btrfs: fix race between finishing block group creation and its item update
[platform/kernel/linux-rpi.git] / fs / btrfs / file.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  * Copyright (C) 2007 Oracle.  All rights reserved.
4  */
5
6 #include <linux/fs.h>
7 #include <linux/pagemap.h>
8 #include <linux/time.h>
9 #include <linux/init.h>
10 #include <linux/string.h>
11 #include <linux/backing-dev.h>
12 #include <linux/falloc.h>
13 #include <linux/writeback.h>
14 #include <linux/compat.h>
15 #include <linux/slab.h>
16 #include <linux/btrfs.h>
17 #include <linux/uio.h>
18 #include <linux/iversion.h>
19 #include <linux/fsverity.h>
20 #include "ctree.h"
21 #include "disk-io.h"
22 #include "transaction.h"
23 #include "btrfs_inode.h"
24 #include "print-tree.h"
25 #include "tree-log.h"
26 #include "locking.h"
27 #include "volumes.h"
28 #include "qgroup.h"
29 #include "compression.h"
30 #include "delalloc-space.h"
31 #include "reflink.h"
32 #include "subpage.h"
33 #include "fs.h"
34 #include "accessors.h"
35 #include "extent-tree.h"
36 #include "file-item.h"
37 #include "ioctl.h"
38 #include "file.h"
39 #include "super.h"
40
41 /* simple helper to fault in pages and copy.  This should go away
42  * and be replaced with calls into generic code.
43  */
44 static noinline int btrfs_copy_from_user(loff_t pos, size_t write_bytes,
45                                          struct page **prepared_pages,
46                                          struct iov_iter *i)
47 {
48         size_t copied = 0;
49         size_t total_copied = 0;
50         int pg = 0;
51         int offset = offset_in_page(pos);
52
53         while (write_bytes > 0) {
54                 size_t count = min_t(size_t,
55                                      PAGE_SIZE - offset, write_bytes);
56                 struct page *page = prepared_pages[pg];
57                 /*
58                  * Copy data from userspace to the current page
59                  */
60                 copied = copy_page_from_iter_atomic(page, offset, count, i);
61
62                 /* Flush processor's dcache for this page */
63                 flush_dcache_page(page);
64
65                 /*
66                  * if we get a partial write, we can end up with
67                  * partially up to date pages.  These add
68                  * a lot of complexity, so make sure they don't
69                  * happen by forcing this copy to be retried.
70                  *
71                  * The rest of the btrfs_file_write code will fall
72                  * back to page at a time copies after we return 0.
73                  */
74                 if (unlikely(copied < count)) {
75                         if (!PageUptodate(page)) {
76                                 iov_iter_revert(i, copied);
77                                 copied = 0;
78                         }
79                         if (!copied)
80                                 break;
81                 }
82
83                 write_bytes -= copied;
84                 total_copied += copied;
85                 offset += copied;
86                 if (offset == PAGE_SIZE) {
87                         pg++;
88                         offset = 0;
89                 }
90         }
91         return total_copied;
92 }
93
94 /*
95  * unlocks pages after btrfs_file_write is done with them
96  */
97 static void btrfs_drop_pages(struct btrfs_fs_info *fs_info,
98                              struct page **pages, size_t num_pages,
99                              u64 pos, u64 copied)
100 {
101         size_t i;
102         u64 block_start = round_down(pos, fs_info->sectorsize);
103         u64 block_len = round_up(pos + copied, fs_info->sectorsize) - block_start;
104
105         ASSERT(block_len <= U32_MAX);
106         for (i = 0; i < num_pages; i++) {
107                 /* page checked is some magic around finding pages that
108                  * have been modified without going through btrfs_set_page_dirty
109                  * clear it here. There should be no need to mark the pages
110                  * accessed as prepare_pages should have marked them accessed
111                  * in prepare_pages via find_or_create_page()
112                  */
113                 btrfs_page_clamp_clear_checked(fs_info, pages[i], block_start,
114                                                block_len);
115                 unlock_page(pages[i]);
116                 put_page(pages[i]);
117         }
118 }
119
120 /*
121  * After btrfs_copy_from_user(), update the following things for delalloc:
122  * - Mark newly dirtied pages as DELALLOC in the io tree.
123  *   Used to advise which range is to be written back.
124  * - Mark modified pages as Uptodate/Dirty and not needing COW fixup
125  * - Update inode size for past EOF write
126  */
127 int btrfs_dirty_pages(struct btrfs_inode *inode, struct page **pages,
128                       size_t num_pages, loff_t pos, size_t write_bytes,
129                       struct extent_state **cached, bool noreserve)
130 {
131         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
132         int err = 0;
133         int i;
134         u64 num_bytes;
135         u64 start_pos;
136         u64 end_of_last_block;
137         u64 end_pos = pos + write_bytes;
138         loff_t isize = i_size_read(&inode->vfs_inode);
139         unsigned int extra_bits = 0;
140
141         if (write_bytes == 0)
142                 return 0;
143
144         if (noreserve)
145                 extra_bits |= EXTENT_NORESERVE;
146
147         start_pos = round_down(pos, fs_info->sectorsize);
148         num_bytes = round_up(write_bytes + pos - start_pos,
149                              fs_info->sectorsize);
150         ASSERT(num_bytes <= U32_MAX);
151
152         end_of_last_block = start_pos + num_bytes - 1;
153
154         /*
155          * The pages may have already been dirty, clear out old accounting so
156          * we can set things up properly
157          */
158         clear_extent_bit(&inode->io_tree, start_pos, end_of_last_block,
159                          EXTENT_DELALLOC | EXTENT_DO_ACCOUNTING | EXTENT_DEFRAG,
160                          cached);
161
162         err = btrfs_set_extent_delalloc(inode, start_pos, end_of_last_block,
163                                         extra_bits, cached);
164         if (err)
165                 return err;
166
167         for (i = 0; i < num_pages; i++) {
168                 struct page *p = pages[i];
169
170                 btrfs_page_clamp_set_uptodate(fs_info, p, start_pos, num_bytes);
171                 btrfs_page_clamp_clear_checked(fs_info, p, start_pos, num_bytes);
172                 btrfs_page_clamp_set_dirty(fs_info, p, start_pos, num_bytes);
173         }
174
175         /*
176          * we've only changed i_size in ram, and we haven't updated
177          * the disk i_size.  There is no need to log the inode
178          * at this time.
179          */
180         if (end_pos > isize)
181                 i_size_write(&inode->vfs_inode, end_pos);
182         return 0;
183 }
184
185 /*
186  * this is very complex, but the basic idea is to drop all extents
187  * in the range start - end.  hint_block is filled in with a block number
188  * that would be a good hint to the block allocator for this file.
189  *
190  * If an extent intersects the range but is not entirely inside the range
191  * it is either truncated or split.  Anything entirely inside the range
192  * is deleted from the tree.
193  *
194  * Note: the VFS' inode number of bytes is not updated, it's up to the caller
195  * to deal with that. We set the field 'bytes_found' of the arguments structure
196  * with the number of allocated bytes found in the target range, so that the
197  * caller can update the inode's number of bytes in an atomic way when
198  * replacing extents in a range to avoid races with stat(2).
199  */
200 int btrfs_drop_extents(struct btrfs_trans_handle *trans,
201                        struct btrfs_root *root, struct btrfs_inode *inode,
202                        struct btrfs_drop_extents_args *args)
203 {
204         struct btrfs_fs_info *fs_info = root->fs_info;
205         struct extent_buffer *leaf;
206         struct btrfs_file_extent_item *fi;
207         struct btrfs_ref ref = { 0 };
208         struct btrfs_key key;
209         struct btrfs_key new_key;
210         u64 ino = btrfs_ino(inode);
211         u64 search_start = args->start;
212         u64 disk_bytenr = 0;
213         u64 num_bytes = 0;
214         u64 extent_offset = 0;
215         u64 extent_end = 0;
216         u64 last_end = args->start;
217         int del_nr = 0;
218         int del_slot = 0;
219         int extent_type;
220         int recow;
221         int ret;
222         int modify_tree = -1;
223         int update_refs;
224         int found = 0;
225         struct btrfs_path *path = args->path;
226
227         args->bytes_found = 0;
228         args->extent_inserted = false;
229
230         /* Must always have a path if ->replace_extent is true */
231         ASSERT(!(args->replace_extent && !args->path));
232
233         if (!path) {
234                 path = btrfs_alloc_path();
235                 if (!path) {
236                         ret = -ENOMEM;
237                         goto out;
238                 }
239         }
240
241         if (args->drop_cache)
242                 btrfs_drop_extent_map_range(inode, args->start, args->end - 1, false);
243
244         if (args->start >= inode->disk_i_size && !args->replace_extent)
245                 modify_tree = 0;
246
247         update_refs = (root->root_key.objectid != BTRFS_TREE_LOG_OBJECTID);
248         while (1) {
249                 recow = 0;
250                 ret = btrfs_lookup_file_extent(trans, root, path, ino,
251                                                search_start, modify_tree);
252                 if (ret < 0)
253                         break;
254                 if (ret > 0 && path->slots[0] > 0 && search_start == args->start) {
255                         leaf = path->nodes[0];
256                         btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &key, path->slots[0] - 1);
257                         if (key.objectid == ino &&
258                             key.type == BTRFS_EXTENT_DATA_KEY)
259                                 path->slots[0]--;
260                 }
261                 ret = 0;
262 next_slot:
263                 leaf = path->nodes[0];
264                 if (path->slots[0] >= btrfs_header_nritems(leaf)) {
265                         BUG_ON(del_nr > 0);
266                         ret = btrfs_next_leaf(root, path);
267                         if (ret < 0)
268                                 break;
269                         if (ret > 0) {
270                                 ret = 0;
271                                 break;
272                         }
273                         leaf = path->nodes[0];
274                         recow = 1;
275                 }
276
277                 btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &key, path->slots[0]);
278
279                 if (key.objectid > ino)
280                         break;
281                 if (WARN_ON_ONCE(key.objectid < ino) ||
282                     key.type < BTRFS_EXTENT_DATA_KEY) {
283                         ASSERT(del_nr == 0);
284                         path->slots[0]++;
285                         goto next_slot;
286                 }
287                 if (key.type > BTRFS_EXTENT_DATA_KEY || key.offset >= args->end)
288                         break;
289
290                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
291                                     struct btrfs_file_extent_item);
292                 extent_type = btrfs_file_extent_type(leaf, fi);
293
294                 if (extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_REG ||
295                     extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_PREALLOC) {
296                         disk_bytenr = btrfs_file_extent_disk_bytenr(leaf, fi);
297                         num_bytes = btrfs_file_extent_disk_num_bytes(leaf, fi);
298                         extent_offset = btrfs_file_extent_offset(leaf, fi);
299                         extent_end = key.offset +
300                                 btrfs_file_extent_num_bytes(leaf, fi);
301                 } else if (extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_INLINE) {
302                         extent_end = key.offset +
303                                 btrfs_file_extent_ram_bytes(leaf, fi);
304                 } else {
305                         /* can't happen */
306                         BUG();
307                 }
308
309                 /*
310                  * Don't skip extent items representing 0 byte lengths. They
311                  * used to be created (bug) if while punching holes we hit
312                  * -ENOSPC condition. So if we find one here, just ensure we
313                  * delete it, otherwise we would insert a new file extent item
314                  * with the same key (offset) as that 0 bytes length file
315                  * extent item in the call to setup_items_for_insert() later
316                  * in this function.
317                  */
318                 if (extent_end == key.offset && extent_end >= search_start) {
319                         last_end = extent_end;
320                         goto delete_extent_item;
321                 }
322
323                 if (extent_end <= search_start) {
324                         path->slots[0]++;
325                         goto next_slot;
326                 }
327
328                 found = 1;
329                 search_start = max(key.offset, args->start);
330                 if (recow || !modify_tree) {
331                         modify_tree = -1;
332                         btrfs_release_path(path);
333                         continue;
334                 }
335
336                 /*
337                  *     | - range to drop - |
338                  *  | -------- extent -------- |
339                  */
340                 if (args->start > key.offset && args->end < extent_end) {
341                         BUG_ON(del_nr > 0);
342                         if (extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_INLINE) {
343                                 ret = -EOPNOTSUPP;
344                                 break;
345                         }
346
347                         memcpy(&new_key, &key, sizeof(new_key));
348                         new_key.offset = args->start;
349                         ret = btrfs_duplicate_item(trans, root, path,
350                                                    &new_key);
351                         if (ret == -EAGAIN) {
352                                 btrfs_release_path(path);
353                                 continue;
354                         }
355                         if (ret < 0)
356                                 break;
357
358                         leaf = path->nodes[0];
359                         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0] - 1,
360                                             struct btrfs_file_extent_item);
361                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
362                                                         args->start - key.offset);
363
364                         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
365                                             struct btrfs_file_extent_item);
366
367                         extent_offset += args->start - key.offset;
368                         btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi, extent_offset);
369                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
370                                                         extent_end - args->start);
371                         btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
372
373                         if (update_refs && disk_bytenr > 0) {
374                                 btrfs_init_generic_ref(&ref,
375                                                 BTRFS_ADD_DELAYED_REF,
376                                                 disk_bytenr, num_bytes, 0);
377                                 btrfs_init_data_ref(&ref,
378                                                 root->root_key.objectid,
379                                                 new_key.objectid,
380                                                 args->start - extent_offset,
381                                                 0, false);
382                                 ret = btrfs_inc_extent_ref(trans, &ref);
383                                 if (ret) {
384                                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
385                                         break;
386                                 }
387                         }
388                         key.offset = args->start;
389                 }
390                 /*
391                  * From here on out we will have actually dropped something, so
392                  * last_end can be updated.
393                  */
394                 last_end = extent_end;
395
396                 /*
397                  *  | ---- range to drop ----- |
398                  *      | -------- extent -------- |
399                  */
400                 if (args->start <= key.offset && args->end < extent_end) {
401                         if (extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_INLINE) {
402                                 ret = -EOPNOTSUPP;
403                                 break;
404                         }
405
406                         memcpy(&new_key, &key, sizeof(new_key));
407                         new_key.offset = args->end;
408                         btrfs_set_item_key_safe(fs_info, path, &new_key);
409
410                         extent_offset += args->end - key.offset;
411                         btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi, extent_offset);
412                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
413                                                         extent_end - args->end);
414                         btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
415                         if (update_refs && disk_bytenr > 0)
416                                 args->bytes_found += args->end - key.offset;
417                         break;
418                 }
419
420                 search_start = extent_end;
421                 /*
422                  *       | ---- range to drop ----- |
423                  *  | -------- extent -------- |
424                  */
425                 if (args->start > key.offset && args->end >= extent_end) {
426                         BUG_ON(del_nr > 0);
427                         if (extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_INLINE) {
428                                 ret = -EOPNOTSUPP;
429                                 break;
430                         }
431
432                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
433                                                         args->start - key.offset);
434                         btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
435                         if (update_refs && disk_bytenr > 0)
436                                 args->bytes_found += extent_end - args->start;
437                         if (args->end == extent_end)
438                                 break;
439
440                         path->slots[0]++;
441                         goto next_slot;
442                 }
443
444                 /*
445                  *  | ---- range to drop ----- |
446                  *    | ------ extent ------ |
447                  */
448                 if (args->start <= key.offset && args->end >= extent_end) {
449 delete_extent_item:
450                         if (del_nr == 0) {
451                                 del_slot = path->slots[0];
452                                 del_nr = 1;
453                         } else {
454                                 BUG_ON(del_slot + del_nr != path->slots[0]);
455                                 del_nr++;
456                         }
457
458                         if (update_refs &&
459                             extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_INLINE) {
460                                 args->bytes_found += extent_end - key.offset;
461                                 extent_end = ALIGN(extent_end,
462                                                    fs_info->sectorsize);
463                         } else if (update_refs && disk_bytenr > 0) {
464                                 btrfs_init_generic_ref(&ref,
465                                                 BTRFS_DROP_DELAYED_REF,
466                                                 disk_bytenr, num_bytes, 0);
467                                 btrfs_init_data_ref(&ref,
468                                                 root->root_key.objectid,
469                                                 key.objectid,
470                                                 key.offset - extent_offset, 0,
471                                                 false);
472                                 ret = btrfs_free_extent(trans, &ref);
473                                 if (ret) {
474                                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
475                                         break;
476                                 }
477                                 args->bytes_found += extent_end - key.offset;
478                         }
479
480                         if (args->end == extent_end)
481                                 break;
482
483                         if (path->slots[0] + 1 < btrfs_header_nritems(leaf)) {
484                                 path->slots[0]++;
485                                 goto next_slot;
486                         }
487
488                         ret = btrfs_del_items(trans, root, path, del_slot,
489                                               del_nr);
490                         if (ret) {
491                                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
492                                 break;
493                         }
494
495                         del_nr = 0;
496                         del_slot = 0;
497
498                         btrfs_release_path(path);
499                         continue;
500                 }
501
502                 BUG();
503         }
504
505         if (!ret && del_nr > 0) {
506                 /*
507                  * Set path->slots[0] to first slot, so that after the delete
508                  * if items are move off from our leaf to its immediate left or
509                  * right neighbor leafs, we end up with a correct and adjusted
510                  * path->slots[0] for our insertion (if args->replace_extent).
511                  */
512                 path->slots[0] = del_slot;
513                 ret = btrfs_del_items(trans, root, path, del_slot, del_nr);
514                 if (ret)
515                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
516         }
517
518         leaf = path->nodes[0];
519         /*
520          * If btrfs_del_items() was called, it might have deleted a leaf, in
521          * which case it unlocked our path, so check path->locks[0] matches a
522          * write lock.
