]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - fs/direct-io.c
Merge remote-tracking branch 'orangefs/for-next'
[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         if (!(dio->flags & DIO_SKIP_DIO_COUNT))
257                 inode_dio_end(dio->inode);
258
259         if (is_async) {
260                 if (dio->rw & WRITE) {
261                         int err;
262
263                         err = generic_write_sync(dio->iocb->ki_filp, offset,
264                                                  transferred);
265                         if (err < 0 && ret > 0)
266                                 ret = err;
267                 }
268
269                 dio->iocb->ki_complete(dio->iocb, ret, 0);
270         }
271
272         kmem_cache_free(dio_cache, dio);
273         return ret;
274 }
275
276 static void dio_aio_complete_work(struct work_struct *work)
277 {
278         struct dio *dio = container_of(work, struct dio, complete_work);
279
280         dio_complete(dio, dio->iocb->ki_pos, 0, true);
281 }
282
283 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio);
284
285 /*
286  * Asynchronous IO callback. 
287  */
288 static void dio_bio_end_aio(struct bio *bio)
289 {
290         struct dio *dio = bio->bi_private;
291         unsigned long remaining;
292         unsigned long flags;
293
294         /* cleanup the bio */
295         dio_bio_complete(dio, bio);
296
297         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
298         remaining = --dio->refcount;
299         if (remaining == 1 && dio->waiter)
300                 wake_up_process(dio->waiter);
301         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
302
303         if (remaining == 0) {
304                 if (dio->result && dio->defer_completion) {
305                         INIT_WORK(&dio->complete_work, dio_aio_complete_work);
306                         queue_work(dio->inode->i_sb->s_dio_done_wq,
307                                    &dio->complete_work);
308                 } else {
309                         dio_complete(dio, dio->iocb->ki_pos, 0, true);
310                 }
311         }
312 }
313
314 /*
315  * The BIO completion handler simply queues the BIO up for the process-context
316  * handler.
317  *
318  * During I/O bi_private points at the dio.  After I/O, bi_private is used to
319  * implement a singly-linked list of completed BIOs, at dio->bio_list.
320  */
321 static void dio_bio_end_io(struct bio *bio)
322 {
323         struct dio *dio = bio->bi_private;
324         unsigned long flags;
325
326         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
327         bio->bi_private = dio->bio_list;
328         dio->bio_list = bio;
329         if (--dio->refcount == 1 && dio->waiter)
330                 wake_up_process(dio->waiter);
331         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
332 }
333
334 /**
335  * dio_end_io - handle the end io action for the given bio
336  * @bio: The direct io bio thats being completed
337  * @error: Error if there was one
338  *
339  * This is meant to be called by any filesystem that uses their own dio_submit_t
340  * so that the DIO specific endio actions are dealt with after the filesystem
341  * has done it's completion work.
342  */
343 void dio_end_io(struct bio *bio, int error)
344 {
345         struct dio *dio = bio->bi_private;
346
347         if (dio->is_async)
348                 dio_bio_end_aio(bio);
349         else
350                 dio_bio_end_io(bio);
351 }
352 EXPORT_SYMBOL_GPL(dio_end_io);
353
354 static inline void
355 dio_bio_alloc(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
356               struct block_device *bdev,
357               sector_t first_sector, int nr_vecs)
358 {
359         struct bio *bio;
360
361         /*
362          * bio_alloc() is guaranteed to return a bio when called with
363          * __GFP_WAIT and we request a valid number of vectors.
364          */
365         bio = bio_alloc(GFP_KERNEL, nr_vecs);
366
367         bio->bi_bdev = bdev;
368         bio->bi_iter.bi_sector = first_sector;
369         if (dio->is_async)
370                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_aio;
371         else
372                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_io;
373
374         sdio->bio = bio;
375         sdio->logical_offset_in_bio = sdio->cur_page_fs_offset;
376 }
377
378 /*
379  * In the AIO read case we speculatively dirty the pages before starting IO.
380  * During IO completion, any of these pages which happen to have been written
381  * back will be redirtied by bio_check_pages_dirty().
382  *
383  * bios hold a dio reference between submit_bio and ->end_io.
