) {
786                 sdio->cur_page_len += len;
787                 goto out;
788         }
789
790         /*
791          * If there's a deferred page already there then send it.
792          */
793         if (sdio->cur_page) {
794                 ret = dio_send_cur_page(dio, sdio, map_bh);
795                 page_cache_release(sdio->cur_page);
796                 sdio->cur_page = NULL;
797                 if (ret)
798                         return ret;
799         }
800
801         page_cache_get(page);           /* It is in dio */
802         sdio->cur_page = page;
803         sdio->cur_page_offset = offset;
804         sdio->cur_page_len = len;
805         sdio->cur_page_block = blocknr;
806         sdio->cur_page_fs_offset = sdio->block_in_file << sdio->blkbits;
807 out:
808         /*
809          * If sdio->boundary then we want to schedule the IO now to
810          * avoid metadata seeks.
811          */
812         if (sdio->boundary) {
813                 ret = dio_send_cur_page(dio, sdio, map_bh);
814                 dio_bio_submit(dio, sdio);
815                 page_cache_release(sdio->cur_page);
816                 sdio->cur_page = NULL;
817         }
818         return ret;
819 }
820
821 /*
822  * Clean any dirty buffers in the blockdev mapping which alias newly-created
823  * file blocks.  Only called for S_ISREG files - blockdevs do not set
824  * buffer_new
825  */
826 static void clean_blockdev_aliases(struct dio *dio, struct buffer_head *map_bh)
827 {
828         unsigned i;
829         unsigned nblocks;
830
831         nblocks = map_bh->b_size >> dio->inode->i_blkbits;
832
833         for (i = 0; i < nblocks; i++) {
834                 unmap_underlying_metadata(map_bh->b_bdev,
835                                           map_bh->b_blocknr + i);
836         }
837 }
838
839 /*
840  * If we are not writing the entire block and get_block() allocated
841  * the block for us, we need to fill-in the unused portion of the
842  * block with zeros. This happens only if user-buffer, fileoffset or
843  * io length is not filesystem block-size multiple.
844  *
845  * `end' is zero if we're doing the start of the IO, 1 at the end of the
846  * IO.
847  */
848 static inline void dio_zero_block(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
849                 int end, struct buffer_head *map_bh)
850 {
851         unsigned dio_blocks_per_fs_block;
852         unsigned this_chunk_blocks;     /* In dio_blocks */
853         unsigned this_chunk_bytes;
854         struct page *page;
855
856         sdio->start_zero_done = 1;
857         if (!sdio->blkfactor || !buffer_new(map_bh))
858                 return;
859
860         dio_blocks_per_fs_block = 1 << sdio->blkfactor;
861         this_chunk_blocks = sdio->block_in_file & (dio_blocks_per_fs_block - 1);
862
863         if (!this_chunk_blocks)
864                 return;
865
866         /*
867          * We need to zero out part of an fs block.  It is either at the
868          * beginning or the end of the fs block.
869          */
870         if (end) 
871                 this_chunk_blocks = dio_blocks_per_fs_block - this_chunk_blocks;
872
873         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << sdio->blkbits;
874
875         page = ZERO_PAGE(0);
876         if (submit_page_section(dio, sdio, page, 0, this_chunk_bytes,
877                                 sdio->next_block_for_io, map_bh))
878                 return;
879
880         sdio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
881 }
882
883 /*
884  * Walk the user pages, and the file, mapping blocks to disk and generating
885  * a sequence of (page,offset,len,block) mappings.  These mappings are injected
886  * into submit_page_section(), which takes care of the next stage of submission
887  *
888  * Direct IO against a blockdev is different from a file.  Because we can
889  * happily perform page-sized but 512-byte aligned IOs.  It is important that
890  * blockdev IO be able to have fine alignment and large sizes.
891  *
892  * So what we do is to permit the ->get_block function to populate bh.b_size
893  * with the size of IO which is permitted at this offset and this i_blkbits.
894  *
895  * For best results, the blockdev should be set up with 512-byte i_blkbits and
896  * it should set b_size to PAGE_SIZE or more inside get_block().  This gives
897  * fine alignment but still allows this function to work in PAGE_SIZE units.