523          */
524         if (!ret && args->replace_extent &&
525             path->locks[0] == BTRFS_WRITE_LOCK &&
526             btrfs_leaf_free_space(leaf) >=
527             sizeof(struct btrfs_item) + args->extent_item_size) {
528
529                 key.objectid = ino;
530                 key.type = BTRFS_EXTENT_DATA_KEY;
531                 key.offset = args->start;
532                 if (!del_nr && path->slots[0] < btrfs_header_nritems(leaf)) {
533                         struct btrfs_key slot_key;
534
535                         btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &slot_key, path->slots[0]);
536                         if (btrfs_comp_cpu_keys(&key, &slot_key) > 0)
537                                 path->slots[0]++;
538                 }
539                 btrfs_setup_item_for_insert(root, path, &key, args->extent_item_size);
540                 args->extent_inserted = true;
541         }
542
543         if (!args->path)
544                 btrfs_free_path(path);
545         else if (!args->extent_inserted)
546                 btrfs_release_path(path);
547 out:
548         args->drop_end = found ? min(args->end, last_end) : args->end;
549
550         return ret;
551 }
552
553 static int extent_mergeable(struct extent_buffer *leaf, int slot,
554                             u64 objectid, u64 bytenr, u64 orig_offset,
555                             u64 *start, u64 *end)
556 {
557         struct btrfs_file_extent_item *fi;
558         struct btrfs_key key;
559         u64 extent_end;
560
561         if (slot < 0 || slot >= btrfs_header_nritems(leaf))
562                 return 0;
563
564         btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &key, slot);
565         if (key.objectid != objectid || key.type != BTRFS_EXTENT_DATA_KEY)
566                 return 0;
567
568         fi = btrfs_item_ptr(leaf, slot, struct btrfs_file_extent_item);
569         if (btrfs_file_extent_type(leaf, fi) != BTRFS_FILE_EXTENT_REG ||
570             btrfs_file_extent_disk_bytenr(leaf, fi) != bytenr ||
571             btrfs_file_extent_offset(leaf, fi) != key.offset - orig_offset ||
572             btrfs_file_extent_compression(leaf, fi) ||
573             btrfs_file_extent_encryption(leaf, fi) ||
574             btrfs_file_extent_other_encoding(leaf, fi))
575                 return 0;
576
577         extent_end = key.offset + btrfs_file_extent_num_bytes(leaf, fi);
578         if ((*start && *start != key.offset) || (*end && *end != extent_end))
579                 return 0;
580
581         *start = key.offset;
582         *end = extent_end;
583         return 1;
584 }
585
586 /*
587  * Mark extent in the range start - end as written.
588  *
589  * This changes extent type from 'pre-allocated' to 'regular'. If only
590  * part of extent is marked as written, the extent will be split into
591  * two or three.
592  */
593 int btrfs_mark_extent_written(struct btrfs_trans_handle *trans,
594                               struct btrfs_inode *inode, u64 start, u64 end)
595 {
596         struct btrfs_fs_info *fs_info = trans->fs_info;
597         struct btrfs_root *root = inode->root;
598         struct extent_buffer *leaf;
599         struct btrfs_path *path;
600         struct btrfs_file_extent_item *fi;
601         struct btrfs_ref ref = { 0 };
602         struct btrfs_key key;
603         struct btrfs_key new_key;
604         u64 bytenr;
605         u64 num_bytes;
606         u64 extent_end;
607         u64 orig_offset;
608         u64 other_start;
609         u64 other_end;
610         u64 split;
611         int del_nr = 0;
612         int del_slot = 0;
613         int recow;
614         int ret = 0;
615         u64 ino = btrfs_ino(inode);
616
617         path = btrfs_alloc_path();
618         if (!path)
619                 return -ENOMEM;
620 again:
621         recow = 0;
622         split = start;
623         key.objectid = ino;
624         key.type = BTRFS_EXTENT_DATA_KEY;
625         key.offset = split;
626
627         ret = btrfs_search_slot(trans, root, &key, path, -1, 1);
628         if (ret < 0)
629                 goto out;
630         if (ret > 0 && path->slots[0] > 0)
631                 path->slots[0]--;
632
633         leaf = path->nodes[0];
634         btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &key, path->slots[0]);
635         if (key.objectid != ino ||
636             key.type != BTRFS_EXTENT_DATA_KEY) {
637                 ret = -EINVAL;
638                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
639                 goto out;
640         }
641         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
642                             struct btrfs_file_extent_item);
643         if (btrfs_file_extent_type(leaf, fi) != BTRFS_FILE_EXTENT_PREALLOC) {
644                 ret = -EINVAL;
645                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
646                 goto out;
647         }
648         extent_end = key.offset + btrfs_file_extent_num_bytes(leaf, fi);
649         if (key.offset > start || extent_end < end) {
650                 ret = -EINVAL;
651                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
652                 goto out;
653         }
654
655         bytenr = btrfs_file_extent_disk_bytenr(leaf, fi);
656         num_bytes = btrfs_file_extent_disk_num_bytes(leaf, fi);
657         orig_offset = key.offset - btrfs_file_extent_offset(leaf, fi);
658         memcpy(&new_key, &key, sizeof(new_key));
659
660         if (start == key.offset && end < extent_end) {
661                 other_start = 0;
662                 other_end = start;
663                 if (extent_mergeable(leaf, path->slots[0] - 1,
664                                      ino, bytenr, orig_offset,
665                                      &other_start, &other_end)) {
666                         new_key.offset = end;
667                         btrfs_set_item_key_safe(fs_info, path, &new_key);
668                         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
669                                             struct btrfs_file_extent_item);
670                         btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi,
671                                                          trans->transid);
672                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
673                                                         extent_end - end);
674                         btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi,
675                                                      end - orig_offset);
676                         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0] - 1,
677                                             struct btrfs_file_extent_item);
678                         btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi,
679                                                          trans->transid);
680                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
681                                                         end - other_start);
682                         btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
683                         goto out;
684                 }
685         }
686
687         if (start > key.offset && end == extent_end) {
688                 other_start = end;
689                 other_end = 0;
690                 if (extent_mergeable(leaf, path->slots[0] + 1,
691                                      ino, bytenr, orig_offset,
692                                      &other_start, &other_end)) {
693                         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
694                                             struct btrfs_file_extent_item);
695                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
696                                                         start - key.offset);
697                         btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi,
698                                                          trans->transid);
699                         path->slots[0]++;
700                         new_key.offset = start;
701                         btrfs_set_item_key_safe(fs_info, path, &new_key);
702
703                         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
704                                             struct btrfs_file_extent_item);
705                         btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi,
706                                                          trans->transid);
707                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
708                                                         other_end - start);
709                         btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi,
710                                                      start - orig_offset);
711                         btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
712                         goto out;
713                 }
714         }
715
716         while (start > key.offset || end < extent_end) {
717                 if (key.offset == start)
718                         split = end;
719
720                 new_key.offset = split;
721                 ret = btrfs_duplicate_item(trans, root, path, &new_key);
722                 if (ret == -EAGAIN) {
723                         btrfs_release_path(path);
724                         goto again;
725                 }
726                 if (ret < 0) {
727                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
728                         goto out;
729                 }
730
731                 leaf = path->nodes[0];
732                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0] - 1,
733                                     struct btrfs_file_extent_item);
734                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi, trans->transid);
735                 btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
736                                                 split - key.offset);
737
738                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
739                                     struct btrfs_file_extent_item);
740
741                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi, trans->transid);
742                 btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi, split - orig_offset);
743                 btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
744                                                 extent_end - split);
745                 btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
746
747                 btrfs_init_generic_ref(&ref, BTRFS_ADD_DELAYED_REF, bytenr,
748                                        num_bytes, 0);
749                 btrfs_init_data_ref(&ref, root->root_key.objectid, ino,
750                                     orig_offset, 0, false);
751                 ret = btrfs_inc_extent_ref(trans, &ref);
752                 if (ret) {
753                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
754                         goto out;
755                 }
756
757                 if (split == start) {
758                         key.offset = start;
759                 } else {
760                         if (start != key.offset) {
761                                 ret = -EINVAL;
762                                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
763                                 goto out;
764                         }
765                         path->slots[0]--;
766                         extent_end = end;
767                 }
768                 recow = 1;
769         }
770
771         other_start = end;
772         other_end = 0;
773         btrfs_init_generic_ref(&ref, BTRFS_DROP_DELAYED_REF, bytenr,
774                                num_bytes, 0);
775         btrfs_init_data_ref(&ref, root->root_key.objectid, ino, orig_offset,
776                             0, false);
777         if (extent_mergeable(leaf, path->slots[0] + 1,
778                              ino, bytenr, orig_offset,
779                              &other_start, &other_end)) {
780                 if (recow) {
781                         btrfs_release_path(path);
782                         goto again;
783                 }
784                 extent_end = other_end;
785                 del_slot = path->slots[0] + 1;
786                 del_nr++;
787                 ret = btrfs_free_extent(trans, &ref);
788                 if (ret) {
789                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
790                         goto out;
791                 }
792         }
793         other_start = 0;
794         other_end = start;
795         if (extent_mergeable(leaf, path->slots[0] - 1,
796                              ino, bytenr, orig_offset,
797                              &other_start, &other_end)) {
798                 if (recow) {
799                         btrfs_release_path(path);
800                         goto again;
801                 }
802                 key.offset = other_start;
803                 del_slot = path->slots[0];
804                 del_nr++;
805                 ret = btrfs_free_extent(trans, &ref);
806                 if (ret) {
807                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
808                         goto out;
809                 }
810         }
811         if (del_nr == 0) {
812                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
813                            struct btrfs_file_extent_item);
814                 btrfs_set_file_extent_type(leaf, fi,
815                                            BTRFS_FILE_EXTENT_REG);
816                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi, trans->transid);
817                 btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
818         } else {
819                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, del_slot - 1,
820                            struct btrfs_file_extent_item);
821                 btrfs_set_file_extent_type(leaf, fi,
822                                            BTRFS_FILE_EXTENT_REG);
823                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi, trans->transid);
824                 btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
825                                                 extent_end - key.offset);
826                 btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
827
828                 ret = btrfs_del_items(trans, root, path, del_slot, del_nr);
829                 if (ret < 0) {
830                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
831                         goto out;
832                 }
833         }
834 out:
835         btrfs_free_path(path);
836         return ret;
837 }
838
839 /*
840  * on error we return an unlocked page and the error value
841  * on success we return a locked page and 0
842  */
843 static int prepare_uptodate_page(struct inode *inode,
844                                  struct page *page, u64 pos,
845                                  bool force_uptodate)
846 {
847         struct folio *folio = page_folio(page);
848         int ret = 0;
849
850         if (((pos & (PAGE_SIZE - 1)) || force_uptodate) &&
851             !PageUptodate(page)) {
852                 ret = btrfs_read_folio(NULL, folio);
853                 if (ret)
854                         return ret;
855                 lock_page(page);
856                 if (!PageUptodate(page)) {
857                         unlock_page(page);
858                         return -EIO;
859                 }
860
861                 /*
862                  * Since btrfs_read_folio() will unlock the folio before it
863                  * returns, there is a window where btrfs_release_folio() can be
864                  * called to release the page.  Here we check both inode
865                  * mapping and PagePrivate() to make sure the page was not
866                  * released.
867                  *
868                  * The private flag check is essential for subpage as we need
869                  * to store extra bitmap using page->private.
870                  */
871                 if (page->mapping != inode->i_mapping || !PagePrivate(page)) {
872                         unlock_page(page);
873                         return -EAGAIN;
874                 }
875         }
876         return 0;
877 }
878
879 static unsigned int get_prepare_fgp_flags(bool nowait)
880 {
881         unsigned int fgp_flags = FGP_LOCK | FGP_ACCESSED | FGP_CREAT;
882
883         if (nowait)
884                 fgp_flags |= FGP_NOWAIT;
885
886         return fgp_flags;
887 }
888
889 static gfp_t get_prepare_gfp_flags(struct inode *inode, bool nowait)
890 {
891         gfp_t gfp;
892
893         gfp = btrfs_alloc_write_mask(inode->i_mapping);
894         if (nowait) {
895                 gfp &= ~__GFP_DIRECT_RECLAIM;
896                 gfp |= GFP_NOWAIT;
897         }
898
899         return gfp;
900 }
901
902 /*
903  * this just gets pages into the page cache and locks them down.
904  */
905 static noinline int prepare_pages(struct inode *inode, struct page **pages,
906                                   size_t num_pages, loff_t pos,
907                                   size_t write_bytes, bool force_uptodate,
908                                   bool nowait)
909 {
910         int i;
911         unsigned long index = pos >> PAGE_SHIFT;
912         gfp_t mask = get_prepare_gfp_flags(inode, nowait);
913         unsigned int fgp_flags = get_prepare_fgp_flags(nowait);
914         int err = 0;
915         int faili;
916
917         for (i = 0; i < num_pages; i++) {
918 again:
919                 pages[i] = pagecache_get_page(inode->i_mapping, index + i,
920                                               fgp_flags, mask | __GFP_WRITE);
921                 if (!pages[i]) {
922                         faili = i - 1;
923                         if (nowait)
924                                 err = -EAGAIN;
925                         else
926                                 err = -ENOMEM;
927                         goto fail;
928                 }
929
930                 err = set_page_extent_mapped(pages[i]);
931                 if (err < 0) {
932                         faili = i;
933                         goto fail;
934                 }
935
936                 if (i == 0)
937                         err = prepare_uptodate_page(inode, pages[i], pos,
938                                                     force_uptodate);
939                 if (!err && i == num_pages - 1)
940                         err = prepare_uptodate_page(inode, pages[i],
941                                                     pos + write_bytes, false);
942                 if (err) {
943                         put_page(pages[i]);
944                         if (!nowait && err == -EAGAIN) {
945                                 err = 0;
946                                 goto again;
947                         }
948                         faili = i - 1;
949                         goto fail;
950                 }
951                 wait_on_page_writeback(pages[i]);
952         }
953
954         return 0;
955 fail:
956         while (faili >= 0) {
957                 unlock_page(pages[faili]);
958                 put_page(pages[faili]);
959                 faili--;
960         }
961         return err;
962
963 }
964
965 /*
966  * This function locks the extent and properly waits for data=ordered extents
967  * to finish before allowing the pages to be modified if need.
968  *
969  * The return value:
970  * 1 - the extent is locked
971  * 0 - the extent is not locked, and everything is OK
972  * -EAGAIN - need re-prepare the pages
973  * the other < 0 number - Something wrong happens
974  */
975 static noinline int
976 lock_and_cleanup_extent_if_need(struct btrfs_inode *inode, struct page **pages,
977                                 size_t num_pages, loff_t pos,
978                                 size_t write_bytes,
979                                 u64 *lockstart, u64 *lockend, bool nowait,
980                                 struct extent_state **cached_state)
981 {
982         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
983         u64 start_pos;
984         u64 last_pos;
985         int i;
986         int ret = 0;
987
988         start_pos = round_down(pos, fs_info->sectorsize);
989         last_pos = round_up(pos + write_bytes, fs_info->sectorsize) - 1;
990
991         if (start_pos < inode->vfs_inode.i_size) {
992                 struct btrfs_ordered_extent *ordered;
993
994                 if (nowait) {
995                         if (!try_lock_extent(&inode->io_tree, start_pos, last_pos,
996                                              cached_state)) {
997                                 for (i = 0; i < num_pages; i++) {
998                                         unlock_page(pages[i]);
999                                         put_page(pages[i]);
1000                                         pages[i] = NULL;
1001                                 }
1002
1003                                 return -EAGAIN;
1004                         }
1005                 } else {
1006                         lock_extent(&inode->io_tree, start_pos, last_pos, cached_state);
1007                 }
1008
1009                 ordered = btrfs_lookup_ordered_range(inode, start_pos,
1010                                                      last_pos - start_pos + 1);
1011                 if (ordered &&
1012                     ordered->file_offset + ordered->num_bytes > start_pos &&
1013                     ordered->file_offset <= last_pos) {
1014                         unlock_extent(&inode->io_tree, start_pos, last_pos,
1015                                       cached_state);
1016                         for (i = 0; i < num_pages; i++) {
1017                                 unlock_page(pages[i]);
1018                                 put_page(pages[i]);
1019                         }
1020                         btrfs_start_ordered_extent(ordered);
1021                         btrfs_put_ordered_extent(ordered);
1022                         return -EAGAIN;
1023                 }
1024                 if (ordered)
1025                         btrfs_put_ordered_extent(ordered);
1026
1027                 *lockstart = start_pos;
1028                 *lockend = last_pos;
1029                 ret = 1;
1030         }
1031
1032         /*
1033          * We should be called after prepare_pages() which should have locked
1034          * all pages in the range.
1035          */
1036         for (i = 0; i < num_pages; i++)
1037                 WARN_ON(!PageLocked(pages[i]));
1038
1039         return ret;
1040 }
1041
1042 /*
1043  * Check if we can do nocow write into the range [@pos, @pos + @write_bytes)
1044  *
1045  * @pos:         File offset.
1046  * @write_bytes: The length to write, will be updated to the nocow writeable
1047  *               range.
1048  *
1049  * This function will flush ordered extents in the range to ensure proper
1050  * nocow checks.
1051  *
1052  * Return:
1053  * > 0          If we can nocow, and updates @write_bytes.
1054  *  0           If we can't do a nocow write.
1055  * -EAGAIN      If we can't do a nocow write because snapshoting of the inode's
1056  *              root is in progress.
1057  * < 0          If an error happened.
1058  *
1059  * NOTE: Callers need to call btrfs_check_nocow_unlock() if we return > 0.
