fs: direct-io: convert rw from READ to KERNEL_READ
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / fs / direct-io.c
1 /*
2  * fs/direct-io.c
3  *
4  * Copyright (C) 2002, Linus Torvalds.
5  *
6  * O_DIRECT
7  *
8  * 04Jul2002    Andrew Morton
9  *              Initial version
10  * 11Sep2002    janetinc@us.ibm.com
11  *              added readv/writev support.
12  * 29Oct2002    Andrew Morton
13  *              rewrote bio_add_page() support.
14  * 30Oct2002    pbadari@us.ibm.com
15  *              added support for non-aligned IO.
16  * 06Nov2002    pbadari@us.ibm.com
17  *              added asynchronous IO support.
18  * 21Jul2003    nathans@sgi.com
19  *              added IO completion notifier.
20  */
21
22 #include <linux/kernel.h>
23 #include <linux/module.h>
24 #include <linux/types.h>
25 #include <linux/fs.h>
26 #include <linux/mm.h>
27 #include <linux/slab.h>
28 #include <linux/highmem.h>
29 #include <linux/pagemap.h>
30 #include <linux/task_io_accounting_ops.h>
31 #include <linux/bio.h>
32 #include <linux/wait.h>
33 #include <linux/err.h>
34 #include <linux/blkdev.h>
35 #include <linux/buffer_head.h>
36 #include <linux/rwsem.h>
37 #include <linux/uio.h>
38 #include <linux/atomic.h>
39 #include <linux/prefetch.h>
40 #include <linux/aio.h>
41
42 /*
43  * How many user pages to map in one call to get_user_pages().  This determines
44  * the size of a structure in the slab cache
45  */
46 #define DIO_PAGES       64
47
48 /*
49  * This code generally works in units of "dio_blocks".  A dio_block is
50  * somewhere between the hard sector size and the filesystem block size.  it
51  * is determined on a per-invocation basis.   When talking to the filesystem
52  * we need to convert dio_blocks to fs_blocks by scaling the dio_block quantity
53  * down by dio->blkfactor.  Similarly, fs-blocksize quantities are converted
54  * to bio_block quantities by shifting left by blkfactor.
55  *
56  * If blkfactor is zero then the user's request was aligned to the filesystem's
57  * blocksize.
58  */
59
60 /* dio_state only used in the submission path */
61
62 struct dio_submit {
63         struct bio *bio;                /* bio under assembly */
64         unsigned blkbits;               /* doesn't change */
65         unsigned blkfactor;             /* When we're using an alignment which
66                                            is finer than the filesystem's soft
67                                            blocksize, this specifies how much
68                                            finer.  blkfactor=2 means 1/4-block
69                                            alignment.  Does not change */
70         unsigned start_zero_done;       /* flag: sub-blocksize zeroing has
71                                            been performed at the start of a
72                                            write */
73         int pages_in_io;                /* approximate total IO pages */
74         size_t  size;                   /* total request size (doesn't change)*/
75         sector_t block_in_file;         /* Current offset into the underlying
76                                            file in dio_block units. */
77         unsigned blocks_available;      /* At block_in_file.  changes */
78         int reap_counter;               /* rate limit reaping */
79         sector_t final_block_in_request;/* doesn't change */
80         unsigned first_block_in_page;   /* doesn't change, Used only once */
81         int boundary;                   /* prev block is at a boundary */
82         get_block_t *get_block;         /* block mapping function */
83         dio_submit_t *submit_io;        /* IO submition function */
84
85         loff_t logical_offset_in_bio;   /* current first logical block in bio */
86         sector_t final_block_in_bio;    /* current final block in bio + 1 */
87         sector_t next_block_for_io;     /* next block to be put under IO,
88                                            in dio_blocks units */
89
90         /*
91          * Deferred addition of a page to the dio.  These variables are
92          * private to dio_send_cur_page(), submit_page_section() and
93          * dio_bio_add_page().
94          */
95         struct page *cur_page;          /* The page */
96         unsigned cur_page_offset;       /* Offset into it, in bytes */
97         unsigned cur_page_len;          /* Nr of bytes at cur_page_offset */
98         sector_t cur_page_block;        /* Where it starts */
99         loff_t cur_page_fs_offset;      /* Offset in file */
100
101         /*
102          * Page fetching state. These variables belong to dio_refill_pages().
103          */
104         int curr_page;                  /* changes */
105         int total_pages;                /* doesn't change */
106         unsigned long curr_user_address;/* changes */
107
108         /*
109          * Page queue.  These variables belong to dio_refill_pages() and
110          * dio_get_page().
111          */
112         unsigned head;                  /* next page to process */
113         unsigned tail;                  /* last valid page + 1 */
114 };
115
116 /* dio_state communicated between submission path and end_io */
117 struct dio {
118         int flags;                      /* doesn't change */
119         int rw;
120         struct inode *inode;
121         loff_t i_size;                  /* i_size when submitted */
122         dio_iodone_t *end_io;           /* IO completion function */
123
124         void *private;                  /* copy from map_bh.b_private */
125
126         /* BIO completion state */
127         spinlock_t bio_lock;            /* protects BIO fields below */
128         int page_errors;                /* errno from get_user_pages() */
129         int is_async;                   /* is IO async ? */
130         int io_error;                   /* IO error in completion path */
131         unsigned long refcount;         /* direct_io_worker() and bios */
132         struct bio *bio_list;           /* singly linked via bi_private */
133         struct task_struct *waiter;     /* waiting task (NULL if none) */
134
135         /* AIO related stuff */
136         struct kiocb *iocb;             /* kiocb */
137         ssize_t result;                 /* IO result */
138
139         /*
140          * pages[] (and any fields placed after it) are not zeroed out at
141          * allocation time.  Don't add new fields after pages[] unless you
142          * wish that they not be zeroed.
143          */
144         struct page *pages[DIO_PAGES];  /* page buffer */
145 } ____cacheline_aligned_in_smp;
146
147 static struct kmem_cache *dio_cache __read_mostly;
148
149 /*
150  * How many pages are in the queue?