898  */
899 static int do_direct_IO(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
900                         struct buffer_head *map_bh)
901 {
902         const unsigned blkbits = sdio->blkbits;
903         int ret = 0;
904
905         while (sdio->block_in_file < sdio->final_block_in_request) {
906                 struct page *page;
907                 size_t from, to;
908
909                 page = dio_get_page(dio, sdio);
910                 if (IS_ERR(page)) {
911                         ret = PTR_ERR(page);
912                         goto out;
913                 }
914                 from = sdio->head ? 0 : sdio->from;
915                 to = (sdio->head == sdio->tail - 1) ? sdio->to : PAGE_SIZE;
916                 sdio->head++;
917
918                 while (from < to) {
919                         unsigned this_chunk_bytes;      /* # of bytes mapped */
920                         unsigned this_chunk_blocks;     /* # of blocks */
921                         unsigned u;
922
923                         if (sdio->blocks_available == 0) {
924                                 /*
925                                  * Need to go and map some more disk
926                                  */
927                                 unsigned long blkmask;
928                                 unsigned long dio_remainder;
929
930                                 ret = get_more_blocks(dio, sdio, map_bh);
931                                 if (ret) {
932                                         page_cache_release(page);
933                                         goto out;
934                                 }
935                                 if (!buffer_mapped(map_bh))
936                                         goto do_holes;
937
938                                 sdio->blocks_available =
939                                                 map_bh->b_size >> sdio->blkbits;
940                                 sdio->next_block_for_io =
941                                         map_bh->b_blocknr << sdio->blkfactor;
942                                 if (buffer_new(map_bh))
943                                         clean_blockdev_aliases(dio, map_bh);
944
945                                 if (!sdio->blkfactor)
946                                         goto do_holes;
947
948                                 blkmask = (1 << sdio->blkfactor) - 1;
949                                 dio_remainder = (sdio->block_in_file & blkmask);
950
951                                 /*
952                                  * If we are at the start of IO and that IO
953                                  * starts partway into a fs-block,
954                                  * dio_remainder will be non-zero.  If the IO
955                                  * is a read then we can simply advance the IO
956                                  * cursor to the first block which is to be
957                                  * read.  But if the IO is a write and the
958                                  * block was newly allocated we cannot do that;
959                                  * the start of the fs block must be zeroed out
960                                  * on-disk
961                                  */
962                                 if (!buffer_new(map_bh))
963                                         sdio->next_block_for_io += dio_remainder;
964                                 sdio->blocks_available -= dio_remainder;
965                         }
966 do_holes:
967                         /* Handle holes */
968                         if (!buffer_mapped(map_bh)) {
969                                 loff_t i_size_aligned;
970
971                                 /* AKPM: eargh, -ENOTBLK is a hack */
972                                 if (dio->rw & WRITE) {
973                                         page_cache_release(page);
974                                         return -ENOTBLK;
975                                 }
976
977                                 /*
978                                  * Be sure to account for a partial block as the
979                                  * last block in the file
980                                  */
981                                 i_size_aligned = ALIGN(i_size_read(dio->inode),
982                                                         1 << blkbits);
983                                 if (sdio->block_in_file >=
984                                                 i_size_aligned >> blkbits) {
985                                         /* We hit eof */
986                                         page_cache_release(page);
987                                         goto out;
988                                 }
989                                 zero_user(page, from, 1 << blkbits);
990                                 sdio->block_in_file++;
991                                 from += 1 << blkbits;
992                                 dio->result += 1 << blkbits;
993                                 goto next_block;
994                         }
995
996                         /*
997                          * If we're performing IO which has an alignment which
998                          * is finer than the underlying fs, go check to see if
999                          * we must zero out the start of this block.
