rk312x: add psci support
[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                 if (!(dio->flags & DIO_SKIP_DIO_COUNT))
266                         inode_dio_end(dio->inode);
267
268                 if (is_async)
269                         aio_complete(dio->iocb, ret, 0);
270         }
271
272         return ret;
273 }
274
275 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio);
276 /*
277  * Asynchronous IO callback. 
278  */
279 static void dio_bio_end_aio(struct bio *bio, int error)
280 {
281         struct dio *dio = bio->bi_private;
282         unsigned long remaining;
283         unsigned long flags;
284
285         /* cleanup the bio */
286         dio_bio_complete(dio, bio);
287
288         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
289         remaining = --dio->refcount;
290         if (remaining == 1 && dio->waiter)
291                 wake_up_process(dio->waiter);
292         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
293
294         if (remaining == 0) {
295                 dio_complete(dio, dio->iocb->ki_pos, 0, true);
296                 kmem_cache_free(dio_cache, dio);
297         }
298 }
299
300 /*
301  * The BIO completion handler simply queues the BIO up for the process-context
302  * handler.
303  *
304  * During I/O bi_private points at the dio.  After I/O, bi_private is used to
305  * implement a singly-linked list of completed BIOs, at dio->bio_list.
306  */
307 static void dio_bio_end_io(struct bio *bio, int error)
308 {
309         struct dio *dio = bio->bi_private;
310         unsigned long flags;
311
312         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
313         bio->bi_private = dio->bio_list;
314         dio->bio_list = bio;
315         if (--dio->refcount == 1 && dio->waiter)
316                 wake_up_process(dio->waiter);
317         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
318 }
319
320 /**
321  * dio_end_io - handle the end io action for the given bio
322  * @bio: The direct io bio thats being completed
323  * @error: Error if there was one
324  *
325  * This is meant to be called by any filesystem that uses their own dio_submit_t
326  * so that the DIO specific endio actions are dealt with after the filesystem
327  * has done it's completion work.
328  */
329 void dio_end_io(struct bio *bio, int error)
330 {
331         struct dio *dio = bio->bi_private;
332
333         if (dio->is_async)
334                 dio_bio_end_aio(bio, error);
335         else
336                 dio_bio_end_io(bio, error);
337 }
338 EXPORT_SYMBOL_GPL(dio_end_io);
339
340 static inline void
341 dio_bio_alloc(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
342               struct block_device *bdev,
343               sector_t first_sector, int nr_vecs)
344 {
345         struct bio *bio;
346
347         /*
348          * bio_alloc() is guaranteed to return a bio when called with
349          * __GFP_WAIT and we request a valid number of vectors.
350          */
351         bio = bio_alloc(GFP_KERNEL, nr_vecs);
352
353         bio->bi_bdev = bdev;
354         bio->bi_sector = first_sector;
355         if (dio->is_async)
356                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_aio;
357         else
358                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_io;
359
360         sdio->bio = bio;
361         sdio->logical_offset_in_bio = sdio->cur_page_fs_offset;
362 }
363
364 /*
365  * In the AIO read case we speculatively dirty the pages before starting IO.
366  * During IO completion, any of these pages which happen to have been written
367  * back will be redirtied by bio_check_pages_dirty().
368  *
369  * bios hold a dio reference between submit_bio and ->end_io.
370  */
371 static inline void dio_bio_submit(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
372 {
373         struct bio *bio = sdio->bio;
374         unsigned long flags;
375         int rw;
376
377         bio->bi_private = dio;
378
379         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
380         dio->refcount++;
381         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
382
383         if (dio->is_async && dio->rw == READ)
384                 bio_set_pages_dirty(bio);
385
386         rw = dio->rw;
387         dio->rw |= (dio->rw == READ) ? KERNEL_READ : KERNEL_WRITE;
388
389         if (sdio->submit_io)
390                 sdio->submit_io(dio->rw, bio, dio->inode,
391                                sdio->logical_offset_in_bio);
392         else
393                 submit_bio(dio->rw, bio);
394
395         sdio->bio = NULL;
396         sdio->boundary = 0;
397         sdio->logical_offset_in_bio = 0;
398 }
399
400 /*
401  * Release any resources in case of a failure
402  */
403 static inline void dio_cleanup(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
404 {
405         while (dio_pages_present(sdio))
406                 page_cache_release(dio_get_page(dio, sdio));
407 }
408
409 /*
410  * Wait for the next BIO to complete.  Remove it and return it.  NULL is
411  * returned once all BIOs have been completed.  This must only be called once
412  * all bios have been issued so that dio->refcount can only decrease.  This
413  * requires that that the caller hold a reference on the dio.
