]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - fs/direct-io.c
Merge git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/pablo/nf
[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         int boundary;                   /* prev block is at a boundary */
81         get_block_t *get_block;         /* block mapping function */
82         dio_submit_t *submit_io;        /* IO submition function */
83
84         loff_t logical_offset_in_bio;   /* current first logical block in bio */
85         sector_t final_block_in_bio;    /* current final block in bio + 1 */
86         sector_t next_block_for_io;     /* next block to be put under IO,
87                                            in dio_blocks units */
88
89         /*
90          * Deferred addition of a page to the dio.  These variables are
91          * private to dio_send_cur_page(), submit_page_section() and
92          * dio_bio_add_page().
93          */
94         struct page *cur_page;          /* The page */
95         unsigned cur_page_offset;       /* Offset into it, in bytes */
96         unsigned cur_page_len;          /* Nr of bytes at cur_page_offset */
97         sector_t cur_page_block;        /* Where it starts */
98         loff_t cur_page_fs_offset;      /* Offset in file */
99
100         struct iov_iter *iter;
101         /*
102          * Page queue.  These variables belong to dio_refill_pages() and
103          * dio_get_page().
104          */
105         unsigned head;                  /* next page to process */
106         unsigned tail;                  /* last valid page + 1 */
107         size_t from, to;
108 };
109
110 /* dio_state communicated between submission path and end_io */
111 struct dio {
112         int flags;                      /* doesn't change */
113         int rw;
114         struct inode *inode;
115         loff_t i_size;                  /* i_size when submitted */
116         dio_iodone_t *end_io;           /* IO completion function */
117
118         void *private;                  /* copy from map_bh.b_private */
119
120         /* BIO completion state */
121         spinlock_t bio_lock;            /* protects BIO fields below */
122         int page_errors;                /* errno from get_user_pages() */
123         int is_async;                   /* is IO async ? */
124         bool defer_completion;          /* defer AIO completion to workqueue? */
125         int io_error;                   /* IO error in completion path */
126         unsigned long refcount;         /* direct_io_worker() and bios */
127         struct bio *bio_list;           /* singly linked via bi_private */
128         struct task_struct *waiter;     /* waiting task (NULL if none) */
129
130         /* AIO related stuff */
131         struct kiocb *iocb;             /* kiocb */
132         ssize_t result;                 /* IO result */
133
134         /*
135          * pages[] (and any fields placed after it) are not zeroed out at
136          * allocation time.  Don't add new fields after pages[] unless you
137          * wish that they not be zeroed.
138          */
139         union {
140                 struct page *pages[DIO_PAGES];  /* page buffer */
141                 struct work_struct complete_work;/* deferred AIO completion */
142         };
143 } ____cacheline_aligned_in_smp;
144
145 static struct kmem_cache *dio_cache __read_mostly;
146
147 /*
148  * How many pages are in the queue?
149  */
150 static inline unsigned dio_pages_present(struct dio_submit *sdio)
151 {
152         return sdio->tail - sdio->head;
153 }
154
155 /*
156  * Go grab and pin some userspace pages.   Typically we'll get 64 at a time.
157  */
158 static inline int dio_refill_pages(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
159 {
160         ssize_t ret;
161
162         ret = iov_iter_get_pages(sdio->iter, dio->pages, DIO_PAGES * PAGE_SIZE,
163                                 &sdio->from);
164
165         if (ret < 0 && sdio->blocks_available && (dio->rw & WRITE)) {
166                 struct page *page = ZERO_PAGE(0);
167                 /*
168                  * A memory fault, but the filesystem has some outstanding
169                  * mapped blocks.  We need to use those blocks up to avoid
170                  * leaking stale data in the file.
171                  */
172                 if (dio->page_errors == 0)
173                         dio->page_errors = ret;
174                 page_cache_get(page);
175                 dio->pages[0] = page;
176                 sdio->head = 0;
177                 sdio->tail = 1;
178                 sdio->from = 0;
179                 sdio->to = PAGE_SIZE;
180                 return 0;
181         }
182
183         if (ret >= 0) {
184                 iov_iter_advance(sdio->iter, ret);
185                 ret += sdio->from;
186                 sdio->head = 0;
187                 sdio->tail = (ret + PAGE_SIZE - 1) / PAGE_SIZE;
188                 sdio->to = ((ret - 1) & (PAGE_SIZE - 1)) + 1;
189                 return 0;
190         }
191         return ret;     
192 }
193
194 /*
195  * Get another userspace page.  Returns an ERR_PTR on error.  Pages are
196  * buffered inside the dio so that we can call get_user_pages() against a
197  * decent number of pages, less frequently.  To provide nicer use of the
198  * L1 cache.
199  */
200 static inline struct page *dio_get_page(struct dio *dio,
201                 struct dio_submit *sdio, size_t *from, size_t *to)
202 {
203         int n;
204         if (dio_pages_present(sdio) == 0) {
205                 int ret;
206
207                 ret = dio_refill_pages(dio, sdio);
208                 if (ret)
209                         return ERR_PTR(ret);
210                 BUG_ON(dio_pages_present(sdio) == 0);
211         }
212         n = sdio->head++;
213         *from = n ? 0 : sdio->from;
214         *to = (n == sdio->tail - 1) ? sdio->to : PAGE_SIZE;
215         return dio->pages[n];
216 }
217
218 /**
219  * dio_complete() - called when all DIO BIO I/O has been completed
220  * @offset: the byte offset in the file of the completed operation
221  *
222  * This drops i_dio_count, lets interested parties know that a DIO operation
223  * has completed, and calculates the resulting return code for the operation.
