]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - fs/direct-io.c
Merge remote-tracking branch 'pwm/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         bool should_dirty;              /* if pages should be dirtied */
124         int io_error;                   /* IO error in completion path */
125         unsigned long refcount;         /* direct_io_worker() and bios */
126         struct bio *bio_list;           /* singly linked via bi_private */
127         struct task_struct *waiter;     /* waiting task (NULL if none) */
128
129         /* AIO related stuff */
130         struct kiocb *iocb;             /* kiocb */
131         ssize_t result;                 /* IO result */
132
133         /*
134          * pages[] (and any fields placed after it) are not zeroed out at
135          * allocation time.  Don't add new fields after pages[] unless you
136          * wish that they not be zeroed.
137          */
138         union {
139                 struct page *pages[DIO_PAGES];  /* page buffer */
140                 struct work_struct complete_work;/* deferred AIO completion */
141         };
142 } ____cacheline_aligned_in_smp;
143
144 static struct kmem_cache *dio_cache __read_mostly;
145
146 /*
147  * How many pages are in the queue?
148  */
149 static inline unsigned dio_pages_present(struct dio_submit *sdio)
150 {
151         return sdio->tail - sdio->head;
152 }
153
154 /*
155  * Go grab and pin some userspace pages.   Typically we'll get 64 at a time.
156  */
157 static inline int dio_refill_pages(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
158 {
159         ssize_t ret;
160
161         ret = iov_iter_get_pages(sdio->iter, dio->pages, LONG_MAX, DIO_PAGES,
162                                 &sdio->from);
163
164         if (ret < 0 && sdio->blocks_available && (dio->rw & WRITE)) {
165                 struct page *page = ZERO_PAGE(0);
166                 /*
167                  * A memory fault, but the filesystem has some outstanding
168                  * mapped blocks.  We need to use those blocks up to avoid
169                  * leaking stale data in the file.
170                  */
171                 if (dio->page_errors == 0)
172                         dio->page_errors = ret;
173                 page_cache_get(page);
174                 dio->pages[0] = page;
175                 sdio->head = 0;
176                 sdio->tail = 1;
177                 sdio->from = 0;
178                 sdio->to = PAGE_SIZE;
179                 return 0;
180         }
181
182         if (ret >= 0) {
183                 iov_iter_advance(sdio->iter, ret);
184                 ret += sdio->from;
185                 sdio->head = 0;
186                 sdio->tail = (ret + PAGE_SIZE - 1) / PAGE_SIZE;
187                 sdio->to = ((ret - 1) & (PAGE_SIZE - 1)) + 1;
188                 return 0;
189         }
190         return ret;     
191 }
192
193 /*
194  * Get another userspace page.  Returns an ERR_PTR on error.  Pages are
195  * buffered inside the dio so that we can call get_user_pages() against a
196  * decent number of pages, less frequently.  To provide nicer use of the
197  * L1 cache.
198  */
199 static inline struct page *dio_get_page(struct dio *dio,
200                                         struct dio_submit *sdio)
201 {
202         if (dio_pages_present(sdio) == 0) {
203                 int ret;
204
205                 ret = dio_refill_pages(dio, sdio);
206                 if (ret)
207                         return ERR_PTR(ret);
208                 BUG_ON(dio_pages_present(sdio) == 0);
209         }
210         return dio->pages[sdio->head];
211 }
212
213 /**
214  * dio_complete() - called when all DIO BIO I/O has been completed
215  * @offset: the byte offset in the file of the completed operation
216  *
217  * This drops i_dio_count, lets interested parties know that a DIO operation
218  * has completed, and calculates the resulting return code for the operation.
219  *
220  * It lets the filesystem know if it registered an interest earlier via
221  * get_block.  Pass the private field of the map buffer_head so that
222  * filesystems can use it to hold additional state between get_block calls and
223  * dio_complete.
224  */
225 static ssize_t dio_complete(struct dio *dio, loff_t offset, ssize_t ret,
226                 bool is_async)
227 {
228         ssize_t transferred = 0;
229
230         /*
231          * AIO submission can race with bio completion to get here while
232          * expecting to have the last io completed by bio completion.