384  */
385 static inline void dio_bio_submit(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
386 {
387         struct bio *bio = sdio->bio;
388         unsigned long flags;
389
390         bio->bi_private = dio;
391
392         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
393         dio->refcount++;
394         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
395
396         if (dio->is_async && dio->rw == READ)
397                 bio_set_pages_dirty(bio);
398
399         if (sdio->submit_io)
400                 sdio->submit_io(dio->rw, bio, dio->inode,
401                                sdio->logical_offset_in_bio);
402         else
403                 submit_bio(dio->rw, bio);
404
405         sdio->bio = NULL;
406         sdio->boundary = 0;
407         sdio->logical_offset_in_bio = 0;
408 }
409
410 /*
411  * Release any resources in case of a failure
412  */
413 static inline void dio_cleanup(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
414 {
415         while (sdio->head < sdio->tail)
416                 page_cache_release(dio->pages[sdio->head++]);
417 }
418
419 /*
420  * Wait for the next BIO to complete.  Remove it and return it.  NULL is
421  * returned once all BIOs have been completed.  This must only be called once
422  * all bios have been issued so that dio->refcount can only decrease.  This
423  * requires that that the caller hold a reference on the dio.
424  */
425 static struct bio *dio_await_one(struct dio *dio)
426 {
427         unsigned long flags;
428         struct bio *bio = NULL;
429
430         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
431
432         /*
433          * Wait as long as the list is empty and there are bios in flight.  bio
434          * completion drops the count, maybe adds to the list, and wakes while
435          * holding the bio_lock so we don't need set_current_state()'s barrier
436          * and can call it after testing our condition.
437          */
438         while (dio->refcount > 1 && dio->bio_list == NULL) {
439                 __set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
440                 dio->waiter = current;
441                 spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
442                 io_schedule();
443                 /* wake up sets us TASK_RUNNING */
444                 spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
445                 dio->waiter = NULL;
446         }
447         if (dio->bio_list) {
448                 bio = dio->bio_list;
449                 dio->bio_list = bio->bi_private;
450         }
451         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
452         return bio;
453 }
454
455 /*
456  * Process one completed BIO.  No locks are held.
457  */
458 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio)
459 {
460         struct bio_vec *bvec;
461         unsigned i;
462         int err;
463
464         if (bio->bi_error)
465                 dio->io_error = -EIO;
466
467         if (dio->is_async && dio->rw == READ) {
468                 bio_check_pages_dirty(bio);     /* transfers ownership */
469                 err = bio->bi_error;
470         } else {
471                 bio_for_each_segment_all(bvec, bio, i) {
472                         struct page *page = bvec->bv_page;
473
474                         if (dio->rw == READ && !PageCompound(page))
475                                 set_page_dirty_lock(page);
476                         page_cache_release(page);
477                 }
478                 err = bio->bi_error;
479                 bio_put(bio);
480         }
481         return err;
482 }
483
484 /*
485  * Wait on and process all in-flight BIOs.  This must only be called once
486  * all bios have been issued so that the refcount can only decrease.
487  * This just waits for all bios to make it through dio_bio_complete.  IO
488  * errors are propagated through dio->io_error and should be propagated via
489  * dio_complete().
490  */
491 static void dio_await_completion(struct dio *dio)
492 {
493         struct bio *bio;
494         do {
495                 bio = dio_await_one(dio);
496                 if (bio)
497                         dio_bio_complete(dio, bio);
498         } while (bio);
499 }
500
501 /*
502  * A really large O_DIRECT read or write can generate a lot of BIOs.  So
503  * to keep the memory consumption sane we periodically reap any completed BIOs
504  * during the BIO generation phase.
505  *
506  * This also helps to limit the peak amount of pinned userspace memory.
507  */
508 static inline int dio_bio_reap(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
509 {
510         int ret = 0;
511
512         if (sdio->reap_counter++ >= 64) {
513                 while (dio->bio_list) {
514                         unsigned long flags;
515                         struct bio *bio;
516                         int ret2;
517
518                         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
519                         bio = dio->bio_list;
520                         dio->bio_list = bio->bi_private;
521                         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
522                         ret2 = dio_bio_complete(dio, bio);
523                         if (ret == 0)
524                                 ret = ret2;
525                 }
526                 sdio->reap_counter = 0;
527         }
528         return ret;
529 }
530
531 /*
532  * Create workqueue for deferred direct IO completions. We allocate the
533  * workqueue when it's first needed. This avoids creating workqueue for
534  * filesystems that don't need it and also allows us to create the workqueue
535  * late enough so the we can include s_id in the name of the workqueue.