151  */
152 static inline unsigned dio_pages_present(struct dio_submit *sdio)
153 {
154         return sdio->tail - sdio->head;
155 }
156
157 /*
158  * Go grab and pin some userspace pages.   Typically we'll get 64 at a time.
159  */
160 static inline int dio_refill_pages(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
161 {
162         int ret;
163         int nr_pages;
164
165         nr_pages = min(sdio->total_pages - sdio->curr_page, DIO_PAGES);
166         ret = get_user_pages_fast(
167                 sdio->curr_user_address,                /* Where from? */
168                 nr_pages,                       /* How many pages? */
169                 dio->rw == READ,                /* Write to memory? */
170                 &dio->pages[0]);                /* Put results here */
171
172         if (ret < 0 && sdio->blocks_available && (dio->rw & WRITE)) {
173                 struct page *page = ZERO_PAGE(0);
174                 /*
175                  * A memory fault, but the filesystem has some outstanding
176                  * mapped blocks.  We need to use those blocks up to avoid
177                  * leaking stale data in the file.
178                  */
179                 if (dio->page_errors == 0)
180                         dio->page_errors = ret;
181                 page_cache_get(page);
182                 dio->pages[0] = page;
183                 sdio->head = 0;
184                 sdio->tail = 1;
185                 ret = 0;
186                 goto out;
187         }
188
189         if (ret >= 0) {
190                 sdio->curr_user_address += ret * PAGE_SIZE;
191                 sdio->curr_page += ret;
192                 sdio->head = 0;
193                 sdio->tail = ret;
194                 ret = 0;
195         }
196 out:
197         return ret;     
198 }
199
200 /*
201  * Get another userspace page.  Returns an ERR_PTR on error.  Pages are
202  * buffered inside the dio so that we can call get_user_pages() against a
203  * decent number of pages, less frequently.  To provide nicer use of the
204  * L1 cache.
205  */
206 static inline struct page *dio_get_page(struct dio *dio,
207                 struct dio_submit *sdio)
208 {
209         if (dio_pages_present(sdio) == 0) {
210                 int ret;
211
212                 ret = dio_refill_pages(dio, sdio);
213                 if (ret)
214                         return ERR_PTR(ret);
215                 BUG_ON(dio_pages_present(sdio) == 0);
216         }
217         return dio->pages[sdio->head++];
218 }
219
220 /**
221  * dio_complete() - called when all DIO BIO I/O has been completed
222  * @offset: the byte offset in the file of the completed operation
223  *
224  * This releases locks as dictated by the locking type, lets interested parties
225  * know that a DIO operation has completed, and calculates the resulting return
226  * code for the operation.
227  *
228  * It lets the filesystem know if it registered an interest earlier via
229  * get_block.  Pass the private field of the map buffer_head so that
230  * filesystems can use it to hold additional state between get_block calls and
231  * dio_complete.
232  */
233 static ssize_t dio_complete(struct dio *dio, loff_t offset, ssize_t ret, bool is_async)
234 {
235         ssize_t transferred = 0;
236
237         /*
238          * AIO submission can race with bio completion to get here while
239          * expecting to have the last io completed by bio completion.
240          * In that case -EIOCBQUEUED is in fact not an error we want
241          * to preserve through this call.
242          */
243         if (ret == -EIOCBQUEUED)
244                 ret = 0;
245
246         if (dio->result) {
247                 transferred = dio->result;
248
249                 /* Check for short read case */
250                 if ((dio->rw == READ) && ((offset + transferred) > dio->i_size))
251                         transferred = dio->i_size - offset;
252         }
253
254         if (ret == 0)
255                 ret = dio->page_errors;
256         if (ret == 0)
257                 ret = dio->io_error;
258         if (ret == 0)
259                 ret = transferred;
260
261         if (dio->end_io && dio->result) {
262                 dio->end_io(dio->iocb, offset, transferred,
263                             dio->private, ret, is_async);
264         } else {
265                 inode_dio_done(dio->inode);
266                 if (is_async)
267                         aio_complete(dio->iocb, ret, 0);
268         }
269
270         return ret;
271 }
272
273 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio);
274 /*
275  * Asynchronous IO callback. 
276  */
277 static void dio_bio_end_aio(struct bio *bio, int error)
278 {
279         struct dio *dio = bio->bi_private;
280         unsigned long remaining;
281         unsigned long flags;
282
283         /* cleanup the bio */
284         dio_bio_complete(dio, bio);
285
286         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
287         remaining = --dio->refcount;
288         if (remaining == 1 && dio->waiter)
289                 wake_up_process(dio->waiter);
290         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
291
292         if (remaining == 0) {
293                 dio_complete(dio, dio->iocb->ki_pos, 0, true);
294                 kmem_cache_free(dio_cache, dio);
295         }
296 }
297
298 /*
299  * The BIO completion handler simply queues the BIO up for the process-context
300  * handler.
301  *
302  * During I/O bi_private points at the dio.  After I/O, bi_private is used to
303  * implement a singly-linked list of completed BIOs, at dio->bio_list.
304  */
305 static void dio_bio_end_io(struct bio *bio, int error)
306 {
307         struct dio *dio = bio->bi_private;
308         unsigned long flags;
309
310         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
311         bio->bi_private = dio->bio_list;
312         dio->bio_list = bio;
313         if (--dio->refcount == 1 && dio->waiter)
314                 wake_up_process(dio->waiter);
315         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
316 }
317
318 /**
319  * dio_end_io - handle the end io action for the given bio
320  * @bio: The direct io bio thats being completed
321  * @error: Error if there was one
322  *
323  * This is meant to be called by any filesystem that uses their own dio_submit_t
324  * so that the DIO specific endio actions are dealt with after the filesystem
325  * has done it's completion work.
