fs/ext4/page-io.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * linux/fs/ext4/page-io.c
   4  *
   5  * This contains the new page_io functions for ext4
   6  *
   7  * Written by Theodore Ts'o, 2010.
   8  */
   9
  10 #include <linux/fs.h>
  11 #include <linux/time.h>
  12 #include <linux/highuid.h>
  13 #include <linux/pagemap.h>
  14 #include <linux/quotaops.h>
  15 #include <linux/string.h>
  16 #include <linux/buffer_head.h>
  17 #include <linux/writeback.h>
  18 #include <linux/pagevec.h>
  19 #include <linux/mpage.h>
  20 #include <linux/namei.h>
  21 #include <linux/uio.h>
  22 #include <linux/bio.h>
  23 #include <linux/workqueue.h>
  24 #include <linux/kernel.h>
  25 #include <linux/slab.h>
  26 #include <linux/mm.h>
  27 #include <linux/sched/mm.h>
  28
  29 #include "ext4_jbd2.h"
  30 #include "xattr.h"
  31 #include "acl.h"
  32
  33 static struct kmem_cache *io_end_cachep;
  34 static struct kmem_cache *io_end_vec_cachep;
  35
  36 int __init ext4_init_pageio(void)
  37 {
  38         io_end_cachep = KMEM_CACHE(ext4_io_end, SLAB_RECLAIM_ACCOUNT);
  39         if (io_end_cachep == NULL)
  40                 return -ENOMEM;
  41
  42         io_end_vec_cachep = KMEM_CACHE(ext4_io_end_vec, 0);
  43         if (io_end_vec_cachep == NULL) {
  44                 kmem_cache_destroy(io_end_cachep);
  45                 return -ENOMEM;
  46         }
  47         return 0;
  48 }
  49
  50 void ext4_exit_pageio(void)
  51 {
  52         kmem_cache_destroy(io_end_cachep);
  53         kmem_cache_destroy(io_end_vec_cachep);
  54 }
  55
  56 struct ext4_io_end_vec *ext4_alloc_io_end_vec(ext4_io_end_t *io_end)
  57 {
  58         struct ext4_io_end_vec *io_end_vec;
  59
  60         io_end_vec = kmem_cache_zalloc(io_end_vec_cachep, GFP_NOFS);
  61         if (!io_end_vec)
  62                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
  63         INIT_LIST_HEAD(&io_end_vec->list);
  64         list_add_tail(&io_end_vec->list, &io_end->list_vec);
  65         return io_end_vec;
  66 }
  67
  68 static void ext4_free_io_end_vec(ext4_io_end_t *io_end)
  69 {
  70         struct ext4_io_end_vec *io_end_vec, *tmp;
  71
  72         if (list_empty(&io_end->list_vec))
  73                 return;
  74         list_for_each_entry_safe(io_end_vec, tmp, &io_end->list_vec, list) {
  75                 list_del(&io_end_vec->list);
  76                 kmem_cache_free(io_end_vec_cachep, io_end_vec);
  77         }
  78 }
  79
  80 struct ext4_io_end_vec *ext4_last_io_end_vec(ext4_io_end_t *io_end)
  81 {
  82         BUG_ON(list_empty(&io_end->list_vec));
  83         return list_last_entry(&io_end->list_vec, struct ext4_io_end_vec, list);
  84 }
  85
  86 /*
  87  * Print an buffer I/O error compatible with the fs/buffer.c.  This
  88  * provides compatibility with dmesg scrapers that look for a specific
  89  * buffer I/O error message.  We really need a unified error reporting
  90  * structure to userspace ala Digital Unix's uerf system, but it's
  91  * probably not going to happen in my lifetime, due to LKML politics...
