Merge tag 'for-6.1-rc3-tag' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/kdave...
[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
34 static struct kmem_cache *btrfs_inode_defrag_cachep;
35 /*
36  * when auto defrag is enabled we
37  * queue up these defrag structs to remember which
38  * inodes need defragging passes
39  */
40 struct inode_defrag {
41         struct rb_node rb_node;
42         /* objectid */
43         u64 ino;
44         /*
45          * transid where the defrag was added, we search for
46          * extents newer than this
47          */
48         u64 transid;
49
50         /* root objectid */
51         u64 root;
52
53         /*
54          * The extent size threshold for autodefrag.
55          *
56          * This value is different for compressed/non-compressed extents,
57          * thus needs to be passed from higher layer.
58          * (aka, inode_should_defrag())
59          */
60         u32 extent_thresh;
61 };
62
63 static int __compare_inode_defrag(struct inode_defrag *defrag1,
64                                   struct inode_defrag *defrag2)
65 {
66         if (defrag1->root > defrag2->root)
67                 return 1;
68         else if (defrag1->root < defrag2->root)
69                 return -1;
70         else if (defrag1->ino > defrag2->ino)
71                 return 1;
72         else if (defrag1->ino < defrag2->ino)
73                 return -1;
74         else
75                 return 0;
76 }
77
78 /* pop a record for an inode into the defrag tree.  The lock
79  * must be held already
80  *
81  * If you're inserting a record for an older transid than an
82  * existing record, the transid already in the tree is lowered
83  *
84  * If an existing record is found the defrag item you
85  * pass in is freed
86  */
87 static int __btrfs_add_inode_defrag(struct btrfs_inode *inode,
88                                     struct inode_defrag *defrag)
89 {
90         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
91         struct inode_defrag *entry;
92         struct rb_node **p;
93         struct rb_node *parent = NULL;
94         int ret;
95
96         p = &fs_info->defrag_inodes.rb_node;
97         while (*p) {
98                 parent = *p;
99                 entry = rb_entry(parent, struct inode_defrag, rb_node);
100
101                 ret = __compare_inode_defrag(defrag, entry);
102                 if (ret < 0)
103                         p = &parent->rb_left;
104                 else if (ret > 0)
105                         p = &parent->rb_right;
106                 else {
107                         /* if we're reinserting an entry for
108                          * an old defrag run, make sure to
109                          * lower the transid of our existing record
110                          */
111                         if (defrag->transid < entry->transid)
112                                 entry->transid = defrag->transid;
113                         entry->extent_thresh = min(defrag->extent_thresh,
114                                                    entry->extent_thresh);
115                         return -EEXIST;
116                 }
117         }
118         set_bit(BTRFS_INODE_IN_DEFRAG, &inode->runtime_flags);
119         rb_link_node(&defrag->rb_node, parent, p);
120         rb_insert_color(&defrag->rb_node, &fs_info->defrag_inodes);
121         return 0;
122 }
123
124 static inline int __need_auto_defrag(struct btrfs_fs_info *fs_info)
125 {
126         if (!btrfs_test_opt(fs_info, AUTO_DEFRAG))
127                 return 0;
128
129         if (btrfs_fs_closing(fs_info))
130                 return 0;
131
132         return 1;
133 }
134
135 /*
136  * insert a defrag record for this inode if auto defrag is
137  * enabled
138  */
139 int btrfs_add_inode_defrag(struct btrfs_trans_handle *trans,
140                            struct btrfs_inode *inode, u32 extent_thresh)
141 {
142         struct btrfs_root *root = inode->root;
143         struct btrfs_fs_info *fs_info = root->fs_info;
144         struct inode_defrag *defrag;
145         u64 transid;
146         int ret;
147
148         if (!__need_auto_defrag(fs_info))
149                 return 0;
150
151         if (test_bit(BTRFS_INODE_IN_DEFRAG, &inode->runtime_flags))
152                 return 0;
153
154         if (trans)
155                 transid = trans->transid;
156         else
157                 transid = inode->root->last_trans;
158
159         defrag = kmem_cache_zalloc(btrfs_inode_defrag_cachep, GFP_NOFS);
160         if (!defrag)
161                 return -ENOMEM;
162
163         defrag->ino = btrfs_ino(inode);
164         defrag->transid = transid;
165         defrag->root = root->root_key.objectid;
166         defrag->extent_thresh = extent_thresh;
167
168         spin_lock(&fs_info->defrag_inodes_lock);
169         if (!test_bit(BTRFS_INODE_IN_DEFRAG, &inode->runtime_flags)) {
170                 /*
171                  * If we set IN_DEFRAG flag and evict the inode from memory,
172                  * and then re-read this inode, this new inode doesn't have
173                  * IN_DEFRAG flag. At the case, we may find the existed defrag.
174                  */
175                 ret = __btrfs_add_inode_defrag(inode, defrag);
176                 if (ret)
177                         kmem_cache_free(btrfs_inode_defrag_cachep, defrag);
178         } else {
179                 kmem_cache_free(btrfs_inode_defrag_cachep, defrag);
180         }
181         spin_unlock(&fs_info->defrag_inodes_lock);
182         return 0;
183 }
184
185 /*
186  * pick the defragable inode that we want, if it doesn't exist, we will get
187  * the next one.
188  */
189 static struct inode_defrag *
190 btrfs_pick_defrag_inode(struct btrfs_fs_info *fs_info, u64 root, u64 ino)
191 {
192         struct inode_defrag *entry = NULL;
193         struct inode_defrag tmp;
194         struct rb_node *p;
195         struct rb_node *parent = NULL;
196         int ret;
197
198         tmp.ino = ino;
199         tmp.root = root;
200
201         spin_lock(&fs_info->defrag_inodes_lock);
202         p = fs_info->defrag_inodes.rb_node;
203         while (p) {
204                 parent = p;
205                 entry = rb_entry(parent, struct inode_defrag, rb_node);
206
207                 ret = __compare_inode_defrag(&tmp, entry);
208                 if (ret < 0)
209                         p = parent->rb_left;
210                 else if (ret > 0)
211                         p = parent->rb_right;
212                 else
213                         goto out;
214         }
215
216         if (parent && __compare_inode_defrag(&tmp, entry) > 0) {
217                 parent = rb_next(parent);
218                 if (parent)
219                         entry = rb_entry(parent, struct inode_defrag, rb_node);
220                 else
221                         entry = NULL;
222         }
223 out:
224         if (entry)
225                 rb_erase(parent, &fs_info->defrag_inodes);
226         spin_unlock(&fs_info->defrag_inodes_lock);
227         return entry;
228 }
229
230 void btrfs_cleanup_defrag_inodes(struct btrfs_fs_info *fs_info)
231 {
232         struct inode_defrag *defrag;
233         struct rb_node *node;
234
235         spin_lock(&fs_info->defrag_inodes_lock);
236         node = rb_first(&fs_info->defrag_inodes);
237         while (node) {
238                 rb_erase(node, &fs_info->defrag_inodes);
239                 defrag = rb_entry(node, struct inode_defrag, rb_node);
240                 kmem_cache_free(btrfs_inode_defrag_cachep, defrag);
241
242                 cond_resched_lock(&fs_info->defrag_inodes_lock);
243
244                 node = rb_first(&fs_info->defrag_inodes);
245         }
246         spin_unlock(&fs_info->defrag_inodes_lock);
247 }
248
249 #define BTRFS_DEFRAG_BATCH      1024
250
251 static int __btrfs_run_defrag_inode(struct btrfs_fs_info *fs_info,
252                                     struct inode_defrag *defrag)
253 {
254         struct btrfs_root *inode_root;
255         struct inode *inode;
256         struct btrfs_ioctl_defrag_range_args range;
257         int ret = 0;
258         u64 cur = 0;
259
260 again:
261         if (test_bit(BTRFS_FS_STATE_REMOUNTING, &fs_info->fs_state))
262                 goto cleanup;
263         if (!__need_auto_defrag(fs_info))
264                 goto cleanup;
265
266         /* get the inode */
267         inode_root = btrfs_get_fs_root(fs_info, defrag->root, true);
268         if (IS_ERR(inode_root)) {
269                 ret = PTR_ERR(inode_root);
270                 goto cleanup;
271         }
272
273         inode = btrfs_iget(fs_info->sb, defrag->ino, inode_root);
274         btrfs_put_root(inode_root);
275         if (IS_ERR(inode)) {
276                 ret = PTR_ERR(inode);
277                 goto cleanup;
278         }
279
280         if (cur >= i_size_read(inode)) {
281                 iput(inode);
282                 goto cleanup;
283         }
284
285         /* do a chunk of defrag */
286         clear_bit(BTRFS_INODE_IN_DEFRAG, &BTRFS_I(inode)->runtime_flags);
287         memset(&range, 0, sizeof(range));
288         range.len = (u64)-1;
289         range.start = cur;
290         range.extent_thresh = defrag->extent_thresh;
291
292         sb_start_write(fs_info->sb);
293         ret = btrfs_defrag_file(inode, NULL, &range, defrag->transid,
294                                        BTRFS_DEFRAG_BATCH);
295         sb_end_write(fs_info->sb);
296         iput(inode);
297
298         if (ret < 0)
299                 goto cleanup;
300
301         cur = max(cur + fs_info->sectorsize, range.start);
302         goto again;
303
304 cleanup:
305         kmem_cache_free(btrfs_inode_defrag_cachep, defrag);
306         return ret;
307 }
308
309 /*
310  * run through the list of inodes in the FS that need
311  * defragging
312  */
313 int btrfs_run_defrag_inodes(struct btrfs_fs_info *fs_info)
314 {
315         struct inode_defrag *defrag;
316         u64 first_ino = 0;
317         u64 root_objectid = 0;
318
319         atomic_inc(&fs_info->defrag_running);
320         while (1) {
321                 /* Pause the auto defragger. */
322                 if (test_bit(BTRFS_FS_STATE_REMOUNTING,
323                              &fs_info->fs_state))
324                         break;
325
326                 if (!__need_auto_defrag(fs_info))
327                         break;
328
329                 /* find an inode to defrag */
330                 defrag = btrfs_pick_defrag_inode(fs_info, root_objectid,
331                                                  first_ino);
332                 if (!defrag) {
333                         if (root_objectid || first_ino) {
334                                 root_objectid = 0;
335                                 first_ino = 0;
336                                 continue;
337                         } else {
338                                 break;
339                         }
340                 }
341
342                 first_ino = defrag->ino + 1;
343                 root_objectid = defrag->root;
344
345                 __btrfs_run_defrag_inode(fs_info, defrag);
346         }
347         atomic_dec(&fs_info->defrag_running);
348
349         /*
350          * during unmount, we use the transaction_wait queue to
351          * wait for the defragger to stop
352          */
353         wake_up(&fs_info->transaction_wait);
354         return 0;
355 }
356
357 /* simple helper to fault in pages and copy.  This should go away
358  * and be replaced with calls into generic code.
359  */
360 static noinline int btrfs_copy_from_user(loff_t pos, size_t write_bytes,
361                                          struct page **prepared_pages,
362                                          struct iov_iter *i)
363 {
364         size_t copied = 0;
365         size_t total_copied = 0;
366         int pg = 0;
367         int offset = offset_in_page(pos);
368
369         while (write_bytes > 0) {
370                 size_t count = min_t(size_t,
371                                      PAGE_SIZE - offset, write_bytes);
372                 struct page *page = prepared_pages[pg];
373                 /*
374                  * Copy data from userspace to the current page
375                  */
376                 copied = copy_page_from_iter_atomic(page, offset, count, i);
377
378                 /* Flush processor's dcache for this page */
379                 flush_dcache_page(page);
380
381                 /*
382                  * if we get a partial write, we can end up with
383                  * partially up to date pages.  These add
384                  * a lot of complexity, so make sure they don't
385                  * happen by forcing this copy to be retried.
386                  *
387                  * The rest of the btrfs_file_write code will fall
388                  * back to page at a time copies after we return 0.
389                  */
390                 if (unlikely(copied < count)) {
391                         if (!PageUptodate(page)) {
392                                 iov_iter_revert(i, copied);
393                                 copied = 0;
394                         }
395                         if (!copied)
396                                 break;
397                 }
398
399                 write_bytes -= copied;
400                 total_copied += copied;
401                 offset += copied;
402                 if (offset == PAGE_SIZE) {
403                         pg++;
404                         offset = 0;
405                 }
406         }
407         return total_copied;
408 }
409
410 /*
411  * unlocks pages after btrfs_file_write is done with them
412  */
413 static void btrfs_drop_pages(struct btrfs_fs_info *fs_info,
414                              struct page **pages, size_t num_pages,
415                              u64 pos, u64 copied)
416 {
417         size_t i;
418         u64 block_start = round_down(pos, fs_info->sectorsize);
419         u64 block_len = round_up(pos + copied, fs_info->sectorsize) - block_start;
420
421         ASSERT(block_len <= U32_MAX);
422         for (i = 0; i < num_pages; i++) {
423                 /* page checked is some magic around finding pages that
424                  * have been modified without going through btrfs_set_page_dirty
425                  * clear it here. There should be no need to mark the pages
426                  * accessed as prepare_pages should have marked them accessed
427                  * in prepare_pages via find_or_create_page()
428                  */
429                 btrfs_page_clamp_clear_checked(fs_info, pages[i], block_start,
430                                                block_len);
431                 unlock_page(pages[i]);
432                 put_page(pages[i]);
433         }
434 }
435
436 /*
437  * After btrfs_copy_from_user(), update the following things for delalloc:
438  * - Mark newly dirtied pages as DELALLOC in the io tree.
439  *   Used to advise which range is to be written back.
440  * - Mark modified pages as Uptodate/Dirty and not needing COW fixup
441  * - Update inode size for past EOF write
442  */
443 int btrfs_dirty_pages(struct btrfs_inode *inode, struct page **pages,
444                       size_t num_pages, loff_t pos, size_t write_bytes,
445                       struct extent_state **cached, bool noreserve)
446 {
447         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
448         int err = 0;
449         int i;
450         u64 num_bytes;
451         u64 start_pos;
452         u64 end_of_last_block;
453         u64 end_pos = pos + write_bytes;
454         loff_t isize = i_size_read(&inode->vfs_inode);
455         unsigned int extra_bits = 0;
456
457         if (write_bytes == 0)
458                 return 0;
459
460         if (noreserve)
461                 extra_bits |= EXTENT_NORESERVE;
462
463         start_pos = round_down(pos, fs_info->sectorsize);
464         num_bytes = round_up(write_bytes + pos - start_pos,
465                              fs_info->sectorsize);
466         ASSERT(num_bytes <= U32_MAX);
467
468         end_of_last_block = start_pos + num_bytes - 1;
469
470         /*
471          * The pages may have already been dirty, clear out old accounting so
472          * we can set things up properly
473          */
474         clear_extent_bit(&inode->io_tree, start_pos, end_of_last_block,
475                          EXTENT_DELALLOC | EXTENT_DO_ACCOUNTING | EXTENT_DEFRAG,
476                          cached);
477
478         err = btrfs_set_extent_delalloc(inode, start_pos, end_of_last_block,
479                                         extra_bits, cached);
480         if (err)
481                 return err;
482
483         for (i = 0; i < num_pages; i++) {
484                 struct page *p = pages[i];
485
486                 btrfs_page_clamp_set_uptodate(fs_info, p, start_pos, num_bytes);
487                 btrfs_page_clamp_clear_checked(fs_info, p, start_pos, num_bytes);
488                 btrfs_page_clamp_set_dirty(fs_info, p, start_pos, num_bytes);
489         }
490
491         /*
492          * we've only changed i_size in ram, and we haven't updated
493          * the disk i_size.  There is no need to log the inode
494          * at this time.
495          */
496         if (end_pos > isize)
497                 i_size_write(&inode->vfs_inode, end_pos);
498         return 0;
499 }
500
501 /*
502  * this is very complex, but the basic idea is to drop all extents
503  * in the range start - end.  hint_block is filled in with a block number
504  * that would be a good hint to the block allocator for this file.
505  *
506  * If an extent intersects the range but is not entirely inside the range
507  * it is either truncated or split.  Anything entirely inside the range
508  * is deleted from the tree.
509  *
510  * Note: the VFS' inode number of bytes is not updated, it's up to the caller
511  * to deal with that. We set the field 'bytes_found' of the arguments structure
512  * with the number of allocated bytes found in the target range, so that the
513  * caller can update the inode's number of bytes in an atomic way when
514  * replacing extents in a range to avoid races with stat(2).
515  */
516 int btrfs_drop_extents(struct btrfs_trans_handle *trans,
517                        struct btrfs_root *root, struct btrfs_inode *inode,
518                        struct btrfs_drop_extents_args *args)
519 {
520         struct btrfs_fs_info *fs_info = root->fs_info;
521         struct extent_buffer *leaf;
522         struct btrfs_file_extent_item *fi;
523         struct btrfs_ref ref = { 0 };
524         struct btrfs_key key;
525         struct btrfs_key new_key;
526         u64 ino = btrfs_ino(inode);
527         u64 search_start = args->start;
528         u64 disk_bytenr = 0;
529         u64 num_bytes = 0;
530         u64 extent_offset = 0;
531         u64 extent_end = 0;
532         u64 last_end = args->start;
533         int del_nr = 0;
534         int del_slot = 0;
535         int extent_type;
536         int recow;
537         int ret;
538         int modify_tree = -1;
539         int update_refs;
540         int found = 0;
541         struct btrfs_path *path = args->path;
542
543         args->bytes_found = 0;
544         args->extent_inserted = false;
545
546         /* Must always have a path if ->replace_extent is true */
547         ASSERT(!(args->replace_extent && !args->path));
548
549         if (!path) {
550                 path = btrfs_alloc_path();
551                 if (!path) {
552                         ret = -ENOMEM;
553                         goto out;
554                 }
555         }
556
557         if (args->drop_cache)
558                 btrfs_drop_extent_map_range(inode, args->start, args->end - 1, false);
559
560         if (args->start >= inode->disk_i_size && !args->replace_extent)
561                 modify_tree = 0;
562
563         update_refs = (root->root_key.objectid != BTRFS_TREE_LOG_OBJECTID);
564         while (1) {
565                 recow = 0;
566                 ret = btrfs_lookup_file_extent(trans, root, path, ino,
567                                                search_start, modify_tree);
568                 if (ret < 0)
569                         break;
570                 if (ret > 0 && path->slots[0] > 0 && search_start == args->start) {
571                         leaf = path->nodes[0];
572                         btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &key, path->slots[0] - 1);
573                         if (key.objectid == ino &&
574                             key.type == BTRFS_EXTENT_DATA_KEY)
575                                 path->slots[0]--;
576                 }
577                 ret = 0;
578 next_slot:
579                 leaf = path->nodes[0];
580                 if (path->slots[0] >= btrfs_header_nritems(leaf)) {
581                         BUG_ON(del_nr > 0);
582                         ret = btrfs_next_leaf(root, path);
583                         if (ret < 0)
584                                 break;
585                         if (ret > 0) {
586                                 ret = 0;
587                                 break;
588                         }
589                         leaf = path->nodes[0];
590                         recow = 1;
591                 }
592
593                 btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &key, path->slots[0]);
594
595                 if (key.objectid > ino)
596                         break;
597                 if (WARN_ON_ONCE(key.objectid < ino) ||
598                     key.type < BTRFS_EXTENT_DATA_KEY) {
599                         ASSERT(del_nr == 0);
600                         path->slots[0]++;
601                         goto next_slot;
602                 }
603                 if (key.type > BTRFS_EXTENT_DATA_KEY || key.offset >= args->end)
604                         break;
605
606                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
607                                     struct btrfs_file_extent_item);
608                 extent_type = btrfs_file_extent_type(leaf, fi);
609
610                 if (extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_REG ||
611                     extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_PREALLOC) {
612                         disk_bytenr = btrfs_file_extent_disk_bytenr(leaf, fi);
613                         num_bytes = btrfs_file_extent_disk_num_bytes(leaf, fi);
614                         extent_offset = btrfs_file_extent_offset(leaf, fi);
615                         extent_end = key.offset +
616                                 btrfs_file_extent_num_bytes(leaf, fi);
617                 } else if (extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_INLINE) {
618                         extent_end = key.offset +
619                                 btrfs_file_extent_ram_bytes(leaf, fi);
620                 } else {
621                         /* can't happen */
622                         BUG();
623                 }
624
625                 /*
626                  * Don't skip extent items representing 0 byte lengths. They
627                  * used to be created (bug) if while punching holes we hit
628                  * -ENOSPC condition. So if we find one here, just ensure we
629                  * delete it, otherwise we would insert a new file extent item
630                  * with the same key (offset) as that 0 bytes length file
631                  * extent item in the call to setup_items_for_insert() later
632                  * in this function.