1000                          */
1001                         if (unlikely(sdio->blkfactor && !sdio->start_zero_done))
1002                                 dio_zero_block(dio, sdio, 0, map_bh);
1003
1004                         /*
1005                          * Work out, in this_chunk_blocks, how much disk we
1006                          * can add to this page
1007                          */
1008                         this_chunk_blocks = sdio->blocks_available;
1009                         u = (to - from) >> blkbits;
1010                         if (this_chunk_blocks > u)
1011                                 this_chunk_blocks = u;
1012                         u = sdio->final_block_in_request - sdio->block_in_file;
1013                         if (this_chunk_blocks > u)
1014                                 this_chunk_blocks = u;
1015                         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << blkbits;
1016                         BUG_ON(this_chunk_bytes == 0);
1017
1018                         if (this_chunk_blocks == sdio->blocks_available)
1019                                 sdio->boundary = buffer_boundary(map_bh);
1020                         ret = submit_page_section(dio, sdio, page,
1021                                                   from,
1022                                                   this_chunk_bytes,
1023                                                   sdio->next_block_for_io,
1024                                                   map_bh);
1025                         if (ret) {
1026                                 page_cache_release(page);
1027                                 goto out;
1028                         }
1029                         sdio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
1030
1031                         sdio->block_in_file += this_chunk_blocks;
1032                         from += this_chunk_bytes;
1033                         dio->result += this_chunk_bytes;
1034                         sdio->blocks_available -= this_chunk_blocks;
1035 next_block:
1036                         BUG_ON(sdio->block_in_file > sdio->final_block_in_request);
1037                         if (sdio->block_in_file == sdio->final_block_in_request)
1038                                 break;
1039                 }
1040
1041                 /* Drop the ref which was taken in get_user_pages() */
1042                 page_cache_release(page);
1043         }
1044 out:
1045         return ret;
1046 }
1047
1048 static inline int drop_refcount(struct dio *dio)
1049 {
1050         int ret2;
1051         unsigned long flags;
1052
1053         /*
1054          * Sync will always be dropping the final ref and completing the
1055          * operation.  AIO can if it was a broken operation described above or
1056          * in fact if all the bios race to complete before we get here.  In
1057          * that case dio_complete() translates the EIOCBQUEUED into the proper
1058          * return code that the caller will hand to ->complete().
1059          *
1060          * This is managed by the bio_lock instead of being an atomic_t so that
1061          * completion paths can drop their ref and use the remaining count to
1062          * decide to wake the submission path atomically.
1063          */
1064         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
1065         ret2 = --dio->refcount;
1066         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
1067         return ret2;
1068 }
1069
1070 /*
1071  * This is a library function for use by filesystem drivers.
1072  *
1073  * The locking rules are governed by the flags parameter:
1074  *  - if the flags value contains DIO_LOCKING we use a fancy locking
1075  *    scheme for dumb filesystems.
1076  *    For writes this function is called under i_mutex and returns with
1077  *    i_mutex held, for reads, i_mutex is not held on entry, but it is
1078  *    taken and dropped again before returning.
1079  *  - if the flags value does NOT contain DIO_LOCKING we don't use any
1080  *    internal locking but rather rely on the filesystem to synchronize
1081  *    direct I/O reads/writes versus each other and truncate.
1082  *
1083  * To help with locking against truncate we incremented the i_dio_count
1084  * counter before starting direct I/O, and decrement it once we are done.
1085  * Truncate can wait for it to reach zero to provide exclusion.  It is
1086  * expected that filesystem provide exclusion between new direct I/O
1087  * and truncates.  For DIO_LOCKING filesystems this is done by i_mutex,
1088  * but other filesystems need to take care of this on their own.
1089  *
1090  * NOTE: if you pass "sdio" to anything by pointer make sure that function
1091  * is always inlined. Otherwise gcc is unable to split the structure into
1092  * individual fields and will generate much worse code. This is important
1093  * for the whole file.
1094  */
1095 static inline ssize_t
1096 do_blockdev_direct_IO(struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
1097                       struct block_device *bdev, struct iov_iter *iter,
1098                       loff_t offset, get_block_t get_block, dio_iodone_t end_io,
1099                       dio_submit_t submit_io, int flags)
1100 {
1101         unsigned i_blkbits = ACCESS_ONCE(inode->i_blkbits);
1102         unsigned blkbits = i_blkbits;
1103         unsigned blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1104         ssize_t retval = -EINVAL;
1105         size_t count = iov_iter_count(iter);
1106         loff_t end = offset + count;
1107         struct dio *dio;
1108         struct dio_submit sdio = { 0, };
1109         struct buffer_head map_bh = { 0, };
1110         struct blk_plug plug;
1111         unsigned long align = offset | iov_iter_alignment(iter);
1112
1113         /*
1114          * Avoid references to bdev if not absolutely needed to give
1115          * the early prefetch in the caller enough time.