233          * In that case -EIOCBQUEUED is in fact not an error we want
234          * to preserve through this call.
235          */
236         if (ret == -EIOCBQUEUED)
237                 ret = 0;
238
239         if (dio->result) {
240                 transferred = dio->result;
241
242                 /* Check for short read case */
243                 if ((dio->rw == READ) && ((offset + transferred) > dio->i_size))
244                         transferred = dio->i_size - offset;
245         }
246
247         if (ret == 0)
248                 ret = dio->page_errors;
249         if (ret == 0)
250                 ret = dio->io_error;
251         if (ret == 0)
252                 ret = transferred;
253
254         if (dio->end_io && dio->result)
255                 dio->end_io(dio->iocb, offset, transferred, dio->private);
256
257         if (!(dio->flags & DIO_SKIP_DIO_COUNT))
258                 inode_dio_end(dio->inode);
259
260         if (is_async) {
261                 if (dio->rw & WRITE) {
262                         int err;
263
264                         err = generic_write_sync(dio->iocb->ki_filp, offset,
265                                                  transferred);
266                         if (err < 0 && ret > 0)
267                                 ret = err;
268                 }
269
270                 dio->iocb->ki_complete(dio->iocb, ret, 0);
271         }
272
273         kmem_cache_free(dio_cache, dio);
274         return ret;
275 }
276
277 static void dio_aio_complete_work(struct work_struct *work)
278 {
279         struct dio *dio = container_of(work, struct dio, complete_work);
280
281         dio_complete(dio, dio->iocb->ki_pos, 0, true);
282 }
283
284 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio);
285
286 /*
287  * Asynchronous IO callback. 
288  */
289 static void dio_bio_end_aio(struct bio *bio)
290 {
291         struct dio *dio = bio->bi_private;
292         unsigned long remaining;
293         unsigned long flags;
294
295         /* cleanup the bio */
296         dio_bio_complete(dio, bio);
297
298         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
299         remaining = --dio->refcount;
300         if (remaining == 1 && dio->waiter)
301                 wake_up_process(dio->waiter);
302         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
303
304         if (remaining == 0) {
305                 if (dio->result && dio->defer_completion) {
306                         INIT_WORK(&dio->complete_work, dio_aio_complete_work);
307                         queue_work(dio->inode->i_sb->s_dio_done_wq,
308                                    &dio->complete_work);
309                 } else {
310                         dio_complete(dio, dio->iocb->ki_pos, 0, true);
311                 }
312         }
313 }
314
315 /*
316  * The BIO completion handler simply queues the BIO up for the process-context
317  * handler.
318  *
319  * During I/O bi_private points at the dio.  After I/O, bi_private is used to
320  * implement a singly-linked list of completed BIOs, at dio->bio_list.
321  */
322 static void dio_bio_end_io(struct bio *bio)
323 {
324         struct dio *dio = bio->bi_private;
325         unsigned long flags;
326
327         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
328         bio->bi_private = dio->bio_list;
329         dio->bio_list = bio;
330         if (--dio->refcount == 1 && dio->waiter)
331                 wake_up_process(dio->waiter);
332         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
333 }
334
335 /**
336  * dio_end_io - handle the end io action for the given bio
337  * @bio: The direct io bio thats being completed
338  * @error: Error if there was one
339  *
340  * This is meant to be called by any filesystem that uses their own dio_submit_t
341  * so that the DIO specific endio actions are dealt with after the filesystem
342  * has done it's completion work.
343  */
344 void dio_end_io(struct bio *bio, int error)
345 {
346         struct dio *dio = bio->bi_private;
347
348         if (dio->is_async)
349                 dio_bio_end_aio(bio);
350         else
351                 dio_bio_end_io(bio);
352 }
353 EXPORT_SYMBOL_GPL(dio_end_io);
354
355 static inline void
356 dio_bio_alloc(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
357               struct block_device *bdev,
358               sector_t first_sector, int nr_vecs)
359 {
360         struct bio *bio;
361
362         /*
363          * bio_alloc() is guaranteed to return a bio when called with
364          * __GFP_WAIT and we request a valid number of vectors.