633                  */
634                 if (extent_end == key.offset && extent_end >= search_start) {
635                         last_end = extent_end;
636                         goto delete_extent_item;
637                 }
638
639                 if (extent_end <= search_start) {
640                         path->slots[0]++;
641                         goto next_slot;
642                 }
643
644                 found = 1;
645                 search_start = max(key.offset, args->start);
646                 if (recow || !modify_tree) {
647                         modify_tree = -1;
648                         btrfs_release_path(path);
649                         continue;
650                 }
651
652                 /*
653                  *     | - range to drop - |
654                  *  | -------- extent -------- |
655                  */
656                 if (args->start > key.offset && args->end < extent_end) {
657                         BUG_ON(del_nr > 0);
658                         if (extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_INLINE) {
659                                 ret = -EOPNOTSUPP;
660                                 break;
661                         }
662
663                         memcpy(&new_key, &key, sizeof(new_key));
664                         new_key.offset = args->start;
665                         ret = btrfs_duplicate_item(trans, root, path,
666                                                    &new_key);
667                         if (ret == -EAGAIN) {
668                                 btrfs_release_path(path);
669                                 continue;
670                         }
671                         if (ret < 0)
672                                 break;
673
674                         leaf = path->nodes[0];
675                         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0] - 1,
676                                             struct btrfs_file_extent_item);
677                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
678                                                         args->start - key.offset);
679
680                         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
681                                             struct btrfs_file_extent_item);
682
683                         extent_offset += args->start - key.offset;
684                         btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi, extent_offset);
685                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
686                                                         extent_end - args->start);
687                         btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
688
689                         if (update_refs && disk_bytenr > 0) {
690                                 btrfs_init_generic_ref(&ref,
691                                                 BTRFS_ADD_DELAYED_REF,
692                                                 disk_bytenr, num_bytes, 0);
693                                 btrfs_init_data_ref(&ref,
694                                                 root->root_key.objectid,
695                                                 new_key.objectid,
696                                                 args->start - extent_offset,
697                                                 0, false);
698                                 ret = btrfs_inc_extent_ref(trans, &ref);
699                                 BUG_ON(ret); /* -ENOMEM */
700                         }
701                         key.offset = args->start;
702                 }
703                 /*
704                  * From here on out we will have actually dropped something, so
705                  * last_end can be updated.
706                  */
707                 last_end = extent_end;
708
709                 /*
710                  *  | ---- range to drop ----- |
711                  *      | -------- extent -------- |
712                  */
713                 if (args->start <= key.offset && args->end < extent_end) {
714                         if (extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_INLINE) {
715                                 ret = -EOPNOTSUPP;
716                                 break;
717                         }
718
719                         memcpy(&new_key, &key, sizeof(new_key));
720                         new_key.offset = args->end;
721                         btrfs_set_item_key_safe(fs_info, path, &new_key);
722
723                         extent_offset += args->end - key.offset;
724                         btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi, extent_offset);
725                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
726                                                         extent_end - args->end);
727                         btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
728                         if (update_refs && disk_bytenr > 0)
729                                 args->bytes_found += args->end - key.offset;
730                         break;
731                 }
732
733                 search_start = extent_end;
734                 /*
735                  *       | ---- range to drop ----- |
736                  *  | -------- extent -------- |
737                  */
738                 if (args->start > key.offset && args->end >= extent_end) {
739                         BUG_ON(del_nr > 0);
740                         if (extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_INLINE) {
741                                 ret = -EOPNOTSUPP;
742                                 break;
743                         }
744
745                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
746                                                         args->start - key.offset);
747                         btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
748                         if (update_refs && disk_bytenr > 0)
749                                 args->bytes_found += extent_end - args->start;
750                         if (args->end == extent_end)
751                                 break;
752
753                         path->slots[0]++;
754                         goto next_slot;
755                 }
756
757                 /*
758                  *  | ---- range to drop ----- |
759                  *    | ------ extent ------ |
760                  */
761                 if (args->start <= key.offset && args->end >= extent_end) {
762 delete_extent_item:
763                         if (del_nr == 0) {
764                                 del_slot = path->slots[0];
765                                 del_nr = 1;
766                         } else {
767                                 BUG_ON(del_slot + del_nr != path->slots[0]);
768                                 del_nr++;
769                         }
770
771                         if (update_refs &&
772                             extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_INLINE) {
773                                 args->bytes_found += extent_end - key.offset;
774                                 extent_end = ALIGN(extent_end,
775                                                    fs_info->sectorsize);
776                         } else if (update_refs && disk_bytenr > 0) {
777                                 btrfs_init_generic_ref(&ref,
778                                                 BTRFS_DROP_DELAYED_REF,
779                                                 disk_bytenr, num_bytes, 0);
780                                 btrfs_init_data_ref(&ref,
781                                                 root->root_key.objectid,
782                                                 key.objectid,
783                                                 key.offset - extent_offset, 0,
784                                                 false);
785                                 ret = btrfs_free_extent(trans, &ref);
786                                 BUG_ON(ret); /* -ENOMEM */
787                                 args->bytes_found += extent_end - key.offset;
788                         }
789
790                         if (args->end == extent_end)
791                                 break;
792
793                         if (path->slots[0] + 1 < btrfs_header_nritems(leaf)) {
794                                 path->slots[0]++;
795                                 goto next_slot;
796                         }
797
798                         ret = btrfs_del_items(trans, root, path, del_slot,
799                                               del_nr);
800                         if (ret) {
801                                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
802                                 break;
803                         }
804
805                         del_nr = 0;
806                         del_slot = 0;
807
808                         btrfs_release_path(path);
809                         continue;
810                 }
811
812                 BUG();
813         }
814
815         if (!ret && del_nr > 0) {
816                 /*
817                  * Set path->slots[0] to first slot, so that after the delete
818                  * if items are move off from our leaf to its immediate left or
819                  * right neighbor leafs, we end up with a correct and adjusted
820                  * path->slots[0] for our insertion (if args->replace_extent).
821                  */
822                 path->slots[0] = del_slot;
823                 ret = btrfs_del_items(trans, root, path, del_slot, del_nr);
824                 if (ret)
825                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
826         }
827
828         leaf = path->nodes[0];
829         /*
830          * If btrfs_del_items() was called, it might have deleted a leaf, in
831          * which case it unlocked our path, so check path->locks[0] matches a
832          * write lock.
833          */
834         if (!ret && args->replace_extent &&
835             path->locks[0] == BTRFS_WRITE_LOCK &&
836             btrfs_leaf_free_space(leaf) >=
837             sizeof(struct btrfs_item) + args->extent_item_size) {
838
839                 key.objectid = ino;
840                 key.type = BTRFS_EXTENT_DATA_KEY;
841                 key.offset = args->start;
842                 if (!del_nr && path->slots[0] < btrfs_header_nritems(leaf)) {
843                         struct btrfs_key slot_key;
844
845                         btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &slot_key, path->slots[0]);
846                         if (btrfs_comp_cpu_keys(&key, &slot_key) > 0)
847                                 path->slots[0]++;
848                 }
849                 btrfs_setup_item_for_insert(root, path, &key, args->extent_item_size);
850                 args->extent_inserted = true;
851         }
852
853         if (!args->path)
854                 btrfs_free_path(path);
855         else if (!args->extent_inserted)
856                 btrfs_release_path(path);
857 out:
858         args->drop_end = found ? min(args->end, last_end) : args->end;
859
860         return ret;
861 }
862
863 static int extent_mergeable(struct extent_buffer *leaf, int slot,
864                             u64 objectid, u64 bytenr, u64 orig_offset,
865                             u64 *start, u64 *end)
866 {
867         struct btrfs_file_extent_item *fi;
868         struct btrfs_key key;
869         u64 extent_end;
870
871         if (slot < 0 || slot >= btrfs_header_nritems(leaf))
872                 return 0;
873
874         btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &key, slot);
875         if (key.objectid != objectid || key.type != BTRFS_EXTENT_DATA_KEY)
876                 return 0;
877
878         fi = btrfs_item_ptr(leaf, slot, struct btrfs_file_extent_item);
879         if (btrfs_file_extent_type(leaf, fi) != BTRFS_FILE_EXTENT_REG ||
880             btrfs_file_extent_disk_bytenr(leaf, fi) != bytenr ||
881             btrfs_file_extent_offset(leaf, fi) != key.offset - orig_offset ||
882             btrfs_file_extent_compression(leaf, fi) ||
883             btrfs_file_extent_encryption(leaf, fi) ||
884             btrfs_file_extent_other_encoding(leaf, fi))
885                 return 0;
886
887         extent_end = key.offset + btrfs_file_extent_num_bytes(leaf, fi);
888         if ((*start && *start != key.offset) || (*end && *end != extent_end))
889                 return 0;
890
891         *start = key.offset;
892         *end = extent_end;
893         return 1;
894 }
895
896 /*
897  * Mark extent in the range start - end as written.
898  *
899  * This changes extent type from 'pre-allocated' to 'regular'. If only
900  * part of extent is marked as written, the extent will be split into
901  * two or three.
902  */
903 int btrfs_mark_extent_written(struct btrfs_trans_handle *trans,
904                               struct btrfs_inode *inode, u64 start, u64 end)
905 {
906         struct btrfs_fs_info *fs_info = trans->fs_info;
907         struct btrfs_root *root = inode->root;
908         struct extent_buffer *leaf;
909         struct btrfs_path *path;
910         struct btrfs_file_extent_item *fi;
911         struct btrfs_ref ref = { 0 };
912         struct btrfs_key key;
913         struct btrfs_key new_key;
914         u64 bytenr;
915         u64 num_bytes;
916         u64 extent_end;
917         u64 orig_offset;
918         u64 other_start;
919         u64 other_end;
920         u64 split;
921         int del_nr = 0;
922         int del_slot = 0;
923         int recow;
924         int ret = 0;
925         u64 ino = btrfs_ino(inode);
926
927         path = btrfs_alloc_path();
928         if (!path)
929                 return -ENOMEM;
930 again:
931         recow = 0;
932         split = start;
933         key.objectid = ino;
934         key.type = BTRFS_EXTENT_DATA_KEY;
935         key.offset = split;
936
937         ret = btrfs_search_slot(trans, root, &key, path, -1, 1);
938         if (ret < 0)
939                 goto out;
940         if (ret > 0 && path->slots[0] > 0)
941                 path->slots[0]--;
942
943         leaf = path->nodes[0];
944         btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &key, path->slots[0]);
945         if (key.objectid != ino ||
946             key.type != BTRFS_EXTENT_DATA_KEY) {
947                 ret = -EINVAL;
948                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
949                 goto out;
950         }
951         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
952                             struct btrfs_file_extent_item);
953         if (btrfs_file_extent_type(leaf, fi) != BTRFS_FILE_EXTENT_PREALLOC) {
954                 ret = -EINVAL;
955                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
956                 goto out;
957         }
958         extent_end = key.offset + btrfs_file_extent_num_bytes(leaf, fi);
959         if (key.offset > start || extent_end < end) {
960                 ret = -EINVAL;
961                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
962                 goto out;
963         }
964
965         bytenr = btrfs_file_extent_disk_bytenr(leaf, fi);
966         num_bytes = btrfs_file_extent_disk_num_bytes(leaf, fi);
967         orig_offset = key.offset - btrfs_file_extent_offset(leaf, fi);
968         memcpy(&new_key, &key, sizeof(new_key));
969
970         if (start == key.offset && end < extent_end) {
971                 other_start = 0;
972                 other_end = start;
973                 if (extent_mergeable(leaf, path->slots[0] - 1,
974                                      ino, bytenr, orig_offset,
975                                      &other_start, &other_end)) {
976                         new_key.offset = end;
977                         btrfs_set_item_key_safe(fs_info, path, &new_key);
978                         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
979                                             struct btrfs_file_extent_item);
980                         btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi,
981                                                          trans->transid);
982                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
983                                                         extent_end - end);
984                         btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi,
985                                                      end - orig_offset);
986                         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0] - 1,
987                                             struct btrfs_file_extent_item);
988                         btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi,
989                                                          trans->transid);
990                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
991                                                         end - other_start);
992                         btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
993                         goto out;
994                 }
995         }
996
997         if (start > key.offset && end == extent_end) {
998                 other_start = end;
999                 other_end = 0;
1000                 if (extent_mergeable(leaf, path->slots[0] + 1,
1001                                      ino, bytenr, orig_offset,
1002                                      &other_start, &other_end)) {
1003                         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
1004                                             struct btrfs_file_extent_item);
1005                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
1006                                                         start - key.offset);
1007                         btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi,
1008                                                          trans->transid);
1009                         path->slots[0]++;
1010                         new_key.offset = start;
1011                         btrfs_set_item_key_safe(fs_info, path, &new_key);
1012
1013                         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
1014                                             struct btrfs_file_extent_item);
1015                         btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi,
1016                                                          trans->transid);
1017                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
1018                                                         other_end - start);
1019                         btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi,
1020                                                      start - orig_offset);
1021                         btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
1022                         goto out;
1023                 }
1024         }
1025
1026         while (start > key.offset || end < extent_end) {
1027                 if (key.offset == start)
1028                         split = end;
1029
1030                 new_key.offset = split;
1031                 ret = btrfs_duplicate_item(trans, root, path, &new_key);
1032                 if (ret == -EAGAIN) {
1033                         btrfs_release_path(path);
1034                         goto again;
1035                 }
1036                 if (ret < 0) {
1037                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
1038                         goto out;
1039                 }
1040
1041                 leaf = path->nodes[0];
1042                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0] - 1,
1043                                     struct btrfs_file_extent_item);
1044                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi, trans->transid);
1045                 btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
1046                                                 split - key.offset);
1047
1048                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
1049                                     struct btrfs_file_extent_item);
1050
1051                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi, trans->transid);
1052                 btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi, split - orig_offset);
1053                 btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
1054                                                 extent_end - split);
1055                 btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
1056
1057                 btrfs_init_generic_ref(&ref, BTRFS_ADD_DELAYED_REF, bytenr,
1058                                        num_bytes, 0);
1059                 btrfs_init_data_ref(&ref, root->root_key.objectid, ino,
1060                                     orig_offset, 0, false);
1061                 ret = btrfs_inc_extent_ref(trans, &ref);
1062                 if (ret) {
1063                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
1064                         goto out;
1065                 }
1066
1067                 if (split == start) {
1068                         key.offset = start;
1069                 } else {
1070                         if (start != key.offset) {
1071                                 ret = -EINVAL;
1072                                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
1073                                 goto out;
1074                         }
1075                         path->slots[0]--;
1076                         extent_end = end;
1077                 }
1078                 recow = 1;
1079         }
1080
1081         other_start = end;
1082         other_end = 0;
1083         btrfs_init_generic_ref(&ref, BTRFS_DROP_DELAYED_REF, bytenr,
1084                                num_bytes, 0);
1085         btrfs_init_data_ref(&ref, root->root_key.objectid, ino, orig_offset,
1086                             0, false);
1087         if (extent_mergeable(leaf, path->slots[0] + 1,
1088                              ino, bytenr, orig_offset,
1089                              &other_start, &other_end)) {
1090                 if (recow) {
1091                         btrfs_release_path(path);
1092                         goto again;
1093                 }
1094                 extent_end = other_end;
1095                 del_slot = path->slots[0] + 1;
1096                 del_nr++;
1097                 ret = btrfs_free_extent(trans, &ref);
1098                 if (ret) {
1099                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
1100                         goto out;
1101                 }
1102         }
1103         other_start = 0;
1104         other_end = start;
1105         if (extent_mergeable(leaf, path->slots[0] - 1,
1106                              ino, bytenr, orig_offset,
1107                              &other_start, &other_end)) {
1108                 if (recow) {
1109                         btrfs_release_path(path);
1110                         goto again;
1111                 }
1112                 key.offset = other_start;
1113                 del_slot = path->slots[0];
1114                 del_nr++;
1115                 ret = btrfs_free_extent(trans, &ref);
1116                 if (ret) {
1117                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
1118                         goto out;
1119                 }
1120         }
1121         if (del_nr == 0) {
1122                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
1123                            struct btrfs_file_extent_item);
1124                 btrfs_set_file_extent_type(leaf, fi,
1125                                            BTRFS_FILE_EXTENT_REG);
1126                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi, trans->transid);
1127                 btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
1128         } else {
1129                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, del_slot - 1,
1130                            struct btrfs_file_extent_item);
1131                 btrfs_set_file_extent_type(leaf, fi,
1132                                            BTRFS_FILE_EXTENT_REG);
1133                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi, trans->transid);
1134                 btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
1135                                                 extent_end - key.offset);
1136                 btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
1137
1138                 ret = btrfs_del_items(trans, root, path, del_slot, del_nr);
1139                 if (ret < 0) {
1140                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
1141                         goto out;
1142                 }
1143         }
1144 out:
1145         btrfs_free_path(path);
1146         return ret;
1147 }
1148
1149 /*
1150  * on error we return an unlocked page and the error value
1151  * on success we return a locked page and 0
1152  */
1153 static int prepare_uptodate_page(struct inode *inode,
1154                                  struct page *page, u64 pos,
1155                                  bool force_uptodate)
1156 {
1157         struct folio *folio = page_folio(page);
1158         int ret = 0;
1159
1160         if (((pos & (PAGE_SIZE - 1)) || force_uptodate) &&
1161             !PageUptodate(page)) {
1162                 ret = btrfs_read_folio(NULL, folio);
1163                 if (ret)
1164                         return ret;
1165                 lock_page(page);
1166                 if (!PageUptodate(page)) {
1167                         unlock_page(page);
1168                         return -EIO;
1169                 }
1170
1171                 /*
1172                  * Since btrfs_read_folio() will unlock the folio before it
1173                  * returns, there is a window where btrfs_release_folio() can be
1174                  * called to release the page.  Here we check both inode
1175                  * mapping and PagePrivate() to make sure the page was not
1176                  * released.