224  *
225  * It lets the filesystem know if it registered an interest earlier via
226  * get_block.  Pass the private field of the map buffer_head so that
227  * filesystems can use it to hold additional state between get_block calls and
228  * dio_complete.
229  */
230 static ssize_t dio_complete(struct dio *dio, loff_t offset, ssize_t ret,
231                 bool is_async)
232 {
233         ssize_t transferred = 0;
234
235         /*
236          * AIO submission can race with bio completion to get here while
237          * expecting to have the last io completed by bio completion.
238          * In that case -EIOCBQUEUED is in fact not an error we want
239          * to preserve through this call.
240          */
241         if (ret == -EIOCBQUEUED)
242                 ret = 0;
243
244         if (dio->result) {
245                 transferred = dio->result;
246
247                 /* Check for short read case */
248                 if ((dio->rw == READ) && ((offset + transferred) > dio->i_size))
249                         transferred = dio->i_size - offset;
250         }
251
252         if (ret == 0)
253                 ret = dio->page_errors;
254         if (ret == 0)
255                 ret = dio->io_error;
256         if (ret == 0)
257                 ret = transferred;
258
259         if (dio->end_io && dio->result)
260                 dio->end_io(dio->iocb, offset, transferred, dio->private);
261
262         inode_dio_done(dio->inode);
263         if (is_async) {
264                 if (dio->rw & WRITE) {
265                         int err;
266
267                         err = generic_write_sync(dio->iocb->ki_filp, offset,
268                                                  transferred);
269                         if (err < 0 && ret > 0)
270                                 ret = err;
271                 }
272
273                 aio_complete(dio->iocb, ret, 0);
274         }
275
276         kmem_cache_free(dio_cache, dio);
277         return ret;
278 }
279
280 static void dio_aio_complete_work(struct work_struct *work)
281 {
282         struct dio *dio = container_of(work, struct dio, complete_work);
283
284         dio_complete(dio, dio->iocb->ki_pos, 0, true);
285 }
286
287 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio);
288
289 /*
290  * Asynchronous IO callback. 
291  */
292 static void dio_bio_end_aio(struct bio *bio, int error)
293 {
294         struct dio *dio = bio->bi_private;
295         unsigned long remaining;
296         unsigned long flags;
297
298         /* cleanup the bio */
299         dio_bio_complete(dio, bio);
300
301         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
302         remaining = --dio->refcount;
303         if (remaining == 1 && dio->waiter)
304                 wake_up_process(dio->waiter);
305         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
306
307         if (remaining == 0) {
308                 if (dio->result && dio->defer_completion) {
309                         INIT_WORK(&dio->complete_work, dio_aio_complete_work);
310                         queue_work(dio->inode->i_sb->s_dio_done_wq,
311                                    &dio->complete_work);
312                 } else {
313                         dio_complete(dio, dio->iocb->ki_pos, 0, true);
314                 }
315         }
316 }
317
318 /*
319  * The BIO completion handler simply queues the BIO up for the process-context
320  * handler.
321  *
322  * During I/O bi_private points at the dio.  After I/O, bi_private is used to
323  * implement a singly-linked list of completed BIOs, at dio->bio_list.
324  */
325 static void dio_bio_end_io(struct bio *bio, int error)
326 {
327         struct dio *dio = bio->bi_private;
328         unsigned long flags;
329
330         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
331         bio->bi_private = dio->bio_list;
332         dio->bio_list = bio;
333         if (--dio->refcount == 1 && dio->waiter)
334                 wake_up_process(dio->waiter);
335         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
336 }
337
338 /**
339  * dio_end_io - handle the end io action for the given bio
340  * @bio: The direct io bio thats being completed
341  * @error: Error if there was one
342  *
343  * This is meant to be called by any filesystem that uses their own dio_submit_t
344  * so that the DIO specific endio actions are dealt with after the filesystem
345  * has done it's completion work.
346  */
347 void dio_end_io(struct bio *bio, int error)
348 {
349         struct dio *dio = bio->bi_private;
350
351         if (dio->is_async)
352                 dio_bio_end_aio(bio, error);
353         else
354                 dio_bio_end_io(bio, error);
355 }
356 EXPORT_SYMBOL_GPL(dio_end_io);
357
358 static inline void
359 dio_bio_alloc(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
360               struct block_device *bdev,
361               sector_t first_sector, int nr_vecs)
362 {
363         struct bio *bio;
364
365         /*
366          * bio_alloc() is guaranteed to return a bio when called with
367          * __GFP_WAIT and we request a valid number of vectors.
368          */
369         bio = bio_alloc(GFP_KERNEL, nr_vecs);
370
371         bio->bi_bdev = bdev;
372         bio->bi_iter.bi_sector = first_sector;
373         if (dio->is_async)
374                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_aio;
375         else
376                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_io;
377
378         sdio->bio = bio;
379         sdio->logical_offset_in_bio = sdio->cur_page_fs_offset;
380 }
381
382 /*
383  * In the AIO read case we speculatively dirty the pages before starting IO.
384  * During IO completion, any of these pages which happen to have been written
385  * back will be redirtied by bio_check_pages_dirty().
386  *
387  * bios hold a dio reference between submit_bio and ->end_io.