536  */
537 static int sb_init_dio_done_wq(struct super_block *sb)
538 {
539         struct workqueue_struct *old;
540         struct workqueue_struct *wq = alloc_workqueue("dio/%s",
541                                                       WQ_MEM_RECLAIM, 0,
542                                                       sb->s_id);
543         if (!wq)
544                 return -ENOMEM;
545         /*
546          * This has to be atomic as more DIOs can race to create the workqueue
547          */
548         old = cmpxchg(&sb->s_dio_done_wq, NULL, wq);
549         /* Someone created workqueue before us? Free ours... */
550         if (old)
551                 destroy_workqueue(wq);
552         return 0;
553 }
554
555 static int dio_set_defer_completion(struct dio *dio)
556 {
557         struct super_block *sb = dio->inode->i_sb;
558
559         if (dio->defer_completion)
560                 return 0;
561         dio->defer_completion = true;
562         if (!sb->s_dio_done_wq)
563                 return sb_init_dio_done_wq(sb);
564         return 0;
565 }
566
567 /*
568  * Call into the fs to map some more disk blocks.  We record the current number
569  * of available blocks at sdio->blocks_available.  These are in units of the
570  * fs blocksize, (1 << inode->i_blkbits).
571  *
572  * The fs is allowed to map lots of blocks at once.  If it wants to do that,
573  * it uses the passed inode-relative block number as the file offset, as usual.
574  *
575  * get_block() is passed the number of i_blkbits-sized blocks which direct_io
576  * has remaining to do.  The fs should not map more than this number of blocks.
577  *
578  * If the fs has mapped a lot of blocks, it should populate bh->b_size to
579  * indicate how much contiguous disk space has been made available at
580  * bh->b_blocknr.
581  *
582  * If *any* of the mapped blocks are new, then the fs must set buffer_new().
583  * This isn't very efficient...
584  *
585  * In the case of filesystem holes: the fs may return an arbitrarily-large
586  * hole by returning an appropriate value in b_size and by clearing
587  * buffer_mapped().  However the direct-io code will only process holes one
588  * block at a time - it will repeatedly call get_block() as it walks the hole.
589  */
590 static int get_more_blocks(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
591                            struct buffer_head *map_bh)
592 {
593         int ret;
594         sector_t fs_startblk;   /* Into file, in filesystem-sized blocks */
595         sector_t fs_endblk;     /* Into file, in filesystem-sized blocks */
596         unsigned long fs_count; /* Number of filesystem-sized blocks */
597         int create;
598         unsigned int i_blkbits = sdio->blkbits + sdio->blkfactor;
599
600         /*
601          * If there was a memory error and we've overwritten all the
602          * mapped blocks then we can now return that memory error
603          */
604         ret = dio->page_errors;
605         if (ret == 0) {
606                 BUG_ON(sdio->block_in_file >= sdio->final_block_in_request);
607                 fs_startblk = sdio->block_in_file >> sdio->blkfactor;
608                 fs_endblk = (sdio->final_block_in_request - 1) >>
609                                         sdio->blkfactor;
610                 fs_count = fs_endblk - fs_startblk + 1;
611
612                 map_bh->b_state = 0;
613                 map_bh->b_size = fs_count << i_blkbits;
614
615                 /*
616                  * For writes inside i_size on a DIO_SKIP_HOLES filesystem we
617                  * forbid block creations: only overwrites are permitted.
618                  * We will return early to the caller once we see an
619                  * unmapped buffer head returned, and the caller will fall
620                  * back to buffered I/O.
621                  *
622                  * Otherwise the decision is left to the get_blocks method,
623                  * which may decide to handle it or also return an unmapped
624                  * buffer head.
625                  */
626                 create = dio->rw & WRITE;
627                 if (dio->flags & DIO_SKIP_HOLES) {
628                         if (sdio->block_in_file < (i_size_read(dio->inode) >>
629                                                         sdio->blkbits))
630                                 create = 0;
631                 }
632
633                 ret = (*sdio->get_block)(dio->inode, fs_startblk,
634                                                 map_bh, create);
635
636                 /* Store for completion */
637                 dio->private = map_bh->b_private;
638
639                 if (ret == 0 && buffer_defer_completion(map_bh))
640                         ret = dio_set_defer_completion(dio);
641         }
642         return ret;
643 }
644
645 /*
646  * There is no bio.  Make one now.