1177                  *
1178                  * The private flag check is essential for subpage as we need
1179                  * to store extra bitmap using page->private.
1180                  */
1181                 if (page->mapping != inode->i_mapping || !PagePrivate(page)) {
1182                         unlock_page(page);
1183                         return -EAGAIN;
1184                 }
1185         }
1186         return 0;
1187 }
1188
1189 static unsigned int get_prepare_fgp_flags(bool nowait)
1190 {
1191         unsigned int fgp_flags = FGP_LOCK | FGP_ACCESSED | FGP_CREAT;
1192
1193         if (nowait)
1194                 fgp_flags |= FGP_NOWAIT;
1195
1196         return fgp_flags;
1197 }
1198
1199 static gfp_t get_prepare_gfp_flags(struct inode *inode, bool nowait)
1200 {
1201         gfp_t gfp;
1202
1203         gfp = btrfs_alloc_write_mask(inode->i_mapping);
1204         if (nowait) {
1205                 gfp &= ~__GFP_DIRECT_RECLAIM;
1206                 gfp |= GFP_NOWAIT;
1207         }
1208
1209         return gfp;
1210 }
1211
1212 /*
1213  * this just gets pages into the page cache and locks them down.
1214  */
1215 static noinline int prepare_pages(struct inode *inode, struct page **pages,
1216                                   size_t num_pages, loff_t pos,
1217                                   size_t write_bytes, bool force_uptodate,
1218                                   bool nowait)
1219 {
1220         int i;
1221         unsigned long index = pos >> PAGE_SHIFT;
1222         gfp_t mask = get_prepare_gfp_flags(inode, nowait);
1223         unsigned int fgp_flags = get_prepare_fgp_flags(nowait);
1224         int err = 0;
1225         int faili;
1226
1227         for (i = 0; i < num_pages; i++) {
1228 again:
1229                 pages[i] = pagecache_get_page(inode->i_mapping, index + i,
1230                                               fgp_flags, mask | __GFP_WRITE);
1231                 if (!pages[i]) {
1232                         faili = i - 1;
1233                         if (nowait)
1234                                 err = -EAGAIN;
1235                         else
1236                                 err = -ENOMEM;
1237                         goto fail;
1238                 }
1239
1240                 err = set_page_extent_mapped(pages[i]);
1241                 if (err < 0) {
1242                         faili = i;
1243                         goto fail;
1244                 }
1245
1246                 if (i == 0)
1247                         err = prepare_uptodate_page(inode, pages[i], pos,
1248                                                     force_uptodate);
1249                 if (!err && i == num_pages - 1)
1250                         err = prepare_uptodate_page(inode, pages[i],
1251                                                     pos + write_bytes, false);
1252                 if (err) {
1253                         put_page(pages[i]);
1254                         if (!nowait && err == -EAGAIN) {
1255                                 err = 0;
1256                                 goto again;
1257                         }
1258                         faili = i - 1;
1259                         goto fail;
1260                 }
1261                 wait_on_page_writeback(pages[i]);
1262         }
1263
1264         return 0;
1265 fail:
1266         while (faili >= 0) {
1267                 unlock_page(pages[faili]);
1268                 put_page(pages[faili]);
1269                 faili--;
1270         }
1271         return err;
1272
1273 }
1274
1275 /*
1276  * This function locks the extent and properly waits for data=ordered extents
1277  * to finish before allowing the pages to be modified if need.
1278  *
1279  * The return value:
1280  * 1 - the extent is locked
1281  * 0 - the extent is not locked, and everything is OK
1282  * -EAGAIN - need re-prepare the pages
1283  * the other < 0 number - Something wrong happens
1284  */
1285 static noinline int
1286 lock_and_cleanup_extent_if_need(struct btrfs_inode *inode, struct page **pages,
1287                                 size_t num_pages, loff_t pos,
1288                                 size_t write_bytes,
1289                                 u64 *lockstart, u64 *lockend, bool nowait,
1290                                 struct extent_state **cached_state)
1291 {
1292         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
1293         u64 start_pos;
1294         u64 last_pos;
1295         int i;
1296         int ret = 0;
1297
1298         start_pos = round_down(pos, fs_info->sectorsize);
1299         last_pos = round_up(pos + write_bytes, fs_info->sectorsize) - 1;
1300
1301         if (start_pos < inode->vfs_inode.i_size) {
1302                 struct btrfs_ordered_extent *ordered;
1303
1304                 if (nowait) {
1305                         if (!try_lock_extent(&inode->io_tree, start_pos, last_pos)) {
1306                                 for (i = 0; i < num_pages; i++) {
1307                                         unlock_page(pages[i]);
1308                                         put_page(pages[i]);
1309                                         pages[i] = NULL;
1310                                 }
1311
1312                                 return -EAGAIN;
1313                         }
1314                 } else {
1315                         lock_extent(&inode->io_tree, start_pos, last_pos, cached_state);
1316                 }
1317
1318                 ordered = btrfs_lookup_ordered_range(inode, start_pos,
1319                                                      last_pos - start_pos + 1);
1320                 if (ordered &&
1321                     ordered->file_offset + ordered->num_bytes > start_pos &&
1322                     ordered->file_offset <= last_pos) {
1323                         unlock_extent(&inode->io_tree, start_pos, last_pos,
1324                                       cached_state);
1325                         for (i = 0; i < num_pages; i++) {
1326                                 unlock_page(pages[i]);
1327                                 put_page(pages[i]);
1328                         }
1329                         btrfs_start_ordered_extent(ordered, 1);
1330                         btrfs_put_ordered_extent(ordered);
1331                         return -EAGAIN;
1332                 }
1333                 if (ordered)
1334                         btrfs_put_ordered_extent(ordered);
1335
1336                 *lockstart = start_pos;
1337                 *lockend = last_pos;
1338                 ret = 1;
1339         }
1340
1341         /*
1342          * We should be called after prepare_pages() which should have locked
1343          * all pages in the range.
1344          */
1345         for (i = 0; i < num_pages; i++)
1346                 WARN_ON(!PageLocked(pages[i]));
1347
1348         return ret;
1349 }
1350
1351 /*
1352  * Check if we can do nocow write into the range [@pos, @pos + @write_bytes)
1353  *
1354  * @pos:         File offset.
1355  * @write_bytes: The length to write, will be updated to the nocow writeable
1356  *               range.
1357  *
1358  * This function will flush ordered extents in the range to ensure proper
1359  * nocow checks.
1360  *
1361  * Return:
1362  * > 0          If we can nocow, and updates @write_bytes.
1363  *  0           If we can't do a nocow write.
1364  * -EAGAIN      If we can't do a nocow write because snapshoting of the inode's
1365  *              root is in progress.
1366  * < 0          If an error happened.
1367  *
1368  * NOTE: Callers need to call btrfs_check_nocow_unlock() if we return > 0.
1369  */
1370 int btrfs_check_nocow_lock(struct btrfs_inode *inode, loff_t pos,
1371                            size_t *write_bytes, bool nowait)
1372 {
1373         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
1374         struct btrfs_root *root = inode->root;
1375         u64 lockstart, lockend;
1376         u64 num_bytes;
1377         int ret;
1378
1379         if (!(inode->flags & (BTRFS_INODE_NODATACOW | BTRFS_INODE_PREALLOC)))
1380                 return 0;
1381
1382         if (!btrfs_drew_try_write_lock(&root->snapshot_lock))
1383                 return -EAGAIN;
1384
1385         lockstart = round_down(pos, fs_info->sectorsize);
1386         lockend = round_up(pos + *write_bytes,
1387                            fs_info->sectorsize) - 1;
1388         num_bytes = lockend - lockstart + 1;
1389
1390         if (nowait) {
1391                 if (!btrfs_try_lock_ordered_range(inode, lockstart, lockend)) {
1392                         btrfs_drew_write_unlock(&root->snapshot_lock);
1393                         return -EAGAIN;
1394                 }
1395         } else {
1396                 btrfs_lock_and_flush_ordered_range(inode, lockstart, lockend, NULL);
1397         }
1398         ret = can_nocow_extent(&inode->vfs_inode, lockstart, &num_bytes,
1399                         NULL, NULL, NULL, nowait, false);
1400         if (ret <= 0)
1401                 btrfs_drew_write_unlock(&root->snapshot_lock);
1402         else
1403                 *write_bytes = min_t(size_t, *write_bytes ,
1404                                      num_bytes - pos + lockstart);
1405         unlock_extent(&inode->io_tree, lockstart, lockend, NULL);
1406
1407         return ret;
1408 }
1409
1410 void btrfs_check_nocow_unlock(struct btrfs_inode *inode)
1411 {
1412         btrfs_drew_write_unlock(&inode->root->snapshot_lock);
1413 }
1414
1415 static void update_time_for_write(struct inode *inode)
1416 {
1417         struct timespec64 now;
1418
1419         if (IS_NOCMTIME(inode))
1420                 return;
1421
1422         now = current_time(inode);
1423         if (!timespec64_equal(&inode->i_mtime, &now))
1424                 inode->i_mtime = now;
1425
1426         if (!timespec64_equal(&inode->i_ctime, &now))
1427                 inode->i_ctime = now;
1428
1429         if (IS_I_VERSION(inode))
1430                 inode_inc_iversion(inode);
1431 }
1432
1433 static int btrfs_write_check(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from,
1434                              size_t count)
1435 {
1436         struct file *file = iocb->ki_filp;
1437         struct inode *inode = file_inode(file);
1438         struct btrfs_fs_info *fs_info = btrfs_sb(inode->i_sb);
1439         loff_t pos = iocb->ki_pos;
1440         int ret;
1441         loff_t oldsize;
1442         loff_t start_pos;
1443
1444         /*
1445          * Quickly bail out on NOWAIT writes if we don't have the nodatacow or
1446          * prealloc flags, as without those flags we always have to COW. We will
1447          * later check if we can really COW into the target range (using
1448          * can_nocow_extent() at btrfs_get_blocks_direct_write()).
1449          */
1450         if ((iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) &&
1451             !(BTRFS_I(inode)->flags & (BTRFS_INODE_NODATACOW | BTRFS_INODE_PREALLOC)))
1452                 return -EAGAIN;
1453
1454         current->backing_dev_info = inode_to_bdi(inode);
1455         ret = file_remove_privs(file);
1456         if (ret)
1457                 return ret;
1458
1459         /*
1460          * We reserve space for updating the inode when we reserve space for the
1461          * extent we are going to write, so we will enospc out there.  We don't
1462          * need to start yet another transaction to update the inode as we will
1463          * update the inode when we finish writing whatever data we write.
1464          */
1465         update_time_for_write(inode);
1466
1467         start_pos = round_down(pos, fs_info->sectorsize);
1468         oldsize = i_size_read(inode);
1469         if (start_pos > oldsize) {
1470                 /* Expand hole size to cover write data, preventing empty gap */
1471                 loff_t end_pos = round_up(pos + count, fs_info->sectorsize);
1472
1473                 ret = btrfs_cont_expand(BTRFS_I(inode), oldsize, end_pos);
1474                 if (ret) {
1475                         current->backing_dev_info = NULL;
1476                         return ret;
1477                 }
1478         }
1479
1480         return 0;
1481 }
1482
1483 static noinline ssize_t btrfs_buffered_write(struct kiocb *iocb,
1484                                                struct iov_iter *i)
1485 {
1486         struct file *file = iocb->ki_filp;
1487         loff_t pos;
1488         struct inode *inode = file_inode(file);
1489         struct btrfs_fs_info *fs_info = btrfs_sb(inode->i_sb);
1490         struct page **pages = NULL;
1491         struct extent_changeset *data_reserved = NULL;
1492         u64 release_bytes = 0;
1493         u64 lockstart;
1494         u64 lockend;
1495         size_t num_written = 0;
1496         int nrptrs;
1497         ssize_t ret;
1498         bool only_release_metadata = false;
1499         bool force_page_uptodate = false;
1500         loff_t old_isize = i_size_read(inode);
1501         unsigned int ilock_flags = 0;
1502         const bool nowait = (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT);
1503         unsigned int bdp_flags = (nowait ? BDP_ASYNC : 0);
1504
1505         if (nowait)
1506                 ilock_flags |= BTRFS_ILOCK_TRY;
1507
1508         ret = btrfs_inode_lock(inode, ilock_flags);
1509         if (ret < 0)
1510                 return ret;
1511
1512         ret = generic_write_checks(iocb, i);
1513         if (ret <= 0)
1514                 goto out;
1515
1516         ret = btrfs_write_check(iocb, i, ret);
1517         if (ret < 0)
1518                 goto out;
1519
1520         pos = iocb->ki_pos;
1521         nrptrs = min(DIV_ROUND_UP(iov_iter_count(i), PAGE_SIZE),
1522                         PAGE_SIZE / (sizeof(struct page *)));
1523         nrptrs = min(nrptrs, current->nr_dirtied_pause - current->nr_dirtied);
1524         nrptrs = max(nrptrs, 8);
1525         pages = kmalloc_array(nrptrs, sizeof(struct page *), GFP_KERNEL);
1526         if (!pages) {
1527                 ret = -ENOMEM;
1528                 goto out;
1529         }
1530
1531         while (iov_iter_count(i) > 0) {
1532                 struct extent_state *cached_state = NULL;
1533                 size_t offset = offset_in_page(pos);
1534                 size_t sector_offset;
1535                 size_t write_bytes = min(iov_iter_count(i),
1536                                          nrptrs * (size_t)PAGE_SIZE -
1537                                          offset);
1538                 size_t num_pages;
1539                 size_t reserve_bytes;
1540                 size_t dirty_pages;
1541                 size_t copied;
1542                 size_t dirty_sectors;
1543                 size_t num_sectors;
1544                 int extents_locked;
1545
1546                 /*
1547                  * Fault pages before locking them in prepare_pages
1548                  * to avoid recursive lock
1549                  */
1550                 if (unlikely(fault_in_iov_iter_readable(i, write_bytes))) {
1551                         ret = -EFAULT;
1552                         break;
1553                 }
1554
1555                 only_release_metadata = false;
1556                 sector_offset = pos & (fs_info->sectorsize - 1);
1557
1558                 extent_changeset_release(data_reserved);
1559                 ret = btrfs_check_data_free_space(BTRFS_I(inode),
1560                                                   &data_reserved, pos,
1561                                                   write_bytes, nowait);
1562                 if (ret < 0) {
1563                         int can_nocow;
1564
1565                         if (nowait && (ret == -ENOSPC || ret == -EAGAIN)) {
1566                                 ret = -EAGAIN;
1567                                 break;
1568                         }
1569
1570                         /*
1571                          * If we don't have to COW at the offset, reserve
1572                          * metadata only. write_bytes may get smaller than
1573                          * requested here.
1574                          */
1575                         can_nocow = btrfs_check_nocow_lock(BTRFS_I(inode), pos,
1576                                                            &write_bytes, nowait);
1577                         if (can_nocow < 0)
1578                                 ret = can_nocow;
1579                         if (can_nocow > 0)
1580                                 ret = 0;
1581                         if (ret)
1582                                 break;
1583                         only_release_metadata = true;
1584                 }
1585
1586                 num_pages = DIV_ROUND_UP(write_bytes + offset, PAGE_SIZE);
1587                 WARN_ON(num_pages > nrptrs);
1588                 reserve_bytes = round_up(write_bytes + sector_offset,
1589                                          fs_info->sectorsize);
1590                 WARN_ON(reserve_bytes == 0);
1591                 ret = btrfs_delalloc_reserve_metadata(BTRFS_I(inode),
1592                                                       reserve_bytes,
1593                                                       reserve_bytes, nowait);
1594                 if (ret) {
1595                         if (!only_release_metadata)
1596                                 btrfs_free_reserved_data_space(BTRFS_I(inode),
1597                                                 data_reserved, pos,
1598                                                 write_bytes);
1599                         else
1600                                 btrfs_check_nocow_unlock(BTRFS_I(inode));
1601
1602                         if (nowait && ret == -ENOSPC)
1603                                 ret = -EAGAIN;
1604                         break;
1605                 }
1606
1607                 release_bytes = reserve_bytes;
1608 again:
1609                 ret = balance_dirty_pages_ratelimited_flags(inode->i_mapping, bdp_flags);
1610                 if (ret) {
1611                         btrfs_delalloc_release_extents(BTRFS_I(inode), reserve_bytes);
1612                         break;
1613                 }
1614
1615                 /*
1616                  * This is going to setup the pages array with the number of
1617                  * pages we want, so we don't really need to worry about the
1618                  * contents of pages from loop to loop
1619                  */
1620                 ret = prepare_pages(inode, pages, num_pages,
1621                                     pos, write_bytes, force_page_uptodate, false);
1622                 if (ret) {
1623                         btrfs_delalloc_release_extents(BTRFS_I(inode),
1624                                                        reserve_bytes);
1625                         break;
1626                 }
1627
1628                 extents_locked = lock_and_cleanup_extent_if_need(
1629                                 BTRFS_I(inode), pages,
1630                                 num_pages, pos, write_bytes, &lockstart,
1631                                 &lockend, nowait, &cached_state);
1632                 if (extents_locked < 0) {
1633                         if (!nowait && extents_locked == -EAGAIN)
1634                                 goto again;
1635
1636                         btrfs_delalloc_release_extents(BTRFS_I(inode),
1637                                                        reserve_bytes);
1638                         ret = extents_locked;
1639                         break;
1640                 }
1641
1642                 copied = btrfs_copy_from_user(pos, write_bytes, pages, i);
1643
1644                 num_sectors = BTRFS_BYTES_TO_BLKS(fs_info, reserve_bytes);
1645                 dirty_sectors = round_up(copied + sector_offset,
1646                                         fs_info->sectorsize);
1647                 dirty_sectors = BTRFS_BYTES_TO_BLKS(fs_info, dirty_sectors);
1648
1649                 /*
1650                  * if we have trouble faulting in the pages, fall
1651                  * back to one page at a time
1652                  */
1653                 if (copied < write_bytes)
1654                         nrptrs = 1;
1655
1656                 if (copied == 0) {
1657                         force_page_uptodate = true;
1658                         dirty_sectors = 0;
1659                         dirty_pages = 0;
1660                 } else {
1661                         force_page_uptodate = false;
1662                         dirty_pages = DIV_ROUND_UP(copied + offset,
1663                                                    PAGE_SIZE);
1664                 }
1665
1666                 if (num_sectors > dirty_sectors) {
1667                         /* release everything except the sectors we dirtied */
1668                         release_bytes -= dirty_sectors << fs_info->sectorsize_bits;
1669                         if (only_release_metadata) {
1670                                 btrfs_delalloc_release_metadata(BTRFS_I(inode),
1671                                                         release_bytes, true);
1672                         } else {
1673                                 u64 __pos;
1674
1675                                 __pos = round_down(pos,
1676                                                    fs_info->sectorsize) +
1677                                         (dirty_pages << PAGE_SHIFT);
1678                                 btrfs_delalloc_release_space(BTRFS_I(inode),
1679                                                 data_reserved, __pos,
1680                                                 release_bytes, true);
1681                         }
1682                 }
1683
1684                 release_bytes = round_up(copied + sector_offset,
1685                                         fs_info->sectorsize);
1686
1687                 ret = btrfs_dirty_pages(BTRFS_I(inode), pages,
1688                                         dirty_pages, pos, copied,
1689                                         &cached_state, only_release_metadata);
1690
1691                 /*
1692                  * If we have not locked the extent range, because the range's
1693                  * start offset is >= i_size, we might still have a non-NULL
1694                  * cached extent state, acquired while marking the extent range
1695                  * as delalloc through btrfs_dirty_pages(). Therefore free any
1696                  * possible cached extent state to avoid a memory leak.