388  */
389 static inline void dio_bio_submit(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
390 {
391         struct bio *bio = sdio->bio;
392         unsigned long flags;
393
394         bio->bi_private = dio;
395
396         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
397         dio->refcount++;
398         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
399
400         if (dio->is_async && dio->rw == READ)
401                 bio_set_pages_dirty(bio);
402
403         if (sdio->submit_io)
404                 sdio->submit_io(dio->rw, bio, dio->inode,
405                                sdio->logical_offset_in_bio);
406         else
407                 submit_bio(dio->rw, bio);
408
409         sdio->bio = NULL;
410         sdio->boundary = 0;
411         sdio->logical_offset_in_bio = 0;
412 }
413
414 /*
415  * Release any resources in case of a failure
416  */
417 static inline void dio_cleanup(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
418 {
419         while (sdio->head < sdio->tail)
420                 page_cache_release(dio->pages[sdio->head++]);
421 }
422
423 /*
424  * Wait for the next BIO to complete.  Remove it and return it.  NULL is
425  * returned once all BIOs have been completed.  This must only be called once
426  * all bios have been issued so that dio->refcount can only decrease.  This
427  * requires that that the caller hold a reference on the dio.
428  */
429 static struct bio *dio_await_one(struct dio *dio)
430 {
431         unsigned long flags;
432         struct bio *bio = NULL;
433
434         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
435
436         /*
437          * Wait as long as the list is empty and there are bios in flight.  bio
438          * completion drops the count, maybe adds to the list, and wakes while
439          * holding the bio_lock so we don't need set_current_state()'s barrier
440          * and can call it after testing our condition.
441          */
442         while (dio->refcount > 1 && dio->bio_list == NULL) {
443                 __set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
444                 dio->waiter = current;
445                 spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
446                 io_schedule();
447                 /* wake up sets us TASK_RUNNING */
448                 spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
449                 dio->waiter = NULL;
450         }
451         if (dio->bio_list) {
452                 bio = dio->bio_list;
453                 dio->bio_list = bio->bi_private;
454         }
455         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
456         return bio;
457 }
458
459 /*
460  * Process one completed BIO.  No locks are held.
461  */
462 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio)
463 {
464         const int uptodate = test_bit(BIO_UPTODATE, &bio->bi_flags);
465         struct bio_vec *bvec;
466         unsigned i;
467
468         if (!uptodate)
469                 dio->io_error = -EIO;
470
471         if (dio->is_async && dio->rw == READ) {
472                 bio_check_pages_dirty(bio);     /* transfers ownership */
473         } else {
474                 bio_for_each_segment_all(bvec, bio, i) {
475                         struct page *page = bvec->bv_page;
476
477                         if (dio->rw == READ && !PageCompound(page))
478                                 set_page_dirty_lock(page);
479                         page_cache_release(page);
480                 }
481                 bio_put(bio);
482         }
483         return uptodate ? 0 : -EIO;
484 }
485
486 /*
487  * Wait on and process all in-flight BIOs.  This must only be called once
488  * all bios have been issued so that the refcount can only decrease.
489  * This just waits for all bios to make it through dio_bio_complete.  IO
490  * errors are propagated through dio->io_error and should be propagated via
491  * dio_complete().
492  */
493 static void dio_await_completion(struct dio *dio)
494 {
495         struct bio *bio;
496         do {
497                 bio = dio_await_one(dio);
498                 if (bio)
499                         dio_bio_complete(dio, bio);
500         } while (bio);
501 }
502
503 /*
504  * A really large O_DIRECT read or write can generate a lot of BIOs.  So
505  * to keep the memory consumption sane we periodically reap any completed BIOs
506  * during the BIO generation phase.
507  *
508  * This also helps to limit the peak amount of pinned userspace memory.
509  */
510 static inline int dio_bio_reap(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
511 {
512         int ret = 0;
513
514         if (sdio->reap_counter++ >= 64) {
515                 while (dio->bio_list) {
516                         unsigned long flags;
517                         struct bio *bio;
518                         int ret2;
519
520                         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
521                         bio = dio->bio_list;
522                         dio->bio_list = bio->bi_private;
523                         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
524                         ret2 = dio_bio_complete(dio, bio);
525                         if (ret == 0)
526                                 ret = ret2;
527                 }
528                 sdio->reap_counter = 0;
529         }
530         return ret;
531 }
532
533 /*
534  * Create workqueue for deferred direct IO completions. We allocate the
535  * workqueue when it's first needed. This avoids creating workqueue for
536  * filesystems that don't need it and also allows us to create the workqueue
537  * late enough so the we can include s_id in the name of the workqueue.
538  */
539 static int sb_init_dio_done_wq(struct super_block *sb)
540 {
541         struct workqueue_struct *old;
542         struct workqueue_struct *wq = alloc_workqueue("dio/%s",
543                                                       WQ_MEM_RECLAIM, 0,
544                                                       sb->s_id);
545         if (!wq)
546                 return -ENOMEM;
547         /*
548          * This has to be atomic as more DIOs can race to create the workqueue
549          */
550         old = cmpxchg(&sb->s_dio_done_wq, NULL, wq);
551         /* Someone created workqueue before us? Free ours... */
552         if (old)
553                 destroy_workqueue(wq);
554         return 0;
555 }
556
557 static int dio_set_defer_completion(struct dio *dio)
558 {
559         struct super_block *sb = dio->inode->i_sb;
560
561         if (dio->defer_completion)
562                 return 0;
563         dio->defer_completion = true;
564         if (!sb->s_dio_done_wq)
565                 return sb_init_dio_done_wq(sb);
566         return 0;
567 }
568
569 /*
570  * Call into the fs to map some more disk blocks.  We record the current number
571  * of available blocks at sdio->blocks_available.  These are in units of the
572  * fs blocksize, (1 << inode->i_blkbits).
573  *
574  * The fs is allowed to map lots of blocks at once.  If it wants to do that,
575  * it uses the passed inode-relative block number as the file offset, as usual.
576  *
577  * get_block() is passed the number of i_blkbits-sized blocks which direct_io
578  * has remaining to do.  The fs should not map more than this number of blocks.
579  *
580  * If the fs has mapped a lot of blocks, it should populate bh->b_size to
581  * indicate how much contiguous disk space has been made available at
582  * bh->b_blocknr.