326  */
327 void dio_end_io(struct bio *bio, int error)
328 {
329         struct dio *dio = bio->bi_private;
330
331         if (dio->is_async)
332                 dio_bio_end_aio(bio, error);
333         else
334                 dio_bio_end_io(bio, error);
335 }
336 EXPORT_SYMBOL_GPL(dio_end_io);
337
338 static inline void
339 dio_bio_alloc(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
340               struct block_device *bdev,
341               sector_t first_sector, int nr_vecs)
342 {
343         struct bio *bio;
344
345         /*
346          * bio_alloc() is guaranteed to return a bio when called with
347          * __GFP_WAIT and we request a valid number of vectors.
348          */
349         bio = bio_alloc(GFP_KERNEL, nr_vecs);
350
351         bio->bi_bdev = bdev;
352         bio->bi_sector = first_sector;
353         if (dio->is_async)
354                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_aio;
355         else
356                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_io;
357
358         sdio->bio = bio;
359         sdio->logical_offset_in_bio = sdio->cur_page_fs_offset;
360 }
361
362 /*
363  * In the AIO read case we speculatively dirty the pages before starting IO.
364  * During IO completion, any of these pages which happen to have been written
365  * back will be redirtied by bio_check_pages_dirty().
366  *
367  * bios hold a dio reference between submit_bio and ->end_io.
368  */
369 static inline void dio_bio_submit(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
370 {
371         struct bio *bio = sdio->bio;
372         unsigned long flags;
373         int rw;
374
375         bio->bi_private = dio;
376
377         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
378         dio->refcount++;
379         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
380
381         if (dio->is_async && dio->rw == READ)
382                 bio_set_pages_dirty(bio);
383
384         rw = dio->rw;
385         dio->rw |= (dio->rw == READ) ? KERNEL_READ : KERNEL_WRITE;
386
387         if (sdio->submit_io)
388                 sdio->submit_io(dio->rw, bio, dio->inode,
389                                sdio->logical_offset_in_bio);
390         else
391                 submit_bio(dio->rw, bio);
392
393         sdio->bio = NULL;
394         sdio->boundary = 0;
395         sdio->logical_offset_in_bio = 0;
396 }
397
398 /*
399  * Release any resources in case of a failure
400  */
401 static inline void dio_cleanup(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
402 {
403         while (dio_pages_present(sdio))
404                 page_cache_release(dio_get_page(dio, sdio));
405 }
406
407 /*
408  * Wait for the next BIO to complete.  Remove it and return it.  NULL is
409  * returned once all BIOs have been completed.  This must only be called once
410  * all bios have been issued so that dio->refcount can only decrease.  This
411  * requires that that the caller hold a reference on the dio.
412  */
413 static struct bio *dio_await_one(struct dio *dio)
414 {
415         unsigned long flags;
416         struct bio *bio = NULL;
417
418         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
419
420         /*
421          * Wait as long as the list is empty and there are bios in flight.  bio
422          * completion drops the count, maybe adds to the list, and wakes while
423          * holding the bio_lock so we don't need set_current_state()'s barrier
424          * and can call it after testing our condition.
425          */
426         while (dio->refcount > 1 && dio->bio_list == NULL) {
427                 __set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
428                 dio->waiter = current;
429                 spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
430                 io_schedule();
431                 /* wake up sets us TASK_RUNNING */
432                 spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
433                 dio->waiter = NULL;
434         }
435         if (dio->bio_list) {
436                 bio = dio->bio_list;
437                 dio->bio_list = bio->bi_private;
438         }
439         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
440         return bio;
441 }
442
443 /*
444  * Process one completed BIO.  No locks are held.
445  */
446 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio)
447 {
448         const int uptodate = test_bit(BIO_UPTODATE, &bio->bi_flags);
449         struct bio_vec *bvec;
450         unsigned i;
451
452         if (!uptodate)
453                 dio->io_error = -EIO;
454
455         if (dio->is_async && dio->rw == READ) {
456                 bio_check_pages_dirty(bio);     /* transfers ownership */
457         } else {
458                 bio_for_each_segment_all(bvec, bio, i) {
459                         struct page *page = bvec->bv_page;
460
461                         if (dio->rw == READ && !PageCompound(page))
462                                 set_page_dirty_lock(page);
463                         page_cache_release(page);
464                 }
465                 bio_put(bio);
466         }
467         return uptodate ? 0 : -EIO;
468 }
469
470 /*
471  * Wait on and process all in-flight BIOs.  This must only be called once
472  * all bios have been issued so that the refcount can only decrease.
473  * This just waits for all bios to make it through dio_bio_complete.  IO
474  * errors are propagated through dio->io_error and should be propagated via
475  * dio_complete().
476  */
477 static void dio_await_completion(struct dio *dio)
478 {
479         struct bio *bio;
480         do {
481                 bio = dio_await_one(dio);
482                 if (bio)
483                         dio_bio_complete(dio, bio);
484         } while (bio);
485 }
486
487 /*
488  * A really large O_DIRECT read or write can generate a lot of BIOs.  So
489  * to keep the memory consumption sane we periodically reap any completed BIOs
490  * during the BIO generation phase.
491  *
492  * This also helps to limit the peak amount of pinned userspace memory.
493  */
494 static inline int dio_bio_reap(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
495 {
496         int ret = 0;
497
498         if (sdio->reap_counter++ >= 64) {
499                 while (dio->bio_list) {
500                         unsigned long flags;
501                         struct bio *bio;
502                         int ret2;
503
504                         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
505                         bio = dio->bio_list;
506                         dio->bio_list = bio->bi_private;
507                         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
508                         ret2 = dio_bio_complete(dio, bio);
509                         if (ret == 0)
510                                 ret = ret2;
511                 }
512                 sdio->reap_counter = 0;
513         }
514         return ret;
515 }
516
517 /*
518  * Call into the fs to map some more disk blocks.  We record the current number
519  * of available blocks at sdio->blocks_available.  These are in units of the
520  * fs blocksize, (1 << inode->i_blkbits).
521  *
522  * The fs is allowed to map lots of blocks at once.  If it wants to do that,
523  * it uses the passed inode-relative block number as the file offset, as usual.