1697                  */
1698                 if (extents_locked)
1699                         unlock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, lockstart,
1700                                       lockend, &cached_state);
1701                 else
1702                         free_extent_state(cached_state);
1703
1704                 btrfs_delalloc_release_extents(BTRFS_I(inode), reserve_bytes);
1705                 if (ret) {
1706                         btrfs_drop_pages(fs_info, pages, num_pages, pos, copied);
1707                         break;
1708                 }
1709
1710                 release_bytes = 0;
1711                 if (only_release_metadata)
1712                         btrfs_check_nocow_unlock(BTRFS_I(inode));
1713
1714                 btrfs_drop_pages(fs_info, pages, num_pages, pos, copied);
1715
1716                 cond_resched();
1717
1718                 pos += copied;
1719                 num_written += copied;
1720         }
1721
1722         kfree(pages);
1723
1724         if (release_bytes) {
1725                 if (only_release_metadata) {
1726                         btrfs_check_nocow_unlock(BTRFS_I(inode));
1727                         btrfs_delalloc_release_metadata(BTRFS_I(inode),
1728                                         release_bytes, true);
1729                 } else {
1730                         btrfs_delalloc_release_space(BTRFS_I(inode),
1731                                         data_reserved,
1732                                         round_down(pos, fs_info->sectorsize),
1733                                         release_bytes, true);
1734                 }
1735         }
1736
1737         extent_changeset_free(data_reserved);
1738         if (num_written > 0) {
1739                 pagecache_isize_extended(inode, old_isize, iocb->ki_pos);
1740                 iocb->ki_pos += num_written;
1741         }
1742 out:
1743         btrfs_inode_unlock(inode, ilock_flags);
1744         return num_written ? num_written : ret;
1745 }
1746
1747 static ssize_t check_direct_IO(struct btrfs_fs_info *fs_info,
1748                                const struct iov_iter *iter, loff_t offset)
1749 {
1750         const u32 blocksize_mask = fs_info->sectorsize - 1;
1751
1752         if (offset & blocksize_mask)
1753                 return -EINVAL;
1754
1755         if (iov_iter_alignment(iter) & blocksize_mask)
1756                 return -EINVAL;
1757
1758         return 0;
1759 }
1760
1761 static ssize_t btrfs_direct_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
1762 {
1763         struct file *file = iocb->ki_filp;
1764         struct inode *inode = file_inode(file);
1765         struct btrfs_fs_info *fs_info = btrfs_sb(inode->i_sb);
1766         loff_t pos;
1767         ssize_t written = 0;
1768         ssize_t written_buffered;
1769         size_t prev_left = 0;
1770         loff_t endbyte;
1771         ssize_t err;
1772         unsigned int ilock_flags = 0;
1773         struct iomap_dio *dio;
1774
1775         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT)
1776                 ilock_flags |= BTRFS_ILOCK_TRY;
1777
1778         /* If the write DIO is within EOF, use a shared lock */
1779         if (iocb->ki_pos + iov_iter_count(from) <= i_size_read(inode))
1780                 ilock_flags |= BTRFS_ILOCK_SHARED;
1781
1782 relock:
1783         err = btrfs_inode_lock(inode, ilock_flags);
1784         if (err < 0)
1785                 return err;
1786
1787         err = generic_write_checks(iocb, from);
1788         if (err <= 0) {
1789                 btrfs_inode_unlock(inode, ilock_flags);
1790                 return err;
1791         }
1792
1793         err = btrfs_write_check(iocb, from, err);
1794         if (err < 0) {
1795                 btrfs_inode_unlock(inode, ilock_flags);
1796                 goto out;
1797         }
1798
1799         pos = iocb->ki_pos;
1800         /*
1801          * Re-check since file size may have changed just before taking the
1802          * lock or pos may have changed because of O_APPEND in generic_write_check()
1803          */
1804         if ((ilock_flags & BTRFS_ILOCK_SHARED) &&
1805             pos + iov_iter_count(from) > i_size_read(inode)) {
1806                 btrfs_inode_unlock(inode, ilock_flags);
1807                 ilock_flags &= ~BTRFS_ILOCK_SHARED;
1808                 goto relock;
1809         }
1810
1811         if (check_direct_IO(fs_info, from, pos)) {
1812                 btrfs_inode_unlock(inode, ilock_flags);
1813                 goto buffered;
1814         }
1815
1816         /*
1817          * The iov_iter can be mapped to the same file range we are writing to.
1818          * If that's the case, then we will deadlock in the iomap code, because
1819          * it first calls our callback btrfs_dio_iomap_begin(), which will create
1820          * an ordered extent, and after that it will fault in the pages that the
1821          * iov_iter refers to. During the fault in we end up in the readahead
1822          * pages code (starting at btrfs_readahead()), which will lock the range,
1823          * find that ordered extent and then wait for it to complete (at
1824          * btrfs_lock_and_flush_ordered_range()), resulting in a deadlock since
1825          * obviously the ordered extent can never complete as we didn't submit
1826          * yet the respective bio(s). This always happens when the buffer is
1827          * memory mapped to the same file range, since the iomap DIO code always
1828          * invalidates pages in the target file range (after starting and waiting
1829          * for any writeback).
1830          *
1831          * So here we disable page faults in the iov_iter and then retry if we
1832          * got -EFAULT, faulting in the pages before the retry.
1833          */
1834         from->nofault = true;
1835         dio = btrfs_dio_write(iocb, from, written);
1836         from->nofault = false;
1837
1838         /*
1839          * iomap_dio_complete() will call btrfs_sync_file() if we have a dsync
1840          * iocb, and that needs to lock the inode. So unlock it before calling
1841          * iomap_dio_complete() to avoid a deadlock.
1842          */
1843         btrfs_inode_unlock(inode, ilock_flags);
1844
1845         if (IS_ERR_OR_NULL(dio))
1846                 err = PTR_ERR_OR_ZERO(dio);
1847         else
1848                 err = iomap_dio_complete(dio);
1849
1850         /* No increment (+=) because iomap returns a cumulative value. */
1851         if (err > 0)
1852                 written = err;
1853
1854         if (iov_iter_count(from) > 0 && (err == -EFAULT || err > 0)) {
1855                 const size_t left = iov_iter_count(from);
1856                 /*
1857                  * We have more data left to write. Try to fault in as many as
1858                  * possible of the remainder pages and retry. We do this without
1859                  * releasing and locking again the inode, to prevent races with
1860                  * truncate.
1861                  *
1862                  * Also, in case the iov refers to pages in the file range of the
1863                  * file we want to write to (due to a mmap), we could enter an
1864                  * infinite loop if we retry after faulting the pages in, since
1865                  * iomap will invalidate any pages in the range early on, before
1866                  * it tries to fault in the pages of the iov. So we keep track of
1867                  * how much was left of iov in the previous EFAULT and fallback
1868                  * to buffered IO in case we haven't made any progress.
1869                  */
1870                 if (left == prev_left) {
1871                         err = -ENOTBLK;
1872                 } else {
1873                         fault_in_iov_iter_readable(from, left);
1874                         prev_left = left;
1875                         goto relock;
1876                 }
1877         }
1878
1879         /*
1880          * If 'err' is -ENOTBLK or we have not written all data, then it means
1881          * we must fallback to buffered IO.
1882          */
1883         if ((err < 0 && err != -ENOTBLK) || !iov_iter_count(from))
1884                 goto out;
1885
1886 buffered:
1887         /*
1888          * If we are in a NOWAIT context, then return -EAGAIN to signal the caller
1889          * it must retry the operation in a context where blocking is acceptable,
1890          * since we currently don't have NOWAIT semantics support for buffered IO
1891          * and may block there for many reasons (reserving space for example).
1892          */
1893         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
1894                 err = -EAGAIN;
1895                 goto out;
1896         }
1897
1898         pos = iocb->ki_pos;
1899         written_buffered = btrfs_buffered_write(iocb, from);
1900         if (written_buffered < 0) {
1901                 err = written_buffered;
1902                 goto out;
1903         }
1904         /*
1905          * Ensure all data is persisted. We want the next direct IO read to be
1906          * able to read what was just written.
1907          */
1908         endbyte = pos + written_buffered - 1;
1909         err = btrfs_fdatawrite_range(inode, pos, endbyte);
1910         if (err)
1911                 goto out;
1912         err = filemap_fdatawait_range(inode->i_mapping, pos, endbyte);
1913         if (err)
1914                 goto out;
1915         written += written_buffered;
1916         iocb->ki_pos = pos + written_buffered;
1917         invalidate_mapping_pages(file->f_mapping, pos >> PAGE_SHIFT,
1918                                  endbyte >> PAGE_SHIFT);
1919 out:
1920         return err < 0 ? err : written;
1921 }
1922
1923 static ssize_t btrfs_encoded_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from,
1924                         const struct btrfs_ioctl_encoded_io_args *encoded)
1925 {
1926         struct file *file = iocb->ki_filp;
1927         struct inode *inode = file_inode(file);
1928         loff_t count;
1929         ssize_t ret;
1930
1931         btrfs_inode_lock(inode, 0);
1932         count = encoded->len;
1933         ret = generic_write_checks_count(iocb, &count);
1934         if (ret == 0 && count != encoded->len) {
1935                 /*
1936                  * The write got truncated by generic_write_checks_count(). We
1937                  * can't do a partial encoded write.
1938                  */
1939                 ret = -EFBIG;
1940         }
1941         if (ret || encoded->len == 0)
1942                 goto out;
1943
1944         ret = btrfs_write_check(iocb, from, encoded->len);
1945         if (ret < 0)
1946                 goto out;
1947
1948         ret = btrfs_do_encoded_write(iocb, from, encoded);
1949 out:
1950         btrfs_inode_unlock(inode, 0);
1951         return ret;
1952 }
1953
1954 ssize_t btrfs_do_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from,
1955                             const struct btrfs_ioctl_encoded_io_args *encoded)
1956 {
1957         struct file *file = iocb->ki_filp;
1958         struct btrfs_inode *inode = BTRFS_I(file_inode(file));
1959         ssize_t num_written, num_sync;
1960         const bool sync = iocb_is_dsync(iocb);
1961
1962         /*
1963          * If the fs flips readonly due to some impossible error, although we
1964          * have opened a file as writable, we have to stop this write operation
1965          * to ensure consistency.
1966          */
1967         if (BTRFS_FS_ERROR(inode->root->fs_info))
1968                 return -EROFS;
1969
1970         if (encoded && (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT))
1971                 return -EOPNOTSUPP;
1972
1973         if (sync)
1974                 atomic_inc(&inode->sync_writers);
1975
1976         if (encoded) {
1977                 num_written = btrfs_encoded_write(iocb, from, encoded);
1978                 num_sync = encoded->len;
1979         } else if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
1980                 num_written = btrfs_direct_write(iocb, from);
1981                 num_sync = num_written;
1982         } else {
1983                 num_written = btrfs_buffered_write(iocb, from);
1984                 num_sync = num_written;
1985         }
1986
1987         btrfs_set_inode_last_sub_trans(inode);
1988
1989         if (num_sync > 0) {
1990                 num_sync = generic_write_sync(iocb, num_sync);
1991                 if (num_sync < 0)
1992                         num_written = num_sync;
1993         }
1994
1995         if (sync)
1996                 atomic_dec(&inode->sync_writers);
1997
1998         current->backing_dev_info = NULL;
1999         return num_written;
2000 }
2001
2002 static ssize_t btrfs_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
2003 {
2004         return btrfs_do_write_iter(iocb, from, NULL);
2005 }
2006
2007 int btrfs_release_file(struct inode *inode, struct file *filp)
2008 {
2009         struct btrfs_file_private *private = filp->private_data;
2010
2011         if (private && private->filldir_buf)
2012                 kfree(private->filldir_buf);
2013         kfree(private);
2014         filp->private_data = NULL;
2015
2016         /*
2017          * Set by setattr when we are about to truncate a file from a non-zero
2018          * size to a zero size.  This tries to flush down new bytes that may
2019          * have been written if the application were using truncate to replace
2020          * a file in place.
2021          */
2022         if (test_and_clear_bit(BTRFS_INODE_FLUSH_ON_CLOSE,
2023                                &BTRFS_I(inode)->runtime_flags))
2024                         filemap_flush(inode->i_mapping);
2025         return 0;
2026 }
2027
2028 static int start_ordered_ops(struct inode *inode, loff_t start, loff_t end)
2029 {
2030         int ret;
2031         struct blk_plug plug;
2032
2033         /*
2034          * This is only called in fsync, which would do synchronous writes, so
2035          * a plug can merge adjacent IOs as much as possible.  Esp. in case of
2036          * multiple disks using raid profile, a large IO can be split to
2037          * several segments of stripe length (currently 64K).
2038          */
2039         blk_start_plug(&plug);
2040         atomic_inc(&BTRFS_I(inode)->sync_writers);
2041         ret = btrfs_fdatawrite_range(inode, start, end);
2042         atomic_dec(&BTRFS_I(inode)->sync_writers);
2043         blk_finish_plug(&plug);
2044
2045         return ret;
2046 }
2047
2048 static inline bool skip_inode_logging(const struct btrfs_log_ctx *ctx)
2049 {
2050         struct btrfs_inode *inode = BTRFS_I(ctx->inode);
2051         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
2052
2053         if (btrfs_inode_in_log(inode, fs_info->generation) &&
2054             list_empty(&ctx->ordered_extents))
2055                 return true;
2056
2057         /*
2058          * If we are doing a fast fsync we can not bail out if the inode's
2059          * last_trans is <= then the last committed transaction, because we only
2060          * update the last_trans of the inode during ordered extent completion,
2061          * and for a fast fsync we don't wait for that, we only wait for the
2062          * writeback to complete.
2063          */
2064         if (inode->last_trans <= fs_info->last_trans_committed &&
2065             (test_bit(BTRFS_INODE_NEEDS_FULL_SYNC, &inode->runtime_flags) ||
2066              list_empty(&ctx->ordered_extents)))
2067                 return true;
2068
2069         return false;
2070 }
2071
2072 /*
2073  * fsync call for both files and directories.  This logs the inode into
2074  * the tree log instead of forcing full commits whenever possible.
2075  *
2076  * It needs to call filemap_fdatawait so that all ordered extent updates are
2077  * in the metadata btree are up to date for copying to the log.
2078  *
2079  * It drops the inode mutex before doing the tree log commit.  This is an
2080  * important optimization for directories because holding the mutex prevents
2081  * new operations on the dir while we write to disk.
2082  */
2083 int btrfs_sync_file(struct file *file, loff_t start, loff_t end, int datasync)
2084 {
2085         struct dentry *dentry = file_dentry(file);
2086         struct inode *inode = d_inode(dentry);
2087         struct btrfs_fs_info *fs_info = btrfs_sb(inode->i_sb);
2088         struct btrfs_root *root = BTRFS_I(inode)->root;
2089         struct btrfs_trans_handle *trans;
2090         struct btrfs_log_ctx ctx;
2091         int ret = 0, err;
2092         u64 len;
2093         bool full_sync;
2094
2095         trace_btrfs_sync_file(file, datasync);
2096
2097         btrfs_init_log_ctx(&ctx, inode);
2098
2099         /*
2100          * Always set the range to a full range, otherwise we can get into
2101          * several problems, from missing file extent items to represent holes
2102          * when not using the NO_HOLES feature, to log tree corruption due to
2103          * races between hole detection during logging and completion of ordered
2104          * extents outside the range, to missing checksums due to ordered extents
2105          * for which we flushed only a subset of their pages.
2106          */
2107         start = 0;
2108         end = LLONG_MAX;
2109         len = (u64)LLONG_MAX + 1;
2110
2111         /*
2112          * We write the dirty pages in the range and wait until they complete
2113          * out of the ->i_mutex. If so, we can flush the dirty pages by
2114          * multi-task, and make the performance up.  See
2115          * btrfs_wait_ordered_range for an explanation of the ASYNC check.
2116          */
2117         ret = start_ordered_ops(inode, start, end);
2118         if (ret)
2119                 goto out;
2120
2121         btrfs_inode_lock(inode, BTRFS_ILOCK_MMAP);
2122
2123         atomic_inc(&root->log_batch);
2124
2125         /*
2126          * Before we acquired the inode's lock and the mmap lock, someone may
2127          * have dirtied more pages in the target range. We need to make sure
2128          * that writeback for any such pages does not start while we are logging
2129          * the inode, because if it does, any of the following might happen when
2130          * we are not doing a full inode sync:
2131          *
2132          * 1) We log an extent after its writeback finishes but before its
2133          *    checksums are added to the csum tree, leading to -EIO errors
2134          *    when attempting to read the extent after a log replay.
2135          *
2136          * 2) We can end up logging an extent before its writeback finishes.
2137          *    Therefore after the log replay we will have a file extent item
2138          *    pointing to an unwritten extent (and no data checksums as well).
2139          *
2140          * So trigger writeback for any eventual new dirty pages and then we
2141          * wait for all ordered extents to complete below.
2142          */
2143         ret = start_ordered_ops(inode, start, end);
2144         if (ret) {
2145                 btrfs_inode_unlock(inode, BTRFS_ILOCK_MMAP);
2146                 goto out;
2147         }
2148
2149         /*
2150          * Always check for the full sync flag while holding the inode's lock,
2151          * to avoid races with other tasks. The flag must be either set all the
2152          * time during logging or always off all the time while logging.
2153          * We check the flag here after starting delalloc above, because when
2154          * running delalloc the full sync flag may be set if we need to drop
2155          * extra extent map ranges due to temporary memory allocation failures.
2156          */
2157         full_sync = test_bit(BTRFS_INODE_NEEDS_FULL_SYNC,
2158                              &BTRFS_I(inode)->runtime_flags);
2159
2160         /*
2161          * We have to do this here to avoid the priority inversion of waiting on
2162          * IO of a lower priority task while holding a transaction open.
2163          *
2164          * For a full fsync we wait for the ordered extents to complete while
2165          * for a fast fsync we wait just for writeback to complete, and then
2166          * attach the ordered extents to the transaction so that a transaction
2167          * commit waits for their completion, to avoid data loss if we fsync,
2168          * the current transaction commits before the ordered extents complete
2169          * and a power failure happens right after that.