647  */
648 static inline int dio_new_bio(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
649                 sector_t start_sector, struct buffer_head *map_bh)
650 {
651         sector_t sector;
652         int ret, nr_pages;
653
654         ret = dio_bio_reap(dio, sdio);
655         if (ret)
656                 goto out;
657         sector = start_sector << (sdio->blkbits - 9);
658         nr_pages = min(sdio->pages_in_io, BIO_MAX_PAGES);
659         BUG_ON(nr_pages <= 0);
660         dio_bio_alloc(dio, sdio, map_bh->b_bdev, sector, nr_pages);
661         sdio->boundary = 0;
662 out:
663         return ret;
664 }
665
666 /*
667  * Attempt to put the current chunk of 'cur_page' into the current BIO.  If
668  * that was successful then update final_block_in_bio and take a ref against
669  * the just-added page.
670  *
671  * Return zero on success.  Non-zero means the caller needs to start a new BIO.
672  */
673 static inline int dio_bio_add_page(struct dio_submit *sdio)
674 {
675         int ret;
676
677         ret = bio_add_page(sdio->bio, sdio->cur_page,
678                         sdio->cur_page_len, sdio->cur_page_offset);
679         if (ret == sdio->cur_page_len) {
680                 /*
681                  * Decrement count only, if we are done with this page
682                  */
683                 if ((sdio->cur_page_len + sdio->cur_page_offset) == PAGE_SIZE)
684                         sdio->pages_in_io--;
685                 page_cache_get(sdio->cur_page);
686                 sdio->final_block_in_bio = sdio->cur_page_block +
687                         (sdio->cur_page_len >> sdio->blkbits);
688                 ret = 0;
689         } else {
690                 ret = 1;
691         }
692         return ret;
693 }
694                 
695 /*
696  * Put cur_page under IO.  The section of cur_page which is described by
697  * cur_page_offset,cur_page_len is put into a BIO.  The section of cur_page
698  * starts on-disk at cur_page_block.
699  *
700  * We take a ref against the page here (on behalf of its presence in the bio).
701  *
702  * The caller of this function is responsible for removing cur_page from the
703  * dio, and for dropping the refcount which came from that presence.
704  */
705 static inline int dio_send_cur_page(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
706                 struct buffer_head *map_bh)
707 {
708         int ret = 0;
709
710         if (sdio->bio) {
711                 loff_t cur_offset = sdio->cur_page_fs_offset;
712                 loff_t bio_next_offset = sdio->logical_offset_in_bio +
713                         sdio->bio->bi_iter.bi_size;
714
715                 /*
716                  * See whether this new request is contiguous with the old.
717                  *
718                  * Btrfs cannot handle having logically non-contiguous requests
719                  * submitted.  For example if you have
720                  *
721                  * Logical:  [0-4095][HOLE][8192-12287]
722                  * Physical: [0-4095]      [4096-8191]
723                  *
724                  * We cannot submit those pages together as one BIO.  So if our
725                  * current logical offset in the file does not equal what would
726                  * be the next logical offset in the bio, submit the bio we
727                  * have.
728                  */
729                 if (sdio->final_block_in_bio != sdio->cur_page_block ||
730                     cur_offset != bio_next_offset)
731                         dio_bio_submit(dio, sdio);
732         }
733
734         if (sdio->bio == NULL) {
735                 ret = dio_new_bio(dio, sdio, sdio->cur_page_block, map_bh);
736                 if (ret)
737                         goto out;
738         }
739
740         if (dio_bio_add_page(sdio) != 0) {
741                 dio_bio_submit(dio, sdio);
742                 ret = dio_new_bio(dio, sdio, sdio->cur_page_block, map_bh);
743                 if (ret == 0) {
744                         ret = dio_bio_add_page(sdio);
745                         BUG_ON(ret != 0);
746                 }
747         }
748 out:
749         return ret;
750 }
751
752 /*
753  * An autonomous function to put a chunk of a page under deferred IO.
754  *
755  * The caller doesn't actually know (or care) whether this piece of page is in
756  * a BIO, or is under IO or whatever.  We just take care of all possible 
757  * situations here.  The separation between the logic of do_direct_IO() and
758  * that of submit_page_section() is important for clarity.  Please don't break.
759  *
760  * The chunk of page starts on-disk at blocknr.
761  *
762  * We perform deferred IO, by recording the last-submitted page inside our
763  * private part of the dio structure.  If possible, we just expand the IO
764  * across that page here.