365          */
366         bio = bio_alloc(GFP_KERNEL, nr_vecs);
367
368         bio->bi_bdev = bdev;
369         bio->bi_iter.bi_sector = first_sector;
370         if (dio->is_async)
371                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_aio;
372         else
373                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_io;
374
375         sdio->bio = bio;
376         sdio->logical_offset_in_bio = sdio->cur_page_fs_offset;
377 }
378
379 /*
380  * In the AIO read case we speculatively dirty the pages before starting IO.
381  * During IO completion, any of these pages which happen to have been written
382  * back will be redirtied by bio_check_pages_dirty().
383  *
384  * bios hold a dio reference between submit_bio and ->end_io.
385  */
386 static inline void dio_bio_submit(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
387 {
388         struct bio *bio = sdio->bio;
389         unsigned long flags;
390
391         bio->bi_private = dio;
392
393         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
394         dio->refcount++;
395         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
396
397         if (dio->is_async && dio->rw == READ && dio->should_dirty)
398                 bio_set_pages_dirty(bio);
399
400         if (sdio->submit_io)
401                 sdio->submit_io(dio->rw, bio, dio->inode,
402                                sdio->logical_offset_in_bio);
403         else
404                 submit_bio(dio->rw, bio);
405
406         sdio->bio = NULL;
407         sdio->boundary = 0;
408         sdio->logical_offset_in_bio = 0;
409 }
410
411 /*
412  * Release any resources in case of a failure
413  */
414 static inline void dio_cleanup(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
415 {
416         while (sdio->head < sdio->tail)
417                 page_cache_release(dio->pages[sdio->head++]);
418 }
419
420 /*
421  * Wait for the next BIO to complete.  Remove it and return it.  NULL is
422  * returned once all BIOs have been completed.  This must only be called once
423  * all bios have been issued so that dio->refcount can only decrease.  This
424  * requires that that the caller hold a reference on the dio.
425  */
426 static struct bio *dio_await_one(struct dio *dio)
427 {
428         unsigned long flags;
429         struct bio *bio = NULL;
430
431         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
432
433         /*
434          * Wait as long as the list is empty and there are bios in flight.  bio
435          * completion drops the count, maybe adds to the list, and wakes while
436          * holding the bio_lock so we don't need set_current_state()'s barrier
437          * and can call it after testing our condition.
438          */
439         while (dio->refcount > 1 && dio->bio_list == NULL) {
440                 __set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
441                 dio->waiter = current;
442                 spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
443                 io_schedule();
444                 /* wake up sets us TASK_RUNNING */
445                 spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
446                 dio->waiter = NULL;
447         }
448         if (dio->bio_list) {
449                 bio = dio->bio_list;
450                 dio->bio_list = bio->bi_private;
451         }
452         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
453         return bio;
454 }
455
456 /*
457  * Process one completed BIO.  No locks are held.