1060  */
1061 int btrfs_check_nocow_lock(struct btrfs_inode *inode, loff_t pos,
1062                            size_t *write_bytes, bool nowait)
1063 {
1064         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
1065         struct btrfs_root *root = inode->root;
1066         struct extent_state *cached_state = NULL;
1067         u64 lockstart, lockend;
1068         u64 num_bytes;
1069         int ret;
1070
1071         if (!(inode->flags & (BTRFS_INODE_NODATACOW | BTRFS_INODE_PREALLOC)))
1072                 return 0;
1073
1074         if (!btrfs_drew_try_write_lock(&root->snapshot_lock))
1075                 return -EAGAIN;
1076
1077         lockstart = round_down(pos, fs_info->sectorsize);
1078         lockend = round_up(pos + *write_bytes,
1079                            fs_info->sectorsize) - 1;
1080         num_bytes = lockend - lockstart + 1;
1081
1082         if (nowait) {
1083                 if (!btrfs_try_lock_ordered_range(inode, lockstart, lockend,
1084                                                   &cached_state)) {
1085                         btrfs_drew_write_unlock(&root->snapshot_lock);
1086                         return -EAGAIN;
1087                 }
1088         } else {
1089                 btrfs_lock_and_flush_ordered_range(inode, lockstart, lockend,
1090                                                    &cached_state);
1091         }
1092         ret = can_nocow_extent(&inode->vfs_inode, lockstart, &num_bytes,
1093                         NULL, NULL, NULL, nowait, false);
1094         if (ret <= 0)
1095                 btrfs_drew_write_unlock(&root->snapshot_lock);
1096         else
1097                 *write_bytes = min_t(size_t, *write_bytes ,
1098                                      num_bytes - pos + lockstart);
1099         unlock_extent(&inode->io_tree, lockstart, lockend, &cached_state);
1100
1101         return ret;
1102 }
1103
1104 void btrfs_check_nocow_unlock(struct btrfs_inode *inode)
1105 {
1106         btrfs_drew_write_unlock(&inode->root->snapshot_lock);
1107 }
1108
1109 static void update_time_for_write(struct inode *inode)
1110 {
1111         struct timespec64 now;
1112
1113         if (IS_NOCMTIME(inode))
1114                 return;
1115
1116         now = current_time(inode);
1117         if (!timespec64_equal(&inode->i_mtime, &now))
1118                 inode->i_mtime = now;
1119
1120         if (!timespec64_equal(&inode->i_ctime, &now))
1121                 inode->i_ctime = now;
1122
1123         if (IS_I_VERSION(inode))
1124                 inode_inc_iversion(inode);
1125 }
1126
1127 static int btrfs_write_check(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from,
1128                              size_t count)
1129 {
1130         struct file *file = iocb->ki_filp;
1131         struct inode *inode = file_inode(file);
1132         struct btrfs_fs_info *fs_info = btrfs_sb(inode->i_sb);
1133         loff_t pos = iocb->ki_pos;
1134         int ret;
1135         loff_t oldsize;
1136         loff_t start_pos;
1137
1138         /*
1139          * Quickly bail out on NOWAIT writes if we don't have the nodatacow or
1140          * prealloc flags, as without those flags we always have to COW. We will
1141          * later check if we can really COW into the target range (using
1142          * can_nocow_extent() at btrfs_get_blocks_direct_write()).
1143          */
1144         if ((iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) &&
1145             !(BTRFS_I(inode)->flags & (BTRFS_INODE_NODATACOW | BTRFS_INODE_PREALLOC)))
1146                 return -EAGAIN;
1147
1148         ret = file_remove_privs(file);
1149         if (ret)
1150                 return ret;
1151
1152         /*
1153          * We reserve space for updating the inode when we reserve space for the
1154          * extent we are going to write, so we will enospc out there.  We don't
1155          * need to start yet another transaction to update the inode as we will
1156          * update the inode when we finish writing whatever data we write.
1157          */
1158         update_time_for_write(inode);
1159
1160         start_pos = round_down(pos, fs_info->sectorsize);
1161         oldsize = i_size_read(inode);
1162         if (start_pos > oldsize) {
1163                 /* Expand hole size to cover write data, preventing empty gap */
1164                 loff_t end_pos = round_up(pos + count, fs_info->sectorsize);
1165
1166                 ret = btrfs_cont_expand(BTRFS_I(inode), oldsize, end_pos);
1167                 if (ret)
1168                         return ret;
1169         }
1170
1171         return 0;
1172 }
1173
1174 static noinline ssize_t btrfs_buffered_write(struct kiocb *iocb,
1175                                                struct iov_iter *i)
1176 {
1177         struct file *file = iocb->ki_filp;
1178         loff_t pos;
1179         struct inode *inode = file_inode(file);
1180         struct btrfs_fs_info *fs_info = btrfs_sb(inode->i_sb);
1181         struct page **pages = NULL;
1182         struct extent_changeset *data_reserved = NULL;
1183         u64 release_bytes = 0;
1184         u64 lockstart;
1185         u64 lockend;
1186         size_t num_written = 0;
1187         int nrptrs;
1188         ssize_t ret;
1189         bool only_release_metadata = false;
1190         bool force_page_uptodate = false;
1191         loff_t old_isize = i_size_read(inode);
1192         unsigned int ilock_flags = 0;
1193         const bool nowait = (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT);
1194         unsigned int bdp_flags = (nowait ? BDP_ASYNC : 0);
1195
1196         if (nowait)
1197                 ilock_flags |= BTRFS_ILOCK_TRY;
1198
1199         ret = btrfs_inode_lock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
1200         if (ret < 0)
1201                 return ret;
1202
1203         ret = generic_write_checks(iocb, i);
1204         if (ret <= 0)
1205                 goto out;
1206
1207         ret = btrfs_write_check(iocb, i, ret);
1208         if (ret < 0)
1209                 goto out;
1210
1211         pos = iocb->ki_pos;
1212         nrptrs = min(DIV_ROUND_UP(iov_iter_count(i), PAGE_SIZE),
1213                         PAGE_SIZE / (sizeof(struct page *)));
1214         nrptrs = min(nrptrs, current->nr_dirtied_pause - current->nr_dirtied);
1215         nrptrs = max(nrptrs, 8);
1216         pages = kmalloc_array(nrptrs, sizeof(struct page *), GFP_KERNEL);
1217         if (!pages) {
1218                 ret = -ENOMEM;
1219                 goto out;
1220         }
1221
1222         while (iov_iter_count(i) > 0) {
1223                 struct extent_state *cached_state = NULL;
1224                 size_t offset = offset_in_page(pos);
1225                 size_t sector_offset;
1226                 size_t write_bytes = min(iov_iter_count(i),
1227                                          nrptrs * (size_t)PAGE_SIZE -
1228                                          offset);
1229                 size_t num_pages;
1230                 size_t reserve_bytes;
1231                 size_t dirty_pages;
1232                 size_t copied;
1233                 size_t dirty_sectors;
1234                 size_t num_sectors;
1235                 int extents_locked;
1236
1237                 /*
1238                  * Fault pages before locking them in prepare_pages
1239                  * to avoid recursive lock
1240                  */
1241                 if (unlikely(fault_in_iov_iter_readable(i, write_bytes))) {
1242                         ret = -EFAULT;
1243                         break;
1244                 }
1245
1246                 only_release_metadata = false;
1247                 sector_offset = pos & (fs_info->sectorsize - 1);
1248
1249                 extent_changeset_release(data_reserved);
1250                 ret = btrfs_check_data_free_space(BTRFS_I(inode),
1251                                                   &data_reserved, pos,
1252                                                   write_bytes, nowait);
1253                 if (ret < 0) {
1254                         int can_nocow;
1255
1256                         if (nowait && (ret == -ENOSPC || ret == -EAGAIN)) {
1257                                 ret = -EAGAIN;
1258                                 break;
1259                         }
1260
1261                         /*
1262                          * If we don't have to COW at the offset, reserve
1263                          * metadata only. write_bytes may get smaller than
1264                          * requested here.
1265                          */
1266                         can_nocow = btrfs_check_nocow_lock(BTRFS_I(inode), pos,
1267                                                            &write_bytes, nowait);
1268                         if (can_nocow < 0)
1269                                 ret = can_nocow;
1270                         if (can_nocow > 0)
1271                                 ret = 0;
1272                         if (ret)
1273                                 break;
1274                         only_release_metadata = true;
1275                 }
1276
1277                 num_pages = DIV_ROUND_UP(write_bytes + offset, PAGE_SIZE);
1278                 WARN_ON(num_pages > nrptrs);
1279                 reserve_bytes = round_up(write_bytes + sector_offset,
1280                                          fs_info->sectorsize);
1281                 WARN_ON(reserve_bytes == 0);
1282                 ret = btrfs_delalloc_reserve_metadata(BTRFS_I(inode),
1283                                                       reserve_bytes,
1284                                                       reserve_bytes, nowait);
1285                 if (ret) {
1286                         if (!only_release_metadata)
1287                                 btrfs_free_reserved_data_space(BTRFS_I(inode),
1288                                                 data_reserved, pos,
1289                                                 write_bytes);
1290                         else
1291                                 btrfs_check_nocow_unlock(BTRFS_I(inode));
1292
1293                         if (nowait && ret == -ENOSPC)
1294                                 ret = -EAGAIN;
1295                         break;
1296                 }
1297
1298                 release_bytes = reserve_bytes;
1299 again:
1300                 ret = balance_dirty_pages_ratelimited_flags(inode->i_mapping, bdp_flags);
1301                 if (ret) {
1302                         btrfs_delalloc_release_extents(BTRFS_I(inode), reserve_bytes);
1303                         break;
1304                 }
1305
1306                 /*
1307                  * This is going to setup the pages array with the number of
1308                  * pages we want, so we don't really need to worry about the
1309                  * contents of pages from loop to loop
1310                  */
1311                 ret = prepare_pages(inode, pages, num_pages,
1312                                     pos, write_bytes, force_page_uptodate, false);
1313                 if (ret) {
1314                         btrfs_delalloc_release_extents(BTRFS_I(inode),
1315                                                        reserve_bytes);
1316                         break;
1317                 }
1318
1319                 extents_locked = lock_and_cleanup_extent_if_need(
1320                                 BTRFS_I(inode), pages,
1321                                 num_pages, pos, write_bytes, &lockstart,
1322                                 &lockend, nowait, &cached_state);
1323                 if (extents_locked < 0) {
1324                         if (!nowait && extents_locked == -EAGAIN)
1325                                 goto again;
1326
1327                         btrfs_delalloc_release_extents(BTRFS_I(inode),
1328                                                        reserve_bytes);
1329                         ret = extents_locked;
1330                         break;
1331                 }
1332
1333                 copied = btrfs_copy_from_user(pos, write_bytes, pages, i);
1334
1335                 num_sectors = BTRFS_BYTES_TO_BLKS(fs_info, reserve_bytes);
1336                 dirty_sectors = round_up(copied + sector_offset,
1337                                         fs_info->sectorsize);
1338                 dirty_sectors = BTRFS_BYTES_TO_BLKS(fs_info, dirty_sectors);
1339
1340                 /*
1341                  * if we have trouble faulting in the pages, fall
1342                  * back to one page at a time
1343                  */
1344                 if (copied < write_bytes)
1345                         nrptrs = 1;
1346
1347                 if (copied == 0) {
1348                         force_page_uptodate = true;
1349                         dirty_sectors = 0;
1350                         dirty_pages = 0;
1351                 } else {
1352                         force_page_uptodate = false;
1353                         dirty_pages = DIV_ROUND_UP(copied + offset,
1354                                                    PAGE_SIZE);
1355                 }
1356
1357                 if (num_sectors > dirty_sectors) {
1358                         /* release everything except the sectors we dirtied */
1359                         release_bytes -= dirty_sectors << fs_info->sectorsize_bits;
1360                         if (only_release_metadata) {
1361                                 btrfs_delalloc_release_metadata(BTRFS_I(inode),
1362                                                         release_bytes, true);
1363                         } else {
1364                                 u64 __pos;
1365
1366                                 __pos = round_down(pos,
1367                                                    fs_info->sectorsize) +
1368                                         (dirty_pages << PAGE_SHIFT);
1369                                 btrfs_delalloc_release_space(BTRFS_I(inode),
1370                                                 data_reserved, __pos,
1371                                                 release_bytes, true);
1372                         }
1373                 }
1374
1375                 release_bytes = round_up(copied + sector_offset,
1376                                         fs_info->sectorsize);
1377
1378                 ret = btrfs_dirty_pages(BTRFS_I(inode), pages,
1379                                         dirty_pages, pos, copied,
1380                                         &cached_state, only_release_metadata);
1381
1382                 /*
1383                  * If we have not locked the extent range, because the range's
1384                  * start offset is >= i_size, we might still have a non-NULL
1385                  * cached extent state, acquired while marking the extent range
1386                  * as delalloc through btrfs_dirty_pages(). Therefore free any
1387                  * possible cached extent state to avoid a memory leak.
1388                  */
1389                 if (extents_locked)
1390                         unlock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, lockstart,
1391                                       lockend, &cached_state);
1392                 else
1393                         free_extent_state(cached_state);
1394
1395                 btrfs_delalloc_release_extents(BTRFS_I(inode), reserve_bytes);
1396                 if (ret) {
1397                         btrfs_drop_pages(fs_info, pages, num_pages, pos, copied);
1398                         break;
1399                 }
1400
1401                 release_bytes = 0;
1402                 if (only_release_metadata)
1403                         btrfs_check_nocow_unlock(BTRFS_I(inode));
1404
1405                 btrfs_drop_pages(fs_info, pages, num_pages, pos, copied);
1406
1407                 cond_resched();
1408
1409                 pos += copied;
1410                 num_written += copied;
1411         }
1412
1413         kfree(pages);
1414
1415         if (release_bytes) {
1416                 if (only_release_metadata) {
1417                         btrfs_check_nocow_unlock(BTRFS_I(inode));
1418                         btrfs_delalloc_release_metadata(BTRFS_I(inode),
1419                                         release_bytes, true);
1420                 } else {
1421                         btrfs_delalloc_release_space(BTRFS_I(inode),
1422                                         data_reserved,
1423                                         round_down(pos, fs_info->sectorsize),
1424                                         release_bytes, true);
1425                 }
1426         }
1427
1428         extent_changeset_free(data_reserved);
1429         if (num_written > 0) {
1430                 pagecache_isize_extended(inode, old_isize, iocb->ki_pos);
1431                 iocb->ki_pos += num_written;
1432         }
1433 out:
1434         btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
1435         return num_written ? num_written : ret;
1436 }
1437
1438 static ssize_t check_direct_IO(struct btrfs_fs_info *fs_info,
1439                                const struct iov_iter *iter, loff_t offset)
1440 {
1441         const u32 blocksize_mask = fs_info->sectorsize - 1;
1442
1443         if (offset & blocksize_mask)
1444                 return -EINVAL;
1445
1446         if (iov_iter_alignment(iter) & blocksize_mask)
1447                 return -EINVAL;
1448
1449         return 0;
1450 }
1451
1452 static ssize_t btrfs_direct_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
1453 {
1454         struct file *file = iocb->ki_filp;
1455         struct inode *inode = file_inode(file);
1456         struct btrfs_fs_info *fs_info = btrfs_sb(inode->i_sb);
1457         loff_t pos;
1458         ssize_t written = 0;
1459         ssize_t written_buffered;
1460         size_t prev_left = 0;
1461         loff_t endbyte;
1462         ssize_t err;
1463         unsigned int ilock_flags = 0;
1464         struct iomap_dio *dio;
1465
1466         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT)
1467                 ilock_flags |= BTRFS_ILOCK_TRY;
1468
1469         /* If the write DIO is within EOF, use a shared lock */
1470         if (iocb->ki_pos + iov_iter_count(from) <= i_size_read(inode))
1471                 ilock_flags |= BTRFS_ILOCK_SHARED;
1472
1473 relock:
1474         err = btrfs_inode_lock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
1475         if (err < 0)
1476                 return err;
1477
1478         err = generic_write_checks(iocb, from);
1479         if (err <= 0) {
1480                 btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
1481                 return err;
1482         }
1483
1484         err = btrfs_write_check(iocb, from, err);
1485         if (err < 0) {
1486                 btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
1487                 goto out;
1488         }
1489
1490         pos = iocb->ki_pos;
1491         /*
1492          * Re-check since file size may have changed just before taking the
1493          * lock or pos may have changed because of O_APPEND in generic_write_check()
1494          */
1495         if ((ilock_flags & BTRFS_ILOCK_SHARED) &&
1496             pos + iov_iter_count(from) > i_size_read(inode)) {
1497                 btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
1498                 ilock_flags &= ~BTRFS_ILOCK_SHARED;
1499                 goto relock;
1500         }
1501
1502         if (check_direct_IO(fs_info, from, pos)) {
1503                 btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
1504                 goto buffered;
1505         }
1506
1507         /*
1508          * The iov_iter can be mapped to the same file range we are writing to.
1509          * If that's the case, then we will deadlock in the iomap code, because
1510          * it first calls our callback btrfs_dio_iomap_begin(), which will create
1511          * an ordered extent, and after that it will fault in the pages that the
1512          * iov_iter refers to. During the fault in we end up in the readahead
1513          * pages code (starting at btrfs_readahead()), which will lock the range,
1514          * find that ordered extent and then wait for it to complete (at
1515          * btrfs_lock_and_flush_ordered_range()), resulting in a deadlock since
1516          * obviously the ordered extent can never complete as we didn't submit
1517          * yet the respective bio(s). This always happens when the buffer is
1518          * memory mapped to the same file range, since the iomap DIO code always
1519          * invalidates pages in the target file range (after starting and waiting
1520          * for any writeback).
1521          *
1522          * So here we disable page faults in the iov_iter and then retry if we
1523          * got -EFAULT, faulting in the pages before the retry.