414  */
415 static struct bio *dio_await_one(struct dio *dio)
416 {
417         unsigned long flags;
418         struct bio *bio = NULL;
419
420         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
421
422         /*
423          * Wait as long as the list is empty and there are bios in flight.  bio
424          * completion drops the count, maybe adds to the list, and wakes while
425          * holding the bio_lock so we don't need set_current_state()'s barrier
426          * and can call it after testing our condition.
427          */
428         while (dio->refcount > 1 && dio->bio_list == NULL) {
429                 __set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
430                 dio->waiter = current;
431                 spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
432                 io_schedule();
433                 /* wake up sets us TASK_RUNNING */
434                 spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
435                 dio->waiter = NULL;
436         }
437         if (dio->bio_list) {
438                 bio = dio->bio_list;
439                 dio->bio_list = bio->bi_private;
440         }
441         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
442         return bio;
443 }
444
445 /*
446  * Process one completed BIO.  No locks are held.
447  */
448 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio)
449 {
450         const int uptodate = test_bit(BIO_UPTODATE, &bio->bi_flags);
451         struct bio_vec *bvec;
452         unsigned i;
453
454         if (!uptodate)
455                 dio->io_error = -EIO;
456
457         if (dio->is_async && dio->rw == READ) {
458                 bio_check_pages_dirty(bio);     /* transfers ownership */
459         } else {
460                 bio_for_each_segment_all(bvec, bio, i) {
461                         struct page *page = bvec->bv_page;
462
463                         if (dio->rw == READ && !PageCompound(page))
464                                 set_page_dirty_lock(page);
465                         page_cache_release(page);
466                 }
467                 bio_put(bio);
468         }
469         return uptodate ? 0 : -EIO;
470 }
471
472 /*
473  * Wait on and process all in-flight BIOs.  This must only be called once
474  * all bios have been issued so that the refcount can only decrease.
475  * This just waits for all bios to make it through dio_bio_complete.  IO
476  * errors are propagated through dio->io_error and should be propagated via
477  * dio_complete().
478  */
479 static void dio_await_completion(struct dio *dio)
480 {
481         struct bio *bio;
482         do {
483                 bio = dio_await_one(dio);
484                 if (bio)
485                         dio_bio_complete(dio, bio);
486         } while (bio);
487 }
488
489 /*
490  * A really large O_DIRECT read or write can generate a lot of BIOs.  So
491  * to keep the memory consumption sane we periodically reap any completed BIOs
492  * during the BIO generation phase.
493  *
494  * This also helps to limit the peak amount of pinned userspace memory.
495  */
496 static inline int dio_bio_reap(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
497 {
498         int ret = 0;
499
500         if (sdio->reap_counter++ >= 64) {
501                 while (dio->bio_list) {
502                         unsigned long flags;
503                         struct bio *bio;
504                         int ret2;
505
506                         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
507                         bio = dio->bio_list;
508                         dio->bio_list = bio->bi_private;
509                         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
510                         ret2 = dio_bio_complete(dio, bio);
511                         if (ret == 0)
512                                 ret = ret2;
513                 }
514                 sdio->reap_counter = 0;
515         }
516         return ret;
517 }
518
519 /*
520  * Call into the fs to map some more disk blocks.  We record the current number
521  * of available blocks at sdio->blocks_available.  These are in units of the
522  * fs blocksize, (1 << inode->i_blkbits).
523  *
524  * The fs is allowed to map lots of blocks at once.  If it wants to do that,
525  * it uses the passed inode-relative block number as the file offset, as usual.
526  *
527  * get_block() is passed the number of i_blkbits-sized blocks which direct_io
528  * has remaining to do.  The fs should not map more than this number of blocks.
529  *
530  * If the fs has mapped a lot of blocks, it should populate bh->b_size to
531  * indicate how much contiguous disk space has been made available at
532  * bh->b_blocknr.
533  *
534  * If *any* of the mapped blocks are new, then the fs must set buffer_new().
535  * This isn't very efficient...
536  *
537  * In the case of filesystem holes: the fs may return an arbitrarily-large
538  * hole by returning an appropriate value in b_size and by clearing
539  * buffer_mapped().  However the direct-io code will only process holes one
540  * block at a time - it will repeatedly call get_block() as it walks the hole.
541  */
542 static int get_more_blocks(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
543                            struct buffer_head *map_bh)
544 {
545         int ret;
546         sector_t fs_startblk;   /* Into file, in filesystem-sized blocks */
547         sector_t fs_endblk;     /* Into file, in filesystem-sized blocks */
548         unsigned long fs_count; /* Number of filesystem-sized blocks */
549         int create;
550         unsigned int i_blkbits = sdio->blkbits + sdio->blkfactor;
551
552         /*
553          * If there was a memory error and we've overwritten all the
554          * mapped blocks then we can now return that memory error
555          */
556         ret = dio->page_errors;
557         if (ret == 0) {
558                 BUG_ON(sdio->block_in_file >= sdio->final_block_in_request);
559                 fs_startblk = sdio->block_in_file >> sdio->blkfactor;
560                 fs_endblk = (sdio->final_block_in_request - 1) >>
561                                         sdio->blkfactor;
562                 fs_count = fs_endblk - fs_startblk + 1;
563
564                 map_bh->b_state = 0;
565                 map_bh->b_size = fs_count << i_blkbits;
566
567                 /*
568                  * For writes inside i_size on a DIO_SKIP_HOLES filesystem we
569                  * forbid block creations: only overwrites are permitted.