583  *
584  * If *any* of the mapped blocks are new, then the fs must set buffer_new().
585  * This isn't very efficient...
586  *
587  * In the case of filesystem holes: the fs may return an arbitrarily-large
588  * hole by returning an appropriate value in b_size and by clearing
589  * buffer_mapped().  However the direct-io code will only process holes one
590  * block at a time - it will repeatedly call get_block() as it walks the hole.
591  */
592 static int get_more_blocks(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
593                            struct buffer_head *map_bh)
594 {
595         int ret;
596         sector_t fs_startblk;   /* Into file, in filesystem-sized blocks */
597         sector_t fs_endblk;     /* Into file, in filesystem-sized blocks */
598         unsigned long fs_count; /* Number of filesystem-sized blocks */
599         int create;
600         unsigned int i_blkbits = sdio->blkbits + sdio->blkfactor;
601
602         /*
603          * If there was a memory error and we've overwritten all the
604          * mapped blocks then we can now return that memory error
605          */
606         ret = dio->page_errors;
607         if (ret == 0) {
608                 BUG_ON(sdio->block_in_file >= sdio->final_block_in_request);
609                 fs_startblk = sdio->block_in_file >> sdio->blkfactor;
610                 fs_endblk = (sdio->final_block_in_request - 1) >>
611                                         sdio->blkfactor;
612                 fs_count = fs_endblk - fs_startblk + 1;
613
614                 map_bh->b_state = 0;
615                 map_bh->b_size = fs_count << i_blkbits;
616
617                 /*
618                  * For writes inside i_size on a DIO_SKIP_HOLES filesystem we
619                  * forbid block creations: only overwrites are permitted.
620                  * We will return early to the caller once we see an
621                  * unmapped buffer head returned, and the caller will fall
622                  * back to buffered I/O.
623                  *
624                  * Otherwise the decision is left to the get_blocks method,
625                  * which may decide to handle it or also return an unmapped
626                  * buffer head.
627                  */
628                 create = dio->rw & WRITE;
629                 if (dio->flags & DIO_SKIP_HOLES) {
630                         if (sdio->block_in_file < (i_size_read(dio->inode) >>
631                                                         sdio->blkbits))
632                                 create = 0;
633                 }
634
635                 ret = (*sdio->get_block)(dio->inode, fs_startblk,
636                                                 map_bh, create);
637
638                 /* Store for completion */
639                 dio->private = map_bh->b_private;
640
641                 if (ret == 0 && buffer_defer_completion(map_bh))
642                         ret = dio_set_defer_completion(dio);
643         }
644         return ret;
645 }
646
647 /*
648  * There is no bio.  Make one now.
649  */
650 static inline int dio_new_bio(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
651                 sector_t start_sector, struct buffer_head *map_bh)
652 {
653         sector_t sector;
654         int ret, nr_pages;
655
656         ret = dio_bio_reap(dio, sdio);
657         if (ret)
658                 goto out;
659         sector = start_sector << (sdio->blkbits - 9);
660         nr_pages = min(sdio->pages_in_io, bio_get_nr_vecs(map_bh->b_bdev));
661         BUG_ON(nr_pages <= 0);
662         dio_bio_alloc(dio, sdio, map_bh->b_bdev, sector, nr_pages);
663         sdio->boundary = 0;
664 out:
665         return ret;
666 }
667
668 /*
669  * Attempt to put the current chunk of 'cur_page' into the current BIO.  If
670  * that was successful then update final_block_in_bio and take a ref against
671  * the just-added page.
672  *
673  * Return zero on success.  Non-zero means the caller needs to start a new BIO.
674  */
675 static inline int dio_bio_add_page(struct dio_submit *sdio)
676 {
677         int ret;
678
679         ret = bio_add_page(sdio->bio, sdio->cur_page,
680                         sdio->cur_page_len, sdio->cur_page_offset);
681         if (ret == sdio->cur_page_len) {
682                 /*
683                  * Decrement count only, if we are done with this page
684                  */
685                 if ((sdio->cur_page_len + sdio->cur_page_offset) == PAGE_SIZE)
686                         sdio->pages_in_io--;
687                 page_cache_get(sdio->cur_page);
688                 sdio->final_block_in_bio = sdio->cur_page_block +
689                         (sdio->cur_page_len >> sdio->blkbits);
690                 ret = 0;
691         } else {
692                 ret = 1;
693         }
694         return ret;
695 }
696                 
697 /*
698  * Put cur_page under IO.  The section of cur_page which is described by
699  * cur_page_offset,cur_page_len is put into a BIO.  The section of cur_page
700  * starts on-disk at cur_page_block.
701  *
702  * We take a ref against the page here (on behalf of its presence in the bio).
703  *
704  * The caller of this function is responsible for removing cur_page from the
705  * dio, and for dropping the refcount which came from that presence.
706  */
707 static inline int dio_send_cur_page(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
708                 struct buffer_head *map_bh)
709 {
710         int ret = 0;
711
712         if (sdio->bio) {
713                 loff_t cur_offset = sdio->cur_page_fs_offset;
714                 loff_t bio_next_offset = sdio->logical_offset_in_bio +
715                         sdio->bio->bi_iter.bi_size;
716
717                 /*
718                  * See whether this new request is contiguous with the old.
719                  *
720                  * Btrfs cannot handle having logically non-contiguous requests
721                  * submitted.  For example if you have
722                  *
723                  * Logical:  [0-4095][HOLE][8192-12287]
724                  * Physical: [0-4095]      [4096-8191]
725                  *
726                  * We cannot submit those pages together as one BIO.  So if our
727                  * current logical offset in the file does not equal what would
728                  * be the next logical offset in the bio, submit the bio we
729                  * have.