2170          *
2171          * For zoned filesystem, if a write IO uses a ZONE_APPEND command, the
2172          * logical address recorded in the ordered extent may change. We need
2173          * to wait for the IO to stabilize the logical address.
2174          */
2175         if (full_sync || btrfs_is_zoned(fs_info)) {
2176                 ret = btrfs_wait_ordered_range(inode, start, len);
2177         } else {
2178                 /*
2179                  * Get our ordered extents as soon as possible to avoid doing
2180                  * checksum lookups in the csum tree, and use instead the
2181                  * checksums attached to the ordered extents.
2182                  */
2183                 btrfs_get_ordered_extents_for_logging(BTRFS_I(inode),
2184                                                       &ctx.ordered_extents);
2185                 ret = filemap_fdatawait_range(inode->i_mapping, start, end);
2186         }
2187
2188         if (ret)
2189                 goto out_release_extents;
2190
2191         atomic_inc(&root->log_batch);
2192
2193         smp_mb();
2194         if (skip_inode_logging(&ctx)) {
2195                 /*
2196                  * We've had everything committed since the last time we were
2197                  * modified so clear this flag in case it was set for whatever
2198                  * reason, it's no longer relevant.
2199                  */
2200                 clear_bit(BTRFS_INODE_NEEDS_FULL_SYNC,
2201                           &BTRFS_I(inode)->runtime_flags);
2202                 /*
2203                  * An ordered extent might have started before and completed
2204                  * already with io errors, in which case the inode was not
2205                  * updated and we end up here. So check the inode's mapping
2206                  * for any errors that might have happened since we last
2207                  * checked called fsync.
2208                  */
2209                 ret = filemap_check_wb_err(inode->i_mapping, file->f_wb_err);
2210                 goto out_release_extents;
2211         }
2212
2213         /*
2214          * We use start here because we will need to wait on the IO to complete
2215          * in btrfs_sync_log, which could require joining a transaction (for
2216          * example checking cross references in the nocow path).  If we use join
2217          * here we could get into a situation where we're waiting on IO to
2218          * happen that is blocked on a transaction trying to commit.  With start
2219          * we inc the extwriter counter, so we wait for all extwriters to exit
2220          * before we start blocking joiners.  This comment is to keep somebody
2221          * from thinking they are super smart and changing this to
2222          * btrfs_join_transaction *cough*Josef*cough*.
2223          */
2224         trans = btrfs_start_transaction(root, 0);
2225         if (IS_ERR(trans)) {
2226                 ret = PTR_ERR(trans);
2227                 goto out_release_extents;
2228         }
2229         trans->in_fsync = true;
2230
2231         ret = btrfs_log_dentry_safe(trans, dentry, &ctx);
2232         btrfs_release_log_ctx_extents(&ctx);
2233         if (ret < 0) {
2234                 /* Fallthrough and commit/free transaction. */
2235                 ret = BTRFS_LOG_FORCE_COMMIT;
2236         }
2237
2238         /* we've logged all the items and now have a consistent
2239          * version of the file in the log.  It is possible that
2240          * someone will come in and modify the file, but that's
2241          * fine because the log is consistent on disk, and we
2242          * have references to all of the file's extents
2243          *
2244          * It is possible that someone will come in and log the
2245          * file again, but that will end up using the synchronization
2246          * inside btrfs_sync_log to keep things safe.
2247          */
2248         btrfs_inode_unlock(inode, BTRFS_ILOCK_MMAP);
2249
2250         if (ret == BTRFS_NO_LOG_SYNC) {
2251                 ret = btrfs_end_transaction(trans);
2252                 goto out;
2253         }
2254
2255         /* We successfully logged the inode, attempt to sync the log. */
2256         if (!ret) {
2257                 ret = btrfs_sync_log(trans, root, &ctx);
2258                 if (!ret) {
2259                         ret = btrfs_end_transaction(trans);
2260                         goto out;
2261                 }
2262         }
2263
2264         /*
2265          * At this point we need to commit the transaction because we had
2266          * btrfs_need_log_full_commit() or some other error.
2267          *
2268          * If we didn't do a full sync we have to stop the trans handle, wait on
2269          * the ordered extents, start it again and commit the transaction.  If
2270          * we attempt to wait on the ordered extents here we could deadlock with
2271          * something like fallocate() that is holding the extent lock trying to
2272          * start a transaction while some other thread is trying to commit the
2273          * transaction while we (fsync) are currently holding the transaction
2274          * open.
2275          */
2276         if (!full_sync) {
2277                 ret = btrfs_end_transaction(trans);
2278                 if (ret)
2279                         goto out;
2280                 ret = btrfs_wait_ordered_range(inode, start, len);
2281                 if (ret)
2282                         goto out;
2283
2284                 /*
2285                  * This is safe to use here because we're only interested in
2286                  * making sure the transaction that had the ordered extents is
2287                  * committed.  We aren't waiting on anything past this point,
2288                  * we're purely getting the transaction and committing it.
2289                  */
2290                 trans = btrfs_attach_transaction_barrier(root);
2291                 if (IS_ERR(trans)) {
2292                         ret = PTR_ERR(trans);
2293
2294                         /*
2295                          * We committed the transaction and there's no currently
2296                          * running transaction, this means everything we care
2297                          * about made it to disk and we are done.
2298                          */
2299                         if (ret == -ENOENT)
2300                                 ret = 0;
2301                         goto out;
2302                 }
2303         }
2304
2305         ret = btrfs_commit_transaction(trans);
2306 out:
2307         ASSERT(list_empty(&ctx.list));
2308         ASSERT(list_empty(&ctx.conflict_inodes));
2309         err = file_check_and_advance_wb_err(file);
2310         if (!ret)
2311                 ret = err;
2312         return ret > 0 ? -EIO : ret;
2313
2314 out_release_extents:
2315         btrfs_release_log_ctx_extents(&ctx);
2316         btrfs_inode_unlock(inode, BTRFS_ILOCK_MMAP);
2317         goto out;
2318 }
2319
2320 static const struct vm_operations_struct btrfs_file_vm_ops = {
2321         .fault          = filemap_fault,
2322         .map_pages      = filemap_map_pages,
2323         .page_mkwrite   = btrfs_page_mkwrite,
2324 };
2325
2326 static int btrfs_file_mmap(struct file  *filp, struct vm_area_struct *vma)
2327 {
2328         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
2329
2330         if (!mapping->a_ops->read_folio)
2331                 return -ENOEXEC;
2332
2333         file_accessed(filp);
2334         vma->vm_ops = &btrfs_file_vm_ops;
2335
2336         return 0;
2337 }
2338
2339 static int hole_mergeable(struct btrfs_inode *inode, struct extent_buffer *leaf,
2340                           int slot, u64 start, u64 end)
2341 {
2342         struct btrfs_file_extent_item *fi;
2343         struct btrfs_key key;
2344
2345         if (slot < 0 || slot >= btrfs_header_nritems(leaf))
2346                 return 0;
2347
2348         btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &key, slot);
2349         if (key.objectid != btrfs_ino(inode) ||
2350             key.type != BTRFS_EXTENT_DATA_KEY)
2351                 return 0;
2352
2353         fi = btrfs_item_ptr(leaf, slot, struct btrfs_file_extent_item);
2354
2355         if (btrfs_file_extent_type(leaf, fi) != BTRFS_FILE_EXTENT_REG)
2356                 return 0;
2357
2358         if (btrfs_file_extent_disk_bytenr(leaf, fi))
2359                 return 0;
2360
2361         if (key.offset == end)
2362                 return 1;
2363         if (key.offset + btrfs_file_extent_num_bytes(leaf, fi) == start)
2364                 return 1;
2365         return 0;
2366 }
2367
2368 static int fill_holes(struct btrfs_trans_handle *trans,
2369                 struct btrfs_inode *inode,
2370                 struct btrfs_path *path, u64 offset, u64 end)
2371 {
2372         struct btrfs_fs_info *fs_info = trans->fs_info;
2373         struct btrfs_root *root = inode->root;
2374         struct extent_buffer *leaf;
2375         struct btrfs_file_extent_item *fi;
2376         struct extent_map *hole_em;
2377         struct btrfs_key key;
2378         int ret;
2379
2380         if (btrfs_fs_incompat(fs_info, NO_HOLES))
2381                 goto out;
2382
2383         key.objectid = btrfs_ino(inode);
2384         key.type = BTRFS_EXTENT_DATA_KEY;
2385         key.offset = offset;
2386
2387         ret = btrfs_search_slot(trans, root, &key, path, 0, 1);
2388         if (ret <= 0) {
2389                 /*
2390                  * We should have dropped this offset, so if we find it then
2391                  * something has gone horribly wrong.
2392                  */
2393                 if (ret == 0)
2394                         ret = -EINVAL;
2395                 return ret;
2396         }
2397
2398         leaf = path->nodes[0];
2399         if (hole_mergeable(inode, leaf, path->slots[0] - 1, offset, end)) {
2400                 u64 num_bytes;
2401
2402                 path->slots[0]--;
2403                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
2404                                     struct btrfs_file_extent_item);
2405                 num_bytes = btrfs_file_extent_num_bytes(leaf, fi) +
2406                         end - offset;
2407                 btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi, num_bytes);
2408                 btrfs_set_file_extent_ram_bytes(leaf, fi, num_bytes);
2409                 btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi, 0);
2410                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi, trans->transid);
2411                 btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
2412                 goto out;
2413         }
2414
2415         if (hole_mergeable(inode, leaf, path->slots[0], offset, end)) {
2416                 u64 num_bytes;
2417
2418                 key.offset = offset;
2419                 btrfs_set_item_key_safe(fs_info, path, &key);
2420                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
2421                                     struct btrfs_file_extent_item);
2422                 num_bytes = btrfs_file_extent_num_bytes(leaf, fi) + end -
2423                         offset;
2424                 btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi, num_bytes);
2425                 btrfs_set_file_extent_ram_bytes(leaf, fi, num_bytes);
2426                 btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi, 0);
2427                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi, trans->transid);
2428                 btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
2429                 goto out;
2430         }
2431         btrfs_release_path(path);
2432
2433         ret = btrfs_insert_hole_extent(trans, root, btrfs_ino(inode), offset,
2434                                        end - offset);
2435         if (ret)
2436                 return ret;
2437
2438 out:
2439         btrfs_release_path(path);
2440
2441         hole_em = alloc_extent_map();
2442         if (!hole_em) {
2443                 btrfs_drop_extent_map_range(inode, offset, end - 1, false);
2444                 btrfs_set_inode_full_sync(inode);
2445         } else {
2446                 hole_em->start = offset;
2447                 hole_em->len = end - offset;
2448                 hole_em->ram_bytes = hole_em->len;
2449                 hole_em->orig_start = offset;
2450
2451                 hole_em->block_start = EXTENT_MAP_HOLE;
2452                 hole_em->block_len = 0;
2453                 hole_em->orig_block_len = 0;
2454                 hole_em->compress_type = BTRFS_COMPRESS_NONE;
2455                 hole_em->generation = trans->transid;
2456
2457                 ret = btrfs_replace_extent_map_range(inode, hole_em, true);
2458                 free_extent_map(hole_em);
2459                 if (ret)
2460                         btrfs_set_inode_full_sync(inode);
2461         }
2462
2463         return 0;
2464 }
2465
2466 /*
2467  * Find a hole extent on given inode and change start/len to the end of hole
2468  * extent.(hole/vacuum extent whose em->start <= start &&
2469  *         em->start + em->len > start)
2470  * When a hole extent is found, return 1 and modify start/len.
2471  */
2472 static int find_first_non_hole(struct btrfs_inode *inode, u64 *start, u64 *len)
2473 {
2474         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
2475         struct extent_map *em;
2476         int ret = 0;
2477
2478         em = btrfs_get_extent(inode, NULL, 0,
2479                               round_down(*start, fs_info->sectorsize),
2480                               round_up(*len, fs_info->sectorsize));
2481         if (IS_ERR(em))
2482                 return PTR_ERR(em);
2483
2484         /* Hole or vacuum extent(only exists in no-hole mode) */
2485         if (em->block_start == EXTENT_MAP_HOLE) {
2486                 ret = 1;
2487                 *len = em->start + em->len > *start + *len ?
2488                        0 : *start + *len - em->start - em->len;
2489                 *start = em->start + em->len;
2490         }
2491         free_extent_map(em);
2492         return ret;
2493 }
2494
2495 static void btrfs_punch_hole_lock_range(struct inode *inode,
2496                                         const u64 lockstart,
2497                                         const u64 lockend,
2498                                         struct extent_state **cached_state)
2499 {
2500         /*
2501          * For subpage case, if the range is not at page boundary, we could
2502          * have pages at the leading/tailing part of the range.
2503          * This could lead to dead loop since filemap_range_has_page()
2504          * will always return true.
2505          * So here we need to do extra page alignment for
2506          * filemap_range_has_page().
2507          */
2508         const u64 page_lockstart = round_up(lockstart, PAGE_SIZE);
2509         const u64 page_lockend = round_down(lockend + 1, PAGE_SIZE) - 1;
2510
2511         while (1) {
2512                 truncate_pagecache_range(inode, lockstart, lockend);
2513
2514                 lock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, lockstart, lockend,
2515                             cached_state);
2516                 /*
2517                  * We can't have ordered extents in the range, nor dirty/writeback
2518                  * pages, because we have locked the inode's VFS lock in exclusive
2519                  * mode, we have locked the inode's i_mmap_lock in exclusive mode,
2520                  * we have flushed all delalloc in the range and we have waited
2521                  * for any ordered extents in the range to complete.
2522                  * We can race with anyone reading pages from this range, so after
2523                  * locking the range check if we have pages in the range, and if
2524                  * we do, unlock the range and retry.
2525                  */
2526                 if (!filemap_range_has_page(inode->i_mapping, page_lockstart,
2527                                             page_lockend))
2528                         break;
2529
2530                 unlock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, lockstart, lockend,
2531                               cached_state);
2532         }
2533
2534         btrfs_assert_inode_range_clean(BTRFS_I(inode), lockstart, lockend);
2535 }
2536
2537 static int btrfs_insert_replace_extent(struct btrfs_trans_handle *trans,
2538                                      struct btrfs_inode *inode,
2539                                      struct btrfs_path *path,
2540                                      struct btrfs_replace_extent_info *extent_info,
2541                                      const u64 replace_len,
2542                                      const u64 bytes_to_drop)
2543 {
2544         struct btrfs_fs_info *fs_info = trans->fs_info;
2545         struct btrfs_root *root = inode->root;
2546         struct btrfs_file_extent_item *extent;
2547         struct extent_buffer *leaf;
2548         struct btrfs_key key;
2549         int slot;
2550         struct btrfs_ref ref = { 0 };
2551         int ret;
2552
2553         if (replace_len == 0)
2554                 return 0;
2555
2556         if (extent_info->disk_offset == 0 &&
2557             btrfs_fs_incompat(fs_info, NO_HOLES)) {
2558                 btrfs_update_inode_bytes(inode, 0, bytes_to_drop);
2559                 return 0;
2560         }
2561
2562         key.objectid = btrfs_ino(inode);
2563         key.type = BTRFS_EXTENT_DATA_KEY;
2564         key.offset = extent_info->file_offset;
2565         ret = btrfs_insert_empty_item(trans, root, path, &key,
2566                                       sizeof(struct btrfs_file_extent_item));
2567         if (ret)
2568                 return ret;
2569         leaf = path->nodes[0];
2570         slot = path->slots[0];
2571         write_extent_buffer(leaf, extent_info->extent_buf,
2572                             btrfs_item_ptr_offset(leaf, slot),
2573                             sizeof(struct btrfs_file_extent_item));
2574         extent = btrfs_item_ptr(leaf, slot, struct btrfs_file_extent_item);
2575         ASSERT(btrfs_file_extent_type(leaf, extent) != BTRFS_FILE_EXTENT_INLINE);
2576         btrfs_set_file_extent_offset(leaf, extent, extent_info->data_offset);
2577         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, extent, replace_len);
2578         if (extent_info->is_new_extent)
2579                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, extent, trans->transid);
2580         btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
2581         btrfs_release_path(path);
2582
2583         ret = btrfs_inode_set_file_extent_range(inode, extent_info->file_offset,
2584                                                 replace_len);
2585         if (ret)
2586                 return ret;
2587
2588         /* If it's a hole, nothing more needs to be done. */
2589         if (extent_info->disk_offset == 0) {
2590                 btrfs_update_inode_bytes(inode, 0, bytes_to_drop);
2591                 return 0;
2592         }
2593
2594         btrfs_update_inode_bytes(inode, replace_len, bytes_to_drop);
2595
2596         if (extent_info->is_new_extent && extent_info->insertions == 0) {
2597                 key.objectid = extent_info->disk_offset;
2598                 key.type = BTRFS_EXTENT_ITEM_KEY;
2599                 key.offset = extent_info->disk_len;
2600                 ret = btrfs_alloc_reserved_file_extent(trans, root,
2601                                                        btrfs_ino(inode),
2602                                                        extent_info->file_offset,
2603                                                        extent_info->qgroup_reserved,
2604                                                        &key);
2605         } else {
2606                 u64 ref_offset;
2607
2608                 btrfs_init_generic_ref(&ref, BTRFS_ADD_DELAYED_REF,
2609                                        extent_info->disk_offset,
2610                                        extent_info->disk_len, 0);
2611                 ref_offset = extent_info->file_offset - extent_info->data_offset;
2612                 btrfs_init_data_ref(&ref, root->root_key.objectid,
2613                                     btrfs_ino(inode), ref_offset, 0, false);
2614                 ret = btrfs_inc_extent_ref(trans, &ref);
2615         }
2616
2617         extent_info->insertions++;
2618
2619         return ret;
2620 }
2621
2622 /*
2623  * The respective range must have been previously locked, as well as the inode.
2624  * The end offset is inclusive (last byte of the range).
2625  * @extent_info is NULL for fallocate's hole punching and non-NULL when replacing
2626  * the file range with an extent.
2627  * When not punching a hole, we don't want to end up in a state where we dropped
2628  * extents without inserting a new one, so we must abort the transaction to avoid
2629  * a corruption.