570                  * We will return early to the caller once we see an
571                  * unmapped buffer head returned, and the caller will fall
572                  * back to buffered I/O.
573                  *
574                  * Otherwise the decision is left to the get_blocks method,
575                  * which may decide to handle it or also return an unmapped
576                  * buffer head.
577                  */
578                 create = dio->rw & WRITE;
579                 if (dio->flags & DIO_SKIP_HOLES) {
580                         if (sdio->block_in_file < (i_size_read(dio->inode) >>
581                                                         sdio->blkbits))
582                                 create = 0;
583                 }
584
585                 ret = (*sdio->get_block)(dio->inode, fs_startblk,
586                                                 map_bh, create);
587
588                 /* Store for completion */
589                 dio->private = map_bh->b_private;
590         }
591         return ret;
592 }
593
594 /*
595  * There is no bio.  Make one now.
596  */
597 static inline int dio_new_bio(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
598                 sector_t start_sector, struct buffer_head *map_bh)
599 {
600         sector_t sector;
601         int ret, nr_pages;
602
603         ret = dio_bio_reap(dio, sdio);
604         if (ret)
605                 goto out;
606         sector = start_sector << (sdio->blkbits - 9);
607         nr_pages = min(sdio->pages_in_io, bio_get_nr_vecs(map_bh->b_bdev));
608         nr_pages = min(nr_pages, BIO_MAX_PAGES);
609         BUG_ON(nr_pages <= 0);
610         dio_bio_alloc(dio, sdio, map_bh->b_bdev, sector, nr_pages);
611         sdio->boundary = 0;
612 out:
613         return ret;
614 }
615
616 /*
617  * Attempt to put the current chunk of 'cur_page' into the current BIO.  If
618  * that was successful then update final_block_in_bio and take a ref against
619  * the just-added page.
620  *
621  * Return zero on success.  Non-zero means the caller needs to start a new BIO.
622  */
623 static inline int dio_bio_add_page(struct dio_submit *sdio)
624 {
625         int ret;
626
627         ret = bio_add_page(sdio->bio, sdio->cur_page,
628                         sdio->cur_page_len, sdio->cur_page_offset);
629         if (ret == sdio->cur_page_len) {
630                 /*
631                  * Decrement count only, if we are done with this page
632                  */
633                 if ((sdio->cur_page_len + sdio->cur_page_offset) == PAGE_SIZE)
634                         sdio->pages_in_io--;
635                 page_cache_get(sdio->cur_page);
636                 sdio->final_block_in_bio = sdio->cur_page_block +
637                         (sdio->cur_page_len >> sdio->blkbits);
638                 ret = 0;
639         } else {
640                 ret = 1;
641         }
642         return ret;
643 }
644                 
645 /*
646  * Put cur_page under IO.  The section of cur_page which is described by
647  * cur_page_offset,cur_page_len is put into a BIO.  The section of cur_page
648  * starts on-disk at cur_page_block.
649  *
650  * We take a ref against the page here (on behalf of its presence in the bio).
651  *
652  * The caller of this function is responsible for removing cur_page from the
653  * dio, and for dropping the refcount which came from that presence.
654  */
655 static inline int dio_send_cur_page(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
656                 struct buffer_head *map_bh)
657 {
658         int ret = 0;
659
660         if (sdio->bio) {
661                 loff_t cur_offset = sdio->cur_page_fs_offset;
662                 loff_t bio_next_offset = sdio->logical_offset_in_bio +
663                         sdio->bio->bi_size;
664
665                 /*
666                  * See whether this new request is contiguous with the old.
667                  *
668                  * Btrfs cannot handle having logically non-contiguous requests
669                  * submitted.  For example if you have
670                  *
671                  * Logical:  [0-4095][HOLE][8192-12287]
672                  * Physical: [0-4095]      [4096-8191]
673                  *
674                  * We cannot submit those pages together as one BIO.  So if our
675                  * current logical offset in the file does not equal what would
676                  * be the next logical offset in the bio, submit the bio we
677                  * have.