524  *
525  * get_block() is passed the number of i_blkbits-sized blocks which direct_io
526  * has remaining to do.  The fs should not map more than this number of blocks.
527  *
528  * If the fs has mapped a lot of blocks, it should populate bh->b_size to
529  * indicate how much contiguous disk space has been made available at
530  * bh->b_blocknr.
531  *
532  * If *any* of the mapped blocks are new, then the fs must set buffer_new().
533  * This isn't very efficient...
534  *
535  * In the case of filesystem holes: the fs may return an arbitrarily-large
536  * hole by returning an appropriate value in b_size and by clearing
537  * buffer_mapped().  However the direct-io code will only process holes one
538  * block at a time - it will repeatedly call get_block() as it walks the hole.
539  */
540 static int get_more_blocks(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
541                            struct buffer_head *map_bh)
542 {
543         int ret;
544         sector_t fs_startblk;   /* Into file, in filesystem-sized blocks */
545         sector_t fs_endblk;     /* Into file, in filesystem-sized blocks */
546         unsigned long fs_count; /* Number of filesystem-sized blocks */
547         int create;
548         unsigned int i_blkbits = sdio->blkbits + sdio->blkfactor;
549
550         /*
551          * If there was a memory error and we've overwritten all the
552          * mapped blocks then we can now return that memory error
553          */
554         ret = dio->page_errors;
555         if (ret == 0) {
556                 BUG_ON(sdio->block_in_file >= sdio->final_block_in_request);
557                 fs_startblk = sdio->block_in_file >> sdio->blkfactor;
558                 fs_endblk = (sdio->final_block_in_request - 1) >>
559                                         sdio->blkfactor;
560                 fs_count = fs_endblk - fs_startblk + 1;
561
562                 map_bh->b_state = 0;
563                 map_bh->b_size = fs_count << i_blkbits;
564
565                 /*
566                  * For writes inside i_size on a DIO_SKIP_HOLES filesystem we
567                  * forbid block creations: only overwrites are permitted.
568                  * We will return early to the caller once we see an
569                  * unmapped buffer head returned, and the caller will fall
570                  * back to buffered I/O.
571                  *
572                  * Otherwise the decision is left to the get_blocks method,
573                  * which may decide to handle it or also return an unmapped
574                  * buffer head.
575                  */
576                 create = dio->rw & WRITE;
577                 if (dio->flags & DIO_SKIP_HOLES) {
578                         if (sdio->block_in_file < (i_size_read(dio->inode) >>
579                                                         sdio->blkbits))
580                                 create = 0;
581                 }
582
583                 ret = (*sdio->get_block)(dio->inode, fs_startblk,
584                                                 map_bh, create);
585
586                 /* Store for completion */
587                 dio->private = map_bh->b_private;
588         }
589         return ret;
590 }
591
592 /*
593  * There is no bio.  Make one now.
594  */
595 static inline int dio_new_bio(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
596                 sector_t start_sector, struct buffer_head *map_bh)
597 {
598         sector_t sector;
599         int ret, nr_pages;
600
601         ret = dio_bio_reap(dio, sdio);
602         if (ret)
603                 goto out;
604         sector = start_sector << (sdio->blkbits - 9);
605         nr_pages = min(sdio->pages_in_io, bio_get_nr_vecs(map_bh->b_bdev));
606         nr_pages = min(nr_pages, BIO_MAX_PAGES);
607         BUG_ON(nr_pages <= 0);
608         dio_bio_alloc(dio, sdio, map_bh->b_bdev, sector, nr_pages);
609         sdio->boundary = 0;
610 out:
611         return ret;
612 }
613
614 /*
615  * Attempt to put the current chunk of 'cur_page' into the current BIO.  If
616  * that was successful then update final_block_in_bio and take a ref against
617  * the just-added page.
618  *
619  * Return zero on success.  Non-zero means the caller needs to start a new BIO.
620  */
621 static inline int dio_bio_add_page(struct dio_submit *sdio)
622 {
623         int ret;
624
625         ret = bio_add_page(sdio->bio, sdio->cur_page,
626                         sdio->cur_page_len, sdio->cur_page_offset);
627         if (ret == sdio->cur_page_len) {
628                 /*
629                  * Decrement count only, if we are done with this page
630                  */
631                 if ((sdio->cur_page_len + sdio->cur_page_offset) == PAGE_SIZE)
632                         sdio->pages_in_io--;
633                 page_cache_get(sdio->cur_page);
634                 sdio->final_block_in_bio = sdio->cur_page_block +
635                         (sdio->cur_page_len >> sdio->blkbits);
636                 ret = 0;
637         } else {
638                 ret = 1;
639         }
640         return ret;
641 }
642                 
643 /*
644  * Put cur_page under IO.  The section of cur_page which is described by
645  * cur_page_offset,cur_page_len is put into a BIO.  The section of cur_page
646  * starts on-disk at cur_page_block.
647  *
648  * We take a ref against the page here (on behalf of its presence in the bio).
649  *
650  * The caller of this function is responsible for removing cur_page from the
651  * dio, and for dropping the refcount which came from that presence.
652  */
653 static inline int dio_send_cur_page(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
654                 struct buffer_head *map_bh)
655 {
656         int ret = 0;
657
658         if (sdio->bio) {
659                 loff_t cur_offset = sdio->cur_page_fs_offset;
660                 loff_t bio_next_offset = sdio->logical_offset_in_bio +
661                         sdio->bio->bi_size;
662
663                 /*
664                  * See whether this new request is contiguous with the old.
665                  *
666                  * Btrfs cannot handle having logically non-contiguous requests
667                  * submitted.  For example if you have
668                  *
669                  * Logical:  [0-4095][HOLE][8192-12287]
670                  * Physical: [0-4095]      [4096-8191]
671                  *
672                  * We cannot submit those pages together as one BIO.  So if our
673                  * current logical offset in the file does not equal what would
674                  * be the next logical offset in the bio, submit the bio we
675                  * have.