458  */
459 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio)
460 {
461         struct bio_vec *bvec;
462         unsigned i;
463         int err;
464
465         if (bio->bi_error)
466                 dio->io_error = -EIO;
467
468         if (dio->is_async && dio->rw == READ && dio->should_dirty) {
469                 bio_check_pages_dirty(bio);     /* transfers ownership */
470                 err = bio->bi_error;
471         } else {
472                 bio_for_each_segment_all(bvec, bio, i) {
473                         struct page *page = bvec->bv_page;
474
475                         if (dio->rw == READ && !PageCompound(page) &&
476                                         dio->should_dirty)
477                                 set_page_dirty_lock(page);
478                         page_cache_release(page);
479                 }
480                 err = bio->bi_error;
481                 bio_put(bio);
482         }
483         return err;
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_MAX_PAGES);
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
915                 page = dio_get_page(dio, sdio);
916                 if (IS_ERR(page)) {
917                         ret = PTR_ERR(page);
918                         goto out;
919                 }
920                 from = sdio->head ? 0 : sdio->from;
921                 to = (sdio->head == sdio->tail - 1) ? sdio->to : PAGE_SIZE;
922                 sdio->head++;
923
924                 while (from < to) {
925                         unsigned this_chunk_bytes;      /* # of bytes mapped */
926                         unsigned this_chunk_blocks;     /* # of blocks */
927                         unsigned u;
928
929                         if (sdio->blocks_available == 0) {
930                                 /*
931                                  * Need to go and map some more disk
932                                  */
933                                 unsigned long blkmask;
934                                 unsigned long dio_remainder;
935
936                                 ret = get_more_blocks(dio, sdio, map_bh);
937                                 if (ret) {
938                                         page_cache_release(page);
939                                         goto out;
940                                 }
941                                 if (!buffer_mapped(map_bh))
942                                         goto do_holes;
943
944                                 sdio->blocks_available =
945                                                 map_bh->b_size >> sdio->blkbits;
946                                 sdio->next_block_for_io =
947                                         map_bh->b_blocknr << sdio->blkfactor;
948                                 if (buffer_new(map_bh))
949                                         clean_blockdev_aliases(dio, map_bh);
950
951                                 if (!sdio->blkfactor)
952                                         goto do_holes;
953
954                                 blkmask = (1 << sdio->blkfactor) - 1;
955                                 dio_remainder = (sdio->block_in_file & blkmask);
956
957                                 /*
958                                  * If we are at the start of IO and that IO
959                                  * starts partway into a fs-block,
960                                  * dio_remainder will be non-zero.  If the IO
961                                  * is a read then we can simply advance the IO
962                                  * cursor to the first block which is to be
963                                  * read.  But if the IO is a write and the
964                                  * block was newly allocated we cannot do that;
965                                  * the start of the fs block must be zeroed out
966                                  * on-disk
967                                  */
968                                 if (!buffer_new(map_bh))
969                                         sdio->next_block_for_io += dio_remainder;
970                                 sdio->blocks_available -= dio_remainder;
971                         }
972 do_holes:
973                         /* Handle holes */
974                         if (!buffer_mapped(map_bh)) {
975                                 loff_t i_size_aligned;
976
977                                 /* AKPM: eargh, -ENOTBLK is a hack */
978                                 if (dio->rw & WRITE) {
979                                         page_cache_release(page);
980                                         return -ENOTBLK;
981                                 }
982
983                                 /*
984                                  * Be sure to account for a partial block as the
985                                  * last block in the file
986                                  */
987                                 i_size_aligned = ALIGN(i_size_read(dio->inode),
988                                                         1 << blkbits);
989                                 if (sdio->block_in_file >=
990                                                 i_size_aligned >> blkbits) {
991                                         /* We hit eof */
992                                         page_cache_release(page);
993                                         goto out;
994                                 }
995                                 zero_user(page, from, 1 << blkbits);
996                                 sdio->block_in_file++;
997                                 from += 1 << blkbits;
998                                 dio->result += 1 << blkbits;
999                                 goto next_block;
1000                         }
1001
1002                         /*
1003                          * If we're performing IO which has an alignment which
1004                          * is finer than the underlying fs, go check to see if
1005                          * we must zero out the start of this block.