1524          */
1525         from->nofault = true;
1526         dio = btrfs_dio_write(iocb, from, written);
1527         from->nofault = false;
1528
1529         /*
1530          * iomap_dio_complete() will call btrfs_sync_file() if we have a dsync
1531          * iocb, and that needs to lock the inode. So unlock it before calling
1532          * iomap_dio_complete() to avoid a deadlock.
1533          */
1534         btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
1535
1536         if (IS_ERR_OR_NULL(dio))
1537                 err = PTR_ERR_OR_ZERO(dio);
1538         else
1539                 err = iomap_dio_complete(dio);
1540
1541         /* No increment (+=) because iomap returns a cumulative value. */
1542         if (err > 0)
1543                 written = err;
1544
1545         if (iov_iter_count(from) > 0 && (err == -EFAULT || err > 0)) {
1546                 const size_t left = iov_iter_count(from);
1547                 /*
1548                  * We have more data left to write. Try to fault in as many as
1549                  * possible of the remainder pages and retry. We do this without
1550                  * releasing and locking again the inode, to prevent races with
1551                  * truncate.
1552                  *
1553                  * Also, in case the iov refers to pages in the file range of the
1554                  * file we want to write to (due to a mmap), we could enter an
1555                  * infinite loop if we retry after faulting the pages in, since
1556                  * iomap will invalidate any pages in the range early on, before
1557                  * it tries to fault in the pages of the iov. So we keep track of
1558                  * how much was left of iov in the previous EFAULT and fallback
1559                  * to buffered IO in case we haven't made any progress.
1560                  */
1561                 if (left == prev_left) {
1562                         err = -ENOTBLK;
1563                 } else {
1564                         fault_in_iov_iter_readable(from, left);
1565                         prev_left = left;
1566                         goto relock;
1567                 }
1568         }
1569
1570         /*
1571          * If 'err' is -ENOTBLK or we have not written all data, then it means
1572          * we must fallback to buffered IO.
1573          */
1574         if ((err < 0 && err != -ENOTBLK) || !iov_iter_count(from))
1575                 goto out;
1576
1577 buffered:
1578         /*
1579          * If we are in a NOWAIT context, then return -EAGAIN to signal the caller
1580          * it must retry the operation in a context where blocking is acceptable,
1581          * because even if we end up not blocking during the buffered IO attempt
1582          * below, we will block when flushing and waiting for the IO.
1583          */
1584         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
1585                 err = -EAGAIN;
1586                 goto out;
1587         }
1588
1589         pos = iocb->ki_pos;
1590         written_buffered = btrfs_buffered_write(iocb, from);
1591         if (written_buffered < 0) {
1592                 err = written_buffered;
1593                 goto out;
1594         }
1595         /*
1596          * Ensure all data is persisted. We want the next direct IO read to be
1597          * able to read what was just written.
1598          */
1599         endbyte = pos + written_buffered - 1;
1600         err = btrfs_fdatawrite_range(inode, pos, endbyte);
1601         if (err)
1602                 goto out;
1603         err = filemap_fdatawait_range(inode->i_mapping, pos, endbyte);
1604         if (err)
1605                 goto out;
1606         written += written_buffered;
1607         iocb->ki_pos = pos + written_buffered;
1608         invalidate_mapping_pages(file->f_mapping, pos >> PAGE_SHIFT,
1609                                  endbyte >> PAGE_SHIFT);
1610 out:
1611         return err < 0 ? err : written;
1612 }
1613
1614 static ssize_t btrfs_encoded_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from,
1615                         const struct btrfs_ioctl_encoded_io_args *encoded)
1616 {
1617         struct file *file = iocb->ki_filp;
1618         struct inode *inode = file_inode(file);
1619         loff_t count;
1620         ssize_t ret;
1621
1622         btrfs_inode_lock(BTRFS_I(inode), 0);
1623         count = encoded->len;
1624         ret = generic_write_checks_count(iocb, &count);
1625         if (ret == 0 && count != encoded->len) {
1626                 /*
1627                  * The write got truncated by generic_write_checks_count(). We
1628                  * can't do a partial encoded write.
1629                  */
1630                 ret = -EFBIG;
1631         }
1632         if (ret || encoded->len == 0)
1633                 goto out;
1634
1635         ret = btrfs_write_check(iocb, from, encoded->len);
1636         if (ret < 0)
1637                 goto out;
1638
1639         ret = btrfs_do_encoded_write(iocb, from, encoded);
1640 out:
1641         btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), 0);
1642         return ret;
1643 }
1644
1645 ssize_t btrfs_do_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from,
1646                             const struct btrfs_ioctl_encoded_io_args *encoded)
1647 {
1648         struct file *file = iocb->ki_filp;
1649         struct btrfs_inode *inode = BTRFS_I(file_inode(file));
1650         ssize_t num_written, num_sync;
1651
1652         /*
1653          * If the fs flips readonly due to some impossible error, although we
1654          * have opened a file as writable, we have to stop this write operation
1655          * to ensure consistency.
1656          */
1657         if (BTRFS_FS_ERROR(inode->root->fs_info))
1658                 return -EROFS;
1659
1660         if (encoded && (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT))
1661                 return -EOPNOTSUPP;
1662
1663         if (encoded) {
1664                 num_written = btrfs_encoded_write(iocb, from, encoded);
1665                 num_sync = encoded->len;
1666         } else if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
1667                 num_written = btrfs_direct_write(iocb, from);
1668                 num_sync = num_written;
1669         } else {
1670                 num_written = btrfs_buffered_write(iocb, from);
1671                 num_sync = num_written;
1672         }
1673
1674         btrfs_set_inode_last_sub_trans(inode);
1675
1676         if (num_sync > 0) {
1677                 num_sync = generic_write_sync(iocb, num_sync);
1678                 if (num_sync < 0)
1679                         num_written = num_sync;
1680         }
1681
1682         return num_written;
1683 }
1684
1685 static ssize_t btrfs_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
1686 {
1687         return btrfs_do_write_iter(iocb, from, NULL);
1688 }
1689
1690 int btrfs_release_file(struct inode *inode, struct file *filp)
1691 {
1692         struct btrfs_file_private *private = filp->private_data;
1693
1694         if (private) {
1695                 kfree(private->filldir_buf);
1696                 free_extent_state(private->llseek_cached_state);
1697                 kfree(private);
1698                 filp->private_data = NULL;
1699         }
1700
1701         /*
1702          * Set by setattr when we are about to truncate a file from a non-zero
1703          * size to a zero size.  This tries to flush down new bytes that may
1704          * have been written if the application were using truncate to replace
1705          * a file in place.
1706          */
1707         if (test_and_clear_bit(BTRFS_INODE_FLUSH_ON_CLOSE,
1708                                &BTRFS_I(inode)->runtime_flags))
1709                         filemap_flush(inode->i_mapping);
1710         return 0;
1711 }
1712
1713 static int start_ordered_ops(struct inode *inode, loff_t start, loff_t end)
1714 {
1715         int ret;
1716         struct blk_plug plug;
1717
1718         /*
1719          * This is only called in fsync, which would do synchronous writes, so
1720          * a plug can merge adjacent IOs as much as possible.  Esp. in case of
1721          * multiple disks using raid profile, a large IO can be split to
1722          * several segments of stripe length (currently 64K).
1723          */
1724         blk_start_plug(&plug);
1725         ret = btrfs_fdatawrite_range(inode, start, end);
1726         blk_finish_plug(&plug);
1727
1728         return ret;
1729 }
1730
1731 static inline bool skip_inode_logging(const struct btrfs_log_ctx *ctx)
1732 {
1733         struct btrfs_inode *inode = BTRFS_I(ctx->inode);
1734         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
1735
1736         if (btrfs_inode_in_log(inode, fs_info->generation) &&
1737             list_empty(&ctx->ordered_extents))
1738                 return true;
1739
1740         /*
1741          * If we are doing a fast fsync we can not bail out if the inode's
1742          * last_trans is <= then the last committed transaction, because we only
1743          * update the last_trans of the inode during ordered extent completion,
1744          * and for a fast fsync we don't wait for that, we only wait for the
1745          * writeback to complete.
1746          */
1747         if (inode->last_trans <= fs_info->last_trans_committed &&
1748             (test_bit(BTRFS_INODE_NEEDS_FULL_SYNC, &inode->runtime_flags) ||
1749              list_empty(&ctx->ordered_extents)))
1750                 return true;
1751
1752         return false;
1753 }
1754
1755 /*
1756  * fsync call for both files and directories.  This logs the inode into
1757  * the tree log instead of forcing full commits whenever possible.
1758  *
1759  * It needs to call filemap_fdatawait so that all ordered extent updates are
1760  * in the metadata btree are up to date for copying to the log.
1761  *
1762  * It drops the inode mutex before doing the tree log commit.  This is an
1763  * important optimization for directories because holding the mutex prevents
1764  * new operations on the dir while we write to disk.
1765  */
1766 int btrfs_sync_file(struct file *file, loff_t start, loff_t end, int datasync)
1767 {
1768         struct dentry *dentry = file_dentry(file);
1769         struct inode *inode = d_inode(dentry);
1770         struct btrfs_fs_info *fs_info = btrfs_sb(inode->i_sb);
1771         struct btrfs_root *root = BTRFS_I(inode)->root;
1772         struct btrfs_trans_handle *trans;
1773         struct btrfs_log_ctx ctx;
1774         int ret = 0, err;
1775         u64 len;
1776         bool full_sync;
1777
1778         trace_btrfs_sync_file(file, datasync);
1779
1780         btrfs_init_log_ctx(&ctx, inode);
1781
1782         /*
1783          * Always set the range to a full range, otherwise we can get into
1784          * several problems, from missing file extent items to represent holes
1785          * when not using the NO_HOLES feature, to log tree corruption due to
1786          * races between hole detection during logging and completion of ordered
1787          * extents outside the range, to missing checksums due to ordered extents
1788          * for which we flushed only a subset of their pages.
1789          */
1790         start = 0;
1791         end = LLONG_MAX;
1792         len = (u64)LLONG_MAX + 1;
1793
1794         /*
1795          * We write the dirty pages in the range and wait until they complete
1796          * out of the ->i_mutex. If so, we can flush the dirty pages by
1797          * multi-task, and make the performance up.  See
1798          * btrfs_wait_ordered_range for an explanation of the ASYNC check.
1799          */
1800         ret = start_ordered_ops(inode, start, end);
1801         if (ret)
1802                 goto out;
1803
1804         btrfs_inode_lock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_MMAP);
1805
1806         atomic_inc(&root->log_batch);
1807
1808         /*
1809          * Before we acquired the inode's lock and the mmap lock, someone may
1810          * have dirtied more pages in the target range. We need to make sure
1811          * that writeback for any such pages does not start while we are logging
1812          * the inode, because if it does, any of the following might happen when
1813          * we are not doing a full inode sync:
1814          *
1815          * 1) We log an extent after its writeback finishes but before its
1816          *    checksums are added to the csum tree, leading to -EIO errors
1817          *    when attempting to read the extent after a log replay.
1818          *
1819          * 2) We can end up logging an extent before its writeback finishes.
1820          *    Therefore after the log replay we will have a file extent item
1821          *    pointing to an unwritten extent (and no data checksums as well).
1822          *
1823          * So trigger writeback for any eventual new dirty pages and then we
1824          * wait for all ordered extents to complete below.
1825          */
1826         ret = start_ordered_ops(inode, start, end);
1827         if (ret) {
1828                 btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_MMAP);
1829                 goto out;
1830         }
1831
1832         /*
1833          * Always check for the full sync flag while holding the inode's lock,
1834          * to avoid races with other tasks. The flag must be either set all the
1835          * time during logging or always off all the time while logging.
1836          * We check the flag here after starting delalloc above, because when
1837          * running delalloc the full sync flag may be set if we need to drop
1838          * extra extent map ranges due to temporary memory allocation failures.
1839          */
1840         full_sync = test_bit(BTRFS_INODE_NEEDS_FULL_SYNC,
1841                              &BTRFS_I(inode)->runtime_flags);
1842
1843         /*
1844          * We have to do this here to avoid the priority inversion of waiting on
1845          * IO of a lower priority task while holding a transaction open.
1846          *
1847          * For a full fsync we wait for the ordered extents to complete while
1848          * for a fast fsync we wait just for writeback to complete, and then
1849          * attach the ordered extents to the transaction so that a transaction
1850          * commit waits for their completion, to avoid data loss if we fsync,
1851          * the current transaction commits before the ordered extents complete
1852          * and a power failure happens right after that.
1853          *
1854          * For zoned filesystem, if a write IO uses a ZONE_APPEND command, the
1855          * logical address recorded in the ordered extent may change. We need
1856          * to wait for the IO to stabilize the logical address.
1857          */
1858         if (full_sync || btrfs_is_zoned(fs_info)) {
1859                 ret = btrfs_wait_ordered_range(inode, start, len);
1860         } else {
1861                 /*
1862                  * Get our ordered extents as soon as possible to avoid doing
1863                  * checksum lookups in the csum tree, and use instead the
1864                  * checksums attached to the ordered extents.
1865                  */
1866                 btrfs_get_ordered_extents_for_logging(BTRFS_I(inode),
1867                                                       &ctx.ordered_extents);
1868                 ret = filemap_fdatawait_range(inode->i_mapping, start, end);
1869         }
1870
1871         if (ret)
1872                 goto out_release_extents;
1873
1874         atomic_inc(&root->log_batch);
1875
1876         smp_mb();
1877         if (skip_inode_logging(&ctx)) {
1878                 /*
1879                  * We've had everything committed since the last time we were
1880                  * modified so clear this flag in case it was set for whatever
1881                  * reason, it's no longer relevant.
1882                  */
1883                 clear_bit(BTRFS_INODE_NEEDS_FULL_SYNC,
1884                           &BTRFS_I(inode)->runtime_flags);
1885                 /*
1886                  * An ordered extent might have started before and completed
1887                  * already with io errors, in which case the inode was not
1888                  * updated and we end up here. So check the inode's mapping
1889                  * for any errors that might have happened since we last
1890                  * checked called fsync.
1891                  */
1892                 ret = filemap_check_wb_err(inode->i_mapping, file->f_wb_err);
1893                 goto out_release_extents;
1894         }
1895
1896         /*
1897          * We use start here because we will need to wait on the IO to complete
1898          * in btrfs_sync_log, which could require joining a transaction (for
1899          * example checking cross references in the nocow path).  If we use join
1900          * here we could get into a situation where we're waiting on IO to
1901          * happen that is blocked on a transaction trying to commit.  With start
1902          * we inc the extwriter counter, so we wait for all extwriters to exit
1903          * before we start blocking joiners.  This comment is to keep somebody
1904          * from thinking they are super smart and changing this to
1905          * btrfs_join_transaction *cough*Josef*cough*.
1906          */
1907         trans = btrfs_start_transaction(root, 0);
1908         if (IS_ERR(trans)) {
1909                 ret = PTR_ERR(trans);
1910                 goto out_release_extents;
1911         }
1912         trans->in_fsync = true;
1913
1914         ret = btrfs_log_dentry_safe(trans, dentry, &ctx);
1915         btrfs_release_log_ctx_extents(&ctx);
1916         if (ret < 0) {
1917                 /* Fallthrough and commit/free transaction. */
1918                 ret = BTRFS_LOG_FORCE_COMMIT;
1919         }
1920
1921         /* we've logged all the items and now have a consistent
1922          * version of the file in the log.  It is possible that
1923          * someone will come in and modify the file, but that's
1924          * fine because the log is consistent on disk, and we
1925          * have references to all of the file's extents
1926          *
1927          * It is possible that someone will come in and log the
1928          * file again, but that will end up using the synchronization
1929          * inside btrfs_sync_log to keep things safe.
1930          */
1931         btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_MMAP);
1932
1933         if (ret == BTRFS_NO_LOG_SYNC) {
1934                 ret = btrfs_end_transaction(trans);
1935                 goto out;
1936         }
1937
1938         /* We successfully logged the inode, attempt to sync the log. */
1939         if (!ret) {
1940                 ret = btrfs_sync_log(trans, root, &ctx);
1941                 if (!ret) {
1942                         ret = btrfs_end_transaction(trans);
1943                         goto out;
1944                 }
1945         }
1946
1947         /*
1948          * At this point we need to commit the transaction because we had
1949          * btrfs_need_log_full_commit() or some other error.
1950          *
1951          * If we didn't do a full sync we have to stop the trans handle, wait on
1952          * the ordered extents, start it again and commit the transaction.  If
1953          * we attempt to wait on the ordered extents here we could deadlock with
1954          * something like fallocate() that is holding the extent lock trying to
1955          * start a transaction while some other thread is trying to commit the
1956          * transaction while we (fsync) are currently holding the transaction
1957          * open.
1958          */
1959         if (!full_sync) {
1960                 ret = btrfs_end_transaction(trans);
1961                 if (ret)
1962                         goto out;
1963                 ret = btrfs_wait_ordered_range(inode, start, len);
1964                 if (ret)
1965                         goto out;
1966
1967                 /*
1968                  * This is safe to use here because we're only interested in
1969                  * making sure the transaction that had the ordered extents is
1970                  * committed.  We aren't waiting on anything past this point,
1971                  * we're purely getting the transaction and committing it.
1972                  */
1973                 trans = btrfs_attach_transaction_barrier(root);
1974                 if (IS_ERR(trans)) {
1975                         ret = PTR_ERR(trans);
1976
1977                         /*
1978                          * We committed the transaction and there's no currently
1979                          * running transaction, this means everything we care
1980                          * about made it to disk and we are done.