676                  */
677                 if (sdio->final_block_in_bio != sdio->cur_page_block ||
678                     cur_offset != bio_next_offset)
679                         dio_bio_submit(dio, sdio);
680         }
681
682         if (sdio->bio == NULL) {
683                 ret = dio_new_bio(dio, sdio, sdio->cur_page_block, map_bh);
684                 if (ret)
685                         goto out;
686         }
687
688         if (dio_bio_add_page(sdio) != 0) {
689                 dio_bio_submit(dio, sdio);
690                 ret = dio_new_bio(dio, sdio, sdio->cur_page_block, map_bh);
691                 if (ret == 0) {
692                         ret = dio_bio_add_page(sdio);
693                         BUG_ON(ret != 0);
694                 }
695         }
696 out:
697         return ret;
698 }
699
700 /*
701  * An autonomous function to put a chunk of a page under deferred IO.
702  *
703  * The caller doesn't actually know (or care) whether this piece of page is in
704  * a BIO, or is under IO or whatever.  We just take care of all possible 
705  * situations here.  The separation between the logic of do_direct_IO() and
706  * that of submit_page_section() is important for clarity.  Please don't break.
707  *
708  * The chunk of page starts on-disk at blocknr.
709  *
710  * We perform deferred IO, by recording the last-submitted page inside our
711  * private part of the dio structure.  If possible, we just expand the IO
712  * across that page here.
713  *
714  * If that doesn't work out then we put the old page into the bio and add this
715  * page to the dio instead.
716  */
717 static inline int
718 submit_page_section(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio, struct page *page,
719                     unsigned offset, unsigned len, sector_t blocknr,
720                     struct buffer_head *map_bh)
721 {
722         int ret = 0;
723
724         if (dio->rw & WRITE) {
725                 /*
726                  * Read accounting is performed in submit_bio()
727                  */
728                 task_io_account_write(len);
729         }
730
731         /*
732          * Can we just grow the current page's presence in the dio?
733          */
734         if (sdio->cur_page == page &&
735             sdio->cur_page_offset + sdio->cur_page_len == offset &&
736             sdio->cur_page_block +
737             (sdio->cur_page_len >> sdio->blkbits) == blocknr) {
738                 sdio->cur_page_len += len;
739                 goto out;
740         }
741
742         /*
743          * If there's a deferred page already there then send it.
744          */
745         if (sdio->cur_page) {
746                 ret = dio_send_cur_page(dio, sdio, map_bh);
747                 page_cache_release(sdio->cur_page);
748                 sdio->cur_page = NULL;
749                 if (ret)
750                         return ret;
751         }
752
753         page_cache_get(page);           /* It is in dio */
754         sdio->cur_page = page;
755         sdio->cur_page_offset = offset;
756         sdio->cur_page_len = len;
757         sdio->cur_page_block = blocknr;
758         sdio->cur_page_fs_offset = sdio->block_in_file << sdio->blkbits;
759 out:
760         /*
761          * If sdio->boundary then we want to schedule the IO now to
762          * avoid metadata seeks.
763          */
764         if (sdio->boundary) {
765                 ret = dio_send_cur_page(dio, sdio, map_bh);
766                 dio_bio_submit(dio, sdio);
767                 page_cache_release(sdio->cur_page);
768                 sdio->cur_page = NULL;
769         }
770         return ret;
771 }
772
773 /*
774  * Clean any dirty buffers in the blockdev mapping which alias newly-created
775  * file blocks.  Only called for S_ISREG files - blockdevs do not set
776  * buffer_new
777  */
778 static void clean_blockdev_aliases(struct dio *dio, struct buffer_head *map_bh)
779 {
780         unsigned i;
781         unsigned nblocks;
782
783         nblocks = map_bh->b_size >> dio->inode->i_blkbits;
784
785         for (i = 0; i < nblocks; i++) {
786                 unmap_underlying_metadata(map_bh->b_bdev,
787                                           map_bh->b_blocknr + i);
788         }
789 }
790
791 /*
792  * If we are not writing the entire block and get_block() allocated
793  * the block for us, we need to fill-in the unused portion of the
794  * block with zeros. This happens only if user-buffer, fileoffset or
795  * io length is not filesystem block-size multiple.
796  *
797  * `end' is zero if we're doing the start of the IO, 1 at the end of the
798  * IO.
799  */
800 static inline void dio_zero_block(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
801                 int end, struct buffer_head *map_bh)
802 {
803         unsigned dio_blocks_per_fs_block;
804         unsigned this_chunk_blocks;     /* In dio_blocks */
805         unsigned this_chunk_bytes;
806         struct page *page;
807
808         sdio->start_zero_done = 1;
809         if (!sdio->blkfactor || !buffer_new(map_bh))
810                 return;
811
812         dio_blocks_per_fs_block = 1 << sdio->blkfactor;
813         this_chunk_blocks = sdio->block_in_file & (dio_blocks_per_fs_block - 1);
814
815         if (!this_chunk_blocks)
816                 return;
817
818         /*
819          * We need to zero out part of an fs block.  It is either at the
820          * beginning or the end of the fs block.
821          */
822         if (end) 
823                 this_chunk_blocks = dio_blocks_per_fs_block - this_chunk_blocks;
824
825         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << sdio->blkbits;
826
827         page = ZERO_PAGE(0);
828         if (submit_page_section(dio, sdio, page, 0, this_chunk_bytes,
829                                 sdio->next_block_for_io, map_bh))
830                 return;
831
832         sdio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
833 }
834
835 /*
836  * Walk the user pages, and the file, mapping blocks to disk and generating
837  * a sequence of (page,offset,len,block) mappings.  These mappings are injected
838  * into submit_page_section(), which takes care of the next stage of submission
839  *
840  * Direct IO against a blockdev is different from a file.  Because we can
841  * happily perform page-sized but 512-byte aligned IOs.  It is important that
842  * blockdev IO be able to have fine alignment and large sizes.