1006                          */
1007                         if (unlikely(sdio->blkfactor && !sdio->start_zero_done))
1008                                 dio_zero_block(dio, sdio, 0, map_bh);
1009
1010                         /*
1011                          * Work out, in this_chunk_blocks, how much disk we
1012                          * can add to this page
1013                          */
1014                         this_chunk_blocks = sdio->blocks_available;
1015                         u = (to - from) >> blkbits;
1016                         if (this_chunk_blocks > u)
1017                                 this_chunk_blocks = u;
1018                         u = sdio->final_block_in_request - sdio->block_in_file;
1019                         if (this_chunk_blocks > u)
1020                                 this_chunk_blocks = u;
1021                         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << blkbits;
1022                         BUG_ON(this_chunk_bytes == 0);
1023
1024                         if (this_chunk_blocks == sdio->blocks_available)
1025                                 sdio->boundary = buffer_boundary(map_bh);
1026                         ret = submit_page_section(dio, sdio, page,
1027                                                   from,
1028                                                   this_chunk_bytes,
1029                                                   sdio->next_block_for_io,
1030                                                   map_bh);
1031                         if (ret) {
1032                                 page_cache_release(page);
1033                                 goto out;
1034                         }
1035                         sdio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
1036
1037                         sdio->block_in_file += this_chunk_blocks;
1038                         from += this_chunk_bytes;
1039                         dio->result += this_chunk_bytes;
1040                         sdio->blocks_available -= this_chunk_blocks;
1041 next_block:
1042                         BUG_ON(sdio->block_in_file > sdio->final_block_in_request);
1043                         if (sdio->block_in_file == sdio->final_block_in_request)
1044                                 break;
1045                 }
1046
1047                 /* Drop the ref which was taken in get_user_pages() */
1048                 page_cache_release(page);
1049         }
1050 out:
1051         return ret;
1052 }
1053
1054 static inline int drop_refcount(struct dio *dio)
1055 {
1056         int ret2;
1057         unsigned long flags;
1058
1059         /*
1060          * Sync will always be dropping the final ref and completing the
1061          * operation.  AIO can if it was a broken operation described above or
1062          * in fact if all the bios race to complete before we get here.  In
1063          * that case dio_complete() translates the EIOCBQUEUED into the proper
1064          * return code that the caller will hand to ->complete().
1065          *
1066          * This is managed by the bio_lock instead of being an atomic_t so that
1067          * completion paths can drop their ref and use the remaining count to
1068          * decide to wake the submission path atomically.
1069          */
1070         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
1071         ret2 = --dio->refcount;
1072         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
1073         return ret2;
1074 }
1075
1076 /*
1077  * This is a library function for use by filesystem drivers.
1078  *
1079  * The locking rules are governed by the flags parameter:
1080  *  - if the flags value contains DIO_LOCKING we use a fancy locking
1081  *    scheme for dumb filesystems.
1082  *    For writes this function is called under i_mutex and returns with
1083  *    i_mutex held, for reads, i_mutex is not held on entry, but it is
1084  *    taken and dropped again before returning.
1085  *  - if the flags value does NOT contain DIO_LOCKING we don't use any
1086  *    internal locking but rather rely on the filesystem to synchronize
1087  *    direct I/O reads/writes versus each other and truncate.
1088  *
1089  * To help with locking against truncate we incremented the i_dio_count
1090  * counter before starting direct I/O, and decrement it once we are done.
1091  * Truncate can wait for it to reach zero to provide exclusion.  It is
1092  * expected that filesystem provide exclusion between new direct I/O
1093  * and truncates.  For DIO_LOCKING filesystems this is done by i_mutex,
1094  * but other filesystems need to take care of this on their own.
1095  *
1096  * NOTE: if you pass "sdio" to anything by pointer make sure that function
1097  * is always inlined. Otherwise gcc is unable to split the structure into
1098  * individual fields and will generate much worse code. This is important
1099  * for the whole file.
1100  */
1101 static inline ssize_t
1102 do_blockdev_direct_IO(struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
1103                       struct block_device *bdev, struct iov_iter *iter,
1104                       loff_t offset, get_block_t get_block, dio_iodone_t end_io,
1105                       dio_submit_t submit_io, int flags)
1106 {
1107         unsigned i_blkbits = ACCESS_ONCE(inode->i_blkbits);
1108         unsigned blkbits = i_blkbits;
1109         unsigned blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1110         ssize_t retval = -EINVAL;
1111         size_t count = iov_iter_count(iter);
1112         loff_t end = offset + count;
1113         struct dio *dio;
1114         struct dio_submit sdio = { 0, };
1115         struct buffer_head map_bh = { 0, };
1116         struct blk_plug plug;
1117         unsigned long align = offset | iov_iter_alignment(iter);
1118
1119         /*
1120          * Avoid references to bdev if not absolutely needed to give
1121          * the early prefetch in the caller enough time.