1116          */
1117
1118         if (align & blocksize_mask) {
1119                 if (bdev)
1120                         blkbits = blksize_bits(bdev_logical_block_size(bdev));
1121                 blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1122                 if (align & blocksize_mask)
1123                         goto out;
1124         }
1125
1126         /* watch out for a 0 len io from a tricksy fs */
1127         if (iov_iter_rw(iter) == READ && !iov_iter_count(iter))
1128                 return 0;
1129
1130         dio = kmem_cache_alloc(dio_cache, GFP_KERNEL);
1131         retval = -ENOMEM;
1132         if (!dio)
1133                 goto out;
1134         /*
1135          * Believe it or not, zeroing out the page array caused a .5%
1136          * performance regression in a database benchmark.  So, we take
1137          * care to only zero out what's needed.
1138          */
1139         memset(dio, 0, offsetof(struct dio, pages));
1140
1141         dio->flags = flags;
1142         if (dio->flags & DIO_LOCKING) {
1143                 if (iov_iter_rw(iter) == READ) {
1144                         struct address_space *mapping =
1145                                         iocb->ki_filp->f_mapping;
1146
1147                         /* will be released by direct_io_worker */
1148                         mutex_lock(&inode->i_mutex);
1149
1150                         retval = filemap_write_and_wait_range(mapping, offset,
1151                                                               end - 1);
1152                         if (retval) {
1153                                 mutex_unlock(&inode->i_mutex);
1154                                 kmem_cache_free(dio_cache, dio);
1155                                 goto out;
1156                         }
1157                 }
1158         }
1159
1160         /*
1161          * For file extending writes updating i_size before data writeouts
1162          * complete can expose uninitialized blocks in dumb filesystems.
1163          * In that case we need to wait for I/O completion even if asked
1164          * for an asynchronous write.
1165          */
1166         if (is_sync_kiocb(iocb))
1167                 dio->is_async = false;
1168         else if (!(dio->flags & DIO_ASYNC_EXTEND) &&
1169                  iov_iter_rw(iter) == WRITE && end > i_size_read(inode))
1170                 dio->is_async = false;
1171         else
1172                 dio->is_async = true;
1173
1174         dio->inode = inode;
1175         dio->rw = iov_iter_rw(iter) == WRITE ? WRITE_ODIRECT : READ;
1176
1177         /*
1178          * For AIO O_(D)SYNC writes we need to defer completions to a workqueue
1179          * so that we can call ->fsync.
1180          */
1181         if (dio->is_async && iov_iter_rw(iter) == WRITE &&
1182             ((iocb->ki_filp->f_flags & O_DSYNC) ||
1183              IS_SYNC(iocb->ki_filp->f_mapping->host))) {
1184                 retval = dio_set_defer_completion(dio);
1185                 if (retval) {
1186                         /*
1187                          * We grab i_mutex only for reads so we don't have
1188                          * to release it here
1189                          */
1190                         kmem_cache_free(dio_cache, dio);
1191                         goto out;
1192                 }
1193         }
1194
1195         /*
1196          * Will be decremented at I/O completion time.
1197          */
1198         atomic_inc(&inode->i_dio_count);
1199
1200         retval = 0;
1201         sdio.blkbits = blkbits;
1202         sdio.blkfactor = i_blkbits - blkbits;
1203         sdio.block_in_file = offset >> blkbits;
1204
1205         sdio.get_block = get_block;
1206         dio->end_io = end_io;
1207         sdio.submit_io = submit_io;
1208         sdio.final_block_in_bio = -1;
1209         sdio.next_block_for_io = -1;
1210
1211         dio->iocb = iocb;
1212         dio->i_size = i_size_read(inode);
1213
1214         spin_lock_init(&dio->bio_lock);
1215         dio->refcount = 1;
1216
1217         sdio.iter = iter;
1218         sdio.final_block_in_request =
1219                 (offset + iov_iter_count(iter)) >> blkbits;
1220
1221         /*
1222          * In case of non-aligned buffers, we may need 2 more
1223          * pages since we need to zero out first and last block.