678                  */
679                 if (sdio->final_block_in_bio != sdio->cur_page_block ||
680                     cur_offset != bio_next_offset)
681                         dio_bio_submit(dio, sdio);
682         }
683
684         if (sdio->bio == NULL) {
685                 ret = dio_new_bio(dio, sdio, sdio->cur_page_block, map_bh);
686                 if (ret)
687                         goto out;
688         }
689
690         if (dio_bio_add_page(sdio) != 0) {
691                 dio_bio_submit(dio, sdio);
692                 ret = dio_new_bio(dio, sdio, sdio->cur_page_block, map_bh);
693                 if (ret == 0) {
694                         ret = dio_bio_add_page(sdio);
695                         BUG_ON(ret != 0);
696                 }
697         }
698 out:
699         return ret;
700 }
701
702 /*
703  * An autonomous function to put a chunk of a page under deferred IO.
704  *
705  * The caller doesn't actually know (or care) whether this piece of page is in
706  * a BIO, or is under IO or whatever.  We just take care of all possible 
707  * situations here.  The separation between the logic of do_direct_IO() and
708  * that of submit_page_section() is important for clarity.  Please don't break.
709  *
710  * The chunk of page starts on-disk at blocknr.
711  *
712  * We perform deferred IO, by recording the last-submitted page inside our
713  * private part of the dio structure.  If possible, we just expand the IO
714  * across that page here.
715  *
716  * If that doesn't work out then we put the old page into the bio and add this
717  * page to the dio instead.
718  */
719 static inline int
720 submit_page_section(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio, struct page *page,
721                     unsigned offset, unsigned len, sector_t blocknr,
722                     struct buffer_head *map_bh)
723 {
724         int ret = 0;
725
726         if (dio->rw & WRITE) {
727                 /*
728                  * Read accounting is performed in submit_bio()
729                  */
730                 task_io_account_write(len);
731         }
732
733         /*
734          * Can we just grow the current page's presence in the dio?
735          */
736         if (sdio->cur_page == page &&
737             sdio->cur_page_offset + sdio->cur_page_len == offset &&
738             sdio->cur_page_block +
739             (sdio->cur_page_len >> sdio->blkbits) == blocknr) {
740                 sdio->cur_page_len += len;
741                 goto out;
742         }
743
744         /*
745          * If there's a deferred page already there then send it.
746          */
747         if (sdio->cur_page) {
748                 ret = dio_send_cur_page(dio, sdio, map_bh);
749                 page_cache_release(sdio->cur_page);
750                 sdio->cur_page = NULL;
751                 if (ret)
752                         return ret;
753         }
754
755         page_cache_get(page);           /* It is in dio */
756         sdio->cur_page = page;
757         sdio->cur_page_offset = offset;
758         sdio->cur_page_len = len;
759         sdio->cur_page_block = blocknr;
760         sdio->cur_page_fs_offset = sdio->block_in_file << sdio->blkbits;
761 out:
762         /*
763          * If sdio->boundary then we want to schedule the IO now to
764          * avoid metadata seeks.
765          */
766         if (sdio->boundary) {
767                 ret = dio_send_cur_page(dio, sdio, map_bh);
768                 dio_bio_submit(dio, sdio);
769                 page_cache_release(sdio->cur_page);
770                 sdio->cur_page = NULL;
771         }
772         return ret;
773 }
774
775 /*
776  * Clean any dirty buffers in the blockdev mapping which alias newly-created
777  * file blocks.  Only called for S_ISREG files - blockdevs do not set
778  * buffer_new
779  */
780 static void clean_blockdev_aliases(struct dio *dio, struct buffer_head *map_bh)
781 {
782         unsigned i;
783         unsigned nblocks;
784
785         nblocks = map_bh->b_size >> dio->inode->i_blkbits;
786
787         for (i = 0; i < nblocks; i++) {
788                 unmap_underlying_metadata(map_bh->b_bdev,
789                                           map_bh->b_blocknr + i);
790         }
791 }
792
793 /*
794  * If we are not writing the entire block and get_block() allocated
795  * the block for us, we need to fill-in the unused portion of the
796  * block with zeros. This happens only if user-buffer, fileoffset or
797  * io length is not filesystem block-size multiple.
798  *
799  * `end' is zero if we're doing the start of the IO, 1 at the end of the
800  * IO.
801  */
802 static inline void dio_zero_block(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
803                 int end, struct buffer_head *map_bh)
804 {
805         unsigned dio_blocks_per_fs_block;
806         unsigned this_chunk_blocks;     /* In dio_blocks */
807         unsigned this_chunk_bytes;
808         struct page *page;
809
810         sdio->start_zero_done = 1;
811         if (!sdio->blkfactor || !buffer_new(map_bh))
812                 return;
813
814         dio_blocks_per_fs_block = 1 << sdio->blkfactor;
815         this_chunk_blocks = sdio->block_in_file & (dio_blocks_per_fs_block - 1);
816
817         if (!this_chunk_blocks)
818                 return;
819
820         /*
821          * We need to zero out part of an fs block.  It is either at the
822          * beginning or the end of the fs block.