1122          */
1123
1124         if (align & blocksize_mask) {
1125                 if (bdev)
1126                         blkbits = blksize_bits(bdev_logical_block_size(bdev));
1127                 blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1128                 if (align & blocksize_mask)
1129                         goto out;
1130         }
1131
1132         /* watch out for a 0 len io from a tricksy fs */
1133         if (iov_iter_rw(iter) == READ && !iov_iter_count(iter))
1134                 return 0;
1135
1136         dio = kmem_cache_alloc(dio_cache, GFP_KERNEL);
1137         retval = -ENOMEM;
1138         if (!dio)
1139                 goto out;
1140         /*
1141          * Believe it or not, zeroing out the page array caused a .5%
1142          * performance regression in a database benchmark.  So, we take
1143          * care to only zero out what's needed.
1144          */
1145         memset(dio, 0, offsetof(struct dio, pages));
1146
1147         dio->flags = flags;
1148         if (dio->flags & DIO_LOCKING) {
1149                 if (iov_iter_rw(iter) == READ) {
1150                         struct address_space *mapping =
1151                                         iocb->ki_filp->f_mapping;
1152
1153                         /* will be released by direct_io_worker */
1154                         mutex_lock(&inode->i_mutex);
1155
1156                         retval = filemap_write_and_wait_range(mapping, offset,
1157                                                               end - 1);
1158                         if (retval) {
1159                                 mutex_unlock(&inode->i_mutex);
1160                                 kmem_cache_free(dio_cache, dio);
1161                                 goto out;
1162                         }
1163                 }
1164         }
1165
1166         /*
1167          * For file extending writes updating i_size before data writeouts
1168          * complete can expose uninitialized blocks in dumb filesystems.
1169          * In that case we need to wait for I/O completion even if asked
1170          * for an asynchronous write.
1171          */
1172         if (is_sync_kiocb(iocb))
1173                 dio->is_async = false;
1174         else if (!(dio->flags & DIO_ASYNC_EXTEND) &&
1175                  iov_iter_rw(iter) == WRITE && end > i_size_read(inode))
1176                 dio->is_async = false;
1177         else
1178                 dio->is_async = true;
1179
1180         dio->inode = inode;
1181         dio->rw = iov_iter_rw(iter) == WRITE ? WRITE_ODIRECT : READ;
1182
1183         /*
1184          * For AIO O_(D)SYNC writes we need to defer completions to a workqueue
1185          * so that we can call ->fsync.
1186          */
1187         if (dio->is_async && iov_iter_rw(iter) == WRITE &&
1188             ((iocb->ki_filp->f_flags & O_DSYNC) ||
1189              IS_SYNC(iocb->ki_filp->f_mapping->host))) {
1190                 retval = dio_set_defer_completion(dio);
1191                 if (retval) {
1192                         /*
1193                          * We grab i_mutex only for reads so we don't have
1194                          * to release it here
1195                          */
1196                         kmem_cache_free(dio_cache, dio);
1197                         goto out;
1198                 }
1199         }
1200
1201         /*
1202          * Will be decremented at I/O completion time.
1203          */
1204         if (!(dio->flags & DIO_SKIP_DIO_COUNT))
1205                 inode_dio_begin(inode);
1206
1207         retval = 0;
1208         sdio.blkbits = blkbits;
1209         sdio.blkfactor = i_blkbits - blkbits;
1210         sdio.block_in_file = offset >> blkbits;
1211
1212         sdio.get_block = get_block;
1213         dio->end_io = end_io;
1214         sdio.submit_io = submit_io;
1215         sdio.final_block_in_bio = -1;
1216         sdio.next_block_for_io = -1;
1217
1218         dio->iocb = iocb;
1219         dio->i_size = i_size_read(inode);
1220
1221         spin_lock_init(&dio->bio_lock);
1222         dio->refcount = 1;
1223
1224         dio->should_dirty = (iter->type == ITER_IOVEC);
1225         sdio.iter = iter;
1226         sdio.final_block_in_request =
1227                 (offset + iov_iter_count(iter)) >> blkbits;
1228
1229         /*
1230          * In case of non-aligned buffers, we may need 2 more
1231          * pages since we need to zero out first and last block.