1981                          */
1982                         if (ret == -ENOENT)
1983                                 ret = 0;
1984                         goto out;
1985                 }
1986         }
1987
1988         ret = btrfs_commit_transaction(trans);
1989 out:
1990         ASSERT(list_empty(&ctx.list));
1991         ASSERT(list_empty(&ctx.conflict_inodes));
1992         err = file_check_and_advance_wb_err(file);
1993         if (!ret)
1994                 ret = err;
1995         return ret > 0 ? -EIO : ret;
1996
1997 out_release_extents:
1998         btrfs_release_log_ctx_extents(&ctx);
1999         btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_MMAP);
2000         goto out;
2001 }
2002
2003 static const struct vm_operations_struct btrfs_file_vm_ops = {
2004         .fault          = filemap_fault,
2005         .map_pages      = filemap_map_pages,
2006         .page_mkwrite   = btrfs_page_mkwrite,
2007 };
2008
2009 static int btrfs_file_mmap(struct file  *filp, struct vm_area_struct *vma)
2010 {
2011         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
2012
2013         if (!mapping->a_ops->read_folio)
2014                 return -ENOEXEC;
2015
2016         file_accessed(filp);
2017         vma->vm_ops = &btrfs_file_vm_ops;
2018
2019         return 0;
2020 }
2021
2022 static int hole_mergeable(struct btrfs_inode *inode, struct extent_buffer *leaf,
2023                           int slot, u64 start, u64 end)
2024 {
2025         struct btrfs_file_extent_item *fi;
2026         struct btrfs_key key;
2027
2028         if (slot < 0 || slot >= btrfs_header_nritems(leaf))
2029                 return 0;
2030
2031         btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &key, slot);
2032         if (key.objectid != btrfs_ino(inode) ||
2033             key.type != BTRFS_EXTENT_DATA_KEY)
2034                 return 0;
2035
2036         fi = btrfs_item_ptr(leaf, slot, struct btrfs_file_extent_item);
2037
2038         if (btrfs_file_extent_type(leaf, fi) != BTRFS_FILE_EXTENT_REG)
2039                 return 0;
2040
2041         if (btrfs_file_extent_disk_bytenr(leaf, fi))
2042                 return 0;
2043
2044         if (key.offset == end)
2045                 return 1;
2046         if (key.offset + btrfs_file_extent_num_bytes(leaf, fi) == start)
2047                 return 1;
2048         return 0;
2049 }
2050
2051 static int fill_holes(struct btrfs_trans_handle *trans,
2052                 struct btrfs_inode *inode,
2053                 struct btrfs_path *path, u64 offset, u64 end)
2054 {
2055         struct btrfs_fs_info *fs_info = trans->fs_info;
2056         struct btrfs_root *root = inode->root;
2057         struct extent_buffer *leaf;
2058         struct btrfs_file_extent_item *fi;
2059         struct extent_map *hole_em;
2060         struct btrfs_key key;
2061         int ret;
2062
2063         if (btrfs_fs_incompat(fs_info, NO_HOLES))
2064                 goto out;
2065
2066         key.objectid = btrfs_ino(inode);
2067         key.type = BTRFS_EXTENT_DATA_KEY;
2068         key.offset = offset;
2069
2070         ret = btrfs_search_slot(trans, root, &key, path, 0, 1);
2071         if (ret <= 0) {
2072                 /*
2073                  * We should have dropped this offset, so if we find it then
2074                  * something has gone horribly wrong.
2075                  */
2076                 if (ret == 0)
2077                         ret = -EINVAL;
2078                 return ret;
2079         }
2080
2081         leaf = path->nodes[0];
2082         if (hole_mergeable(inode, leaf, path->slots[0] - 1, offset, end)) {
2083                 u64 num_bytes;
2084
2085                 path->slots[0]--;
2086                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
2087                                     struct btrfs_file_extent_item);
2088                 num_bytes = btrfs_file_extent_num_bytes(leaf, fi) +
2089                         end - offset;
2090                 btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi, num_bytes);
2091                 btrfs_set_file_extent_ram_bytes(leaf, fi, num_bytes);
2092                 btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi, 0);
2093                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi, trans->transid);
2094                 btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
2095                 goto out;
2096         }
2097
2098         if (hole_mergeable(inode, leaf, path->slots[0], offset, end)) {
2099                 u64 num_bytes;
2100
2101                 key.offset = offset;
2102                 btrfs_set_item_key_safe(fs_info, path, &key);
2103                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
2104                                     struct btrfs_file_extent_item);
2105                 num_bytes = btrfs_file_extent_num_bytes(leaf, fi) + end -
2106                         offset;
2107                 btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi, num_bytes);
2108                 btrfs_set_file_extent_ram_bytes(leaf, fi, num_bytes);
2109                 btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi, 0);
2110                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi, trans->transid);
2111                 btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
2112                 goto out;
2113         }
2114         btrfs_release_path(path);
2115
2116         ret = btrfs_insert_hole_extent(trans, root, btrfs_ino(inode), offset,
2117                                        end - offset);
2118         if (ret)
2119                 return ret;
2120
2121 out:
2122         btrfs_release_path(path);
2123
2124         hole_em = alloc_extent_map();
2125         if (!hole_em) {
2126                 btrfs_drop_extent_map_range(inode, offset, end - 1, false);
2127                 btrfs_set_inode_full_sync(inode);
2128         } else {
2129                 hole_em->start = offset;
2130                 hole_em->len = end - offset;
2131                 hole_em->ram_bytes = hole_em->len;
2132                 hole_em->orig_start = offset;
2133
2134                 hole_em->block_start = EXTENT_MAP_HOLE;
2135                 hole_em->block_len = 0;
2136                 hole_em->orig_block_len = 0;
2137                 hole_em->compress_type = BTRFS_COMPRESS_NONE;
2138                 hole_em->generation = trans->transid;
2139
2140                 ret = btrfs_replace_extent_map_range(inode, hole_em, true);
2141                 free_extent_map(hole_em);
2142                 if (ret)
2143                         btrfs_set_inode_full_sync(inode);
2144         }
2145
2146         return 0;
2147 }
2148
2149 /*
2150  * Find a hole extent on given inode and change start/len to the end of hole
2151  * extent.(hole/vacuum extent whose em->start <= start &&
2152  *         em->start + em->len > start)
2153  * When a hole extent is found, return 1 and modify start/len.
2154  */
2155 static int find_first_non_hole(struct btrfs_inode *inode, u64 *start, u64 *len)
2156 {
2157         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
2158         struct extent_map *em;
2159         int ret = 0;
2160
2161         em = btrfs_get_extent(inode, NULL, 0,
2162                               round_down(*start, fs_info->sectorsize),
2163                               round_up(*len, fs_info->sectorsize));
2164         if (IS_ERR(em))
2165                 return PTR_ERR(em);
2166
2167         /* Hole or vacuum extent(only exists in no-hole mode) */
2168         if (em->block_start == EXTENT_MAP_HOLE) {
2169                 ret = 1;
2170                 *len = em->start + em->len > *start + *len ?
2171                        0 : *start + *len - em->start - em->len;
2172                 *start = em->start + em->len;
2173         }
2174         free_extent_map(em);
2175         return ret;
2176 }
2177
2178 static void btrfs_punch_hole_lock_range(struct inode *inode,
2179                                         const u64 lockstart,
2180                                         const u64 lockend,
2181                                         struct extent_state **cached_state)
2182 {
2183         /*
2184          * For subpage case, if the range is not at page boundary, we could
2185          * have pages at the leading/tailing part of the range.
2186          * This could lead to dead loop since filemap_range_has_page()
2187          * will always return true.
2188          * So here we need to do extra page alignment for
2189          * filemap_range_has_page().
2190          */
2191         const u64 page_lockstart = round_up(lockstart, PAGE_SIZE);
2192         const u64 page_lockend = round_down(lockend + 1, PAGE_SIZE) - 1;
2193
2194         while (1) {
2195                 truncate_pagecache_range(inode, lockstart, lockend);
2196
2197                 lock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, lockstart, lockend,
2198                             cached_state);
2199                 /*
2200                  * We can't have ordered extents in the range, nor dirty/writeback
2201                  * pages, because we have locked the inode's VFS lock in exclusive
2202                  * mode, we have locked the inode's i_mmap_lock in exclusive mode,
2203                  * we have flushed all delalloc in the range and we have waited
2204                  * for any ordered extents in the range to complete.
2205                  * We can race with anyone reading pages from this range, so after
2206                  * locking the range check if we have pages in the range, and if
2207                  * we do, unlock the range and retry.
2208                  */
2209                 if (!filemap_range_has_page(inode->i_mapping, page_lockstart,
2210                                             page_lockend))
2211                         break;
2212
2213                 unlock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, lockstart, lockend,
2214                               cached_state);
2215         }
2216
2217         btrfs_assert_inode_range_clean(BTRFS_I(inode), lockstart, lockend);
2218 }
2219
2220 static int btrfs_insert_replace_extent(struct btrfs_trans_handle *trans,
2221                                      struct btrfs_inode *inode,
2222                                      struct btrfs_path *path,
2223                                      struct btrfs_replace_extent_info *extent_info,
2224                                      const u64 replace_len,
2225                                      const u64 bytes_to_drop)
2226 {
2227         struct btrfs_fs_info *fs_info = trans->fs_info;
2228         struct btrfs_root *root = inode->root;
2229         struct btrfs_file_extent_item *extent;
2230         struct extent_buffer *leaf;
2231         struct btrfs_key key;
2232         int slot;
2233         struct btrfs_ref ref = { 0 };
2234         int ret;
2235
2236         if (replace_len == 0)
2237                 return 0;
2238
2239         if (extent_info->disk_offset == 0 &&
2240             btrfs_fs_incompat(fs_info, NO_HOLES)) {
2241                 btrfs_update_inode_bytes(inode, 0, bytes_to_drop);
2242                 return 0;
2243         }
2244
2245         key.objectid = btrfs_ino(inode);
2246         key.type = BTRFS_EXTENT_DATA_KEY;
2247         key.offset = extent_info->file_offset;
2248         ret = btrfs_insert_empty_item(trans, root, path, &key,
2249                                       sizeof(struct btrfs_file_extent_item));
2250         if (ret)
2251                 return ret;
2252         leaf = path->nodes[0];
2253         slot = path->slots[0];
2254         write_extent_buffer(leaf, extent_info->extent_buf,
2255                             btrfs_item_ptr_offset(leaf, slot),
2256                             sizeof(struct btrfs_file_extent_item));
2257         extent = btrfs_item_ptr(leaf, slot, struct btrfs_file_extent_item);
2258         ASSERT(btrfs_file_extent_type(leaf, extent) != BTRFS_FILE_EXTENT_INLINE);
2259         btrfs_set_file_extent_offset(leaf, extent, extent_info->data_offset);
2260         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, extent, replace_len);
2261         if (extent_info->is_new_extent)
2262                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, extent, trans->transid);
2263         btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
2264         btrfs_release_path(path);
2265
2266         ret = btrfs_inode_set_file_extent_range(inode, extent_info->file_offset,
2267                                                 replace_len);
2268         if (ret)
2269                 return ret;
2270
2271         /* If it's a hole, nothing more needs to be done. */
2272         if (extent_info->disk_offset == 0) {
2273                 btrfs_update_inode_bytes(inode, 0, bytes_to_drop);
2274                 return 0;
2275         }
2276
2277         btrfs_update_inode_bytes(inode, replace_len, bytes_to_drop);
2278
2279         if (extent_info->is_new_extent && extent_info->insertions == 0) {
2280                 key.objectid = extent_info->disk_offset;
2281                 key.type = BTRFS_EXTENT_ITEM_KEY;
2282                 key.offset = extent_info->disk_len;
2283                 ret = btrfs_alloc_reserved_file_extent(trans, root,
2284                                                        btrfs_ino(inode),
2285                                                        extent_info->file_offset,
2286                                                        extent_info->qgroup_reserved,
2287                                                        &key);
2288         } else {
2289                 u64 ref_offset;
2290
2291                 btrfs_init_generic_ref(&ref, BTRFS_ADD_DELAYED_REF,
2292                                        extent_info->disk_offset,
2293                                        extent_info->disk_len, 0);
2294                 ref_offset = extent_info->file_offset - extent_info->data_offset;
2295                 btrfs_init_data_ref(&ref, root->root_key.objectid,
2296                                     btrfs_ino(inode), ref_offset, 0, false);
2297                 ret = btrfs_inc_extent_ref(trans, &ref);
2298         }
2299
2300         extent_info->insertions++;
2301
2302         return ret;
2303 }
2304
2305 /*
2306  * The respective range must have been previously locked, as well as the inode.
2307  * The end offset is inclusive (last byte of the range).
2308  * @extent_info is NULL for fallocate's hole punching and non-NULL when replacing
2309  * the file range with an extent.
2310  * When not punching a hole, we don't want to end up in a state where we dropped
2311  * extents without inserting a new one, so we must abort the transaction to avoid
2312  * a corruption.
2313  */
2314 int btrfs_replace_file_extents(struct btrfs_inode *inode,
2315                                struct btrfs_path *path, const u64 start,
2316                                const u64 end,
2317                                struct btrfs_replace_extent_info *extent_info,
2318                                struct btrfs_trans_handle **trans_out)
2319 {
2320         struct btrfs_drop_extents_args drop_args = { 0 };
2321         struct btrfs_root *root = inode->root;
2322         struct btrfs_fs_info *fs_info = root->fs_info;
2323         u64 min_size = btrfs_calc_insert_metadata_size(fs_info, 1);
2324         u64 ino_size = round_up(inode->vfs_inode.i_size, fs_info->sectorsize);
2325         struct btrfs_trans_handle *trans = NULL;
2326         struct btrfs_block_rsv *rsv;
2327         unsigned int rsv_count;
2328         u64 cur_offset;
2329         u64 len = end - start;
2330         int ret = 0;
2331
2332         if (end <= start)
2333                 return -EINVAL;
2334
2335         rsv = btrfs_alloc_block_rsv(fs_info, BTRFS_BLOCK_RSV_TEMP);
2336         if (!rsv) {
2337                 ret = -ENOMEM;
2338                 goto out;
2339         }
2340         rsv->size = btrfs_calc_insert_metadata_size(fs_info, 1);
2341         rsv->failfast = true;
2342
2343         /*
2344          * 1 - update the inode
2345          * 1 - removing the extents in the range
2346          * 1 - adding the hole extent if no_holes isn't set or if we are
2347          *     replacing the range with a new extent
2348          */
2349         if (!btrfs_fs_incompat(fs_info, NO_HOLES) || extent_info)
2350                 rsv_count = 3;
2351         else
2352                 rsv_count = 2;
2353
2354         trans = btrfs_start_transaction(root, rsv_count);
2355         if (IS_ERR(trans)) {
2356                 ret = PTR_ERR(trans);
2357                 trans = NULL;
2358                 goto out_free;
2359         }
2360
2361         ret = btrfs_block_rsv_migrate(&fs_info->trans_block_rsv, rsv,
2362                                       min_size, false);
2363         if (WARN_ON(ret))
2364                 goto out_trans;
2365         trans->block_rsv = rsv;
2366
2367         cur_offset = start;
2368         drop_args.path = path;
2369         drop_args.end = end + 1;
2370         drop_args.drop_cache = true;
2371         while (cur_offset < end) {
2372                 drop_args.start = cur_offset;
2373                 ret = btrfs_drop_extents(trans, root, inode, &drop_args);
2374                 /* If we are punching a hole decrement the inode's byte count */
2375                 if (!extent_info)
2376                         btrfs_update_inode_bytes(inode, 0,
2377                                                  drop_args.bytes_found);
2378                 if (ret != -ENOSPC) {
2379                         /*
2380                          * The only time we don't want to abort is if we are
2381                          * attempting to clone a partial inline extent, in which
2382                          * case we'll get EOPNOTSUPP.  However if we aren't
2383                          * clone we need to abort no matter what, because if we
2384                          * got EOPNOTSUPP via prealloc then we messed up and
2385                          * need to abort.
2386                          */
2387                         if (ret &&
2388                             (ret != -EOPNOTSUPP ||
2389                              (extent_info && extent_info->is_new_extent)))
2390                                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2391                         break;
2392                 }
2393
2394                 trans->block_rsv = &fs_info->trans_block_rsv;
2395
2396                 if (!extent_info && cur_offset < drop_args.drop_end &&
2397                     cur_offset < ino_size) {
2398                         ret = fill_holes(trans, inode, path, cur_offset,
2399                                          drop_args.drop_end);
2400                         if (ret) {
2401                                 /*
2402                                  * If we failed then we didn't insert our hole
2403                                  * entries for the area we dropped, so now the
2404                                  * fs is corrupted, so we must abort the
2405                                  * transaction.
2406                                  */
2407                                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2408                                 break;
2409                         }
2410                 } else if (!extent_info && cur_offset < drop_args.drop_end) {
2411                         /*
2412                          * We are past the i_size here, but since we didn't
2413                          * insert holes we need to clear the mapped area so we
2414                          * know to not set disk_i_size in this area until a new
2415                          * file extent is inserted here.
2416                          */
2417                         ret = btrfs_inode_clear_file_extent_range(inode,
2418                                         cur_offset,
2419                                         drop_args.drop_end - cur_offset);
2420                         if (ret) {
2421                                 /*
2422                                  * We couldn't clear our area, so we could
2423                                  * presumably adjust up and corrupt the fs, so
2424                                  * we need to abort.