730                  */
731                 if (sdio->final_block_in_bio != sdio->cur_page_block ||
732                     cur_offset != bio_next_offset)
733                         dio_bio_submit(dio, sdio);
734         }
735
736         if (sdio->bio == NULL) {
737                 ret = dio_new_bio(dio, sdio, sdio->cur_page_block, map_bh);
738                 if (ret)
739                         goto out;
740         }
741
742         if (dio_bio_add_page(sdio) != 0) {
743                 dio_bio_submit(dio, sdio);
744                 ret = dio_new_bio(dio, sdio, sdio->cur_page_block, map_bh);
745                 if (ret == 0) {
746                         ret = dio_bio_add_page(sdio);
747                         BUG_ON(ret != 0);
748                 }
749         }
750 out:
751         return ret;
752 }
753
754 /*
755  * An autonomous function to put a chunk of a page under deferred IO.
756  *
757  * The caller doesn't actually know (or care) whether this piece of page is in
758  * a BIO, or is under IO or whatever.  We just take care of all possible 
759  * situations here.  The separation between the logic of do_direct_IO() and
760  * that of submit_page_section() is important for clarity.  Please don't break.
761  *
762  * The chunk of page starts on-disk at blocknr.
763  *
764  * We perform deferred IO, by recording the last-submitted page inside our
765  * private part of the dio structure.  If possible, we just expand the IO
766  * across that page here.
767  *
768  * If that doesn't work out then we put the old page into the bio and add this
769  * page to the dio instead.
770  */
771 static inline int
772 submit_page_section(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio, struct page *page,
773                     unsigned offset, unsigned len, sector_t blocknr,
774                     struct buffer_head *map_bh)
775 {
776         int ret = 0;
777
778         if (dio->rw & WRITE) {
779                 /*
780                  * Read accounting is performed in submit_bio()
781                  */
782                 task_io_account_write(len);
783         }
784
785         /*
786          * Can we just grow the current page's presence in the dio?
787          */
788         if (sdio->cur_page == page &&
789             sdio->cur_page_offset + sdio->cur_page_len == offset &&
790             sdio->cur_page_block +
791             (sdio->cur_page_len >> sdio->blkbits) == blocknr) {
792                 sdio->cur_page_len += len;
793                 goto out;
794         }
795
796         /*
797          * If there's a deferred page already there then send it.
798          */
799         if (sdio->cur_page) {
800                 ret = dio_send_cur_page(dio, sdio, map_bh);
801                 page_cache_release(sdio->cur_page);
802                 sdio->cur_page = NULL;
803                 if (ret)
804                         return ret;
805         }
806
807         page_cache_get(page);           /* It is in dio */
808         sdio->cur_page = page;
809         sdio->cur_page_offset = offset;
810         sdio->cur_page_len = len;
811         sdio->cur_page_block = blocknr;
812         sdio->cur_page_fs_offset = sdio->block_in_file << sdio->blkbits;
813 out:
814         /*
815          * If sdio->boundary then we want to schedule the IO now to
816          * avoid metadata seeks.
817          */
818         if (sdio->boundary) {
819                 ret = dio_send_cur_page(dio, sdio, map_bh);
820                 dio_bio_submit(dio, sdio);
821                 page_cache_release(sdio->cur_page);
822                 sdio->cur_page = NULL;
823         }
824         return ret;
825 }
826
827 /*
828  * Clean any dirty buffers in the blockdev mapping which alias newly-created
829  * file blocks.  Only called for S_ISREG files - blockdevs do not set
830  * buffer_new
831  */
832 static void clean_blockdev_aliases(struct dio *dio, struct buffer_head *map_bh)
833 {
834         unsigned i;
835         unsigned nblocks;
836
837         nblocks = map_bh->b_size >> dio->inode->i_blkbits;
838
839         for (i = 0; i < nblocks; i++) {
840                 unmap_underlying_metadata(map_bh->b_bdev,
841                                           map_bh->b_blocknr + i);
842         }
843 }
844
845 /*
846  * If we are not writing the entire block and get_block() allocated
847  * the block for us, we need to fill-in the unused portion of the
848  * block with zeros. This happens only if user-buffer, fileoffset or
849  * io length is not filesystem block-size multiple.
850  *
851  * `end' is zero if we're doing the start of the IO, 1 at the end of the
852  * IO.
853  */
854 static inline void dio_zero_block(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
855                 int end, struct buffer_head *map_bh)
856 {
857         unsigned dio_blocks_per_fs_block;
858         unsigned this_chunk_blocks;     /* In dio_blocks */
859         unsigned this_chunk_bytes;
860         struct page *page;
861
862         sdio->start_zero_done = 1;
863         if (!sdio->blkfactor || !buffer_new(map_bh))
864                 return;
865
866         dio_blocks_per_fs_block = 1 << sdio->blkfactor;
867         this_chunk_blocks = sdio->block_in_file & (dio_blocks_per_fs_block - 1);
868
869         if (!this_chunk_blocks)
870                 return;
871
872         /*
873          * We need to zero out part of an fs block.  It is either at the
874          * beginning or the end of the fs block.
875          */
876         if (end) 
877                 this_chunk_blocks = dio_blocks_per_fs_block - this_chunk_blocks;
878
879         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << sdio->blkbits;
880
881         page = ZERO_PAGE(0);
882         if (submit_page_section(dio, sdio, page, 0, this_chunk_bytes,
883                                 sdio->next_block_for_io, map_bh))
884                 return;
885
886         sdio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
887 }
888
889 /*
890  * Walk the user pages, and the file, mapping blocks to disk and generating
891  * a sequence of (page,offset,len,block) mappings.  These mappings are injected
892  * into submit_page_section(), which takes care of the next stage of submission
893  *
894  * Direct IO against a blockdev is different from a file.  Because we can
895  * happily perform page-sized but 512-byte aligned IOs.  It is important that
896  * blockdev IO be able to have fine alignment and large sizes.