1232          */
1233         if (unlikely(sdio.blkfactor))
1234                 sdio.pages_in_io = 2;
1235
1236         sdio.pages_in_io += iov_iter_npages(iter, INT_MAX);
1237
1238         blk_start_plug(&plug);
1239
1240         retval = do_direct_IO(dio, &sdio, &map_bh);
1241         if (retval)
1242                 dio_cleanup(dio, &sdio);
1243
1244         if (retval == -ENOTBLK) {
1245                 /*
1246                  * The remaining part of the request will be
1247                  * be handled by buffered I/O when we return
1248                  */
1249                 retval = 0;
1250         }
1251         /*
1252          * There may be some unwritten disk at the end of a part-written
1253          * fs-block-sized block.  Go zero that now.
1254          */
1255         dio_zero_block(dio, &sdio, 1, &map_bh);
1256
1257         if (sdio.cur_page) {
1258                 ssize_t ret2;
1259
1260                 ret2 = dio_send_cur_page(dio, &sdio, &map_bh);
1261                 if (retval == 0)
1262                         retval = ret2;
1263                 page_cache_release(sdio.cur_page);
1264                 sdio.cur_page = NULL;
1265         }
1266         if (sdio.bio)
1267                 dio_bio_submit(dio, &sdio);
1268
1269         blk_finish_plug(&plug);
1270
1271         /*
1272          * It is possible that, we return short IO due to end of file.
1273          * In that case, we need to release all the pages we got hold on.
1274          */
1275         dio_cleanup(dio, &sdio);
1276
1277         /*
1278          * All block lookups have been performed. For READ requests
1279          * we can let i_mutex go now that its achieved its purpose
1280          * of protecting us from looking up uninitialized blocks.
1281          */
1282         if (iov_iter_rw(iter) == READ && (dio->flags & DIO_LOCKING))
1283                 mutex_unlock(&dio->inode->i_mutex);
1284
1285         /*
1286          * The only time we want to leave bios in flight is when a successful
1287          * partial aio read or full aio write have been setup.  In that case
1288          * bio completion will call aio_complete.  The only time it's safe to
1289          * call aio_complete is when we return -EIOCBQUEUED, so we key on that.
1290          * This had *better* be the only place that raises -EIOCBQUEUED.
1291          */
1292         BUG_ON(retval == -EIOCBQUEUED);
1293         if (dio->is_async && retval == 0 && dio->result &&
1294             (iov_iter_rw(iter) == READ || dio->result == count))
1295                 retval = -EIOCBQUEUED;
1296         else
1297                 dio_await_completion(dio);
1298
1299         if (drop_refcount(dio) == 0) {
1300                 retval = dio_complete(dio, offset, retval, false);
1301         } else
1302                 BUG_ON(retval != -EIOCBQUEUED);
1303
1304 out:
1305         return retval;
1306 }
1307
1308 ssize_t __blockdev_direct_IO(struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
1309                              struct block_device *bdev, struct iov_iter *iter,
1310                              loff_t offset, get_block_t get_block,
1311                              dio_iodone_t end_io, dio_submit_t submit_io,
1312                              int flags)
1313 {
1314         /*
1315          * The block device state is needed in the end to finally
1316          * submit everything.  Since it's likely to be cache cold
1317          * prefetch it here as first thing to hide some of the
1318          * latency.
1319          *
1320          * Attempt to prefetch the pieces we likely need later.
1321          */
1322         prefetch(&bdev->bd_disk->part_tbl);
1323         prefetch(bdev->bd_queue);
1324         prefetch((char *)bdev->bd_queue + SMP_CACHE_BYTES);
1325
1326         return do_blockdev_direct_IO(iocb, inode, bdev, iter, offset, get_block,
1327                                      end_io, submit_io, flags);
1328 }
1329
1330 EXPORT_SYMBOL(__blockdev_direct_IO);
1331
1332 static __init int dio_init(void)
1333 {
1334         dio_cache = KMEM_CACHE(dio, SLAB_PANIC);
1335         return 0;
1336 }
1337 module_init(dio_init)