2425                                  */
2426                                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2427                                 break;
2428                         }
2429                 }
2430
2431                 if (extent_info &&
2432                     drop_args.drop_end > extent_info->file_offset) {
2433                         u64 replace_len = drop_args.drop_end -
2434                                           extent_info->file_offset;
2435
2436                         ret = btrfs_insert_replace_extent(trans, inode, path,
2437                                         extent_info, replace_len,
2438                                         drop_args.bytes_found);
2439                         if (ret) {
2440                                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2441                                 break;
2442                         }
2443                         extent_info->data_len -= replace_len;
2444                         extent_info->data_offset += replace_len;
2445                         extent_info->file_offset += replace_len;
2446                 }
2447
2448                 /*
2449                  * We are releasing our handle on the transaction, balance the
2450                  * dirty pages of the btree inode and flush delayed items, and
2451                  * then get a new transaction handle, which may now point to a
2452                  * new transaction in case someone else may have committed the
2453                  * transaction we used to replace/drop file extent items. So
2454                  * bump the inode's iversion and update mtime and ctime except
2455                  * if we are called from a dedupe context. This is because a
2456                  * power failure/crash may happen after the transaction is
2457                  * committed and before we finish replacing/dropping all the
2458                  * file extent items we need.
2459                  */
2460                 inode_inc_iversion(&inode->vfs_inode);
2461
2462                 if (!extent_info || extent_info->update_times) {
2463                         inode->vfs_inode.i_mtime = current_time(&inode->vfs_inode);
2464                         inode->vfs_inode.i_ctime = inode->vfs_inode.i_mtime;
2465                 }
2466
2467                 ret = btrfs_update_inode(trans, root, inode);
2468                 if (ret)
2469                         break;
2470
2471                 btrfs_end_transaction(trans);
2472                 btrfs_btree_balance_dirty(fs_info);
2473
2474                 trans = btrfs_start_transaction(root, rsv_count);
2475                 if (IS_ERR(trans)) {
2476                         ret = PTR_ERR(trans);
2477                         trans = NULL;
2478                         break;
2479                 }
2480
2481                 ret = btrfs_block_rsv_migrate(&fs_info->trans_block_rsv,
2482                                               rsv, min_size, false);
2483                 if (WARN_ON(ret))
2484                         break;
2485                 trans->block_rsv = rsv;
2486
2487                 cur_offset = drop_args.drop_end;
2488                 len = end - cur_offset;
2489                 if (!extent_info && len) {
2490                         ret = find_first_non_hole(inode, &cur_offset, &len);
2491                         if (unlikely(ret < 0))
2492                                 break;
2493                         if (ret && !len) {
2494                                 ret = 0;
2495                                 break;
2496                         }
2497                 }
2498         }
2499
2500         /*
2501          * If we were cloning, force the next fsync to be a full one since we
2502          * we replaced (or just dropped in the case of cloning holes when
2503          * NO_HOLES is enabled) file extent items and did not setup new extent
2504          * maps for the replacement extents (or holes).
2505          */
2506         if (extent_info && !extent_info->is_new_extent)
2507                 btrfs_set_inode_full_sync(inode);
2508
2509         if (ret)
2510                 goto out_trans;
2511
2512         trans->block_rsv = &fs_info->trans_block_rsv;
2513         /*
2514          * If we are using the NO_HOLES feature we might have had already an
2515          * hole that overlaps a part of the region [lockstart, lockend] and
2516          * ends at (or beyond) lockend. Since we have no file extent items to
2517          * represent holes, drop_end can be less than lockend and so we must
2518          * make sure we have an extent map representing the existing hole (the
2519          * call to __btrfs_drop_extents() might have dropped the existing extent
2520          * map representing the existing hole), otherwise the fast fsync path
2521          * will not record the existence of the hole region
2522          * [existing_hole_start, lockend].
2523          */
2524         if (drop_args.drop_end <= end)
2525                 drop_args.drop_end = end + 1;
2526         /*
2527          * Don't insert file hole extent item if it's for a range beyond eof
2528          * (because it's useless) or if it represents a 0 bytes range (when
2529          * cur_offset == drop_end).
2530          */
2531         if (!extent_info && cur_offset < ino_size &&
2532             cur_offset < drop_args.drop_end) {
2533                 ret = fill_holes(trans, inode, path, cur_offset,
2534                                  drop_args.drop_end);
2535                 if (ret) {
2536                         /* Same comment as above. */
2537                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2538                         goto out_trans;
2539                 }
2540         } else if (!extent_info && cur_offset < drop_args.drop_end) {
2541                 /* See the comment in the loop above for the reasoning here. */
2542                 ret = btrfs_inode_clear_file_extent_range(inode, cur_offset,
2543                                         drop_args.drop_end - cur_offset);
2544                 if (ret) {
2545                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2546                         goto out_trans;
2547                 }
2548
2549         }
2550         if (extent_info) {
2551                 ret = btrfs_insert_replace_extent(trans, inode, path,
2552                                 extent_info, extent_info->data_len,
2553                                 drop_args.bytes_found);
2554                 if (ret) {
2555                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2556                         goto out_trans;
2557                 }
2558         }
2559
2560 out_trans:
2561         if (!trans)
2562                 goto out_free;
2563
2564         trans->block_rsv = &fs_info->trans_block_rsv;
2565         if (ret)
2566                 btrfs_end_transaction(trans);
2567         else
2568                 *trans_out = trans;
2569 out_free:
2570         btrfs_free_block_rsv(fs_info, rsv);
2571 out:
2572         return ret;
2573 }
2574
2575 static int btrfs_punch_hole(struct file *file, loff_t offset, loff_t len)
2576 {
2577         struct inode *inode = file_inode(file);
2578         struct btrfs_fs_info *fs_info = btrfs_sb(inode->i_sb);
2579         struct btrfs_root *root = BTRFS_I(inode)->root;
2580         struct extent_state *cached_state = NULL;
2581         struct btrfs_path *path;
2582         struct btrfs_trans_handle *trans = NULL;
2583         u64 lockstart;
2584         u64 lockend;
2585         u64 tail_start;
2586         u64 tail_len;
2587         u64 orig_start = offset;
2588         int ret = 0;
2589         bool same_block;
2590         u64 ino_size;
2591         bool truncated_block = false;
2592         bool updated_inode = false;
2593
2594         btrfs_inode_lock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_MMAP);
2595
2596         ret = btrfs_wait_ordered_range(inode, offset, len);
2597         if (ret)
2598                 goto out_only_mutex;
2599
2600         ino_size = round_up(inode->i_size, fs_info->sectorsize);
2601         ret = find_first_non_hole(BTRFS_I(inode), &offset, &len);
2602         if (ret < 0)
2603                 goto out_only_mutex;
2604         if (ret && !len) {
2605                 /* Already in a large hole */
2606                 ret = 0;
2607                 goto out_only_mutex;
2608         }
2609
2610         ret = file_modified(file);
2611         if (ret)
2612                 goto out_only_mutex;
2613
2614         lockstart = round_up(offset, fs_info->sectorsize);
2615         lockend = round_down(offset + len, fs_info->sectorsize) - 1;
2616         same_block = (BTRFS_BYTES_TO_BLKS(fs_info, offset))
2617                 == (BTRFS_BYTES_TO_BLKS(fs_info, offset + len - 1));
2618         /*
2619          * We needn't truncate any block which is beyond the end of the file
2620          * because we are sure there is no data there.
2621          */
2622         /*
2623          * Only do this if we are in the same block and we aren't doing the
2624          * entire block.
2625          */
2626         if (same_block && len < fs_info->sectorsize) {
2627                 if (offset < ino_size) {
2628                         truncated_block = true;
2629                         ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode), offset, len,
2630                                                    0);
2631                 } else {
2632                         ret = 0;
2633                 }
2634                 goto out_only_mutex;
2635         }
2636
2637         /* zero back part of the first block */
2638         if (offset < ino_size) {
2639                 truncated_block = true;
2640                 ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode), offset, 0, 0);
2641                 if (ret) {
2642                         btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_MMAP);
2643                         return ret;
2644                 }
2645         }
2646
2647         /* Check the aligned pages after the first unaligned page,
2648          * if offset != orig_start, which means the first unaligned page
2649          * including several following pages are already in holes,
2650          * the extra check can be skipped */
2651         if (offset == orig_start) {
2652                 /* after truncate page, check hole again */
2653                 len = offset + len - lockstart;
2654                 offset = lockstart;
2655                 ret = find_first_non_hole(BTRFS_I(inode), &offset, &len);
2656                 if (ret < 0)
2657                         goto out_only_mutex;
2658                 if (ret && !len) {
2659                         ret = 0;
2660                         goto out_only_mutex;
2661                 }
2662                 lockstart = offset;
2663         }
2664
2665         /* Check the tail unaligned part is in a hole */
2666         tail_start = lockend + 1;
2667         tail_len = offset + len - tail_start;
2668         if (tail_len) {
2669                 ret = find_first_non_hole(BTRFS_I(inode), &tail_start, &tail_len);
2670                 if (unlikely(ret < 0))
2671                         goto out_only_mutex;
2672                 if (!ret) {
2673                         /* zero the front end of the last page */
2674                         if (tail_start + tail_len < ino_size) {
2675                                 truncated_block = true;
2676                                 ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode),
2677                                                         tail_start + tail_len,
2678                                                         0, 1);
2679                                 if (ret)
2680                                         goto out_only_mutex;
2681                         }
2682                 }
2683         }
2684
2685         if (lockend < lockstart) {
2686                 ret = 0;
2687                 goto out_only_mutex;
2688         }
2689
2690         btrfs_punch_hole_lock_range(inode, lockstart, lockend, &cached_state);
2691
2692         path = btrfs_alloc_path();
2693         if (!path) {
2694                 ret = -ENOMEM;
2695                 goto out;
2696         }
2697
2698         ret = btrfs_replace_file_extents(BTRFS_I(inode), path, lockstart,
2699                                          lockend, NULL, &trans);
2700         btrfs_free_path(path);
2701         if (ret)
2702                 goto out;
2703
2704         ASSERT(trans != NULL);
2705         inode_inc_iversion(inode);
2706         inode->i_mtime = current_time(inode);
2707         inode->i_ctime = inode->i_mtime;
2708         ret = btrfs_update_inode(trans, root, BTRFS_I(inode));
2709         updated_inode = true;
2710         btrfs_end_transaction(trans);
2711         btrfs_btree_balance_dirty(fs_info);
2712 out:
2713         unlock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, lockstart, lockend,
2714                       &cached_state);
2715 out_only_mutex:
2716         if (!updated_inode && truncated_block && !ret) {
2717                 /*
2718                  * If we only end up zeroing part of a page, we still need to
2719                  * update the inode item, so that all the time fields are
2720                  * updated as well as the necessary btrfs inode in memory fields
2721                  * for detecting, at fsync time, if the inode isn't yet in the
2722                  * log tree or it's there but not up to date.
2723                  */
2724                 struct timespec64 now = current_time(inode);
2725
2726                 inode_inc_iversion(inode);
2727                 inode->i_mtime = now;
2728                 inode->i_ctime = now;
2729                 trans = btrfs_start_transaction(root, 1);
2730                 if (IS_ERR(trans)) {
2731                         ret = PTR_ERR(trans);
2732                 } else {
2733                         int ret2;
2734
2735                         ret = btrfs_update_inode(trans, root, BTRFS_I(inode));
2736                         ret2 = btrfs_end_transaction(trans);
2737                         if (!ret)
2738                                 ret = ret2;
2739                 }
2740         }
2741         btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_MMAP);
2742         return ret;
2743 }
2744
2745 /* Helper structure to record which range is already reserved */
2746 struct falloc_range {
2747         struct list_head list;
2748         u64 start;
2749         u64 len;
2750 };
2751
2752 /*
2753  * Helper function to add falloc range
2754  *
2755  * Caller should have locked the larger range of extent containing
2756  * [start, len)
2757  */
2758 static int add_falloc_range(struct list_head *head, u64 start, u64 len)
2759 {
2760         struct falloc_range *range = NULL;
2761
2762         if (!list_empty(head)) {
2763                 /*
2764                  * As fallocate iterates by bytenr order, we only need to check
2765                  * the last range.
2766                  */
2767                 range = list_last_entry(head, struct falloc_range, list);
2768                 if (range->start + range->len == start) {
2769                         range->len += len;
2770                         return 0;
2771                 }
2772         }
2773
2774         range = kmalloc(sizeof(*range), GFP_KERNEL);
2775         if (!range)
2776                 return -ENOMEM;
2777         range->start = start;
2778         range->len = len;
2779         list_add_tail(&range->list, head);
2780         return 0;
2781 }
2782
2783 static int btrfs_fallocate_update_isize(struct inode *inode,
2784                                         const u64 end,
2785                                         const int mode)
2786 {
2787         struct btrfs_trans_handle *trans;
2788         struct btrfs_root *root = BTRFS_I(inode)->root;
2789         int ret;
2790         int ret2;
2791
2792         if (mode & FALLOC_FL_KEEP_SIZE || end <= i_size_read(inode))
2793                 return 0;
2794
2795         trans = btrfs_start_transaction(root, 1);
2796         if (IS_ERR(trans))
2797                 return PTR_ERR(trans);
2798
2799         inode->i_ctime = current_time(inode);
2800         i_size_write(inode, end);
2801         btrfs_inode_safe_disk_i_size_write(BTRFS_I(inode), 0);
2802         ret = btrfs_update_inode(trans, root, BTRFS_I(inode));
2803         ret2 = btrfs_end_transaction(trans);
2804
2805         return ret ? ret : ret2;
2806 }
2807
2808 enum {
2809         RANGE_BOUNDARY_WRITTEN_EXTENT,
2810         RANGE_BOUNDARY_PREALLOC_EXTENT,
2811         RANGE_BOUNDARY_HOLE,
2812 };
2813
2814 static int btrfs_zero_range_check_range_boundary(struct btrfs_inode *inode,
2815                                                  u64 offset)
2816 {
2817         const u64 sectorsize = inode->root->fs_info->sectorsize;
2818         struct extent_map *em;
2819         int ret;
2820
2821         offset = round_down(offset, sectorsize);
2822         em = btrfs_get_extent(inode, NULL, 0, offset, sectorsize);
2823         if (IS_ERR(em))
2824                 return PTR_ERR(em);
2825
2826         if (em->block_start == EXTENT_MAP_HOLE)
2827                 ret = RANGE_BOUNDARY_HOLE;
2828         else if (test_bit(EXTENT_FLAG_PREALLOC, &em->flags))
2829                 ret = RANGE_BOUNDARY_PREALLOC_EXTENT;
2830         else
2831                 ret = RANGE_BOUNDARY_WRITTEN_EXTENT;
2832
2833         free_extent_map(em);
2834         return ret;
2835 }
2836
2837 static int btrfs_zero_range(struct inode *inode,
2838                             loff_t offset,
2839                             loff_t len,
2840                             const int mode)
2841 {
2842         struct btrfs_fs_info *fs_info = BTRFS_I(inode)->root->fs_info;
2843         struct extent_map *em;
2844         struct extent_changeset *data_reserved = NULL;
2845         int ret;
2846         u64 alloc_hint = 0;
2847         const u64 sectorsize = fs_info->sectorsize;
2848         u64 alloc_start = round_down(offset, sectorsize);
2849         u64 alloc_end = round_up(offset + len, sectorsize);
2850         u64 bytes_to_reserve = 0;
2851         bool space_reserved = false;
2852
2853         em = btrfs_get_extent(BTRFS_I(inode), NULL, 0, alloc_start,
2854                               alloc_end - alloc_start);
2855         if (IS_ERR(em)) {
2856                 ret = PTR_ERR(em);
2857                 goto out;
2858         }
2859
2860         /*
2861          * Avoid hole punching and extent allocation for some cases. More cases
2862          * could be considered, but these are unlikely common and we keep things
2863          * as simple as possible for now. Also, intentionally, if the target
2864          * range contains one or more prealloc extents together with regular
2865          * extents and holes, we drop all the existing extents and allocate a
2866          * new prealloc extent, so that we get a larger contiguous disk extent.
2867          */
2868         if (em->start <= alloc_start &&
2869             test_bit(EXTENT_FLAG_PREALLOC, &em->flags)) {
2870                 const u64 em_end = em->start + em->len;
2871
2872                 if (em_end >= offset + len) {
2873                         /*
2874                          * The whole range is already a prealloc extent,
2875                          * do nothing except updating the inode's i_size if
2876                          * needed.
2877                          */
2878                         free_extent_map(em);
2879                         ret = btrfs_fallocate_update_isize(inode, offset + len,
2880                                                            mode);
2881                         goto out;
2882                 }
2883                 /*
2884                  * Part of the range is already a prealloc extent, so operate
2885                  * only on the remaining part of the range.
2886                  */
2887                 alloc_start = em_end;
2888                 ASSERT(IS_ALIGNED(alloc_start, sectorsize));
2889                 len = offset + len - alloc_start;
2890                 offset = alloc_start;
2891                 alloc_hint = em->block_start + em->len;
2892         }
2893         free_extent_map(em);
2894
2895         if (BTRFS_BYTES_TO_BLKS(fs_info, offset) ==
2896             BTRFS_BYTES_TO_BLKS(fs_info, offset + len - 1)) {
2897                 em = btrfs_get_extent(BTRFS_I(inode), NULL, 0, alloc_start,
2898                                       sectorsize);
2899                 if (IS_ERR(em)) {
2900                         ret = PTR_ERR(em);
2901                         goto out;
2902                 }
2903
2904                 if (test_bit(EXTENT_FLAG_PREALLOC, &em->flags)) {
2905                         free_extent_map(em);
2906                         ret = btrfs_fallocate_update_isize(inode, offset + len,
2907                                                            mode);
2908                         goto out;
2909                 }
2910                 if (len < sectorsize && em->block_start != EXTENT_MAP_HOLE) {
2911                         free_extent_map(em);
2912                         ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode), offset, len,
2913                                                    0);
2914                         if (!ret)
2915                                 ret = btrfs_fallocate_update_isize(inode,
2916                                                                    offset + len,
2917                                                                    mode);
2918                         return ret;
2919                 }
2920                 free_extent_map(em);
2921                 alloc_start = round_down(offset, sectorsize);
2922                 alloc_end = alloc_start + sectorsize;
2923                 goto reserve_space;
2924         }
2925
2926         alloc_start = round_up(offset, sectorsize);
2927         alloc_end = round_down(offset + len, sectorsize);
2928
2929         /*
2930          * For unaligned ranges, check the pages at the boundaries, they might
2931          * map to an extent, in which case we need to partially zero them, or
2932          * they might map to a hole, in which case we need our allocation range
2933          * to cover them.