765  *
766  * If that doesn't work out then we put the old page into the bio and add this
767  * page to the dio instead.
768  */
769 static inline int
770 submit_page_section(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio, struct page *page,
771                     unsigned offset, unsigned len, sector_t blocknr,
772                     struct buffer_head *map_bh)
773 {
774         int ret = 0;
775
776         if (dio->rw & WRITE) {
777                 /*
778                  * Read accounting is performed in submit_bio()
779                  */
780                 task_io_account_write(len);
781         }
782
783         /*
784          * Can we just grow the current page's presence in the dio?
785          */
786         if (sdio->cur_page == page &&
787             sdio->cur_page_offset + sdio->cur_page_len == offset &&
788             sdio->cur_page_block +
789             (sdio->cur_page_len >> sdio->blkbits) == blocknr) {
790                 sdio->cur_page_len += len;
791                 goto out;
792         }
793
794         /*
795          * If there's a deferred page already there then send it.
796          */
797         if (sdio->cur_page) {
798                 ret = dio_send_cur_page(dio, sdio, map_bh);
799                 page_cache_release(sdio->cur_page);
800                 sdio->cur_page = NULL;
801                 if (ret)
802                         return ret;
803         }
804
805         page_cache_get(page);           /* It is in dio */
806         sdio->cur_page = page;
807         sdio->cur_page_offset = offset;
808         sdio->cur_page_len = len;
809         sdio->cur_page_block = blocknr;
810         sdio->cur_page_fs_offset = sdio->block_in_file << sdio->blkbits;
811 out:
812         /*
813          * If sdio->boundary then we want to schedule the IO now to
814          * avoid metadata seeks.
815          */
816         if (sdio->boundary) {
817                 ret = dio_send_cur_page(dio, sdio, map_bh);
818                 dio_bio_submit(dio, sdio);
819                 page_cache_release(sdio->cur_page);
820                 sdio->cur_page = NULL;
821         }
822         return ret;
823 }
824
825 /*
826  * Clean any dirty buffers in the blockdev mapping which alias newly-created
827  * file blocks.  Only called for S_ISREG files - blockdevs do not set
828  * buffer_new
829  */
830 static void clean_blockdev_aliases(struct dio *dio, struct buffer_head *map_bh)
831 {
832         unsigned i;
833         unsigned nblocks;
834
835         nblocks = map_bh->b_size >> dio->inode->i_blkbits;
836
837         for (i = 0; i < nblocks; i++) {
838                 unmap_underlying_metadata(map_bh->b_bdev,
839                                           map_bh->b_blocknr + i);
840         }
841 }
842
843 /*
844  * If we are not writing the entire block and get_block() allocated
845  * the block for us, we need to fill-in the unused portion of the
846  * block with zeros. This happens only if user-buffer, fileoffset or
847  * io length is not filesystem block-size multiple.
848  *
849  * `end' is zero if we're doing the start of the IO, 1 at the end of the
850  * IO.
851  */
852 static inline void dio_zero_block(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
853                 int end, struct buffer_head *map_bh)
854 {
855         unsigned dio_blocks_per_fs_block;
856         unsigned this_chunk_blocks;     /* In dio_blocks */
857         unsigned this_chunk_bytes;
858         struct page *page;
859
860         sdio->start_zero_done = 1;
861         if (!sdio->blkfactor || !buffer_new(map_bh))
862                 return;
863
864         dio_blocks_per_fs_block = 1 << sdio->blkfactor;
865         this_chunk_blocks = sdio->block_in_file & (dio_blocks_per_fs_block - 1);
866
867         if (!this_chunk_blocks)
868                 return;
869
870         /*
871          * We need to zero out part of an fs block.  It is either at the
872          * beginning or the end of the fs block.
873          */
874         if (end) 
875                 this_chunk_blocks = dio_blocks_per_fs_block - this_chunk_blocks;
876
877         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << sdio->blkbits;
878
879         page = ZERO_PAGE(0);
880         if (submit_page_section(dio, sdio, page, 0, this_chunk_bytes,
881                                 sdio->next_block_for_io, map_bh))
882                 return;
883
884         sdio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
885 }
886
887 /*
888  * Walk the user pages, and the file, mapping blocks to disk and generating
889  * a sequence of (page,offset,len,block) mappings.  These mappings are injected
890  * into submit_page_section(), which takes care of the next stage of submission
891  *
892  * Direct IO against a blockdev is different from a file.  Because we can
893  * happily perform page-sized but 512-byte aligned IOs.  It is important that
894  * blockdev IO be able to have fine alignment and large sizes.