2630  */
2631 int btrfs_replace_file_extents(struct btrfs_inode *inode,
2632                                struct btrfs_path *path, const u64 start,
2633                                const u64 end,
2634                                struct btrfs_replace_extent_info *extent_info,
2635                                struct btrfs_trans_handle **trans_out)
2636 {
2637         struct btrfs_drop_extents_args drop_args = { 0 };
2638         struct btrfs_root *root = inode->root;
2639         struct btrfs_fs_info *fs_info = root->fs_info;
2640         u64 min_size = btrfs_calc_insert_metadata_size(fs_info, 1);
2641         u64 ino_size = round_up(inode->vfs_inode.i_size, fs_info->sectorsize);
2642         struct btrfs_trans_handle *trans = NULL;
2643         struct btrfs_block_rsv *rsv;
2644         unsigned int rsv_count;
2645         u64 cur_offset;
2646         u64 len = end - start;
2647         int ret = 0;
2648
2649         if (end <= start)
2650                 return -EINVAL;
2651
2652         rsv = btrfs_alloc_block_rsv(fs_info, BTRFS_BLOCK_RSV_TEMP);
2653         if (!rsv) {
2654                 ret = -ENOMEM;
2655                 goto out;
2656         }
2657         rsv->size = btrfs_calc_insert_metadata_size(fs_info, 1);
2658         rsv->failfast = true;
2659
2660         /*
2661          * 1 - update the inode
2662          * 1 - removing the extents in the range
2663          * 1 - adding the hole extent if no_holes isn't set or if we are
2664          *     replacing the range with a new extent
2665          */
2666         if (!btrfs_fs_incompat(fs_info, NO_HOLES) || extent_info)
2667                 rsv_count = 3;
2668         else
2669                 rsv_count = 2;
2670
2671         trans = btrfs_start_transaction(root, rsv_count);
2672         if (IS_ERR(trans)) {
2673                 ret = PTR_ERR(trans);
2674                 trans = NULL;
2675                 goto out_free;
2676         }
2677
2678         ret = btrfs_block_rsv_migrate(&fs_info->trans_block_rsv, rsv,
2679                                       min_size, false);
2680         if (WARN_ON(ret))
2681                 goto out_trans;
2682         trans->block_rsv = rsv;
2683
2684         cur_offset = start;
2685         drop_args.path = path;
2686         drop_args.end = end + 1;
2687         drop_args.drop_cache = true;
2688         while (cur_offset < end) {
2689                 drop_args.start = cur_offset;
2690                 ret = btrfs_drop_extents(trans, root, inode, &drop_args);
2691                 /* If we are punching a hole decrement the inode's byte count */
2692                 if (!extent_info)
2693                         btrfs_update_inode_bytes(inode, 0,
2694                                                  drop_args.bytes_found);
2695                 if (ret != -ENOSPC) {
2696                         /*
2697                          * The only time we don't want to abort is if we are
2698                          * attempting to clone a partial inline extent, in which
2699                          * case we'll get EOPNOTSUPP.  However if we aren't
2700                          * clone we need to abort no matter what, because if we
2701                          * got EOPNOTSUPP via prealloc then we messed up and
2702                          * need to abort.
2703                          */
2704                         if (ret &&
2705                             (ret != -EOPNOTSUPP ||
2706                              (extent_info && extent_info->is_new_extent)))
2707                                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2708                         break;
2709                 }
2710
2711                 trans->block_rsv = &fs_info->trans_block_rsv;
2712
2713                 if (!extent_info && cur_offset < drop_args.drop_end &&
2714                     cur_offset < ino_size) {
2715                         ret = fill_holes(trans, inode, path, cur_offset,
2716                                          drop_args.drop_end);
2717                         if (ret) {
2718                                 /*
2719                                  * If we failed then we didn't insert our hole
2720                                  * entries for the area we dropped, so now the
2721                                  * fs is corrupted, so we must abort the
2722                                  * transaction.
2723                                  */
2724                                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2725                                 break;
2726                         }
2727                 } else if (!extent_info && cur_offset < drop_args.drop_end) {
2728                         /*
2729                          * We are past the i_size here, but since we didn't
2730                          * insert holes we need to clear the mapped area so we
2731                          * know to not set disk_i_size in this area until a new
2732                          * file extent is inserted here.
2733                          */
2734                         ret = btrfs_inode_clear_file_extent_range(inode,
2735                                         cur_offset,
2736                                         drop_args.drop_end - cur_offset);
2737                         if (ret) {
2738                                 /*
2739                                  * We couldn't clear our area, so we could
2740                                  * presumably adjust up and corrupt the fs, so
2741                                  * we need to abort.
2742                                  */
2743                                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2744                                 break;
2745                         }
2746                 }
2747
2748                 if (extent_info &&
2749                     drop_args.drop_end > extent_info->file_offset) {
2750                         u64 replace_len = drop_args.drop_end -
2751                                           extent_info->file_offset;
2752
2753                         ret = btrfs_insert_replace_extent(trans, inode, path,
2754                                         extent_info, replace_len,
2755                                         drop_args.bytes_found);
2756                         if (ret) {
2757                                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2758                                 break;
2759                         }
2760                         extent_info->data_len -= replace_len;
2761                         extent_info->data_offset += replace_len;
2762                         extent_info->file_offset += replace_len;
2763                 }
2764
2765                 /*
2766                  * We are releasing our handle on the transaction, balance the
2767                  * dirty pages of the btree inode and flush delayed items, and
2768                  * then get a new transaction handle, which may now point to a
2769                  * new transaction in case someone else may have committed the
2770                  * transaction we used to replace/drop file extent items. So
2771                  * bump the inode's iversion and update mtime and ctime except
2772                  * if we are called from a dedupe context. This is because a
2773                  * power failure/crash may happen after the transaction is
2774                  * committed and before we finish replacing/dropping all the
2775                  * file extent items we need.
2776                  */
2777                 inode_inc_iversion(&inode->vfs_inode);
2778
2779                 if (!extent_info || extent_info->update_times) {
2780                         inode->vfs_inode.i_mtime = current_time(&inode->vfs_inode);
2781                         inode->vfs_inode.i_ctime = inode->vfs_inode.i_mtime;
2782                 }
2783
2784                 ret = btrfs_update_inode(trans, root, inode);
2785                 if (ret)
2786                         break;
2787
2788                 btrfs_end_transaction(trans);
2789                 btrfs_btree_balance_dirty(fs_info);
2790
2791                 trans = btrfs_start_transaction(root, rsv_count);
2792                 if (IS_ERR(trans)) {
2793                         ret = PTR_ERR(trans);
2794                         trans = NULL;
2795                         break;
2796                 }
2797
2798                 ret = btrfs_block_rsv_migrate(&fs_info->trans_block_rsv,
2799                                               rsv, min_size, false);
2800                 if (WARN_ON(ret))
2801                         break;
2802                 trans->block_rsv = rsv;
2803
2804                 cur_offset = drop_args.drop_end;
2805                 len = end - cur_offset;
2806                 if (!extent_info && len) {
2807                         ret = find_first_non_hole(inode, &cur_offset, &len);
2808                         if (unlikely(ret < 0))
2809                                 break;
2810                         if (ret && !len) {
2811                                 ret = 0;
2812                                 break;
2813                         }
2814                 }
2815         }
2816
2817         /*
2818          * If we were cloning, force the next fsync to be a full one since we
2819          * we replaced (or just dropped in the case of cloning holes when
2820          * NO_HOLES is enabled) file extent items and did not setup new extent
2821          * maps for the replacement extents (or holes).
2822          */
2823         if (extent_info && !extent_info->is_new_extent)
2824                 btrfs_set_inode_full_sync(inode);
2825
2826         if (ret)
2827                 goto out_trans;
2828
2829         trans->block_rsv = &fs_info->trans_block_rsv;
2830         /*
2831          * If we are using the NO_HOLES feature we might have had already an
2832          * hole that overlaps a part of the region [lockstart, lockend] and
2833          * ends at (or beyond) lockend. Since we have no file extent items to
2834          * represent holes, drop_end can be less than lockend and so we must
2835          * make sure we have an extent map representing the existing hole (the
2836          * call to __btrfs_drop_extents() might have dropped the existing extent
2837          * map representing the existing hole), otherwise the fast fsync path
2838          * will not record the existence of the hole region
2839          * [existing_hole_start, lockend].
2840          */
2841         if (drop_args.drop_end <= end)
2842                 drop_args.drop_end = end + 1;
2843         /*
2844          * Don't insert file hole extent item if it's for a range beyond eof
2845          * (because it's useless) or if it represents a 0 bytes range (when
2846          * cur_offset == drop_end).
2847          */
2848         if (!extent_info && cur_offset < ino_size &&
2849             cur_offset < drop_args.drop_end) {
2850                 ret = fill_holes(trans, inode, path, cur_offset,
2851                                  drop_args.drop_end);
2852                 if (ret) {
2853                         /* Same comment as above. */
2854                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2855                         goto out_trans;
2856                 }
2857         } else if (!extent_info && cur_offset < drop_args.drop_end) {
2858                 /* See the comment in the loop above for the reasoning here. */
2859                 ret = btrfs_inode_clear_file_extent_range(inode, cur_offset,
2860                                         drop_args.drop_end - cur_offset);
2861                 if (ret) {
2862                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2863                         goto out_trans;
2864                 }
2865
2866         }
2867         if (extent_info) {
2868                 ret = btrfs_insert_replace_extent(trans, inode, path,
2869                                 extent_info, extent_info->data_len,
2870                                 drop_args.bytes_found);
2871                 if (ret) {
2872                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2873                         goto out_trans;
2874                 }
2875         }
2876
2877 out_trans:
2878         if (!trans)
2879                 goto out_free;
2880
2881         trans->block_rsv = &fs_info->trans_block_rsv;
2882         if (ret)
2883                 btrfs_end_transaction(trans);
2884         else
2885                 *trans_out = trans;
2886 out_free:
2887         btrfs_free_block_rsv(fs_info, rsv);
2888 out:
2889         return ret;
2890 }
2891
2892 static int btrfs_punch_hole(struct file *file, loff_t offset, loff_t len)
2893 {
2894         struct inode *inode = file_inode(file);
2895         struct btrfs_fs_info *fs_info = btrfs_sb(inode->i_sb);
2896         struct btrfs_root *root = BTRFS_I(inode)->root;
2897         struct extent_state *cached_state = NULL;
2898         struct btrfs_path *path;
2899         struct btrfs_trans_handle *trans = NULL;
2900         u64 lockstart;
2901         u64 lockend;
2902         u64 tail_start;
2903         u64 tail_len;
2904         u64 orig_start = offset;
2905         int ret = 0;
2906         bool same_block;
2907         u64 ino_size;
2908         bool truncated_block = false;
2909         bool updated_inode = false;
2910
2911         btrfs_inode_lock(inode, BTRFS_ILOCK_MMAP);
2912
2913         ret = btrfs_wait_ordered_range(inode, offset, len);
2914         if (ret)
2915                 goto out_only_mutex;
2916
2917         ino_size = round_up(inode->i_size, fs_info->sectorsize);
2918         ret = find_first_non_hole(BTRFS_I(inode), &offset, &len);
2919         if (ret < 0)
2920                 goto out_only_mutex;
2921         if (ret && !len) {
2922                 /* Already in a large hole */
2923                 ret = 0;
2924                 goto out_only_mutex;
2925         }
2926
2927         ret = file_modified(file);
2928         if (ret)
2929                 goto out_only_mutex;
2930
2931         lockstart = round_up(offset, fs_info->sectorsize);
2932         lockend = round_down(offset + len, fs_info->sectorsize) - 1;
2933         same_block = (BTRFS_BYTES_TO_BLKS(fs_info, offset))
2934                 == (BTRFS_BYTES_TO_BLKS(fs_info, offset + len - 1));
2935         /*
2936          * We needn't truncate any block which is beyond the end of the file
2937          * because we are sure there is no data there.
2938          */
2939         /*
2940          * Only do this if we are in the same block and we aren't doing the
2941          * entire block.
2942          */
2943         if (same_block && len < fs_info->sectorsize) {
2944                 if (offset < ino_size) {
2945                         truncated_block = true;
2946                         ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode), offset, len,
2947                                                    0);
2948                 } else {
2949                         ret = 0;
2950                 }
2951                 goto out_only_mutex;
2952         }
2953
2954         /* zero back part of the first block */
2955         if (offset < ino_size) {
2956                 truncated_block = true;
2957                 ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode), offset, 0, 0);
2958                 if (ret) {
2959                         btrfs_inode_unlock(inode, BTRFS_ILOCK_MMAP);
2960                         return ret;
2961                 }
2962         }
2963
2964         /* Check the aligned pages after the first unaligned page,
2965          * if offset != orig_start, which means the first unaligned page
2966          * including several following pages are already in holes,
2967          * the extra check can be skipped */
2968         if (offset == orig_start) {
2969                 /* after truncate page, check hole again */
2970                 len = offset + len - lockstart;
2971                 offset = lockstart;
2972                 ret = find_first_non_hole(BTRFS_I(inode), &offset, &len);
2973                 if (ret < 0)
2974                         goto out_only_mutex;
2975                 if (ret && !len) {
2976                         ret = 0;
2977                         goto out_only_mutex;
2978                 }
2979                 lockstart = offset;
2980         }
2981
2982         /* Check the tail unaligned part is in a hole */
2983         tail_start = lockend + 1;
2984         tail_len = offset + len - tail_start;
2985         if (tail_len) {
2986                 ret = find_first_non_hole(BTRFS_I(inode), &tail_start, &tail_len);
2987                 if (unlikely(ret < 0))
2988                         goto out_only_mutex;
2989                 if (!ret) {
2990                         /* zero the front end of the last page */
2991                         if (tail_start + tail_len < ino_size) {
2992                                 truncated_block = true;
2993                                 ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode),
2994                                                         tail_start + tail_len,
2995                                                         0, 1);
2996                                 if (ret)
2997                                         goto out_only_mutex;
2998                         }
2999                 }
3000         }
3001
3002         if (lockend < lockstart) {
3003                 ret = 0;
3004                 goto out_only_mutex;
3005         }
3006
3007         btrfs_punch_hole_lock_range(inode, lockstart, lockend, &cached_state);
3008
3009         path = btrfs_alloc_path();
3010         if (!path) {
3011                 ret = -ENOMEM;
3012                 goto out;
3013         }
3014
3015         ret = btrfs_replace_file_extents(BTRFS_I(inode), path, lockstart,
3016                                          lockend, NULL, &trans);
3017         btrfs_free_path(path);
3018         if (ret)
3019                 goto out;
3020
3021         ASSERT(trans != NULL);
3022         inode_inc_iversion(inode);
3023         inode->i_mtime = current_time(inode);
3024         inode->i_ctime = inode->i_mtime;
3025         ret = btrfs_update_inode(trans, root, BTRFS_I(inode));
3026         updated_inode = true;
3027         btrfs_end_transaction(trans);
3028         btrfs_btree_balance_dirty(fs_info);
3029 out:
3030         unlock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, lockstart, lockend,
3031                       &cached_state);
3032 out_only_mutex:
3033         if (!updated_inode && truncated_block && !ret) {
3034                 /*
3035                  * If we only end up zeroing part of a page, we still need to
3036                  * update the inode item, so that all the time fields are
3037                  * updated as well as the necessary btrfs inode in memory fields
3038                  * for detecting, at fsync time, if the inode isn't yet in the
3039                  * log tree or it's there but not up to date.
3040                  */
3041                 struct timespec64 now = current_time(inode);
3042
3043                 inode_inc_iversion(inode);
3044                 inode->i_mtime = now;
3045                 inode->i_ctime = now;
3046                 trans = btrfs_start_transaction(root, 1);
3047                 if (IS_ERR(trans)) {
3048                         ret = PTR_ERR(trans);
3049                 } else {
3050                         int ret2;
3051
3052                         ret = btrfs_update_inode(trans, root, BTRFS_I(inode));
3053                         ret2 = btrfs_end_transaction(trans);
3054                         if (!ret)
3055                                 ret = ret2;
3056                 }
3057         }
3058         btrfs_inode_unlock(inode, BTRFS_ILOCK_MMAP);
3059         return ret;
3060 }
3061
3062 /* Helper structure to record which range is already reserved */
3063 struct falloc_range {
3064         struct list_head list;
3065         u64 start;
3066         u64 len;
3067 };
3068
3069 /*
3070  * Helper function to add falloc range
3071  *
3072  * Caller should have locked the larger range of extent containing
3073  * [start, len)
3074  */
3075 static int add_falloc_range(struct list_head *head, u64 start, u64 len)
3076 {
3077         struct falloc_range *range = NULL;
3078
3079         if (!list_empty(head)) {
3080                 /*
3081                  * As fallocate iterates by bytenr order, we only need to check
3082                  * the last range.
3083                  */
3084                 range = list_last_entry(head, struct falloc_range, list);
3085                 if (range->start + range->len == start) {
3086                         range->len += len;
3087                         return 0;
3088                 }
3089         }
3090
3091         range = kmalloc(sizeof(*range), GFP_KERNEL);
3092         if (!range)
3093                 return -ENOMEM;
3094         range->start = start;
3095         range->len = len;
3096         list_add_tail(&range->list, head);
3097         return 0;
3098 }
3099
3100 static int btrfs_fallocate_update_isize(struct inode *inode,
3101                                         const u64 end,
3102                                         const int mode)
3103 {
3104         struct btrfs_trans_handle *trans;
3105         struct btrfs_root *root = BTRFS_I(inode)->root;
3106         int ret;
3107         int ret2;
3108
3109         if (mode & FALLOC_FL_KEEP_SIZE || end <= i_size_read(inode))
3110                 return 0;
3111
3112         trans = btrfs_start_transaction(root, 1);
3113         if (IS_ERR(trans))
3114                 return PTR_ERR(trans);
3115
3116         inode->i_ctime = current_time(inode);
3117         i_size_write(inode, end);
3118         btrfs_inode_safe_disk_i_size_write(BTRFS_I(inode), 0);
3119         ret = btrfs_update_inode(trans, root, BTRFS_I(inode));
3120         ret2 = btrfs_end_transaction(trans);
3121
3122         return ret ? ret : ret2;
3123 }
3124
3125 enum {
3126         RANGE_BOUNDARY_WRITTEN_EXTENT,
3127         RANGE_BOUNDARY_PREALLOC_EXTENT,
3128         RANGE_BOUNDARY_HOLE,
3129 };
3130
3131 static int btrfs_zero_range_check_range_boundary(struct btrfs_inode *inode,
3132                                                  u64 offset)
3133 {
3134         const u64 sectorsize = inode->root->fs_info->sectorsize;
3135         struct extent_map *em;
3136         int ret;
3137
3138         offset = round_down(offset, sectorsize);
3139         em = btrfs_get_extent(inode, NULL, 0, offset, sectorsize);
3140         if (IS_ERR(em))
3141                 return PTR_ERR(em);
3142
3143         if (em->block_start == EXTENT_MAP_HOLE)
3144                 ret = RANGE_BOUNDARY_HOLE;
3145         else if (test_bit(EXTENT_FLAG_PREALLOC, &em->flags))
3146                 ret = RANGE_BOUNDARY_PREALLOC_EXTENT;
3147         else
3148                 ret = RANGE_BOUNDARY_WRITTEN_EXTENT;
3149
3150         free_extent_map(em);
3151         return ret;
3152 }
3153
3154 static int btrfs_zero_range(struct inode *inode,
3155                             loff_t offset,
3156                             loff_t len,
3157                             const int mode)
3158 {
3159         struct btrfs_fs_info *fs_info = BTRFS_I(inode)->root->fs_info;
3160         struct extent_map *em;
3161         struct extent_changeset *data_reserved = NULL;
3162         int ret;
3163         u64 alloc_hint = 0;
3164         const u64 sectorsize = fs_info->sectorsize;
3165         u64 alloc_start = round_down(offset, sectorsize);
3166         u64 alloc_end = round_up(offset + len, sectorsize);
3167         u64 bytes_to_reserve = 0;
3168         bool space_reserved = false;
3169
3170         em = btrfs_get_extent(BTRFS_I(inode), NULL, 0, alloc_start,
3171                               alloc_end - alloc_start);
3172         if (IS_ERR(em)) {
3173                 ret = PTR_ERR(em);
3174                 goto out;
3175         }
3176
3177         /*
3178          * Avoid hole punching and extent allocation for some cases. More cases
3179          * could be considered, but these are unlikely common and we keep things
3180          * as simple as possible for now. Also, intentionally, if the target
3181          * range contains one or more prealloc extents together with regular
3182          * extents and holes, we drop all the existing extents and allocate a
3183          * new prealloc extent, so that we get a larger contiguous disk extent.