2934          */
2935         if (!IS_ALIGNED(offset, sectorsize)) {
2936                 ret = btrfs_zero_range_check_range_boundary(BTRFS_I(inode),
2937                                                             offset);
2938                 if (ret < 0)
2939                         goto out;
2940                 if (ret == RANGE_BOUNDARY_HOLE) {
2941                         alloc_start = round_down(offset, sectorsize);
2942                         ret = 0;
2943                 } else if (ret == RANGE_BOUNDARY_WRITTEN_EXTENT) {
2944                         ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode), offset, 0, 0);
2945                         if (ret)
2946                                 goto out;
2947                 } else {
2948                         ret = 0;
2949                 }
2950         }
2951
2952         if (!IS_ALIGNED(offset + len, sectorsize)) {
2953                 ret = btrfs_zero_range_check_range_boundary(BTRFS_I(inode),
2954                                                             offset + len);
2955                 if (ret < 0)
2956                         goto out;
2957                 if (ret == RANGE_BOUNDARY_HOLE) {
2958                         alloc_end = round_up(offset + len, sectorsize);
2959                         ret = 0;
2960                 } else if (ret == RANGE_BOUNDARY_WRITTEN_EXTENT) {
2961                         ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode), offset + len,
2962                                                    0, 1);
2963                         if (ret)
2964                                 goto out;
2965                 } else {
2966                         ret = 0;
2967                 }
2968         }
2969
2970 reserve_space:
2971         if (alloc_start < alloc_end) {
2972                 struct extent_state *cached_state = NULL;
2973                 const u64 lockstart = alloc_start;
2974                 const u64 lockend = alloc_end - 1;
2975
2976                 bytes_to_reserve = alloc_end - alloc_start;
2977                 ret = btrfs_alloc_data_chunk_ondemand(BTRFS_I(inode),
2978                                                       bytes_to_reserve);
2979                 if (ret < 0)
2980                         goto out;
2981                 space_reserved = true;
2982                 btrfs_punch_hole_lock_range(inode, lockstart, lockend,
2983                                             &cached_state);
2984                 ret = btrfs_qgroup_reserve_data(BTRFS_I(inode), &data_reserved,
2985                                                 alloc_start, bytes_to_reserve);
2986                 if (ret) {
2987                         unlock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, lockstart,
2988                                       lockend, &cached_state);
2989                         goto out;
2990                 }
2991                 ret = btrfs_prealloc_file_range(inode, mode, alloc_start,
2992                                                 alloc_end - alloc_start,
2993                                                 i_blocksize(inode),
2994                                                 offset + len, &alloc_hint);
2995                 unlock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, lockstart, lockend,
2996                               &cached_state);
2997                 /* btrfs_prealloc_file_range releases reserved space on error */
2998                 if (ret) {
2999                         space_reserved = false;
3000                         goto out;
3001                 }
3002         }
3003         ret = btrfs_fallocate_update_isize(inode, offset + len, mode);
3004  out:
3005         if (ret && space_reserved)
3006                 btrfs_free_reserved_data_space(BTRFS_I(inode), data_reserved,
3007                                                alloc_start, bytes_to_reserve);
3008         extent_changeset_free(data_reserved);
3009
3010         return ret;
3011 }
3012
3013 static long btrfs_fallocate(struct file *file, int mode,
3014                             loff_t offset, loff_t len)
3015 {
3016         struct inode *inode = file_inode(file);
3017         struct extent_state *cached_state = NULL;
3018         struct extent_changeset *data_reserved = NULL;
3019         struct falloc_range *range;
3020         struct falloc_range *tmp;
3021         LIST_HEAD(reserve_list);
3022         u64 cur_offset;
3023         u64 last_byte;
3024         u64 alloc_start;
3025         u64 alloc_end;
3026         u64 alloc_hint = 0;
3027         u64 locked_end;
3028         u64 actual_end = 0;
3029         u64 data_space_needed = 0;
3030         u64 data_space_reserved = 0;
3031         u64 qgroup_reserved = 0;
3032         struct extent_map *em;
3033         int blocksize = BTRFS_I(inode)->root->fs_info->sectorsize;
3034         int ret;
3035
3036         /* Do not allow fallocate in ZONED mode */
3037         if (btrfs_is_zoned(btrfs_sb(inode->i_sb)))
3038                 return -EOPNOTSUPP;
3039
3040         alloc_start = round_down(offset, blocksize);
3041         alloc_end = round_up(offset + len, blocksize);
3042         cur_offset = alloc_start;
3043
3044         /* Make sure we aren't being give some crap mode */
3045         if (mode & ~(FALLOC_FL_KEEP_SIZE | FALLOC_FL_PUNCH_HOLE |
3046                      FALLOC_FL_ZERO_RANGE))
3047                 return -EOPNOTSUPP;
3048
3049         if (mode & FALLOC_FL_PUNCH_HOLE)
3050                 return btrfs_punch_hole(file, offset, len);
3051
3052         btrfs_inode_lock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_MMAP);
3053
3054         if (!(mode & FALLOC_FL_KEEP_SIZE) && offset + len > inode->i_size) {
3055                 ret = inode_newsize_ok(inode, offset + len);
3056                 if (ret)
3057                         goto out;
3058         }
3059
3060         ret = file_modified(file);
3061         if (ret)
3062                 goto out;
3063
3064         /*
3065          * TODO: Move these two operations after we have checked
3066          * accurate reserved space, or fallocate can still fail but
3067          * with page truncated or size expanded.
3068          *
3069          * But that's a minor problem and won't do much harm BTW.
3070          */
3071         if (alloc_start > inode->i_size) {
3072                 ret = btrfs_cont_expand(BTRFS_I(inode), i_size_read(inode),
3073                                         alloc_start);
3074                 if (ret)
3075                         goto out;
3076         } else if (offset + len > inode->i_size) {
3077                 /*
3078                  * If we are fallocating from the end of the file onward we
3079                  * need to zero out the end of the block if i_size lands in the
3080                  * middle of a block.
3081                  */
3082                 ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode), inode->i_size, 0, 0);
3083                 if (ret)
3084                         goto out;
3085         }
3086
3087         /*
3088          * We have locked the inode at the VFS level (in exclusive mode) and we
3089          * have locked the i_mmap_lock lock (in exclusive mode). Now before
3090          * locking the file range, flush all dealloc in the range and wait for
3091          * all ordered extents in the range to complete. After this we can lock
3092          * the file range and, due to the previous locking we did, we know there
3093          * can't be more delalloc or ordered extents in the range.
3094          */
3095         ret = btrfs_wait_ordered_range(inode, alloc_start,
3096                                        alloc_end - alloc_start);
3097         if (ret)
3098                 goto out;
3099
3100         if (mode & FALLOC_FL_ZERO_RANGE) {
3101                 ret = btrfs_zero_range(inode, offset, len, mode);
3102                 btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_MMAP);
3103                 return ret;
3104         }
3105
3106         locked_end = alloc_end - 1;
3107         lock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, alloc_start, locked_end,
3108                     &cached_state);
3109
3110         btrfs_assert_inode_range_clean(BTRFS_I(inode), alloc_start, locked_end);
3111
3112         /* First, check if we exceed the qgroup limit */
3113         while (cur_offset < alloc_end) {
3114                 em = btrfs_get_extent(BTRFS_I(inode), NULL, 0, cur_offset,
3115                                       alloc_end - cur_offset);
3116                 if (IS_ERR(em)) {
3117                         ret = PTR_ERR(em);
3118                         break;
3119                 }
3120                 last_byte = min(extent_map_end(em), alloc_end);
3121                 actual_end = min_t(u64, extent_map_end(em), offset + len);
3122                 last_byte = ALIGN(last_byte, blocksize);
3123                 if (em->block_start == EXTENT_MAP_HOLE ||
3124                     (cur_offset >= inode->i_size &&
3125                      !test_bit(EXTENT_FLAG_PREALLOC, &em->flags))) {
3126                         const u64 range_len = last_byte - cur_offset;
3127
3128                         ret = add_falloc_range(&reserve_list, cur_offset, range_len);
3129                         if (ret < 0) {
3130                                 free_extent_map(em);
3131                                 break;
3132                         }
3133                         ret = btrfs_qgroup_reserve_data(BTRFS_I(inode),
3134                                         &data_reserved, cur_offset, range_len);
3135                         if (ret < 0) {
3136                                 free_extent_map(em);
3137                                 break;
3138                         }
3139                         qgroup_reserved += range_len;
3140                         data_space_needed += range_len;
3141                 }
3142                 free_extent_map(em);
3143                 cur_offset = last_byte;
3144         }
3145
3146         if (!ret && data_space_needed > 0) {
3147                 /*
3148                  * We are safe to reserve space here as we can't have delalloc
3149                  * in the range, see above.
3150                  */
3151                 ret = btrfs_alloc_data_chunk_ondemand(BTRFS_I(inode),
3152                                                       data_space_needed);
3153                 if (!ret)
3154                         data_space_reserved = data_space_needed;
3155         }
3156
3157         /*
3158          * If ret is still 0, means we're OK to fallocate.
3159          * Or just cleanup the list and exit.
3160          */
3161         list_for_each_entry_safe(range, tmp, &reserve_list, list) {
3162                 if (!ret) {
3163                         ret = btrfs_prealloc_file_range(inode, mode,
3164                                         range->start,
3165                                         range->len, i_blocksize(inode),
3166                                         offset + len, &alloc_hint);
3167                         /*
3168                          * btrfs_prealloc_file_range() releases space even
3169                          * if it returns an error.
3170                          */
3171                         data_space_reserved -= range->len;
3172                         qgroup_reserved -= range->len;
3173                 } else if (data_space_reserved > 0) {
3174                         btrfs_free_reserved_data_space(BTRFS_I(inode),
3175                                                data_reserved, range->start,
3176                                                range->len);
3177                         data_space_reserved -= range->len;
3178                         qgroup_reserved -= range->len;
3179                 } else if (qgroup_reserved > 0) {
3180                         btrfs_qgroup_free_data(BTRFS_I(inode), data_reserved,
3181                                                range->start, range->len);
3182                         qgroup_reserved -= range->len;
3183                 }
3184                 list_del(&range->list);
3185                 kfree(range);
3186         }
3187         if (ret < 0)
3188                 goto out_unlock;
3189
3190         /*
3191          * We didn't need to allocate any more space, but we still extended the
3192          * size of the file so we need to update i_size and the inode item.
3193          */
3194         ret = btrfs_fallocate_update_isize(inode, actual_end, mode);
3195 out_unlock:
3196         unlock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, alloc_start, locked_end,
3197                       &cached_state);
3198 out:
3199         btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_MMAP);
3200         extent_changeset_free(data_reserved);
3201         return ret;
3202 }
3203
3204 /*
3205  * Helper for btrfs_find_delalloc_in_range(). Find a subrange in a given range
3206  * that has unflushed and/or flushing delalloc. There might be other adjacent
3207  * subranges after the one it found, so btrfs_find_delalloc_in_range() keeps
3208  * looping while it gets adjacent subranges, and merging them together.
3209  */
3210 static bool find_delalloc_subrange(struct btrfs_inode *inode, u64 start, u64 end,
3211                                    struct extent_state **cached_state,
3212                                    bool *search_io_tree,
3213                                    u64 *delalloc_start_ret, u64 *delalloc_end_ret)
3214 {
3215         u64 len = end + 1 - start;
3216         u64 delalloc_len = 0;
3217         struct btrfs_ordered_extent *oe;
3218         u64 oe_start;
3219         u64 oe_end;
3220
3221         /*
3222          * Search the io tree first for EXTENT_DELALLOC. If we find any, it
3223          * means we have delalloc (dirty pages) for which writeback has not
3224          * started yet.
3225          */
3226         if (*search_io_tree) {
3227                 spin_lock(&inode->lock);
3228                 if (inode->delalloc_bytes > 0) {
3229                         spin_unlock(&inode->lock);
3230                         *delalloc_start_ret = start;
3231                         delalloc_len = count_range_bits(&inode->io_tree,
3232                                                         delalloc_start_ret, end,
3233                                                         len, EXTENT_DELALLOC, 1,
3234                                                         cached_state);
3235                 } else {
3236                         spin_unlock(&inode->lock);
3237                 }
3238         }
3239
3240         if (delalloc_len > 0) {
3241                 /*
3242                  * If delalloc was found then *delalloc_start_ret has a sector size
3243                  * aligned value (rounded down).
3244                  */
3245                 *delalloc_end_ret = *delalloc_start_ret + delalloc_len - 1;
3246
3247                 if (*delalloc_start_ret == start) {
3248                         /* Delalloc for the whole range, nothing more to do. */
3249                         if (*delalloc_end_ret == end)
3250                                 return true;
3251                         /* Else trim our search range for ordered extents. */
3252                         start = *delalloc_end_ret + 1;
3253                         len = end + 1 - start;
3254                 }
3255         } else {
3256                 /* No delalloc, future calls don't need to search again. */
3257                 *search_io_tree = false;
3258         }
3259
3260         /*
3261          * Now also check if there's any ordered extent in the range.
3262          * We do this because:
3263          *
3264          * 1) When delalloc is flushed, the file range is locked, we clear the
3265          *    EXTENT_DELALLOC bit from the io tree and create an extent map and
3266          *    an ordered extent for the write. So we might just have been called
3267          *    after delalloc is flushed and before the ordered extent completes
3268          *    and inserts the new file extent item in the subvolume's btree;
3269          *
3270          * 2) We may have an ordered extent created by flushing delalloc for a
3271          *    subrange that starts before the subrange we found marked with
3272          *    EXTENT_DELALLOC in the io tree.
3273          *
3274          * We could also use the extent map tree to find such delalloc that is
3275          * being flushed, but using the ordered extents tree is more efficient
3276          * because it's usually much smaller as ordered extents are removed from
3277          * the tree once they complete. With the extent maps, we mau have them
3278          * in the extent map tree for a very long time, and they were either
3279          * created by previous writes or loaded by read operations.
3280          */
3281         oe = btrfs_lookup_first_ordered_range(inode, start, len);
3282         if (!oe)
3283                 return (delalloc_len > 0);
3284
3285         /* The ordered extent may span beyond our search range. */
3286         oe_start = max(oe->file_offset, start);
3287         oe_end = min(oe->file_offset + oe->num_bytes - 1, end);
3288
3289         btrfs_put_ordered_extent(oe);
3290
3291         /* Don't have unflushed delalloc, return the ordered extent range. */
3292         if (delalloc_len == 0) {
3293                 *delalloc_start_ret = oe_start;
3294                 *delalloc_end_ret = oe_end;
3295                 return true;
3296         }
3297
3298         /*
3299          * We have both unflushed delalloc (io_tree) and an ordered extent.
3300          * If the ranges are adjacent returned a combined range, otherwise
3301          * return the leftmost range.
3302          */
3303         if (oe_start < *delalloc_start_ret) {
3304                 if (oe_end < *delalloc_start_ret)
3305                         *delalloc_end_ret = oe_end;
3306                 *delalloc_start_ret = oe_start;
3307         } else if (*delalloc_end_ret + 1 == oe_start) {
3308                 *delalloc_end_ret = oe_end;
3309         }
3310
3311         return true;
3312 }
3313
3314 /*
3315  * Check if there's delalloc in a given range.
3316  *
3317  * @inode:               The inode.
3318  * @start:               The start offset of the range. It does not need to be
3319  *                       sector size aligned.
3320  * @end:                 The end offset (inclusive value) of the search range.
3321  *                       It does not need to be sector size aligned.
3322  * @cached_state:        Extent state record used for speeding up delalloc
3323  *                       searches in the inode's io_tree. Can be NULL.
3324  * @delalloc_start_ret:  Output argument, set to the start offset of the
3325  *                       subrange found with delalloc (may not be sector size
3326  *                       aligned).
3327  * @delalloc_end_ret:    Output argument, set to he end offset (inclusive value)
3328  *                       of the subrange found with delalloc.
3329  *
3330  * Returns true if a subrange with delalloc is found within the given range, and
3331  * if so it sets @delalloc_start_ret and @delalloc_end_ret with the start and
3332  * end offsets of the subrange.
3333  */
3334 bool btrfs_find_delalloc_in_range(struct btrfs_inode *inode, u64 start, u64 end,
3335                                   struct extent_state **cached_state,
3336                                   u64 *delalloc_start_ret, u64 *delalloc_end_ret)
3337 {
3338         u64 cur_offset = round_down(start, inode->root->fs_info->sectorsize);
3339         u64 prev_delalloc_end = 0;
3340         bool search_io_tree = true;
3341         bool ret = false;
3342
3343         while (cur_offset <= end) {
3344                 u64 delalloc_start;
3345                 u64 delalloc_end;
3346                 bool delalloc;
3347
3348                 delalloc = find_delalloc_subrange(inode, cur_offset, end,
3349                                                   cached_state, &search_io_tree,
3350                                                   &delalloc_start,
3351                                                   &delalloc_end);
3352                 if (!delalloc)
3353                         break;
3354
3355                 if (prev_delalloc_end == 0) {
3356                         /* First subrange found. */
3357                         *delalloc_start_ret = max(delalloc_start, start);
3358                         *delalloc_end_ret = delalloc_end;
3359                         ret = true;
3360                 } else if (delalloc_start == prev_delalloc_end + 1) {
3361                         /* Subrange adjacent to the previous one, merge them. */
3362                         *delalloc_end_ret = delalloc_end;
3363                 } else {
3364                         /* Subrange not adjacent to the previous one, exit. */
3365                         break;
3366                 }
3367
3368                 prev_delalloc_end = delalloc_end;
3369                 cur_offset = delalloc_end + 1;
3370                 cond_resched();
3371         }
3372
3373         return ret;
3374 }
3375
3376 /*
3377  * Check if there's a hole or delalloc range in a range representing a hole (or
3378  * prealloc extent) found in the inode's subvolume btree.