895  *
896  * So what we do is to permit the ->get_block function to populate bh.b_size
897  * with the size of IO which is permitted at this offset and this i_blkbits.
898  *
899  * For best results, the blockdev should be set up with 512-byte i_blkbits and
900  * it should set b_size to PAGE_SIZE or more inside get_block().  This gives
901  * fine alignment but still allows this function to work in PAGE_SIZE units.
902  */
903 static int do_direct_IO(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
904                         struct buffer_head *map_bh)
905 {
906         const unsigned blkbits = sdio->blkbits;
907         int ret = 0;
908
909         while (sdio->block_in_file < sdio->final_block_in_request) {
910                 struct page *page;
911                 size_t from, to;
912
913                 page = dio_get_page(dio, sdio);
914                 if (IS_ERR(page)) {
915                         ret = PTR_ERR(page);
916                         goto out;
917                 }
918                 from = sdio->head ? 0 : sdio->from;
919                 to = (sdio->head == sdio->tail - 1) ? sdio->to : PAGE_SIZE;
920                 sdio->head++;
921
922                 while (from < to) {
923                         unsigned this_chunk_bytes;      /* # of bytes mapped */
924                         unsigned this_chunk_blocks;     /* # of blocks */
925                         unsigned u;
926
927                         if (sdio->blocks_available == 0) {
928                                 /*
929                                  * Need to go and map some more disk
930                                  */
931                                 unsigned long blkmask;
932                                 unsigned long dio_remainder;
933
934                                 ret = get_more_blocks(dio, sdio, map_bh);
935                                 if (ret) {
936                                         page_cache_release(page);
937                                         goto out;
938                                 }
939                                 if (!buffer_mapped(map_bh))
940                                         goto do_holes;
941
942                                 sdio->blocks_available =
943                                                 map_bh->b_size >> sdio->blkbits;
944                                 sdio->next_block_for_io =
945                                         map_bh->b_blocknr << sdio->blkfactor;
946                                 if (buffer_new(map_bh))
947                                         clean_blockdev_aliases(dio, map_bh);
948
949                                 if (!sdio->blkfactor)
950                                         goto do_holes;
951
952                                 blkmask = (1 << sdio->blkfactor) - 1;
953                                 dio_remainder = (sdio->block_in_file & blkmask);
954
955                                 /*
956                                  * If we are at the start of IO and that IO
957                                  * starts partway into a fs-block,
958                                  * dio_remainder will be non-zero.  If the IO
959                                  * is a read then we can simply advance the IO
960                                  * cursor to the first block which is to be
961                                  * read.  But if the IO is a write and the
962                                  * block was newly allocated we cannot do that;
963                                  * the start of the fs block must be zeroed out
964                                  * on-disk
965                                  */
966                                 if (!buffer_new(map_bh))
967                                         sdio->next_block_for_io += dio_remainder;
968                                 sdio->blocks_available -= dio_remainder;
969                         }
970 do_holes:
971                         /* Handle holes */
972                         if (!buffer_mapped(map_bh)) {
973                                 loff_t i_size_aligned;
974
975                                 /* AKPM: eargh, -ENOTBLK is a hack */
976                                 if (dio->rw & WRITE) {
977                                         page_cache_release(page);
978                                         return -ENOTBLK;
979                                 }
980
981                                 /*
982                                  * Be sure to account for a partial block as the
983                                  * last block in the file
984                                  */
985                                 i_size_aligned = ALIGN(i_size_read(dio->inode),
986                                                         1 << blkbits);
987                                 if (sdio->block_in_file >=
988                                                 i_size_aligned >> blkbits) {
989                                         /* We hit eof */
990                                         page_cache_release(page);
991                                         goto out;
992                                 }
993                                 zero_user(page, from, 1 << blkbits);
994                                 sdio->block_in_file++;
995                                 from += 1 << blkbits;
996                                 dio->result += 1 << blkbits;
997                                 goto next_block;
998                         }
999
1000                         /*
1001                          * If we're performing IO which has an alignment which
1002                          * is finer than the underlying fs, go check to see if
1003                          * we must zero out the start of this block.