823          */
824         if (end) 
825                 this_chunk_blocks = dio_blocks_per_fs_block - this_chunk_blocks;
826
827         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << sdio->blkbits;
828
829         page = ZERO_PAGE(0);
830         if (submit_page_section(dio, sdio, page, 0, this_chunk_bytes,
831                                 sdio->next_block_for_io, map_bh))
832                 return;
833
834         sdio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
835 }
836
837 /*
838  * Walk the user pages, and the file, mapping blocks to disk and generating
839  * a sequence of (page,offset,len,block) mappings.  These mappings are injected
840  * into submit_page_section(), which takes care of the next stage of submission
841  *
842  * Direct IO against a blockdev is different from a file.  Because we can
843  * happily perform page-sized but 512-byte aligned IOs.  It is important that
844  * blockdev IO be able to have fine alignment and large sizes.
845  *
846  * So what we do is to permit the ->get_block function to populate bh.b_size
847  * with the size of IO which is permitted at this offset and this i_blkbits.
848  *
849  * For best results, the blockdev should be set up with 512-byte i_blkbits and
850  * it should set b_size to PAGE_SIZE or more inside get_block().  This gives
851  * fine alignment but still allows this function to work in PAGE_SIZE units.
852  */
853 static int do_direct_IO(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
854                         struct buffer_head *map_bh)
855 {
856         const unsigned blkbits = sdio->blkbits;
857         const unsigned blocks_per_page = PAGE_SIZE >> blkbits;
858         struct page *page;
859         unsigned block_in_page;
860         int ret = 0;
861
862         /* The I/O can start at any block offset within the first page */
863         block_in_page = sdio->first_block_in_page;
864
865         while (sdio->block_in_file < sdio->final_block_in_request) {
866                 page = dio_get_page(dio, sdio);
867                 if (IS_ERR(page)) {
868                         ret = PTR_ERR(page);
869                         goto out;
870                 }
871
872                 while (block_in_page < blocks_per_page) {
873                         unsigned offset_in_page = block_in_page << blkbits;
874                         unsigned this_chunk_bytes;      /* # of bytes mapped */
875                         unsigned this_chunk_blocks;     /* # of blocks */
876                         unsigned u;
877
878                         if (sdio->blocks_available == 0) {
879                                 /*
880                                  * Need to go and map some more disk
881                                  */
882                                 unsigned long blkmask;
883                                 unsigned long dio_remainder;
884
885                                 ret = get_more_blocks(dio, sdio, map_bh);
886                                 if (ret) {
887                                         page_cache_release(page);
888                                         goto out;
889                                 }
890                                 if (!buffer_mapped(map_bh))
891                                         goto do_holes;
892
893                                 sdio->blocks_available =
894                                                 map_bh->b_size >> sdio->blkbits;
895                                 sdio->next_block_for_io =
896                                         map_bh->b_blocknr << sdio->blkfactor;
897                                 if (buffer_new(map_bh))
898                                         clean_blockdev_aliases(dio, map_bh);
899
900                                 if (!sdio->blkfactor)
901                                         goto do_holes;
902
903                                 blkmask = (1 << sdio->blkfactor) - 1;
904                                 dio_remainder = (sdio->block_in_file & blkmask);
905
906                                 /*
907                                  * If we are at the start of IO and that IO
908                                  * starts partway into a fs-block,
909                                  * dio_remainder will be non-zero.  If the IO
910                                  * is a read then we can simply advance the IO
911                                  * cursor to the first block which is to be
912                                  * read.  But if the IO is a write and the
913                                  * block was newly allocated we cannot do that;
914                                  * the start of the fs block must be zeroed out
915                                  * on-disk
916                                  */
917                                 if (!buffer_new(map_bh))
918                                         sdio->next_block_for_io += dio_remainder;
919                                 sdio->blocks_available -= dio_remainder;
920                         }
921 do_holes:
922                         /* Handle holes */
923                         if (!buffer_mapped(map_bh)) {
924                                 loff_t i_size_aligned;
925
926                                 /* AKPM: eargh, -ENOTBLK is a hack */
927                                 if (dio->rw & WRITE) {
928                                         page_cache_release(page);
929                                         return -ENOTBLK;
930                                 }
931
932                                 /*
933                                  * Be sure to account for a partial block as the
934                                  * last block in the file
935                                  */
936                                 i_size_aligned = ALIGN(i_size_read(dio->inode),
937                                                         1 << blkbits);
938                                 if (sdio->block_in_file >=
939                                                 i_size_aligned >> blkbits) {
940                                         /* We hit eof */
941                                         page_cache_release(page);
942                                         goto out;
943                                 }
944                                 zero_user(page, block_in_page << blkbits,
945                                                 1 << blkbits);
946                                 sdio->block_in_file++;
947                                 block_in_page++;
948                                 goto next_block;
949                         }
950
951                         /*
952                          * If we're performing IO which has an alignment which
953                          * is finer than the underlying fs, go check to see if
954                          * we must zero out the start of this block.