843  *
844  * So what we do is to permit the ->get_block function to populate bh.b_size
845  * with the size of IO which is permitted at this offset and this i_blkbits.
846  *
847  * For best results, the blockdev should be set up with 512-byte i_blkbits and
848  * it should set b_size to PAGE_SIZE or more inside get_block().  This gives
849  * fine alignment but still allows this function to work in PAGE_SIZE units.
850  */
851 static int do_direct_IO(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
852                         struct buffer_head *map_bh)
853 {
854         const unsigned blkbits = sdio->blkbits;
855         const unsigned blocks_per_page = PAGE_SIZE >> blkbits;
856         struct page *page;
857         unsigned block_in_page;
858         int ret = 0;
859
860         /* The I/O can start at any block offset within the first page */
861         block_in_page = sdio->first_block_in_page;
862
863         while (sdio->block_in_file < sdio->final_block_in_request) {
864                 page = dio_get_page(dio, sdio);
865                 if (IS_ERR(page)) {
866                         ret = PTR_ERR(page);
867                         goto out;
868                 }
869
870                 while (block_in_page < blocks_per_page) {
871                         unsigned offset_in_page = block_in_page << blkbits;
872                         unsigned this_chunk_bytes;      /* # of bytes mapped */
873                         unsigned this_chunk_blocks;     /* # of blocks */
874                         unsigned u;
875
876                         if (sdio->blocks_available == 0) {
877                                 /*
878                                  * Need to go and map some more disk
879                                  */
880                                 unsigned long blkmask;
881                                 unsigned long dio_remainder;
882
883                                 ret = get_more_blocks(dio, sdio, map_bh);
884                                 if (ret) {
885                                         page_cache_release(page);
886                                         goto out;
887                                 }
888                                 if (!buffer_mapped(map_bh))
889                                         goto do_holes;
890
891                                 sdio->blocks_available =
892                                                 map_bh->b_size >> sdio->blkbits;
893                                 sdio->next_block_for_io =
894                                         map_bh->b_blocknr << sdio->blkfactor;
895                                 if (buffer_new(map_bh))
896                                         clean_blockdev_aliases(dio, map_bh);
897
898                                 if (!sdio->blkfactor)
899                                         goto do_holes;
900
901                                 blkmask = (1 << sdio->blkfactor) - 1;
902                                 dio_remainder = (sdio->block_in_file & blkmask);
903
904                                 /*
905                                  * If we are at the start of IO and that IO
906                                  * starts partway into a fs-block,
907                                  * dio_remainder will be non-zero.  If the IO
908                                  * is a read then we can simply advance the IO
909                                  * cursor to the first block which is to be
910                                  * read.  But if the IO is a write and the
911                                  * block was newly allocated we cannot do that;
912                                  * the start of the fs block must be zeroed out
913                                  * on-disk
914                                  */
915                                 if (!buffer_new(map_bh))
916                                         sdio->next_block_for_io += dio_remainder;
917                                 sdio->blocks_available -= dio_remainder;
918                         }
919 do_holes:
920                         /* Handle holes */
921                         if (!buffer_mapped(map_bh)) {
922                                 loff_t i_size_aligned;
923
924                                 /* AKPM: eargh, -ENOTBLK is a hack */
925                                 if (dio->rw & WRITE) {
926                                         page_cache_release(page);
927                                         return -ENOTBLK;
928                                 }
929
930                                 /*
931                                  * Be sure to account for a partial block as the
932                                  * last block in the file
933                                  */
934                                 i_size_aligned = ALIGN(i_size_read(dio->inode),
935                                                         1 << blkbits);
936                                 if (sdio->block_in_file >=
937                                                 i_size_aligned >> blkbits) {
938                                         /* We hit eof */
939                                         page_cache_release(page);
940                                         goto out;
941                                 }
942                                 zero_user(page, block_in_page << blkbits,
943                                                 1 << blkbits);
944                                 sdio->block_in_file++;
945                                 block_in_page++;
946                                 goto next_block;
947                         }
948
949                         /*
950                          * If we're performing IO which has an alignment which
951                          * is finer than the underlying fs, go check to see if
952                          * we must zero out the start of this block.
953                          */
954                         if (unlikely(sdio->blkfactor && !sdio->start_zero_done))
955                                 dio_zero_block(dio, sdio, 0, map_bh);
956
957                         /*
958                          * Work out, in this_chunk_blocks, how much disk we
959                          * can add to this page
960                          */
961                         this_chunk_blocks = sdio->blocks_available;
962                         u = (PAGE_SIZE - offset_in_page) >> blkbits;
963                         if (this_chunk_blocks > u)
964                                 this_chunk_blocks = u;
965                         u = sdio->final_block_in_request - sdio->block_in_file;
966                         if (this_chunk_blocks > u)
967                                 this_chunk_blocks = u;
968                         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << blkbits;
969                         BUG_ON(this_chunk_bytes == 0);
970
971                         if (this_chunk_blocks == sdio->blocks_available)
972                                 sdio->boundary = buffer_boundary(map_bh);
973                         ret = submit_page_section(dio, sdio, page,
974                                                   offset_in_page,
975                                                   this_chunk_bytes,
976                                                   sdio->next_block_for_io,
977                                                   map_bh);
978                         if (ret) {
979                                 page_cache_release(page);
980                                 goto out;
981                         }
982                         sdio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
983
984                         sdio->block_in_file += this_chunk_blocks;
985                         block_in_page += this_chunk_blocks;
986                         sdio->blocks_available -= this_chunk_blocks;
987 next_block:
988                         BUG_ON(sdio->block_in_file > sdio->final_block_in_request);
989                         if (sdio->block_in_file == sdio->final_block_in_request)
990                                 break;
991                 }
992
993                 /* Drop the ref which was taken in get_user_pages() */
994                 page_cache_release(page);
995                 block_in_page = 0;
996         }
997 out:
998         return ret;
999 }
1000
1001 static inline int drop_refcount(struct dio *dio)
1002 {
1003         int ret2;
1004         unsigned long flags;
1005
1006         /*
1007          * Sync will always be dropping the final ref and completing the
1008          * operation.  AIO can if it was a broken operation described above or
1009          * in fact if all the bios race to complete before we get here.  In
1010          * that case dio_complete() translates the EIOCBQUEUED into the proper
1011          * return code that the caller will hand to aio_complete().