1004                          */
1005                         if (unlikely(sdio->blkfactor && !sdio->start_zero_done))
1006                                 dio_zero_block(dio, sdio, 0, map_bh);
1007
1008                         /*
1009                          * Work out, in this_chunk_blocks, how much disk we
1010                          * can add to this page
1011                          */
1012                         this_chunk_blocks = sdio->blocks_available;
1013                         u = (to - from) >> blkbits;
1014                         if (this_chunk_blocks > u)
1015                                 this_chunk_blocks = u;
1016                         u = sdio->final_block_in_request - sdio->block_in_file;
1017                         if (this_chunk_blocks > u)
1018                                 this_chunk_blocks = u;
1019                         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << blkbits;
1020                         BUG_ON(this_chunk_bytes == 0);
1021
1022                         if (this_chunk_blocks == sdio->blocks_available)
1023                                 sdio->boundary = buffer_boundary(map_bh);
1024                         ret = submit_page_section(dio, sdio, page,
1025                                                   from,
1026                                                   this_chunk_bytes,
1027                                                   sdio->next_block_for_io,
1028                                                   map_bh);
1029                         if (ret) {
1030                                 page_cache_release(page);
1031                                 goto out;
1032                         }
1033                         sdio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
1034
1035                         sdio->block_in_file += this_chunk_blocks;
1036                         from += this_chunk_bytes;
1037                         dio->result += this_chunk_bytes;
1038                         sdio->blocks_available -= this_chunk_blocks;
1039 next_block:
1040                         BUG_ON(sdio->block_in_file > sdio->final_block_in_request);
1041                         if (sdio->block_in_file == sdio->final_block_in_request)
1042                                 break;
1043                 }
1044
1045                 /* Drop the ref which was taken in get_user_pages() */
1046                 page_cache_release(page);
1047         }
1048 out:
1049         return ret;
1050 }
1051
1052 static inline int drop_refcount(struct dio *dio)
1053 {
1054         int ret2;
1055         unsigned long flags;
1056
1057         /*
1058          * Sync will always be dropping the final ref and completing the
1059          * operation.  AIO can if it was a broken operation described above or
1060          * in fact if all the bios race to complete before we get here.  In
1061          * that case dio_complete() translates the EIOCBQUEUED into the proper
1062          * return code that the caller will hand to ->complete().
1063          *
1064          * This is managed by the bio_lock instead of being an atomic_t so that
1065          * completion paths can drop their ref and use the remaining count to
1066          * decide to wake the submission path atomically.
1067          */
1068         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
1069         ret2 = --dio->refcount;
1070         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
1071         return ret2;
1072 }
1073
1074 /*
1075  * This is a library function for use by filesystem drivers.
1076  *
1077  * The locking rules are governed by the flags parameter:
1078  *  - if the flags value contains DIO_LOCKING we use a fancy locking
1079  *    scheme for dumb filesystems.
1080  *    For writes this function is called under i_mutex and returns with
1081  *    i_mutex held, for reads, i_mutex is not held on entry, but it is
1082  *    taken and dropped again before returning.
1083  *  - if the flags value does NOT contain DIO_LOCKING we don't use any
1084  *    internal locking but rather rely on the filesystem to synchronize
1085  *    direct I/O reads/writes versus each other and truncate.
1086  *
1087  * To help with locking against truncate we incremented the i_dio_count
1088  * counter before starting direct I/O, and decrement it once we are done.
1089  * Truncate can wait for it to reach zero to provide exclusion.  It is
1090  * expected that filesystem provide exclusion between new direct I/O
1091  * and truncates.  For DIO_LOCKING filesystems this is done by i_mutex,
1092  * but other filesystems need to take care of this on their own.
1093  *
1094  * NOTE: if you pass "sdio" to anything by pointer make sure that function
1095  * is always inlined. Otherwise gcc is unable to split the structure into
1096  * individual fields and will generate much worse code. This is important
1097  * for the whole file.