955                          */
956                         if (unlikely(sdio->blkfactor && !sdio->start_zero_done))
957                                 dio_zero_block(dio, sdio, 0, map_bh);
958
959                         /*
960                          * Work out, in this_chunk_blocks, how much disk we
961                          * can add to this page
962                          */
963                         this_chunk_blocks = sdio->blocks_available;
964                         u = (PAGE_SIZE - offset_in_page) >> blkbits;
965                         if (this_chunk_blocks > u)
966                                 this_chunk_blocks = u;
967                         u = sdio->final_block_in_request - sdio->block_in_file;
968                         if (this_chunk_blocks > u)
969                                 this_chunk_blocks = u;
970                         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << blkbits;
971                         BUG_ON(this_chunk_bytes == 0);
972
973                         if (this_chunk_blocks == sdio->blocks_available)
974                                 sdio->boundary = buffer_boundary(map_bh);
975                         ret = submit_page_section(dio, sdio, page,
976                                                   offset_in_page,
977                                                   this_chunk_bytes,
978                                                   sdio->next_block_for_io,
979                                                   map_bh);
980                         if (ret) {
981                                 page_cache_release(page);
982                                 goto out;
983                         }
984                         sdio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
985
986                         sdio->block_in_file += this_chunk_blocks;
987                         block_in_page += this_chunk_blocks;
988                         sdio->blocks_available -= this_chunk_blocks;
989 next_block:
990                         BUG_ON(sdio->block_in_file > sdio->final_block_in_request);
991                         if (sdio->block_in_file == sdio->final_block_in_request)
992                                 break;
993                 }
994
995                 /* Drop the ref which was taken in get_user_pages() */
996                 page_cache_release(page);
997                 block_in_page = 0;
998         }
999 out:
1000         return ret;
1001 }
1002
1003 static inline int drop_refcount(struct dio *dio)
1004 {
1005         int ret2;
1006         unsigned long flags;
1007
1008         /*
1009          * Sync will always be dropping the final ref and completing the
1010          * operation.  AIO can if it was a broken operation described above or
1011          * in fact if all the bios race to complete before we get here.  In
1012          * that case dio_complete() translates the EIOCBQUEUED into the proper
1013          * return code that the caller will hand to aio_complete().
1014          *
1015          * This is managed by the bio_lock instead of being an atomic_t so that
1016          * completion paths can drop their ref and use the remaining count to
1017          * decide to wake the submission path atomically.
1018          */
1019         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
1020         ret2 = --dio->refcount;
1021         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
1022         return ret2;
1023 }
1024
1025 /*
1026  * This is a library function for use by filesystem drivers.
1027  *
1028  * The locking rules are governed by the flags parameter:
1029  *  - if the flags value contains DIO_LOCKING we use a fancy locking
1030  *    scheme for dumb filesystems.
1031  *    For writes this function is called under i_mutex and returns with
1032  *    i_mutex held, for reads, i_mutex is not held on entry, but it is
1033  *    taken and dropped again before returning.
1034  *  - if the flags value does NOT contain DIO_LOCKING we don't use any
1035  *    internal locking but rather rely on the filesystem to synchronize
1036  *    direct I/O reads/writes versus each other and truncate.
1037  *
1038  * To help with locking against truncate we incremented the i_dio_count
1039  * counter before starting direct I/O, and decrement it once we are done.
1040  * Truncate can wait for it to reach zero to provide exclusion.  It is
1041  * expected that filesystem provide exclusion between new direct I/O
1042  * and truncates.  For DIO_LOCKING filesystems this is done by i_mutex,
1043  * but other filesystems need to take care of this on their own.
1044  *
1045  * NOTE: if you pass "sdio" to anything by pointer make sure that function
1046  * is always inlined. Otherwise gcc is unable to split the structure into
1047  * individual fields and will generate much worse code. This is important
1048  * for the whole file.
1049  */
1050 static inline ssize_t
1051 do_blockdev_direct_IO(int rw, struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
1052         struct block_device *bdev, const struct iovec *iov, loff_t offset, 
1053         unsigned long nr_segs, get_block_t get_block, dio_iodone_t end_io,
1054         dio_submit_t submit_io, int flags)
1055 {
1056         int seg;
1057         size_t size;
1058         unsigned long addr;
1059         unsigned i_blkbits = ACCESS_ONCE(inode->i_blkbits);
1060         unsigned blkbits = i_blkbits;
1061         unsigned blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1062         ssize_t retval = -EINVAL;
1063         loff_t end = offset;
1064         struct dio *dio;
1065         struct dio_submit sdio = { 0, };
1066         unsigned long user_addr;
1067         size_t bytes;
1068         struct buffer_head map_bh = { 0, };
1069         struct blk_plug plug;
1070
1071         if (rw & WRITE)
1072                 rw = WRITE_ODIRECT;
1073
1074         /*
1075          * Avoid references to bdev if not absolutely needed to give
1076          * the early prefetch in the caller enough time.