1012          *
1013          * This is managed by the bio_lock instead of being an atomic_t so that
1014          * completion paths can drop their ref and use the remaining count to
1015          * decide to wake the submission path atomically.
1016          */
1017         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
1018         ret2 = --dio->refcount;
1019         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
1020         return ret2;
1021 }
1022
1023 /*
1024  * This is a library function for use by filesystem drivers.
1025  *
1026  * The locking rules are governed by the flags parameter:
1027  *  - if the flags value contains DIO_LOCKING we use a fancy locking
1028  *    scheme for dumb filesystems.
1029  *    For writes this function is called under i_mutex and returns with
1030  *    i_mutex held, for reads, i_mutex is not held on entry, but it is
1031  *    taken and dropped again before returning.
1032  *  - if the flags value does NOT contain DIO_LOCKING we don't use any
1033  *    internal locking but rather rely on the filesystem to synchronize
1034  *    direct I/O reads/writes versus each other and truncate.
1035  *
1036  * To help with locking against truncate we incremented the i_dio_count
1037  * counter before starting direct I/O, and decrement it once we are done.
1038  * Truncate can wait for it to reach zero to provide exclusion.  It is
1039  * expected that filesystem provide exclusion between new direct I/O
1040  * and truncates.  For DIO_LOCKING filesystems this is done by i_mutex,
1041  * but other filesystems need to take care of this on their own.
1042  *
1043  * NOTE: if you pass "sdio" to anything by pointer make sure that function
1044  * is always inlined. Otherwise gcc is unable to split the structure into
1045  * individual fields and will generate much worse code. This is important
1046  * for the whole file.
1047  */
1048 static inline ssize_t
1049 do_blockdev_direct_IO(int rw, struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
1050         struct block_device *bdev, const struct iovec *iov, loff_t offset, 
1051         unsigned long nr_segs, get_block_t get_block, dio_iodone_t end_io,
1052         dio_submit_t submit_io, int flags)
1053 {
1054         int seg;
1055         size_t size;
1056         unsigned long addr;
1057         unsigned i_blkbits = ACCESS_ONCE(inode->i_blkbits);
1058         unsigned blkbits = i_blkbits;
1059         unsigned blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1060         ssize_t retval = -EINVAL;
1061         loff_t end = offset;
1062         struct dio *dio;
1063         struct dio_submit sdio = { 0, };
1064         unsigned long user_addr;
1065         size_t bytes;
1066         struct buffer_head map_bh = { 0, };
1067         struct blk_plug plug;
1068
1069         if (rw & WRITE)
1070                 rw = WRITE_ODIRECT;
1071
1072         /*
1073          * Avoid references to bdev if not absolutely needed to give
1074          * the early prefetch in the caller enough time.
1075          */
1076
1077         if (offset & blocksize_mask) {
1078                 if (bdev)
1079                         blkbits = blksize_bits(bdev_logical_block_size(bdev));
1080                 blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1081                 if (offset & blocksize_mask)
1082                         goto out;
1083         }
1084
1085         /* Check the memory alignment.  Blocks cannot straddle pages */
1086         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
1087                 addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
1088                 size = iov[seg].iov_len;
1089                 end += size;
1090                 if (unlikely((addr & blocksize_mask) ||
1091                              (size & blocksize_mask))) {
1092                         if (bdev)
1093                                 blkbits = blksize_bits(
1094                                          bdev_logical_block_size(bdev));
1095                         blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1096                         if ((addr & blocksize_mask) || (size & blocksize_mask))
1097                                 goto out;
1098                 }
1099         }
1100
1101         /* watch out for a 0 len io from a tricksy fs */
1102         if (rw == READ && end == offset)
1103                 return 0;
1104
1105         dio = kmem_cache_alloc(dio_cache, GFP_KERNEL);
1106         retval = -ENOMEM;
1107         if (!dio)
1108                 goto out;
1109         /*
1110          * Believe it or not, zeroing out the page array caused a .5%
1111          * performance regression in a database benchmark.  So, we take
1112          * care to only zero out what's needed.
1113          */
1114         memset(dio, 0, offsetof(struct dio, pages));
1115
1116         dio->flags = flags;
1117         if (dio->flags & DIO_LOCKING) {
1118                 if (rw == READ) {
1119                         struct address_space *mapping =
1120                                         iocb->ki_filp->f_mapping;
1121
1122                         /* will be released by direct_io_worker */
1123                         mutex_lock(&inode->i_mutex);
1124
1125                         retval = filemap_write_and_wait_range(mapping, offset,
1126                                                               end - 1);
1127                         if (retval) {
1128                                 mutex_unlock(&inode->i_mutex);
1129                                 kmem_cache_free(dio_cache, dio);
1130                                 goto out;
1131                         }
1132                 }
1133         }
1134
1135         /*
1136          * Will be decremented at I/O completion time.
1137          */
1138         atomic_inc(&inode->i_dio_count);
1139
1140         /*
1141          * For file extending writes updating i_size before data
1142          * writeouts complete can expose uninitialized blocks. So
1143          * even for AIO, we need to wait for i/o to complete before
1144          * returning in this case.
1145          */
1146         dio->is_async = !is_sync_kiocb(iocb) && !((rw & WRITE) &&
1147                 (end > i_size_read(inode)));
1148
1149         retval = 0;
1150
1151         dio->inode = inode;
1152         dio->rw = rw;
1153         sdio.blkbits = blkbits;
1154         sdio.blkfactor = i_blkbits - blkbits;
1155         sdio.block_in_file = offset >> blkbits;
1156
1157         sdio.get_block = get_block;
1158         dio->end_io = end_io;
1159         sdio.submit_io = submit_io;
1160         sdio.final_block_in_bio = -1;
1161         sdio.next_block_for_io = -1;
1162
1163         dio->iocb = iocb;
1164         dio->i_size = i_size_read(inode);
1165
1166         spin_lock_init(&dio->bio_lock);
1167         dio->refcount = 1;
1168
1169         /*
1170          * In case of non-aligned buffers, we may need 2 more
1171          * pages since we need to zero out first and last block.