3184          */
3185         if (em->start <= alloc_start &&
3186             test_bit(EXTENT_FLAG_PREALLOC, &em->flags)) {
3187                 const u64 em_end = em->start + em->len;
3188
3189                 if (em_end >= offset + len) {
3190                         /*
3191                          * The whole range is already a prealloc extent,
3192                          * do nothing except updating the inode's i_size if
3193                          * needed.
3194                          */
3195                         free_extent_map(em);
3196                         ret = btrfs_fallocate_update_isize(inode, offset + len,
3197                                                            mode);
3198                         goto out;
3199                 }
3200                 /*
3201                  * Part of the range is already a prealloc extent, so operate
3202                  * only on the remaining part of the range.
3203                  */
3204                 alloc_start = em_end;
3205                 ASSERT(IS_ALIGNED(alloc_start, sectorsize));
3206                 len = offset + len - alloc_start;
3207                 offset = alloc_start;
3208                 alloc_hint = em->block_start + em->len;
3209         }
3210         free_extent_map(em);
3211
3212         if (BTRFS_BYTES_TO_BLKS(fs_info, offset) ==
3213             BTRFS_BYTES_TO_BLKS(fs_info, offset + len - 1)) {
3214                 em = btrfs_get_extent(BTRFS_I(inode), NULL, 0, alloc_start,
3215                                       sectorsize);
3216                 if (IS_ERR(em)) {
3217                         ret = PTR_ERR(em);
3218                         goto out;
3219                 }
3220
3221                 if (test_bit(EXTENT_FLAG_PREALLOC, &em->flags)) {
3222                         free_extent_map(em);
3223                         ret = btrfs_fallocate_update_isize(inode, offset + len,
3224                                                            mode);
3225                         goto out;
3226                 }
3227                 if (len < sectorsize && em->block_start != EXTENT_MAP_HOLE) {
3228                         free_extent_map(em);
3229                         ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode), offset, len,
3230                                                    0);
3231                         if (!ret)
3232                                 ret = btrfs_fallocate_update_isize(inode,
3233                                                                    offset + len,
3234                                                                    mode);
3235                         return ret;
3236                 }
3237                 free_extent_map(em);
3238                 alloc_start = round_down(offset, sectorsize);
3239                 alloc_end = alloc_start + sectorsize;
3240                 goto reserve_space;
3241         }
3242
3243         alloc_start = round_up(offset, sectorsize);
3244         alloc_end = round_down(offset + len, sectorsize);
3245
3246         /*
3247          * For unaligned ranges, check the pages at the boundaries, they might
3248          * map to an extent, in which case we need to partially zero them, or
3249          * they might map to a hole, in which case we need our allocation range
3250          * to cover them.
3251          */
3252         if (!IS_ALIGNED(offset, sectorsize)) {
3253                 ret = btrfs_zero_range_check_range_boundary(BTRFS_I(inode),
3254                                                             offset);
3255                 if (ret < 0)
3256                         goto out;
3257                 if (ret == RANGE_BOUNDARY_HOLE) {
3258                         alloc_start = round_down(offset, sectorsize);
3259                         ret = 0;
3260                 } else if (ret == RANGE_BOUNDARY_WRITTEN_EXTENT) {
3261                         ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode), offset, 0, 0);
3262                         if (ret)
3263                                 goto out;
3264                 } else {
3265                         ret = 0;
3266                 }
3267         }
3268
3269         if (!IS_ALIGNED(offset + len, sectorsize)) {
3270                 ret = btrfs_zero_range_check_range_boundary(BTRFS_I(inode),
3271                                                             offset + len);
3272                 if (ret < 0)
3273                         goto out;
3274                 if (ret == RANGE_BOUNDARY_HOLE) {
3275                         alloc_end = round_up(offset + len, sectorsize);
3276                         ret = 0;
3277                 } else if (ret == RANGE_BOUNDARY_WRITTEN_EXTENT) {
3278                         ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode), offset + len,
3279                                                    0, 1);
3280                         if (ret)
3281                                 goto out;
3282                 } else {
3283                         ret = 0;
3284                 }
3285         }
3286
3287 reserve_space:
3288         if (alloc_start < alloc_end) {
3289                 struct extent_state *cached_state = NULL;
3290                 const u64 lockstart = alloc_start;
3291                 const u64 lockend = alloc_end - 1;
3292
3293                 bytes_to_reserve = alloc_end - alloc_start;
3294                 ret = btrfs_alloc_data_chunk_ondemand(BTRFS_I(inode),
3295                                                       bytes_to_reserve);
3296                 if (ret < 0)
3297                         goto out;
3298                 space_reserved = true;
3299                 btrfs_punch_hole_lock_range(inode, lockstart, lockend,
3300                                             &cached_state);
3301                 ret = btrfs_qgroup_reserve_data(BTRFS_I(inode), &data_reserved,
3302                                                 alloc_start, bytes_to_reserve);
3303                 if (ret) {
3304                         unlock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, lockstart,
3305                                       lockend, &cached_state);
3306                         goto out;
3307                 }
3308                 ret = btrfs_prealloc_file_range(inode, mode, alloc_start,
3309                                                 alloc_end - alloc_start,
3310                                                 i_blocksize(inode),
3311                                                 offset + len, &alloc_hint);
3312                 unlock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, lockstart, lockend,
3313                               &cached_state);
3314                 /* btrfs_prealloc_file_range releases reserved space on error */
3315                 if (ret) {
3316                         space_reserved = false;
3317                         goto out;
3318                 }
3319         }
3320         ret = btrfs_fallocate_update_isize(inode, offset + len, mode);
3321  out:
3322         if (ret && space_reserved)
3323                 btrfs_free_reserved_data_space(BTRFS_I(inode), data_reserved,
3324                                                alloc_start, bytes_to_reserve);
3325         extent_changeset_free(data_reserved);
3326
3327         return ret;
3328 }
3329
3330 static long btrfs_fallocate(struct file *file, int mode,
3331                             loff_t offset, loff_t len)
3332 {
3333         struct inode *inode = file_inode(file);
3334         struct extent_state *cached_state = NULL;
3335         struct extent_changeset *data_reserved = NULL;
3336         struct falloc_range *range;
3337         struct falloc_range *tmp;
3338         struct list_head reserve_list;
3339         u64 cur_offset;
3340         u64 last_byte;
3341         u64 alloc_start;
3342         u64 alloc_end;
3343         u64 alloc_hint = 0;
3344         u64 locked_end;
3345         u64 actual_end = 0;
3346         u64 data_space_needed = 0;
3347         u64 data_space_reserved = 0;
3348         u64 qgroup_reserved = 0;
3349         struct extent_map *em;
3350         int blocksize = BTRFS_I(inode)->root->fs_info->sectorsize;
3351         int ret;
3352
3353         /* Do not allow fallocate in ZONED mode */
3354         if (btrfs_is_zoned(btrfs_sb(inode->i_sb)))
3355                 return -EOPNOTSUPP;
3356
3357         alloc_start = round_down(offset, blocksize);
3358         alloc_end = round_up(offset + len, blocksize);
3359         cur_offset = alloc_start;
3360
3361         /* Make sure we aren't being give some crap mode */
3362         if (mode & ~(FALLOC_FL_KEEP_SIZE | FALLOC_FL_PUNCH_HOLE |
3363                      FALLOC_FL_ZERO_RANGE))
3364                 return -EOPNOTSUPP;
3365
3366         if (mode & FALLOC_FL_PUNCH_HOLE)
3367                 return btrfs_punch_hole(file, offset, len);
3368
3369         btrfs_inode_lock(inode, BTRFS_ILOCK_MMAP);
3370
3371         if (!(mode & FALLOC_FL_KEEP_SIZE) && offset + len > inode->i_size) {
3372                 ret = inode_newsize_ok(inode, offset + len);
3373                 if (ret)
3374                         goto out;
3375         }
3376
3377         ret = file_modified(file);
3378         if (ret)
3379                 goto out;
3380
3381         /*
3382          * TODO: Move these two operations after we have checked
3383          * accurate reserved space, or fallocate can still fail but
3384          * with page truncated or size expanded.
3385          *
3386          * But that's a minor problem and won't do much harm BTW.
3387          */
3388         if (alloc_start > inode->i_size) {
3389                 ret = btrfs_cont_expand(BTRFS_I(inode), i_size_read(inode),
3390                                         alloc_start);
3391                 if (ret)
3392                         goto out;
3393         } else if (offset + len > inode->i_size) {
3394                 /*
3395                  * If we are fallocating from the end of the file onward we
3396                  * need to zero out the end of the block if i_size lands in the
3397                  * middle of a block.
3398                  */
3399                 ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode), inode->i_size, 0, 0);
3400                 if (ret)
3401                         goto out;
3402         }
3403
3404         /*
3405          * We have locked the inode at the VFS level (in exclusive mode) and we
3406          * have locked the i_mmap_lock lock (in exclusive mode). Now before
3407          * locking the file range, flush all dealloc in the range and wait for
3408          * all ordered extents in the range to complete. After this we can lock
3409          * the file range and, due to the previous locking we did, we know there
3410          * can't be more delalloc or ordered extents in the range.
3411          */
3412         ret = btrfs_wait_ordered_range(inode, alloc_start,
3413                                        alloc_end - alloc_start);
3414         if (ret)
3415                 goto out;
3416
3417         if (mode & FALLOC_FL_ZERO_RANGE) {
3418                 ret = btrfs_zero_range(inode, offset, len, mode);
3419                 btrfs_inode_unlock(inode, BTRFS_ILOCK_MMAP);
3420                 return ret;
3421         }
3422
3423         locked_end = alloc_end - 1;
3424         lock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, alloc_start, locked_end,
3425                     &cached_state);
3426
3427         btrfs_assert_inode_range_clean(BTRFS_I(inode), alloc_start, locked_end);
3428
3429         /* First, check if we exceed the qgroup limit */
3430         INIT_LIST_HEAD(&reserve_list);
3431         while (cur_offset < alloc_end) {
3432                 em = btrfs_get_extent(BTRFS_I(inode), NULL, 0, cur_offset,
3433                                       alloc_end - cur_offset);
3434                 if (IS_ERR(em)) {
3435                         ret = PTR_ERR(em);
3436                         break;
3437                 }
3438                 last_byte = min(extent_map_end(em), alloc_end);
3439                 actual_end = min_t(u64, extent_map_end(em), offset + len);
3440                 last_byte = ALIGN(last_byte, blocksize);
3441                 if (em->block_start == EXTENT_MAP_HOLE ||
3442                     (cur_offset >= inode->i_size &&
3443                      !test_bit(EXTENT_FLAG_PREALLOC, &em->flags))) {
3444                         const u64 range_len = last_byte - cur_offset;
3445
3446                         ret = add_falloc_range(&reserve_list, cur_offset, range_len);
3447                         if (ret < 0) {
3448                                 free_extent_map(em);
3449                                 break;
3450                         }
3451                         ret = btrfs_qgroup_reserve_data(BTRFS_I(inode),
3452                                         &data_reserved, cur_offset, range_len);
3453                         if (ret < 0) {
3454                                 free_extent_map(em);
3455                                 break;
3456                         }
3457                         qgroup_reserved += range_len;
3458                         data_space_needed += range_len;
3459                 }
3460                 free_extent_map(em);
3461                 cur_offset = last_byte;
3462         }
3463
3464         if (!ret && data_space_needed > 0) {
3465                 /*
3466                  * We are safe to reserve space here as we can't have delalloc
3467                  * in the range, see above.
3468                  */
3469                 ret = btrfs_alloc_data_chunk_ondemand(BTRFS_I(inode),
3470                                                       data_space_needed);
3471                 if (!ret)
3472                         data_space_reserved = data_space_needed;
3473         }
3474
3475         /*
3476          * If ret is still 0, means we're OK to fallocate.
3477          * Or just cleanup the list and exit.
3478          */
3479         list_for_each_entry_safe(range, tmp, &reserve_list, list) {
3480                 if (!ret) {
3481                         ret = btrfs_prealloc_file_range(inode, mode,
3482                                         range->start,
3483                                         range->len, i_blocksize(inode),
3484                                         offset + len, &alloc_hint);
3485                         /*
3486                          * btrfs_prealloc_file_range() releases space even
3487                          * if it returns an error.
3488                          */
3489                         data_space_reserved -= range->len;
3490                         qgroup_reserved -= range->len;
3491                 } else if (data_space_reserved > 0) {
3492                         btrfs_free_reserved_data_space(BTRFS_I(inode),
3493                                                data_reserved, range->start,
3494                                                range->len);
3495                         data_space_reserved -= range->len;
3496                         qgroup_reserved -= range->len;
3497                 } else if (qgroup_reserved > 0) {
3498                         btrfs_qgroup_free_data(BTRFS_I(inode), data_reserved,
3499                                                range->start, range->len);
3500                         qgroup_reserved -= range->len;
3501                 }
3502                 list_del(&range->list);
3503                 kfree(range);
3504         }
3505         if (ret < 0)
3506                 goto out_unlock;
3507
3508         /*
3509          * We didn't need to allocate any more space, but we still extended the
3510          * size of the file so we need to update i_size and the inode item.
3511          */
3512         ret = btrfs_fallocate_update_isize(inode, actual_end, mode);
3513 out_unlock:
3514         unlock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, alloc_start, locked_end,
3515                       &cached_state);
3516 out:
3517         btrfs_inode_unlock(inode, BTRFS_ILOCK_MMAP);
3518         extent_changeset_free(data_reserved);
3519         return ret;
3520 }
3521
3522 /*
3523  * Helper for btrfs_find_delalloc_in_range(). Find a subrange in a given range
3524  * that has unflushed and/or flushing delalloc. There might be other adjacent
3525  * subranges after the one it found, so btrfs_find_delalloc_in_range() keeps
3526  * looping while it gets adjacent subranges, and merging them together.
3527  */
3528 static bool find_delalloc_subrange(struct btrfs_inode *inode, u64 start, u64 end,
3529                                    u64 *delalloc_start_ret, u64 *delalloc_end_ret)
3530 {
3531         const u64 len = end + 1 - start;
3532         struct extent_map_tree *em_tree = &inode->extent_tree;
3533         struct extent_map *em;
3534         u64 em_end;
3535         u64 delalloc_len;
3536
3537         /*
3538          * Search the io tree first for EXTENT_DELALLOC. If we find any, it
3539          * means we have delalloc (dirty pages) for which writeback has not
3540          * started yet.
3541          */
3542         *delalloc_start_ret = start;
3543         delalloc_len = count_range_bits(&inode->io_tree, delalloc_start_ret, end,
3544                                         len, EXTENT_DELALLOC, 1);
3545         /*
3546          * If delalloc was found then *delalloc_start_ret has a sector size
3547          * aligned value (rounded down).
3548          */
3549         if (delalloc_len > 0)
3550                 *delalloc_end_ret = *delalloc_start_ret + delalloc_len - 1;
3551
3552         /*
3553          * Now also check if there's any extent map in the range that does not
3554          * map to a hole or prealloc extent. We do this because:
3555          *
3556          * 1) When delalloc is flushed, the file range is locked, we clear the
3557          *    EXTENT_DELALLOC bit from the io tree and create an extent map for
3558          *    an allocated extent. So we might just have been called after
3559          *    delalloc is flushed and before the ordered extent completes and
3560          *    inserts the new file extent item in the subvolume's btree;
3561          *
3562          * 2) We may have an extent map created by flushing delalloc for a
3563          *    subrange that starts before the subrange we found marked with
3564          *    EXTENT_DELALLOC in the io tree.
3565          */
3566         read_lock(&em_tree->lock);
3567         em = lookup_extent_mapping(em_tree, start, len);
3568         read_unlock(&em_tree->lock);
3569
3570         /* extent_map_end() returns a non-inclusive end offset. */
3571         em_end = em ? extent_map_end(em) : 0;
3572
3573         /*
3574          * If we have a hole/prealloc extent map, check the next one if this one
3575          * ends before our range's end.
3576          */
3577         if (em && (em->block_start == EXTENT_MAP_HOLE ||
3578                    test_bit(EXTENT_FLAG_PREALLOC, &em->flags)) && em_end < end) {
3579                 struct extent_map *next_em;
3580
3581                 read_lock(&em_tree->lock);
3582                 next_em = lookup_extent_mapping(em_tree, em_end, len - em_end);
3583                 read_unlock(&em_tree->lock);
3584
3585                 free_extent_map(em);
3586                 em_end = next_em ? extent_map_end(next_em) : 0;
3587                 em = next_em;
3588         }
3589
3590         if (em && (em->block_start == EXTENT_MAP_HOLE ||
3591                    test_bit(EXTENT_FLAG_PREALLOC, &em->flags))) {
3592                 free_extent_map(em);
3593                 em = NULL;
3594         }
3595
3596         /*
3597          * No extent map or one for a hole or prealloc extent. Use the delalloc
3598          * range we found in the io tree if we have one.
3599          */
3600         if (!em)
3601                 return (delalloc_len > 0);
3602
3603         /*
3604          * We don't have any range as EXTENT_DELALLOC in the io tree, so the
3605          * extent map is the only subrange representing delalloc.
3606          */
3607         if (delalloc_len == 0) {
3608                 *delalloc_start_ret = em->start;
3609                 *delalloc_end_ret = min(end, em_end - 1);
3610                 free_extent_map(em);
3611                 return true;
3612         }
3613
3614         /*
3615          * The extent map represents a delalloc range that starts before the
3616          * delalloc range we found in the io tree.
3617          */
3618         if (em->start < *delalloc_start_ret) {
3619                 *delalloc_start_ret = em->start;
3620                 /*
3621                  * If the ranges are adjacent, return a combined range.
3622                  * Otherwise return the extent map's range.
3623                  */
3624                 if (em_end < *delalloc_start_ret)
3625                         *delalloc_end_ret = min(end, em_end - 1);
3626
3627                 free_extent_map(em);
3628                 return true;
3629         }
3630
3631         /*
3632          * The extent map starts after the delalloc range we found in the io
3633          * tree. If it's adjacent, return a combined range, otherwise return
3634          * the range found in the io tree.
3635          */
3636         if (*delalloc_end_ret + 1 == em->start)
3637                 *delalloc_end_ret = min(end, em_end - 1);
3638
3639         free_extent_map(em);
3640         return true;
3641 }
3642
3643 /*
3644  * Check if there's delalloc in a given range.