1077          */
1078
1079         if (offset & blocksize_mask) {
1080                 if (bdev)
1081                         blkbits = blksize_bits(bdev_logical_block_size(bdev));
1082                 blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1083                 if (offset & blocksize_mask)
1084                         goto out;
1085         }
1086
1087         /* Check the memory alignment.  Blocks cannot straddle pages */
1088         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
1089                 addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
1090                 size = iov[seg].iov_len;
1091                 end += size;
1092                 if (unlikely((addr & blocksize_mask) ||
1093                              (size & blocksize_mask))) {
1094                         if (bdev)
1095                                 blkbits = blksize_bits(
1096                                          bdev_logical_block_size(bdev));
1097                         blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1098                         if ((addr & blocksize_mask) || (size & blocksize_mask))
1099                                 goto out;
1100                 }
1101         }
1102
1103         /* watch out for a 0 len io from a tricksy fs */
1104         if (rw == READ && end == offset)
1105                 return 0;
1106
1107         dio = kmem_cache_alloc(dio_cache, GFP_KERNEL);
1108         retval = -ENOMEM;
1109         if (!dio)
1110                 goto out;
1111         /*
1112          * Believe it or not, zeroing out the page array caused a .5%
1113          * performance regression in a database benchmark.  So, we take
1114          * care to only zero out what's needed.
1115          */
1116         memset(dio, 0, offsetof(struct dio, pages));
1117
1118         dio->flags = flags;
1119         if (dio->flags & DIO_LOCKING) {
1120                 if (rw == READ) {
1121                         struct address_space *mapping =
1122                                         iocb->ki_filp->f_mapping;
1123
1124                         /* will be released by direct_io_worker */
1125                         mutex_lock(&inode->i_mutex);
1126
1127                         retval = filemap_write_and_wait_range(mapping, offset,
1128                                                               end - 1);
1129                         if (retval) {
1130                                 mutex_unlock(&inode->i_mutex);
1131                                 kmem_cache_free(dio_cache, dio);
1132                                 goto out;
1133                         }
1134                 }
1135         }
1136
1137         /*
1138          * Will be decremented at I/O completion time.
1139          */
1140         if (!(dio->flags & DIO_SKIP_DIO_COUNT))
1141                 inode_dio_begin(inode);
1142
1143         /*
1144          * For file extending writes updating i_size before data
1145          * writeouts complete can expose uninitialized blocks. So
1146          * even for AIO, we need to wait for i/o to complete before
1147          * returning in this case.
1148          */
1149         dio->is_async = !is_sync_kiocb(iocb) && !((rw & WRITE) &&
1150                 (end > i_size_read(inode)));
1151
1152         retval = 0;
1153
1154         dio->inode = inode;
1155         dio->rw = rw;
1156         sdio.blkbits = blkbits;
1157         sdio.blkfactor = i_blkbits - blkbits;
1158         sdio.block_in_file = offset >> blkbits;
1159
1160         sdio.get_block = get_block;
1161         dio->end_io = end_io;
1162         sdio.submit_io = submit_io;
1163         sdio.final_block_in_bio = -1;
1164         sdio.next_block_for_io = -1;
1165
1166         dio->iocb = iocb;
1167         dio->i_size = i_size_read(inode);
1168
1169         spin_lock_init(&dio->bio_lock);
1170         dio->refcount = 1;
1171
1172         /*
1173          * In case of non-aligned buffers, we may need 2 more
1174          * pages since we need to zero out first and last block.