897  *
898  * So what we do is to permit the ->get_block function to populate bh.b_size
899  * with the size of IO which is permitted at this offset and this i_blkbits.
900  *
901  * For best results, the blockdev should be set up with 512-byte i_blkbits and
902  * it should set b_size to PAGE_SIZE or more inside get_block().  This gives
903  * fine alignment but still allows this function to work in PAGE_SIZE units.
904  */
905 static int do_direct_IO(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
906                         struct buffer_head *map_bh)
907 {
908         const unsigned blkbits = sdio->blkbits;
909         int ret = 0;
910
911         while (sdio->block_in_file < sdio->final_block_in_request) {
912                 struct page *page;
913                 size_t from, to;
914                 page = dio_get_page(dio, sdio, &from, &to);
915                 if (IS_ERR(page)) {
916                         ret = PTR_ERR(page);
917                         goto out;
918                 }
919
920                 while (from < to) {
921                         unsigned this_chunk_bytes;      /* # of bytes mapped */
922                         unsigned this_chunk_blocks;     /* # of blocks */
923                         unsigned u;
924
925                         if (sdio->blocks_available == 0) {
926                                 /*
927                                  * Need to go and map some more disk
928                                  */
929                                 unsigned long blkmask;
930                                 unsigned long dio_remainder;
931
932                                 ret = get_more_blocks(dio, sdio, map_bh);
933                                 if (ret) {
934                                         page_cache_release(page);
935                                         goto out;
936                                 }
937                                 if (!buffer_mapped(map_bh))
938                                         goto do_holes;
939
940                                 sdio->blocks_available =
941                                                 map_bh->b_size >> sdio->blkbits;
942                                 sdio->next_block_for_io =
943                                         map_bh->b_blocknr << sdio->blkfactor;
944                                 if (buffer_new(map_bh))
945                                         clean_blockdev_aliases(dio, map_bh);
946
947                                 if (!sdio->blkfactor)
948                                         goto do_holes;
949
950                                 blkmask = (1 << sdio->blkfactor) - 1;
951                                 dio_remainder = (sdio->block_in_file & blkmask);
952
953                                 /*
954                                  * If we are at the start of IO and that IO
955                                  * starts partway into a fs-block,
956                                  * dio_remainder will be non-zero.  If the IO
957                                  * is a read then we can simply advance the IO
958                                  * cursor to the first block which is to be
959                                  * read.  But if the IO is a write and the
960                                  * block was newly allocated we cannot do that;
961                                  * the start of the fs block must be zeroed out
962                                  * on-disk
963                                  */
964                                 if (!buffer_new(map_bh))
965                                         sdio->next_block_for_io += dio_remainder;
966                                 sdio->blocks_available -= dio_remainder;
967                         }
968 do_holes:
969                         /* Handle holes */
970                         if (!buffer_mapped(map_bh)) {
971                                 loff_t i_size_aligned;
972
973                                 /* AKPM: eargh, -ENOTBLK is a hack */
974                                 if (dio->rw & WRITE) {
975                                         page_cache_release(page);
976                                         return -ENOTBLK;
977                                 }
978
979                                 /*
980                                  * Be sure to account for a partial block as the
981                                  * last block in the file
982                                  */
983                                 i_size_aligned = ALIGN(i_size_read(dio->inode),
984                                                         1 << blkbits);
985                                 if (sdio->block_in_file >=
986                                                 i_size_aligned >> blkbits) {
987                                         /* We hit eof */
988                                         page_cache_release(page);
989                                         goto out;
990                                 }
991                                 zero_user(page, from, 1 << blkbits);
992                                 sdio->block_in_file++;
993                                 from += 1 << blkbits;
994                                 dio->result += 1 << blkbits;
995                                 goto next_block;
996                         }
997
998                         /*
999                          * If we're performing IO which has an alignment which
1000                          * is finer than the underlying fs, go check to see if
1001                          * we must zero out the start of this block.
1002                          */
1003                         if (unlikely(sdio->blkfactor && !sdio->start_zero_done))
1004                                 dio_zero_block(dio, sdio, 0, map_bh);
1005
1006                         /*
1007                          * Work out, in this_chunk_blocks, how much disk we
1008                          * can add to this page
1009                          */
1010                         this_chunk_blocks = sdio->blocks_available;
1011                         u = (to - from) >> blkbits;
1012                         if (this_chunk_blocks > u)
1013                                 this_chunk_blocks = u;
1014                         u = sdio->final_block_in_request - sdio->block_in_file;
1015                         if (this_chunk_blocks > u)
1016                                 this_chunk_blocks = u;
1017                         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << blkbits;
1018                         BUG_ON(this_chunk_bytes == 0);
1019
1020                         if (this_chunk_blocks == sdio->blocks_available)
1021                                 sdio->boundary = buffer_boundary(map_bh);
1022                         ret = submit_page_section(dio, sdio, page,
1023                                                   from,
1024                                                   this_chunk_bytes,
1025                                                   sdio->next_block_for_io,
1026                                                   map_bh);
1027                         if (ret) {
1028                                 page_cache_release(page);
1029                                 goto out;
1030                         }
1031                         sdio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
1032
1033                         sdio->block_in_file += this_chunk_blocks;
1034                         from += this_chunk_bytes;
1035                         dio->result += this_chunk_bytes;
1036                         sdio->blocks_available -= this_chunk_blocks;
1037 next_block:
1038                         BUG_ON(sdio->block_in_file > sdio->final_block_in_request);
1039                         if (sdio->block_in_file == sdio->final_block_in_request)
1040                                 break;
1041                 }
1042
1043                 /* Drop the ref which was taken in get_user_pages() */
1044                 page_cache_release(page);
1045         }
1046 out:
1047         return ret;
1048 }
1049
1050 static inline int drop_refcount(struct dio *dio)
1051 {
1052         int ret2;
1053         unsigned long flags;
1054
1055         /*
1056          * Sync will always be dropping the final ref and completing the
1057          * operation.  AIO can if it was a broken operation described above or
1058          * in fact if all the bios race to complete before we get here.  In
1059          * that case dio_complete() translates the EIOCBQUEUED into the proper
1060          * return code that the caller will hand to aio_complete().