3379  *
3380  * @inode:      The inode.
3381  * @whence:     Seek mode (SEEK_DATA or SEEK_HOLE).
3382  * @start:      Start offset of the hole region. It does not need to be sector
3383  *              size aligned.
3384  * @end:        End offset (inclusive value) of the hole region. It does not
3385  *              need to be sector size aligned.
3386  * @start_ret:  Return parameter, used to set the start of the subrange in the
3387  *              hole that matches the search criteria (seek mode), if such
3388  *              subrange is found (return value of the function is true).
3389  *              The value returned here may not be sector size aligned.
3390  *
3391  * Returns true if a subrange matching the given seek mode is found, and if one
3392  * is found, it updates @start_ret with the start of the subrange.
3393  */
3394 static bool find_desired_extent_in_hole(struct btrfs_inode *inode, int whence,
3395                                         struct extent_state **cached_state,
3396                                         u64 start, u64 end, u64 *start_ret)
3397 {
3398         u64 delalloc_start;
3399         u64 delalloc_end;
3400         bool delalloc;
3401
3402         delalloc = btrfs_find_delalloc_in_range(inode, start, end, cached_state,
3403                                                 &delalloc_start, &delalloc_end);
3404         if (delalloc && whence == SEEK_DATA) {
3405                 *start_ret = delalloc_start;
3406                 return true;
3407         }
3408
3409         if (delalloc && whence == SEEK_HOLE) {
3410                 /*
3411                  * We found delalloc but it starts after out start offset. So we
3412                  * have a hole between our start offset and the delalloc start.
3413                  */
3414                 if (start < delalloc_start) {
3415                         *start_ret = start;
3416                         return true;
3417                 }
3418                 /*
3419                  * Delalloc range starts at our start offset.
3420                  * If the delalloc range's length is smaller than our range,
3421                  * then it means we have a hole that starts where the delalloc
3422                  * subrange ends.
3423                  */
3424                 if (delalloc_end < end) {
3425                         *start_ret = delalloc_end + 1;
3426                         return true;
3427                 }
3428
3429                 /* There's delalloc for the whole range. */
3430                 return false;
3431         }
3432
3433         if (!delalloc && whence == SEEK_HOLE) {
3434                 *start_ret = start;
3435                 return true;
3436         }
3437
3438         /*
3439          * No delalloc in the range and we are seeking for data. The caller has
3440          * to iterate to the next extent item in the subvolume btree.
3441          */
3442         return false;
3443 }
3444
3445 static loff_t find_desired_extent(struct file *file, loff_t offset, int whence)
3446 {
3447         struct btrfs_inode *inode = BTRFS_I(file->f_mapping->host);
3448         struct btrfs_file_private *private = file->private_data;
3449         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
3450         struct extent_state *cached_state = NULL;
3451         struct extent_state **delalloc_cached_state;
3452         const loff_t i_size = i_size_read(&inode->vfs_inode);
3453         const u64 ino = btrfs_ino(inode);
3454         struct btrfs_root *root = inode->root;
3455         struct btrfs_path *path;
3456         struct btrfs_key key;
3457         u64 last_extent_end;
3458         u64 lockstart;
3459         u64 lockend;
3460         u64 start;
3461         int ret;
3462         bool found = false;
3463
3464         if (i_size == 0 || offset >= i_size)
3465                 return -ENXIO;
3466
3467         /*
3468          * Quick path. If the inode has no prealloc extents and its number of
3469          * bytes used matches its i_size, then it can not have holes.
3470          */
3471         if (whence == SEEK_HOLE &&
3472             !(inode->flags & BTRFS_INODE_PREALLOC) &&
3473             inode_get_bytes(&inode->vfs_inode) == i_size)
3474                 return i_size;
3475
3476         if (!private) {
3477                 private = kzalloc(sizeof(*private), GFP_KERNEL);
3478                 /*
3479                  * No worries if memory allocation failed.
3480                  * The private structure is used only for speeding up multiple
3481                  * lseek SEEK_HOLE/DATA calls to a file when there's delalloc,
3482                  * so everything will still be correct.
3483                  */
3484                 file->private_data = private;
3485         }
3486
3487         if (private)
3488                 delalloc_cached_state = &private->llseek_cached_state;
3489         else
3490                 delalloc_cached_state = NULL;
3491
3492         /*
3493          * offset can be negative, in this case we start finding DATA/HOLE from
3494          * the very start of the file.
3495          */
3496         start = max_t(loff_t, 0, offset);
3497
3498         lockstart = round_down(start, fs_info->sectorsize);
3499         lockend = round_up(i_size, fs_info->sectorsize);
3500         if (lockend <= lockstart)
3501                 lockend = lockstart + fs_info->sectorsize;
3502         lockend--;
3503
3504         path = btrfs_alloc_path();
3505         if (!path)
3506                 return -ENOMEM;
3507         path->reada = READA_FORWARD;
3508
3509         key.objectid = ino;
3510         key.type = BTRFS_EXTENT_DATA_KEY;
3511         key.offset = start;
3512
3513         last_extent_end = lockstart;
3514
3515         lock_extent(&inode->io_tree, lockstart, lockend, &cached_state);
3516
3517         ret = btrfs_search_slot(NULL, root, &key, path, 0, 0);
3518         if (ret < 0) {
3519                 goto out;
3520         } else if (ret > 0 && path->slots[0] > 0) {
3521                 btrfs_item_key_to_cpu(path->nodes[0], &key, path->slots[0] - 1);
3522                 if (key.objectid == ino && key.type == BTRFS_EXTENT_DATA_KEY)
3523                         path->slots[0]--;
3524         }
3525
3526         while (start < i_size) {
3527                 struct extent_buffer *leaf = path->nodes[0];
3528                 struct btrfs_file_extent_item *extent;
3529                 u64 extent_end;
3530                 u8 type;
3531
3532                 if (path->slots[0] >= btrfs_header_nritems(leaf)) {
3533                         ret = btrfs_next_leaf(root, path);
3534                         if (ret < 0)
3535                                 goto out;
3536                         else if (ret > 0)
3537                                 break;
3538
3539                         leaf = path->nodes[0];
3540                 }
3541
3542                 btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &key, path->slots[0]);
3543                 if (key.objectid != ino || key.type != BTRFS_EXTENT_DATA_KEY)
3544                         break;
3545
3546                 extent_end = btrfs_file_extent_end(path);
3547
3548                 /*
3549                  * In the first iteration we may have a slot that points to an
3550                  * extent that ends before our start offset, so skip it.
3551                  */
3552                 if (extent_end <= start) {
3553                         path->slots[0]++;
3554                         continue;
3555                 }
3556
3557                 /* We have an implicit hole, NO_HOLES feature is likely set. */
3558                 if (last_extent_end < key.offset) {
3559                         u64 search_start = last_extent_end;
3560                         u64 found_start;
3561
3562                         /*
3563                          * First iteration, @start matches @offset and it's
3564                          * within the hole.
3565                          */
3566                         if (start == offset)
3567                                 search_start = offset;
3568
3569                         found = find_desired_extent_in_hole(inode, whence,
3570                                                             delalloc_cached_state,
3571                                                             search_start,
3572                                                             key.offset - 1,
3573                                                             &found_start);
3574                         if (found) {
3575                                 start = found_start;
3576                                 break;
3577                         }
3578                         /*
3579                          * Didn't find data or a hole (due to delalloc) in the
3580                          * implicit hole range, so need to analyze the extent.
3581                          */
3582                 }
3583
3584                 extent = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
3585                                         struct btrfs_file_extent_item);
3586                 type = btrfs_file_extent_type(leaf, extent);
3587
3588                 /*
3589                  * Can't access the extent's disk_bytenr field if this is an
3590                  * inline extent, since at that offset, it's where the extent
3591                  * data starts.
3592                  */
3593                 if (type == BTRFS_FILE_EXTENT_PREALLOC ||
3594                     (type == BTRFS_FILE_EXTENT_REG &&
3595                      btrfs_file_extent_disk_bytenr(leaf, extent) == 0)) {
3596                         /*
3597                          * Explicit hole or prealloc extent, search for delalloc.
3598                          * A prealloc extent is treated like a hole.
3599                          */
3600                         u64 search_start = key.offset;
3601                         u64 found_start;
3602
3603                         /*
3604                          * First iteration, @start matches @offset and it's
3605                          * within the hole.
3606                          */
3607                         if (start == offset)
3608                                 search_start = offset;
3609
3610                         found = find_desired_extent_in_hole(inode, whence,
3611                                                             delalloc_cached_state,
3612                                                             search_start,
3613                                                             extent_end - 1,
3614                                                             &found_start);
3615                         if (found) {
3616                                 start = found_start;
3617                                 break;
3618                         }
3619                         /*
3620                          * Didn't find data or a hole (due to delalloc) in the
3621                          * implicit hole range, so need to analyze the next
3622                          * extent item.
3623                          */
3624                 } else {
3625                         /*
3626                          * Found a regular or inline extent.
3627                          * If we are seeking for data, adjust the start offset
3628                          * and stop, we're done.
3629                          */
3630                         if (whence == SEEK_DATA) {
3631                                 start = max_t(u64, key.offset, offset);
3632                                 found = true;
3633                                 break;
3634                         }
3635                         /*
3636                          * Else, we are seeking for a hole, check the next file
3637                          * extent item.
3638                          */
3639                 }
3640
3641                 start = extent_end;
3642                 last_extent_end = extent_end;
3643                 path->slots[0]++;
3644                 if (fatal_signal_pending(current)) {
3645                         ret = -EINTR;
3646                         goto out;
3647                 }
3648                 cond_resched();
3649         }
3650
3651         /* We have an implicit hole from the last extent found up to i_size. */
3652         if (!found && start < i_size) {
3653                 found = find_desired_extent_in_hole(inode, whence,
3654                                                     delalloc_cached_state, start,
3655                                                     i_size - 1, &start);
3656                 if (!found)
3657                         start = i_size;
3658         }
3659
3660 out:
3661         unlock_extent(&inode->io_tree, lockstart, lockend, &cached_state);
3662         btrfs_free_path(path);
3663
3664         if (ret < 0)
3665                 return ret;
3666
3667         if (whence == SEEK_DATA && start >= i_size)
3668                 return -ENXIO;
3669
3670         return min_t(loff_t, start, i_size);
3671 }
3672
3673 static loff_t btrfs_file_llseek(struct file *file, loff_t offset, int whence)
3674 {
3675         struct inode *inode = file->f_mapping->host;
3676
3677         switch (whence) {
3678         default:
3679                 return generic_file_llseek(file, offset, whence);
3680         case SEEK_DATA:
3681         case SEEK_HOLE:
3682                 btrfs_inode_lock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_SHARED);
3683                 offset = find_desired_extent(file, offset, whence);
3684                 btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_SHARED);
3685                 break;
3686         }
3687
3688         if (offset < 0)
3689                 return offset;
3690
3691         return vfs_setpos(file, offset, inode->i_sb->s_maxbytes);
3692 }
3693
3694 static int btrfs_file_open(struct inode *inode, struct file *filp)
3695 {
3696         int ret;
3697
3698         filp->f_mode |= FMODE_NOWAIT | FMODE_BUF_RASYNC | FMODE_BUF_WASYNC |
3699                         FMODE_CAN_ODIRECT;
3700
3701         ret = fsverity_file_open(inode, filp);
3702         if (ret)
3703                 return ret;
3704         return generic_file_open(inode, filp);
3705 }
3706
3707 static int check_direct_read(struct btrfs_fs_info *fs_info,
3708                              const struct iov_iter *iter, loff_t offset)
3709 {
3710         int ret;
3711         int i, seg;
3712
3713         ret = check_direct_IO(fs_info, iter, offset);
3714         if (ret < 0)
3715                 return ret;
3716
3717         if (!iter_is_iovec(iter))
3718                 return 0;
3719
3720         for (seg = 0; seg < iter->nr_segs; seg++) {
3721                 for (i = seg + 1; i < iter->nr_segs; i++) {
3722                         const struct iovec *iov1 = iter_iov(iter) + seg;
3723                         const struct iovec *iov2 = iter_iov(iter) + i;
3724
3725                         if (iov1->iov_base == iov2->iov_base)
3726                                 return -EINVAL;
3727                 }
3728         }
3729         return 0;
3730 }
3731
3732 static ssize_t btrfs_direct_read(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *to)
3733 {
3734         struct inode *inode = file_inode(iocb->ki_filp);
3735         size_t prev_left = 0;
3736         ssize_t read = 0;
3737         ssize_t ret;
3738
3739         if (fsverity_active(inode))
3740                 return 0;
3741
3742         if (check_direct_read(btrfs_sb(inode->i_sb), to, iocb->ki_pos))
3743                 return 0;
3744
3745         btrfs_inode_lock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_SHARED);
3746 again:
3747         /*
3748          * This is similar to what we do for direct IO writes, see the comment
3749          * at btrfs_direct_write(), but we also disable page faults in addition
3750          * to disabling them only at the iov_iter level. This is because when
3751          * reading from a hole or prealloc extent, iomap calls iov_iter_zero(),
3752          * which can still trigger page fault ins despite having set ->nofault
3753          * to true of our 'to' iov_iter.
3754          *
3755          * The difference to direct IO writes is that we deadlock when trying
3756          * to lock the extent range in the inode's tree during he page reads
3757          * triggered by the fault in (while for writes it is due to waiting for
3758          * our own ordered extent). This is because for direct IO reads,
3759          * btrfs_dio_iomap_begin() returns with the extent range locked, which
3760          * is only unlocked in the endio callback (end_bio_extent_readpage()).
3761          */
3762         pagefault_disable();
3763         to->nofault = true;
3764         ret = btrfs_dio_read(iocb, to, read);
3765         to->nofault = false;
3766         pagefault_enable();
3767
3768         /* No increment (+=) because iomap returns a cumulative value. */
3769         if (ret > 0)
3770                 read = ret;
3771
3772         if (iov_iter_count(to) > 0 && (ret == -EFAULT || ret > 0)) {
3773                 const size_t left = iov_iter_count(to);
3774
3775                 if (left == prev_left) {
3776                         /*
3777                          * We didn't make any progress since the last attempt,
3778                          * fallback to a buffered read for the remainder of the
3779                          * range. This is just to avoid any possibility of looping
3780                          * for too long.
3781                          */
3782                         ret = read;
3783                 } else {
3784                         /*
3785                          * We made some progress since the last retry or this is
3786                          * the first time we are retrying. Fault in as many pages
3787                          * as possible and retry.
3788                          */
3789                         fault_in_iov_iter_writeable(to, left);
3790                         prev_left = left;
3791                         goto again;
3792                 }
3793         }
3794         btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_SHARED);
3795         return ret < 0 ? ret : read;
3796 }
3797
3798 static ssize_t btrfs_file_read_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *to)
3799 {
3800         ssize_t ret = 0;
3801
3802         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
3803                 ret = btrfs_direct_read(iocb, to);
3804                 if (ret < 0 || !iov_iter_count(to) ||
3805                     iocb->ki_pos >= i_size_read(file_inode(iocb->ki_filp)))
3806                         return ret;
3807         }
3808
3809         return filemap_read(iocb, to, ret);
3810 }
3811
3812 const struct file_operations btrfs_file_operations = {
3813         .llseek         = btrfs_file_llseek,
3814         .read_iter      = btrfs_file_read_iter,
3815         .splice_read    = filemap_splice_read,
3816         .write_iter     = btrfs_file_write_iter,
3817         .splice_write   = iter_file_splice_write,
3818         .mmap           = btrfs_file_mmap,
3819         .open           = btrfs_file_open,
3820         .release        = btrfs_release_file,
3821         .get_unmapped_area = thp_get_unmapped_area,
3822         .fsync          = btrfs_sync_file,
3823         .fallocate      = btrfs_fallocate,
3824         .unlocked_ioctl = btrfs_ioctl,
3825 #ifdef CONFIG_COMPAT
3826         .compat_ioctl   = btrfs_compat_ioctl,
3827 #endif
3828         .remap_file_range = btrfs_remap_file_range,
3829 };
3830
3831 int btrfs_fdatawrite_range(struct inode *inode, loff_t start, loff_t end)
3832 {
3833         int ret;
3834
3835         /*
3836          * So with compression we will find and lock a dirty page and clear the
3837          * first one as dirty, setup an async extent, and immediately return
3838          * with the entire range locked but with nobody actually marked with
3839          * writeback.  So we can't just filemap_write_and_wait_range() and
3840          * expect it to work since it will just kick off a thread to do the
3841          * actual work.  So we need to call filemap_fdatawrite_range _again_
3842          * since it will wait on the page lock, which won't be unlocked until
3843          * after the pages have been marked as writeback and so we're good to go
3844          * from there.  We have to do this otherwise we'll miss the ordered
3845          * extents and that results in badness.  Please Josef, do not think you
3846          * know better and pull this out at some point in the future, it is
3847          * right and you are wrong.
3848          */
3849         ret = filemap_fdatawrite_range(inode->i_mapping, start, end);
3850         if (!ret && test_bit(BTRFS_INODE_HAS_ASYNC_EXTENT,
3851                              &BTRFS_I(inode)->runtime_flags))
3852                 ret = filemap_fdatawrite_range(inode->i_mapping, start, end);
3853
3854         return ret;
3855 }