fs/direct-io.c

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