  92  */
  93 static void buffer_io_error(struct buffer_head *bh)
  94 {
  95         printk_ratelimited(KERN_ERR "Buffer I/O error on device %pg, logical block %llu\n",
  96                        bh->b_bdev,
  97                         (unsigned long long)bh->b_blocknr);
  98 }
  99
 100 static void ext4_finish_bio(struct bio *bio)
 101 {
 102         struct folio_iter fi;
 103
 104         bio_for_each_folio_all(fi, bio) {
 105                 struct folio *folio = fi.folio;
 106                 struct folio *io_folio = NULL;
 107                 struct buffer_head *bh, *head;
 108                 size_t bio_start = fi.offset;
 109                 size_t bio_end = bio_start + fi.length;
 110                 unsigned under_io = 0;
 111                 unsigned long flags;
 112
 113                 if (fscrypt_is_bounce_folio(folio)) {
 114                         io_folio = folio;
 115                         folio = fscrypt_pagecache_folio(folio);
 116                 }
 117
 118                 if (bio->bi_status) {
 119                         int err = blk_status_to_errno(bio->bi_status);
 120                         folio_set_error(folio);
 121                         mapping_set_error(folio->mapping, err);
 122                 }
 123                 bh = head = folio_buffers(folio);
 124                 /*
 125                  * We check all buffers in the folio under b_uptodate_lock
 126                  * to avoid races with other end io clearing async_write flags
 127                  */
 128                 spin_lock_irqsave(&head->b_uptodate_lock, flags);
 129                 do {
 130                         if (bh_offset(bh) < bio_start ||
 131                             bh_offset(bh) + bh->b_size > bio_end) {
 132                                 if (buffer_async_write(bh))
 133                                         under_io++;
 134                                 continue;
 135                         }
 136                         clear_buffer_async_write(bh);
 137                         if (bio->bi_status) {
 138                                 set_buffer_write_io_error(bh);
 139                                 buffer_io_error(bh);
 140                         }
 141                 } while ((bh = bh->b_this_page) != head);
 142                 spin_unlock_irqrestore(&head->b_uptodate_lock, flags);
 143                 if (!under_io) {
 144                         fscrypt_free_bounce_page(&io_folio->page);
 145                         folio_end_writeback(folio);
 146                 }
 147         }
 148 }
 149
 150 static void ext4_release_io_end(ext4_io_end_t *io_end)
 151 {
 152         struct bio *bio, *next_bio;
 153
 154         BUG_ON(!list_empty(&io_end->list));
 155         BUG_ON(io_end->flag & EXT4_IO_END_UNWRITTEN);
 156         WARN_ON(io_end->handle);
 157
 158         for (bio = io_end->bio; bio; bio = next_bio) {
 159                 next_bio = bio->bi_private;
 160                 ext4_finish_bio(bio);
 161                 bio_put(bio);
 162         }
 163         ext4_free_io_end_vec(io_end);
 164         kmem_cache_free(io_end_cachep, io_end);
 165 }
 166
 167 /*
 168  * Check a range of space and convert unwritten extents to written. Note that
 169  * we are protected from truncate touching same part of extent tree by the
 170  * fact that truncate code waits for all DIO to finish (thus exclusion from
 171  * direct IO is achieved) and also waits for PageWriteback bits. Thus we
 172  * cannot get to ext4_ext_truncate() before all IOs overlapping that range are
 173  * completed (happens from ext4_free_ioend()).
 174  */
 175 static int ext4_end_io_end(ext4_io_end_t *io_end)
 176 {
 177         struct inode *inode = io_end->inode;
 178         handle_t *handle = io_end->handle;
 179         int ret = 0;
 180
 181         ext4_debug("ext4_end_io_nolock: io_end 0x%p from inode %lu,list->next 0x%p,"
 182                    "list->prev 0x%p\n",
 183                    io_end, inode->i_ino, io_end->list.next, io_end->list.prev);
 184
 185         io_end->handle = NULL;  /* Following call will use up the handle */
 186         ret = ext4_convert_unwritten_io_end_vec(handle, io_end);
 187         if (ret < 0 && !ext4_forced_shutdown(inode->i_sb)) {
 188                 ext4_msg(inode->i_sb, KERN_EMERG,
 189                          "failed to convert unwritten extents to written "
 190                          "extents -- potential data loss!  "
 191                          "(inode %lu, error %d)", inode->i_ino, ret);
 192         }
 193         ext4_clear_io_unwritten_flag(io_end);
 194         ext4_release_io_end(io_end);
 195         return ret;
 196 }
 197
 198 static void dump_completed_IO(struct inode *inode, struct list_head *head)
 199 {
 200 #ifdef  EXT4FS_DEBUG
 201         struct list_head *cur, *before, *after;
 202         ext4_io_end_t *io_end, *io_end0, *io_end1;
 203
 204         if (list_empty(head))
 205                 return;
 206
 207         ext4_debug("Dump inode %lu completed io list\n", inode->i_ino);
 208         list_for_each_entry(io_end, head, list) {
 209                 cur = &io_end->list;
 210                 before = cur->prev;
 211                 io_end0 = container_of(before, ext4_io_end_t, list);
 212                 after = cur->next;
 213                 io_end1 = container_of(after, ext4_io_end_t, list);
 214
 215                 ext4_debug("io 0x%p from inode %lu,prev 0x%p,next 0x%p\n",
 216                             io_end, inode->i_ino, io_end0, io_end1);
 217         }
 218 #endif
 219 }
 220
 221 /* Add the io_end to per-inode completed end_io list. */