1175          */
1176         if (unlikely(sdio.blkfactor))
1177                 sdio.pages_in_io = 2;
1178
1179         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
1180                 user_addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
1181                 sdio.pages_in_io +=
1182                         ((user_addr + iov[seg].iov_len + PAGE_SIZE-1) /
1183                                 PAGE_SIZE - user_addr / PAGE_SIZE);
1184         }
1185
1186         blk_start_plug(&plug);
1187
1188         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
1189                 user_addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
1190                 sdio.size += bytes = iov[seg].iov_len;
1191
1192                 /* Index into the first page of the first block */
1193                 sdio.first_block_in_page = (user_addr & ~PAGE_MASK) >> blkbits;
1194                 sdio.final_block_in_request = sdio.block_in_file +
1195                                                 (bytes >> blkbits);
1196                 /* Page fetching state */
1197                 sdio.head = 0;
1198                 sdio.tail = 0;
1199                 sdio.curr_page = 0;
1200
1201                 sdio.total_pages = 0;
1202                 if (user_addr & (PAGE_SIZE-1)) {
1203                         sdio.total_pages++;
1204                         bytes -= PAGE_SIZE - (user_addr & (PAGE_SIZE - 1));
1205                 }
1206                 sdio.total_pages += (bytes + PAGE_SIZE - 1) / PAGE_SIZE;
1207                 sdio.curr_user_address = user_addr;
1208
1209                 retval = do_direct_IO(dio, &sdio, &map_bh);
1210
1211                 dio->result += iov[seg].iov_len -
1212                         ((sdio.final_block_in_request - sdio.block_in_file) <<
1213                                         blkbits);
1214
1215                 if (retval) {
1216                         dio_cleanup(dio, &sdio);
1217                         break;
1218                 }
1219         } /* end iovec loop */
1220
1221         if (retval == -ENOTBLK) {
1222                 /*
1223                  * The remaining part of the request will be
1224                  * be handled by buffered I/O when we return
1225                  */
1226                 retval = 0;
1227         }
1228         /*
1229          * There may be some unwritten disk at the end of a part-written
1230          * fs-block-sized block.  Go zero that now.
1231          */
1232         dio_zero_block(dio, &sdio, 1, &map_bh);
1233
1234         if (sdio.cur_page) {
1235                 ssize_t ret2;
1236
1237                 ret2 = dio_send_cur_page(dio, &sdio, &map_bh);
1238                 if (retval == 0)
1239                         retval = ret2;
1240                 page_cache_release(sdio.cur_page);
1241                 sdio.cur_page = NULL;
1242         }
1243         if (sdio.bio)
1244                 dio_bio_submit(dio, &sdio);
1245
1246         blk_finish_plug(&plug);
1247
1248         /*
1249          * It is possible that, we return short IO due to end of file.
1250          * In that case, we need to release all the pages we got hold on.
1251          */
1252         dio_cleanup(dio, &sdio);
1253
1254         /*
1255          * All block lookups have been performed. For READ requests
1256          * we can let i_mutex go now that its achieved its purpose
1257          * of protecting us from looking up uninitialized blocks.
1258          */
1259         if (rw == READ && (dio->flags & DIO_LOCKING))
1260                 mutex_unlock(&dio->inode->i_mutex);
1261
1262         /*
1263          * The only time we want to leave bios in flight is when a successful
1264          * partial aio read or full aio write have been setup.  In that case
1265          * bio completion will call aio_complete.  The only time it's safe to
1266          * call aio_complete is when we return -EIOCBQUEUED, so we key on that.
1267          * This had *better* be the only place that raises -EIOCBQUEUED.
1268          */
1269         BUG_ON(retval == -EIOCBQUEUED);
1270         if (dio->is_async && retval == 0 && dio->result &&
1271             ((rw == READ) || (dio->result == sdio.size)))
1272                 retval = -EIOCBQUEUED;
1273
1274         if (retval != -EIOCBQUEUED)
1275                 dio_await_completion(dio);
1276
1277         if (drop_refcount(dio) == 0) {
1278                 retval = dio_complete(dio, offset, retval, false);
1279                 kmem_cache_free(dio_cache, dio);
1280         } else
1281                 BUG_ON(retval != -EIOCBQUEUED);
1282
1283 out:
1284         return retval;
1285 }
1286
1287 ssize_t
1288 __blockdev_direct_IO(int rw, struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
1289         struct block_device *bdev, const struct iovec *iov, loff_t offset,
1290         unsigned long nr_segs, get_block_t get_block, dio_iodone_t end_io,
1291         dio_submit_t submit_io, int flags)
1292 {
1293         /*
1294          * The block device state is needed in the end to finally
1295          * submit everything.  Since it's likely to be cache cold
1296          * prefetch it here as first thing to hide some of the
1297          * latency.
1298          *
1299          * Attempt to prefetch the pieces we likely need later.
1300          */
1301         prefetch(&bdev->bd_disk->part_tbl);
1302         prefetch(bdev->bd_queue);
1303         prefetch((char *)bdev->bd_queue + SMP_CACHE_BYTES);
1304
1305         return do_blockdev_direct_IO(rw, iocb, inode, bdev, iov, offset,
1306                                      nr_segs, get_block, end_io,
1307                                      submit_io, flags);
1308 }
1309
1310 EXPORT_SYMBOL(__blockdev_direct_IO);
1311
1312 static __init int dio_init(void)
1313 {
1314         dio_cache = KMEM_CACHE(dio, SLAB_PANIC);
1315         return 0;
1316 }
1317 module_init(dio_init)