1098  */
1099 static inline ssize_t
1100 do_blockdev_direct_IO(struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
1101                       struct block_device *bdev, struct iov_iter *iter,
1102                       loff_t offset, get_block_t get_block, dio_iodone_t end_io,
1103                       dio_submit_t submit_io, int flags)
1104 {
1105         unsigned i_blkbits = ACCESS_ONCE(inode->i_blkbits);
1106         unsigned blkbits = i_blkbits;
1107         unsigned blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1108         ssize_t retval = -EINVAL;
1109         size_t count = iov_iter_count(iter);
1110         loff_t end = offset + count;
1111         struct dio *dio;
1112         struct dio_submit sdio = { 0, };
1113         struct buffer_head map_bh = { 0, };
1114         struct blk_plug plug;
1115         unsigned long align = offset | iov_iter_alignment(iter);
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 (iov_iter_rw(iter) == 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 (iov_iter_rw(iter) == 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                  iov_iter_rw(iter) == 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 = iov_iter_rw(iter) == WRITE ? WRITE_ODIRECT : READ;
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 && iov_iter_rw(iter) == 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         if (!(dio->flags & DIO_SKIP_DIO_COUNT))
1203                 inode_dio_begin(inode);
1204
1205         retval = 0;
1206         sdio.blkbits = blkbits;
1207         sdio.blkfactor = i_blkbits - blkbits;
1208         sdio.block_in_file = offset >> blkbits;
1209
1210         sdio.get_block = get_block;
1211         dio->end_io = end_io;
1212         sdio.submit_io = submit_io;
1213         sdio.final_block_in_bio = -1;
1214         sdio.next_block_for_io = -1;
1215
1216         dio->iocb = iocb;
1217         dio->i_size = i_size_read(inode);
1218
1219         spin_lock_init(&dio->bio_lock);
1220         dio->refcount = 1;
1221
1222         sdio.iter = iter;
1223         sdio.final_block_in_request =
1224                 (offset + iov_iter_count(iter)) >> blkbits;
1225
1226         /*
1227          * In case of non-aligned buffers, we may need 2 more
1228          * pages since we need to zero out first and last block.
1229          */
1230         if (unlikely(sdio.blkfactor))
1231                 sdio.pages_in_io = 2;
1232
1233         sdio.pages_in_io += iov_iter_npages(iter, INT_MAX);
1234
1235         blk_start_plug(&plug);
1236
1237         retval = do_direct_IO(dio, &sdio, &map_bh);
1238         if (retval)
1239                 dio_cleanup(dio, &sdio);
1240
1241         if (retval == -ENOTBLK) {
1242                 /*
1243                  * The remaining part of the request will be
1244                  * be handled by buffered I/O when we return
1245                  */
1246                 retval = 0;
1247         }
1248         /*
1249          * There may be some unwritten disk at the end of a part-written
1250          * fs-block-sized block.  Go zero that now.
1251          */
1252         dio_zero_block(dio, &sdio, 1, &map_bh);
1253
1254         if (sdio.cur_page) {
1255                 ssize_t ret2;
1256
1257                 ret2 = dio_send_cur_page(dio, &sdio, &map_bh);
1258                 if (retval == 0)
1259                         retval = ret2;
1260                 page_cache_release(sdio.cur_page);
1261                 sdio.cur_page = NULL;
1262         }
1263         if (sdio.bio)
1264                 dio_bio_submit(dio, &sdio);
1265
1266         blk_finish_plug(&plug);
1267
1268         /*
1269          * It is possible that, we return short IO due to end of file.
1270          * In that case, we need to release all the pages we got hold on.
1271          */
1272         dio_cleanup(dio, &sdio);
1273
1274         /*
1275          * All block lookups have been performed. For READ requests
1276          * we can let i_mutex go now that its achieved its purpose
1277          * of protecting us from looking up uninitialized blocks.
1278          */
1279         if (iov_iter_rw(iter) == READ && (dio->flags & DIO_LOCKING))
1280                 mutex_unlock(&dio->inode->i_mutex);
1281
1282         /*
1283          * The only time we want to leave bios in flight is when a successful
1284          * partial aio read or full aio write have been setup.  In that case
1285          * bio completion will call aio_complete.  The only time it's safe to
1286          * call aio_complete is when we return -EIOCBQUEUED, so we key on that.
1287          * This had *better* be the only place that raises -EIOCBQUEUED.
1288          */
1289         BUG_ON(retval == -EIOCBQUEUED);
1290         if (dio->is_async && retval == 0 && dio->result &&
1291             (iov_iter_rw(iter) == READ || dio->result == count))
1292                 retval = -EIOCBQUEUED;
1293         else
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 __blockdev_direct_IO(struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
1306                              struct block_device *bdev, struct iov_iter *iter,
1307                              loff_t offset, get_block_t get_block,
1308                              dio_iodone_t end_io, dio_submit_t submit_io,
1309                              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(iocb, inode, bdev, iter, offset, get_block,
1324                                      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)