1172          */
1173         if (unlikely(sdio.blkfactor))
1174                 sdio.pages_in_io = 2;
1175
1176         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
1177                 user_addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
1178                 sdio.pages_in_io +=
1179                         ((user_addr + iov[seg].iov_len + PAGE_SIZE-1) /
1180                                 PAGE_SIZE - user_addr / PAGE_SIZE);
1181         }
1182
1183         blk_start_plug(&plug);
1184
1185         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
1186                 user_addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
1187                 sdio.size += bytes = iov[seg].iov_len;
1188
1189                 /* Index into the first page of the first block */
1190                 sdio.first_block_in_page = (user_addr & ~PAGE_MASK) >> blkbits;
1191                 sdio.final_block_in_request = sdio.block_in_file +
1192                                                 (bytes >> blkbits);
1193                 /* Page fetching state */
1194                 sdio.head = 0;
1195                 sdio.tail = 0;
1196                 sdio.curr_page = 0;
1197
1198                 sdio.total_pages = 0;
1199                 if (user_addr & (PAGE_SIZE-1)) {
1200                         sdio.total_pages++;
1201                         bytes -= PAGE_SIZE - (user_addr & (PAGE_SIZE - 1));
1202                 }
1203                 sdio.total_pages += (bytes + PAGE_SIZE - 1) / PAGE_SIZE;
1204                 sdio.curr_user_address = user_addr;
1205
1206                 retval = do_direct_IO(dio, &sdio, &map_bh);
1207
1208                 dio->result += iov[seg].iov_len -
1209                         ((sdio.final_block_in_request - sdio.block_in_file) <<
1210                                         blkbits);
1211
1212                 if (retval) {
1213                         dio_cleanup(dio, &sdio);
1214                         break;
1215                 }
1216         } /* end iovec loop */
1217
1218         if (retval == -ENOTBLK) {
1219                 /*
1220                  * The remaining part of the request will be
1221                  * be handled by buffered I/O when we return
1222                  */
1223                 retval = 0;
1224         }
1225         /*
1226          * There may be some unwritten disk at the end of a part-written
1227          * fs-block-sized block.  Go zero that now.
1228          */
1229         dio_zero_block(dio, &sdio, 1, &map_bh);
1230
1231         if (sdio.cur_page) {
1232                 ssize_t ret2;
1233
1234                 ret2 = dio_send_cur_page(dio, &sdio, &map_bh);
1235                 if (retval == 0)
1236                         retval = ret2;
1237                 page_cache_release(sdio.cur_page);
1238                 sdio.cur_page = NULL;
1239         }
1240         if (sdio.bio)
1241                 dio_bio_submit(dio, &sdio);
1242
1243         blk_finish_plug(&plug);
1244
1245         /*
1246          * It is possible that, we return short IO due to end of file.
1247          * In that case, we need to release all the pages we got hold on.
1248          */
1249         dio_cleanup(dio, &sdio);
1250
1251         /*
1252          * All block lookups have been performed. For READ requests
1253          * we can let i_mutex go now that its achieved its purpose
1254          * of protecting us from looking up uninitialized blocks.
1255          */
1256         if (rw == READ && (dio->flags & DIO_LOCKING))
1257                 mutex_unlock(&dio->inode->i_mutex);
1258
1259         /*
1260          * The only time we want to leave bios in flight is when a successful
1261          * partial aio read or full aio write have been setup.  In that case
1262          * bio completion will call aio_complete.  The only time it's safe to
1263          * call aio_complete is when we return -EIOCBQUEUED, so we key on that.
1264          * This had *better* be the only place that raises -EIOCBQUEUED.
1265          */
1266         BUG_ON(retval == -EIOCBQUEUED);
1267         if (dio->is_async && retval == 0 && dio->result &&
1268             ((rw == READ) || (dio->result == sdio.size)))
1269                 retval = -EIOCBQUEUED;
1270
1271         if (retval != -EIOCBQUEUED)
1272                 dio_await_completion(dio);
1273
1274         if (drop_refcount(dio) == 0) {
1275                 retval = dio_complete(dio, offset, retval, false);
1276                 kmem_cache_free(dio_cache, dio);
1277         } else
1278                 BUG_ON(retval != -EIOCBQUEUED);
1279
1280 out:
1281         return retval;
1282 }
1283
1284 ssize_t
1285 __blockdev_direct_IO(int rw, struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
1286         struct block_device *bdev, const struct iovec *iov, loff_t offset,
1287         unsigned long nr_segs, get_block_t get_block, dio_iodone_t end_io,
1288         dio_submit_t submit_io, int flags)
1289 {
1290         /*
1291          * The block device state is needed in the end to finally
1292          * submit everything.  Since it's likely to be cache cold
1293          * prefetch it here as first thing to hide some of the
1294          * latency.
1295          *
1296          * Attempt to prefetch the pieces we likely need later.
1297          */
1298         prefetch(&bdev->bd_disk->part_tbl);
1299         prefetch(bdev->bd_queue);
1300         prefetch((char *)bdev->bd_queue + SMP_CACHE_BYTES);
1301
1302         return do_blockdev_direct_IO(rw, iocb, inode, bdev, iov, offset,
1303                                      nr_segs, get_block, end_io,
1304                                      submit_io, flags);
1305 }
1306
1307 EXPORT_SYMBOL(__blockdev_direct_IO);
1308
1309 static __init int dio_init(void)
1310 {
1311         dio_cache = KMEM_CACHE(dio, SLAB_PANIC);
1312         return 0;
1313 }
1314 module_init(dio_init)