1061          *
1062          * This is managed by the bio_lock instead of being an atomic_t so that
1063          * completion paths can drop their ref and use the remaining count to
1064          * decide to wake the submission path atomically.
1065          */
1066         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
1067         ret2 = --dio->refcount;
1068         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
1069         return ret2;
1070 }
1071
1072 /*
1073  * This is a library function for use by filesystem drivers.
1074  *
1075  * The locking rules are governed by the flags parameter:
1076  *  - if the flags value contains DIO_LOCKING we use a fancy locking
1077  *    scheme for dumb filesystems.
1078  *    For writes this function is called under i_mutex and returns with
1079  *    i_mutex held, for reads, i_mutex is not held on entry, but it is
1080  *    taken and dropped again before returning.
1081  *  - if the flags value does NOT contain DIO_LOCKING we don't use any
1082  *    internal locking but rather rely on the filesystem to synchronize
1083  *    direct I/O reads/writes versus each other and truncate.
1084  *
1085  * To help with locking against truncate we incremented the i_dio_count
1086  * counter before starting direct I/O, and decrement it once we are done.
1087  * Truncate can wait for it to reach zero to provide exclusion.  It is
1088  * expected that filesystem provide exclusion between new direct I/O
1089  * and truncates.  For DIO_LOCKING filesystems this is done by i_mutex,
1090  * but other filesystems need to take care of this on their own.
1091  *
1092  * NOTE: if you pass "sdio" to anything by pointer make sure that function
1093  * is always inlined. Otherwise gcc is unable to split the structure into
1094  * individual fields and will generate much worse code. This is important
1095  * for the whole file.
1096  */
1097 static inline ssize_t
1098 do_blockdev_direct_IO(int rw, struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
1099         struct block_device *bdev, struct iov_iter *iter, loff_t offset, 
1100         get_block_t get_block, dio_iodone_t end_io,
1101         dio_submit_t submit_io, int flags)
1102 {
1103         unsigned i_blkbits = ACCESS_ONCE(inode->i_blkbits);
1104         unsigned blkbits = i_blkbits;
1105         unsigned blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1106         ssize_t retval = -EINVAL;
1107         loff_t end = offset + iov_iter_count(iter);
1108         struct dio *dio;
1109         struct dio_submit sdio = { 0, };
1110         struct buffer_head map_bh = { 0, };
1111         struct blk_plug plug;
1112         unsigned long align = offset | iov_iter_alignment(iter);
1113
1114         if (rw & WRITE)
1115                 rw = WRITE_ODIRECT;
1116
1117         /*
1118          * Avoid references to bdev if not absolutely needed to give
1119          * the early prefetch in the caller enough time.
1120          */
1121
1122         if (align & blocksize_mask) {
1123                 if (bdev)
1124                         blkbits = blksize_bits(bdev_logical_block_size(bdev));
1125                 blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1126                 if (align & blocksize_mask)
1127                         goto out;
1128         }
1129
1130         /* watch out for a 0 len io from a tricksy fs */
1131         if (rw == READ && !iov_iter_count(iter))
1132                 return 0;
1133
1134         dio = kmem_cache_alloc(dio_cache, GFP_KERNEL);
1135         retval = -ENOMEM;
1136         if (!dio)
1137                 goto out;
1138         /*
1139          * Believe it or not, zeroing out the page array caused a .5%
1140          * performance regression in a database benchmark.  So, we take
1141          * care to only zero out what's needed.
1142          */
1143         memset(dio, 0, offsetof(struct dio, pages));
1144
1145         dio->flags = flags;
1146         if (dio->flags & DIO_LOCKING) {
1147                 if (rw == READ) {
1148                         struct address_space *mapping =
1149                                         iocb->ki_filp->f_mapping;
1150
1151                         /* will be released by direct_io_worker */
1152                         mutex_lock(&inode->i_mutex);
1153
1154                         retval = filemap_write_and_wait_range(mapping, offset,
1155                                                               end - 1);
1156                         if (retval) {
1157                                 mutex_unlock(&inode->i_mutex);
1158                                 kmem_cache_free(dio_cache, dio);
1159                                 goto out;
1160                         }
1161                 }
1162         }
1163
1164         /*
1165          * For file extending writes updating i_size before data writeouts
1166          * complete can expose uninitialized blocks in dumb filesystems.
1167          * In that case we need to wait for I/O completion even if asked
1168          * for an asynchronous write.
1169          */
1170         if (is_sync_kiocb(iocb))
1171                 dio->is_async = false;
1172         else if (!(dio->flags & DIO_ASYNC_EXTEND) &&
1173             (rw & WRITE) && end > i_size_read(inode))
1174                 dio->is_async = false;
1175         else
1176                 dio->is_async = true;
1177
1178         dio->inode = inode;
1179         dio->rw = rw;
1180
1181         /*
1182          * For AIO O_(D)SYNC writes we need to defer completions to a workqueue
1183          * so that we can call ->fsync.