1224          */
1225         if (unlikely(sdio.blkfactor))
1226                 sdio.pages_in_io = 2;
1227
1228         sdio.pages_in_io += iov_iter_npages(iter, INT_MAX);
1229
1230         blk_start_plug(&plug);
1231
1232         retval = do_direct_IO(dio, &sdio, &map_bh);
1233         if (retval)
1234                 dio_cleanup(dio, &sdio);
1235
1236         if (retval == -ENOTBLK) {
1237                 /*
1238                  * The remaining part of the request will be
1239                  * be handled by buffered I/O when we return
1240                  */
1241                 retval = 0;
1242         }
1243         /*
1244          * There may be some unwritten disk at the end of a part-written
1245          * fs-block-sized block.  Go zero that now.
1246          */
1247         dio_zero_block(dio, &sdio, 1, &map_bh);
1248
1249         if (sdio.cur_page) {
1250                 ssize_t ret2;
1251
1252                 ret2 = dio_send_cur_page(dio, &sdio, &map_bh);
1253                 if (retval == 0)
1254                         retval = ret2;
1255                 page_cache_release(sdio.cur_page);
1256                 sdio.cur_page = NULL;
1257         }
1258         if (sdio.bio)
1259                 dio_bio_submit(dio, &sdio);
1260
1261         blk_finish_plug(&plug);
1262
1263         /*
1264          * It is possible that, we return short IO due to end of file.
1265          * In that case, we need to release all the pages we got hold on.
1266          */
1267         dio_cleanup(dio, &sdio);
1268
1269         /*
1270          * All block lookups have been performed. For READ requests
1271          * we can let i_mutex go now that its achieved its purpose
1272          * of protecting us from looking up uninitialized blocks.
1273          */
1274         if (iov_iter_rw(iter) == READ && (dio->flags & DIO_LOCKING))
1275                 mutex_unlock(&dio->inode->i_mutex);
1276
1277         /*
1278          * The only time we want to leave bios in flight is when a successful
1279          * partial aio read or full aio write have been setup.  In that case
1280          * bio completion will call aio_complete.  The only time it's safe to
1281          * call aio_complete is when we return -EIOCBQUEUED, so we key on that.
1282          * This had *better* be the only place that raises -EIOCBQUEUED.
1283          */
1284         BUG_ON(retval == -EIOCBQUEUED);
1285         if (dio->is_async && retval == 0 && dio->result &&
1286             (iov_iter_rw(iter) == READ || dio->result == count))
1287                 retval = -EIOCBQUEUED;
1288         else
1289                 dio_await_completion(dio);
1290
1291         if (drop_refcount(dio) == 0) {
1292                 retval = dio_complete(dio, offset, retval, false);
1293         } else
1294                 BUG_ON(retval != -EIOCBQUEUED);
1295
1296 out:
1297         return retval;
1298 }
1299
1300 ssize_t __blockdev_direct_IO(struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
1301                              struct block_device *bdev, struct iov_iter *iter,
1302                              loff_t offset, get_block_t get_block,
1303                              dio_iodone_t end_io, dio_submit_t submit_io,
1304                              int flags)
1305 {
1306         /*
1307          * The block device state is needed in the end to finally
1308          * submit everything.  Since it's likely to be cache cold
1309          * prefetch it here as first thing to hide some of the
1310          * latency.
1311          *
1312          * Attempt to prefetch the pieces we likely need later.
1313          */
1314         prefetch(&bdev->bd_disk->part_tbl);
1315         prefetch(bdev->bd_queue);
1316         prefetch((char *)bdev->bd_queue + SMP_CACHE_BYTES);
1317
1318         return do_blockdev_direct_IO(iocb, inode, bdev, iter, offset, get_block,
1319                                      end_io, submit_io, flags);
1320 }
1321
1322 EXPORT_SYMBOL(__blockdev_direct_IO);
1323
1324 static __init int dio_init(void)
1325 {
1326         dio_cache = KMEM_CACHE(dio, SLAB_PANIC);
1327         return 0;
1328 }
1329 module_init(dio_init)