3645  *
3646  * @inode:               The inode.
3647  * @start:               The start offset of the range. It does not need to be
3648  *                       sector size aligned.
3649  * @end:                 The end offset (inclusive value) of the search range.
3650  *                       It does not need to be sector size aligned.
3651  * @delalloc_start_ret:  Output argument, set to the start offset of the
3652  *                       subrange found with delalloc (may not be sector size
3653  *                       aligned).
3654  * @delalloc_end_ret:    Output argument, set to he end offset (inclusive value)
3655  *                       of the subrange found with delalloc.
3656  *
3657  * Returns true if a subrange with delalloc is found within the given range, and
3658  * if so it sets @delalloc_start_ret and @delalloc_end_ret with the start and
3659  * end offsets of the subrange.
3660  */
3661 bool btrfs_find_delalloc_in_range(struct btrfs_inode *inode, u64 start, u64 end,
3662                                   u64 *delalloc_start_ret, u64 *delalloc_end_ret)
3663 {
3664         u64 cur_offset = round_down(start, inode->root->fs_info->sectorsize);
3665         u64 prev_delalloc_end = 0;
3666         bool ret = false;
3667
3668         while (cur_offset < end) {
3669                 u64 delalloc_start;
3670                 u64 delalloc_end;
3671                 bool delalloc;
3672
3673                 delalloc = find_delalloc_subrange(inode, cur_offset, end,
3674                                                   &delalloc_start,
3675                                                   &delalloc_end);
3676                 if (!delalloc)
3677                         break;
3678
3679                 if (prev_delalloc_end == 0) {
3680                         /* First subrange found. */
3681                         *delalloc_start_ret = max(delalloc_start, start);
3682                         *delalloc_end_ret = delalloc_end;
3683                         ret = true;
3684                 } else if (delalloc_start == prev_delalloc_end + 1) {
3685                         /* Subrange adjacent to the previous one, merge them. */
3686                         *delalloc_end_ret = delalloc_end;
3687                 } else {
3688                         /* Subrange not adjacent to the previous one, exit. */
3689                         break;
3690                 }
3691
3692                 prev_delalloc_end = delalloc_end;
3693                 cur_offset = delalloc_end + 1;
3694                 cond_resched();
3695         }
3696
3697         return ret;
3698 }
3699
3700 /*
3701  * Check if there's a hole or delalloc range in a range representing a hole (or
3702  * prealloc extent) found in the inode's subvolume btree.
3703  *
3704  * @inode:      The inode.
3705  * @whence:     Seek mode (SEEK_DATA or SEEK_HOLE).
3706  * @start:      Start offset of the hole region. It does not need to be sector
3707  *              size aligned.
3708  * @end:        End offset (inclusive value) of the hole region. It does not
3709  *              need to be sector size aligned.
3710  * @start_ret:  Return parameter, used to set the start of the subrange in the
3711  *              hole that matches the search criteria (seek mode), if such
3712  *              subrange is found (return value of the function is true).
3713  *              The value returned here may not be sector size aligned.
3714  *
3715  * Returns true if a subrange matching the given seek mode is found, and if one
3716  * is found, it updates @start_ret with the start of the subrange.
3717  */
3718 static bool find_desired_extent_in_hole(struct btrfs_inode *inode, int whence,
3719                                         u64 start, u64 end, u64 *start_ret)
3720 {
3721         u64 delalloc_start;
3722         u64 delalloc_end;
3723         bool delalloc;
3724
3725         delalloc = btrfs_find_delalloc_in_range(inode, start, end,
3726                                                 &delalloc_start, &delalloc_end);
3727         if (delalloc && whence == SEEK_DATA) {
3728                 *start_ret = delalloc_start;
3729                 return true;
3730         }
3731
3732         if (delalloc && whence == SEEK_HOLE) {
3733                 /*
3734                  * We found delalloc but it starts after out start offset. So we
3735                  * have a hole between our start offset and the delalloc start.
3736                  */
3737                 if (start < delalloc_start) {
3738                         *start_ret = start;
3739                         return true;
3740                 }
3741                 /*
3742                  * Delalloc range starts at our start offset.
3743                  * If the delalloc range's length is smaller than our range,
3744                  * then it means we have a hole that starts where the delalloc
3745                  * subrange ends.
3746                  */
3747                 if (delalloc_end < end) {
3748                         *start_ret = delalloc_end + 1;
3749                         return true;
3750                 }
3751
3752                 /* There's delalloc for the whole range. */
3753                 return false;
3754         }
3755
3756         if (!delalloc && whence == SEEK_HOLE) {
3757                 *start_ret = start;
3758                 return true;
3759         }
3760
3761         /*
3762          * No delalloc in the range and we are seeking for data. The caller has
3763          * to iterate to the next extent item in the subvolume btree.
3764          */
3765         return false;
3766 }
3767
3768 static loff_t find_desired_extent(struct btrfs_inode *inode, loff_t offset,
3769                                   int whence)
3770 {
3771         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
3772         struct extent_state *cached_state = NULL;
3773         const loff_t i_size = i_size_read(&inode->vfs_inode);
3774         const u64 ino = btrfs_ino(inode);
3775         struct btrfs_root *root = inode->root;
3776         struct btrfs_path *path;
3777         struct btrfs_key key;
3778         u64 last_extent_end;
3779         u64 lockstart;
3780         u64 lockend;
3781         u64 start;
3782         int ret;
3783         bool found = false;
3784
3785         if (i_size == 0 || offset >= i_size)
3786                 return -ENXIO;
3787
3788         /*
3789          * Quick path. If the inode has no prealloc extents and its number of
3790          * bytes used matches its i_size, then it can not have holes.
3791          */
3792         if (whence == SEEK_HOLE &&
3793             !(inode->flags & BTRFS_INODE_PREALLOC) &&
3794             inode_get_bytes(&inode->vfs_inode) == i_size)
3795                 return i_size;
3796
3797         /*
3798          * offset can be negative, in this case we start finding DATA/HOLE from
3799          * the very start of the file.
3800          */
3801         start = max_t(loff_t, 0, offset);
3802
3803         lockstart = round_down(start, fs_info->sectorsize);
3804         lockend = round_up(i_size, fs_info->sectorsize);
3805         if (lockend <= lockstart)
3806                 lockend = lockstart + fs_info->sectorsize;
3807         lockend--;
3808
3809         path = btrfs_alloc_path();
3810         if (!path)
3811                 return -ENOMEM;
3812         path->reada = READA_FORWARD;
3813
3814         key.objectid = ino;
3815         key.type = BTRFS_EXTENT_DATA_KEY;
3816         key.offset = start;
3817
3818         last_extent_end = lockstart;
3819
3820         lock_extent(&inode->io_tree, lockstart, lockend, &cached_state);
3821
3822         ret = btrfs_search_slot(NULL, root, &key, path, 0, 0);
3823         if (ret < 0) {
3824                 goto out;
3825         } else if (ret > 0 && path->slots[0] > 0) {
3826                 btrfs_item_key_to_cpu(path->nodes[0], &key, path->slots[0] - 1);
3827                 if (key.objectid == ino && key.type == BTRFS_EXTENT_DATA_KEY)
3828                         path->slots[0]--;
3829         }
3830
3831         while (start < i_size) {
3832                 struct extent_buffer *leaf = path->nodes[0];
3833                 struct btrfs_file_extent_item *extent;
3834                 u64 extent_end;
3835
3836                 if (path->slots[0] >= btrfs_header_nritems(leaf)) {
3837                         ret = btrfs_next_leaf(root, path);
3838                         if (ret < 0)
3839                                 goto out;
3840                         else if (ret > 0)
3841                                 break;
3842
3843                         leaf = path->nodes[0];
3844                 }
3845
3846                 btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &key, path->slots[0]);
3847                 if (key.objectid != ino || key.type != BTRFS_EXTENT_DATA_KEY)
3848                         break;
3849
3850                 extent_end = btrfs_file_extent_end(path);
3851
3852                 /*
3853                  * In the first iteration we may have a slot that points to an
3854                  * extent that ends before our start offset, so skip it.
3855                  */
3856                 if (extent_end <= start) {
3857                         path->slots[0]++;
3858                         continue;
3859                 }
3860
3861                 /* We have an implicit hole, NO_HOLES feature is likely set. */
3862                 if (last_extent_end < key.offset) {
3863                         u64 search_start = last_extent_end;
3864                         u64 found_start;
3865
3866                         /*
3867                          * First iteration, @start matches @offset and it's
3868                          * within the hole.
3869                          */
3870                         if (start == offset)
3871                                 search_start = offset;
3872
3873                         found = find_desired_extent_in_hole(inode, whence,
3874                                                             search_start,
3875                                                             key.offset - 1,
3876                                                             &found_start);
3877                         if (found) {
3878                                 start = found_start;
3879                                 break;
3880                         }
3881                         /*
3882                          * Didn't find data or a hole (due to delalloc) in the
3883                          * implicit hole range, so need to analyze the extent.
3884                          */
3885                 }
3886
3887                 extent = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
3888                                         struct btrfs_file_extent_item);
3889
3890                 if (btrfs_file_extent_disk_bytenr(leaf, extent) == 0 ||
3891                     btrfs_file_extent_type(leaf, extent) ==
3892                     BTRFS_FILE_EXTENT_PREALLOC) {
3893                         /*
3894                          * Explicit hole or prealloc extent, search for delalloc.
3895                          * A prealloc extent is treated like a hole.
3896                          */
3897                         u64 search_start = key.offset;
3898                         u64 found_start;
3899
3900                         /*
3901                          * First iteration, @start matches @offset and it's
3902                          * within the hole.
3903                          */
3904                         if (start == offset)
3905                                 search_start = offset;
3906
3907                         found = find_desired_extent_in_hole(inode, whence,
3908                                                             search_start,
3909                                                             extent_end - 1,
3910                                                             &found_start);
3911                         if (found) {
3912                                 start = found_start;
3913                                 break;
3914                         }
3915                         /*
3916                          * Didn't find data or a hole (due to delalloc) in the
3917                          * implicit hole range, so need to analyze the next
3918                          * extent item.
3919                          */
3920                 } else {
3921                         /*
3922                          * Found a regular or inline extent.
3923                          * If we are seeking for data, adjust the start offset
3924                          * and stop, we're done.
3925                          */
3926                         if (whence == SEEK_DATA) {
3927                                 start = max_t(u64, key.offset, offset);
3928                                 found = true;
3929                                 break;
3930                         }
3931                         /*
3932                          * Else, we are seeking for a hole, check the next file
3933                          * extent item.
3934                          */
3935                 }
3936
3937                 start = extent_end;
3938                 last_extent_end = extent_end;
3939                 path->slots[0]++;
3940                 if (fatal_signal_pending(current)) {
3941                         ret = -EINTR;
3942                         goto out;
3943                 }
3944                 cond_resched();
3945         }
3946
3947         /* We have an implicit hole from the last extent found up to i_size. */
3948         if (!found && start < i_size) {
3949                 found = find_desired_extent_in_hole(inode, whence, start,
3950                                                     i_size - 1, &start);
3951                 if (!found)
3952                         start = i_size;
3953         }
3954
3955 out:
3956         unlock_extent(&inode->io_tree, lockstart, lockend, &cached_state);
3957         btrfs_free_path(path);
3958
3959         if (ret < 0)
3960                 return ret;
3961
3962         if (whence == SEEK_DATA && start >= i_size)
3963                 return -ENXIO;
3964
3965         return min_t(loff_t, start, i_size);
3966 }
3967
3968 static loff_t btrfs_file_llseek(struct file *file, loff_t offset, int whence)
3969 {
3970         struct inode *inode = file->f_mapping->host;
3971
3972         switch (whence) {
3973         default:
3974                 return generic_file_llseek(file, offset, whence);
3975         case SEEK_DATA:
3976         case SEEK_HOLE:
3977                 btrfs_inode_lock(inode, BTRFS_ILOCK_SHARED);
3978                 offset = find_desired_extent(BTRFS_I(inode), offset, whence);
3979                 btrfs_inode_unlock(inode, BTRFS_ILOCK_SHARED);
3980                 break;
3981         }
3982
3983         if (offset < 0)
3984                 return offset;
3985
3986         return vfs_setpos(file, offset, inode->i_sb->s_maxbytes);
3987 }
3988
3989 static int btrfs_file_open(struct inode *inode, struct file *filp)
3990 {
3991         int ret;
3992
3993         filp->f_mode |= FMODE_NOWAIT | FMODE_BUF_RASYNC | FMODE_BUF_WASYNC;
3994
3995         ret = fsverity_file_open(inode, filp);
3996         if (ret)
3997                 return ret;
3998         return generic_file_open(inode, filp);
3999 }
4000
4001 static int check_direct_read(struct btrfs_fs_info *fs_info,
4002                              const struct iov_iter *iter, loff_t offset)
4003 {
4004         int ret;
4005         int i, seg;
4006
4007         ret = check_direct_IO(fs_info, iter, offset);
4008         if (ret < 0)
4009                 return ret;
4010
4011         if (!iter_is_iovec(iter))
4012                 return 0;
4013
4014         for (seg = 0; seg < iter->nr_segs; seg++)
4015                 for (i = seg + 1; i < iter->nr_segs; i++)
4016                         if (iter->iov[seg].iov_base == iter->iov[i].iov_base)
4017                                 return -EINVAL;
4018         return 0;
4019 }
4020
4021 static ssize_t btrfs_direct_read(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *to)
4022 {
4023         struct inode *inode = file_inode(iocb->ki_filp);
4024         size_t prev_left = 0;
4025         ssize_t read = 0;
4026         ssize_t ret;
4027
4028         if (fsverity_active(inode))
4029                 return 0;
4030
4031         if (check_direct_read(btrfs_sb(inode->i_sb), to, iocb->ki_pos))
4032                 return 0;
4033
4034         btrfs_inode_lock(inode, BTRFS_ILOCK_SHARED);
4035 again:
4036         /*
4037          * This is similar to what we do for direct IO writes, see the comment
4038          * at btrfs_direct_write(), but we also disable page faults in addition
4039          * to disabling them only at the iov_iter level. This is because when
4040          * reading from a hole or prealloc extent, iomap calls iov_iter_zero(),
4041          * which can still trigger page fault ins despite having set ->nofault
4042          * to true of our 'to' iov_iter.
4043          *
4044          * The difference to direct IO writes is that we deadlock when trying
4045          * to lock the extent range in the inode's tree during he page reads
4046          * triggered by the fault in (while for writes it is due to waiting for
4047          * our own ordered extent). This is because for direct IO reads,
4048          * btrfs_dio_iomap_begin() returns with the extent range locked, which
4049          * is only unlocked in the endio callback (end_bio_extent_readpage()).
4050          */
4051         pagefault_disable();
4052         to->nofault = true;
4053         ret = btrfs_dio_read(iocb, to, read);
4054         to->nofault = false;
4055         pagefault_enable();
4056
4057         /* No increment (+=) because iomap returns a cumulative value. */
4058         if (ret > 0)
4059                 read = ret;
4060
4061         if (iov_iter_count(to) > 0 && (ret == -EFAULT || ret > 0)) {
4062                 const size_t left = iov_iter_count(to);
4063
4064                 if (left == prev_left) {
4065                         /*
4066                          * We didn't make any progress since the last attempt,
4067                          * fallback to a buffered read for the remainder of the
4068                          * range. This is just to avoid any possibility of looping
4069                          * for too long.
4070                          */
4071                         ret = read;
4072                 } else {
4073                         /*
4074                          * We made some progress since the last retry or this is
4075                          * the first time we are retrying. Fault in as many pages
4076                          * as possible and retry.
4077                          */
4078                         fault_in_iov_iter_writeable(to, left);
4079                         prev_left = left;
4080                         goto again;
4081                 }
4082         }
4083         btrfs_inode_unlock(inode, BTRFS_ILOCK_SHARED);
4084         return ret < 0 ? ret : read;
4085 }
4086
4087 static ssize_t btrfs_file_read_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *to)
4088 {
4089         ssize_t ret = 0;
4090
4091         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
4092                 ret = btrfs_direct_read(iocb, to);
4093                 if (ret < 0 || !iov_iter_count(to) ||
4094                     iocb->ki_pos >= i_size_read(file_inode(iocb->ki_filp)))
4095                         return ret;
4096         }
4097
4098         return filemap_read(iocb, to, ret);
4099 }
4100
4101 const struct file_operations btrfs_file_operations = {
4102         .llseek         = btrfs_file_llseek,
4103         .read_iter      = btrfs_file_read_iter,
4104         .splice_read    = generic_file_splice_read,
4105         .write_iter     = btrfs_file_write_iter,
4106         .splice_write   = iter_file_splice_write,
4107         .mmap           = btrfs_file_mmap,
4108         .open           = btrfs_file_open,
4109         .release        = btrfs_release_file,
4110         .get_unmapped_area = thp_get_unmapped_area,
4111         .fsync          = btrfs_sync_file,
4112         .fallocate      = btrfs_fallocate,
4113         .unlocked_ioctl = btrfs_ioctl,
4114 #ifdef CONFIG_COMPAT
4115         .compat_ioctl   = btrfs_compat_ioctl,
4116 #endif
4117         .remap_file_range = btrfs_remap_file_range,
4118 };
4119
4120 void __cold btrfs_auto_defrag_exit(void)
4121 {
4122         kmem_cache_destroy(btrfs_inode_defrag_cachep);
4123 }
4124
4125 int __init btrfs_auto_defrag_init(void)
4126 {
4127         btrfs_inode_defrag_cachep = kmem_cache_create("btrfs_inode_defrag",
4128                                         sizeof(struct inode_defrag), 0,
4129                                         SLAB_MEM_SPREAD,
4130                                         NULL);
4131         if (!btrfs_inode_defrag_cachep)
4132                 return -ENOMEM;
4133
4134         return 0;
4135 }
4136
4137 int btrfs_fdatawrite_range(struct inode *inode, loff_t start, loff_t end)
4138 {
4139         int ret;
4140
4141         /*
4142          * So with compression we will find and lock a dirty page and clear the
4143          * first one as dirty, setup an async extent, and immediately return
4144          * with the entire range locked but with nobody actually marked with
4145          * writeback.  So we can't just filemap_write_and_wait_range() and
4146          * expect it to work since it will just kick off a thread to do the
4147          * actual work.  So we need to call filemap_fdatawrite_range _again_
4148          * since it will wait on the page lock, which won't be unlocked until
4149          * after the pages have been marked as writeback and so we're good to go
4150          * from there.  We have to do this otherwise we'll miss the ordered
4151          * extents and that results in badness.  Please Josef, do not think you
4152          * know better and pull this out at some point in the future, it is
4153          * right and you are wrong.
4154          */
4155         ret = filemap_fdatawrite_range(inode->i_mapping, start, end);
4156         if (!ret && test_bit(BTRFS_INODE_HAS_ASYNC_EXTENT,
4157                              &BTRFS_I(inode)->runtime_flags))
4158                 ret = filemap_fdatawrite_range(inode->i_mapping, start, end);
4159
4160         return ret;
4161 }