1184          */
1185         if (dio->is_async && (rw & WRITE) &&
1186             ((iocb->ki_filp->f_flags & O_DSYNC) ||
1187              IS_SYNC(iocb->ki_filp->f_mapping->host))) {
1188                 retval = dio_set_defer_completion(dio);
1189                 if (retval) {
1190                         /*
1191                          * We grab i_mutex only for reads so we don't have
1192                          * to release it here
1193                          */
1194                         kmem_cache_free(dio_cache, dio);
1195                         goto out;
1196                 }
1197         }
1198
1199         /*
1200          * Will be decremented at I/O completion time.
1201          */
1202         atomic_inc(&inode->i_dio_count);
1203
1204         retval = 0;
1205         sdio.blkbits = blkbits;
1206         sdio.blkfactor = i_blkbits - blkbits;
1207         sdio.block_in_file = offset >> blkbits;
1208
1209         sdio.get_block = get_block;
1210         dio->end_io = end_io;
1211         sdio.submit_io = submit_io;
1212         sdio.final_block_in_bio = -1;
1213         sdio.next_block_for_io = -1;
1214
1215         dio->iocb = iocb;
1216         dio->i_size = i_size_read(inode);
1217
1218         spin_lock_init(&dio->bio_lock);
1219         dio->refcount = 1;
1220
1221         sdio.iter = iter;
1222         sdio.final_block_in_request =
1223                 (offset + iov_iter_count(iter)) >> blkbits;
1224
1225         /*
1226          * In case of non-aligned buffers, we may need 2 more
1227          * pages since we need to zero out first and last block.
1228          */
1229         if (unlikely(sdio.blkfactor))
1230                 sdio.pages_in_io = 2;
1231
1232         sdio.pages_in_io += iov_iter_npages(iter, INT_MAX);
1233
1234         blk_start_plug(&plug);
1235
1236         retval = do_direct_IO(dio, &sdio, &map_bh);
1237         if (retval)
1238                 dio_cleanup(dio, &sdio);
1239
1240         if (retval == -ENOTBLK) {
1241                 /*
1242                  * The remaining part of the request will be
1243                  * be handled by buffered I/O when we return
1244                  */
1245                 retval = 0;
1246         }
1247         /*
1248          * There may be some unwritten disk at the end of a part-written
1249          * fs-block-sized block.  Go zero that now.
1250          */
1251         dio_zero_block(dio, &sdio, 1, &map_bh);
1252
1253         if (sdio.cur_page) {
1254                 ssize_t ret2;
1255
1256                 ret2 = dio_send_cur_page(dio, &sdio, &map_bh);
1257                 if (retval == 0)
1258                         retval = ret2;
1259                 page_cache_release(sdio.cur_page);
1260                 sdio.cur_page = NULL;
1261         }
1262         if (sdio.bio)
1263                 dio_bio_submit(dio, &sdio);
1264
1265         blk_finish_plug(&plug);
1266
1267         /*
1268          * It is possible that, we return short IO due to end of file.
1269          * In that case, we need to release all the pages we got hold on.
1270          */
1271         dio_cleanup(dio, &sdio);
1272
1273         /*
1274          * All block lookups have been performed. For READ requests
1275          * we can let i_mutex go now that its achieved its purpose
1276          * of protecting us from looking up uninitialized blocks.
1277          */
1278         if (rw == READ && (dio->flags & DIO_LOCKING))
1279                 mutex_unlock(&dio->inode->i_mutex);
1280
1281         /*
1282          * The only time we want to leave bios in flight is when a successful
1283          * partial aio read or full aio write have been setup.  In that case
1284          * bio completion will call aio_complete.  The only time it's safe to
1285          * call aio_complete is when we return -EIOCBQUEUED, so we key on that.
1286          * This had *better* be the only place that raises -EIOCBQUEUED.
1287          */
1288         BUG_ON(retval == -EIOCBQUEUED);
1289         if (dio->is_async && retval == 0 && dio->result &&
1290             ((rw == READ) || (dio->result == sdio.size)))
1291                 retval = -EIOCBQUEUED;
1292
1293         if (retval != -EIOCBQUEUED)
1294                 dio_await_completion(dio);
1295
1296         if (drop_refcount(dio) == 0) {
1297                 retval = dio_complete(dio, offset, retval, false);
1298         } else
1299                 BUG_ON(retval != -EIOCBQUEUED);
1300
1301 out:
1302         return retval;
1303 }
1304
1305 ssize_t
1306 __blockdev_direct_IO(int rw, struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
1307         struct block_device *bdev, struct iov_iter *iter, loff_t offset,
1308         get_block_t get_block, dio_iodone_t end_io,
1309         dio_submit_t submit_io, int flags)
1310 {
1311         /*
1312          * The block device state is needed in the end to finally
1313          * submit everything.  Since it's likely to be cache cold
1314          * prefetch it here as first thing to hide some of the
1315          * latency.
1316          *
1317          * Attempt to prefetch the pieces we likely need later.
1318          */
1319         prefetch(&bdev->bd_disk->part_tbl);
1320         prefetch(bdev->bd_queue);
1321         prefetch((char *)bdev->bd_queue + SMP_CACHE_BYTES);
1322
1323         return do_blockdev_direct_IO(rw, iocb, inode, bdev, iter, offset,
1324                                      get_block, end_io, submit_io, flags);
1325 }
1326
1327 EXPORT_SYMBOL(__blockdev_direct_IO);
1328
1329 static __init int dio_init(void)
1330 {
1331         dio_cache = KMEM_CACHE(dio, SLAB_PANIC);
1332         return 0;
1333 }
1334 module_init(dio_init)