 222 static void ext4_add_complete_io(ext4_io_end_t *io_end)
 223 {
 224         struct ext4_inode_info *ei = EXT4_I(io_end->inode);
 225         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(io_end->inode->i_sb);
 226         struct workqueue_struct *wq;
 227         unsigned long flags;
 228
 229         /* Only reserved conversions from writeback should enter here */
 230         WARN_ON(!(io_end->flag & EXT4_IO_END_UNWRITTEN));
 231         WARN_ON(!io_end->handle && sbi->s_journal);
 232         spin_lock_irqsave(&ei->i_completed_io_lock, flags);
 233         wq = sbi->rsv_conversion_wq;
 234         if (list_empty(&ei->i_rsv_conversion_list))
 235                 queue_work(wq, &ei->i_rsv_conversion_work);
 236         list_add_tail(&io_end->list, &ei->i_rsv_conversion_list);
 237         spin_unlock_irqrestore(&ei->i_completed_io_lock, flags);
 238 }
 239
 240 static int ext4_do_flush_completed_IO(struct inode *inode,
 241                                       struct list_head *head)
 242 {
 243         ext4_io_end_t *io_end;
 244         struct list_head unwritten;
 245         unsigned long flags;
 246         struct ext4_inode_info *ei = EXT4_I(inode);
 247         int err, ret = 0;
 248
 249         spin_lock_irqsave(&ei->i_completed_io_lock, flags);
 250         dump_completed_IO(inode, head);
 251         list_replace_init(head, &unwritten);
 252         spin_unlock_irqrestore(&ei->i_completed_io_lock, flags);
 253
 254         while (!list_empty(&unwritten)) {
 255                 io_end = list_entry(unwritten.next, ext4_io_end_t, list);
 256                 BUG_ON(!(io_end->flag & EXT4_IO_END_UNWRITTEN));
 257                 list_del_init(&io_end->list);
 258
 259                 err = ext4_end_io_end(io_end);
 260                 if (unlikely(!ret && err))
 261                         ret = err;
 262         }
 263         return ret;
 264 }
 265
 266 /*
 267  * work on completed IO, to convert unwritten extents to extents
 268  */
 269 void ext4_end_io_rsv_work(struct work_struct *work)
 270 {
 271         struct ext4_inode_info *ei = container_of(work, struct ext4_inode_info,
 272                                                   i_rsv_conversion_work);
 273         ext4_do_flush_completed_IO(&ei->vfs_inode, &ei->i_rsv_conversion_list);
 274 }
 275
 276 ext4_io_end_t *ext4_init_io_end(struct inode *inode, gfp_t flags)
 277 {
 278         ext4_io_end_t *io_end = kmem_cache_zalloc(io_end_cachep, flags);
 279
 280         if (io_end) {
 281                 io_end->inode = inode;
 282                 INIT_LIST_HEAD(&io_end->list);
 283                 INIT_LIST_HEAD(&io_end->list_vec);
 284                 refcount_set(&io_end->count, 1);
 285         }
 286         return io_end;
 287 }
 288
 289 void ext4_put_io_end_defer(ext4_io_end_t *io_end)
 290 {
 291         if (refcount_dec_and_test(&io_end->count)) {
 292                 if (!(io_end->flag & EXT4_IO_END_UNWRITTEN) ||
 293                                 list_empty(&io_end->list_vec)) {
 294                         ext4_release_io_end(io_end);
 295                         return;
 296                 }
 297                 ext4_add_complete_io(io_end);
 298         }
 299 }
 300
 301 int ext4_put_io_end(ext4_io_end_t *io_end)
 302 {
 303         int err = 0;
 304
 305         if (refcount_dec_and_test(&io_end->count)) {
 306                 if (io_end->flag & EXT4_IO_END_UNWRITTEN) {
 307                         err = ext4_convert_unwritten_io_end_vec(io_end->handle,
 308                                                                 io_end);
 309                         io_end->handle = NULL;
 310                         ext4_clear_io_unwritten_flag(io_end);
 311                 }
 312                 ext4_release_io_end(io_end);
 313         }
 314         return err;
 315 }
 316
 317 ext4_io_end_t *ext4_get_io_end(ext4_io_end_t *io_end)
 318 {
 319         refcount_inc(&io_end->count);
 320         return io_end;
 321 }
 322
 323 /* BIO completion function for page writeback */
 324 static void ext4_end_bio(struct bio *bio)
 325 {
 326         ext4_io_end_t *io_end = bio->bi_private;
 327         sector_t bi_sector = bio->bi_iter.bi_sector;
 328
 329         if (WARN_ONCE(!io_end, "io_end is NULL: %pg: sector %Lu len %u err %d\n",
 330                       bio->bi_bdev,
 331                       (long long) bio->bi_iter.bi_sector,
 332                       (unsigned) bio_sectors(bio),
 333                       bio->bi_status)) {
 334                 ext4_finish_bio(bio);
 335                 bio_put(bio);
 336                 return;
 337         }
 338         bio->bi_end_io = NULL;
 339
 340         if (bio->bi_status) {
 341                 struct inode *inode = io_end->inode;
 342
 343                 ext4_warning(inode->i_sb, "I/O error %d writing to inode %lu "
 344                              "starting block %llu)",
 345                              bio->bi_status, inode->i_ino,
 346                              (unsigned long long)
 347                              bi_sector >> (inode->i_blkbits - 9));
 348                 mapping_set_error(inode->i_mapping,
 349                                 blk_status_to_errno(bio->bi_status));
 350         }
 351
 352         if (io_end->flag & EXT4_IO_END_UNWRITTEN) {
 353                 /*
 354                  * Link bio into list hanging from io_end. We have to do it
 355                  * atomically as bio completions can be racing against each
 356                  * other.
 357                  */
 358                 bio->bi_private = xchg(&io_end->bio, bio);
 359                 ext4_put_io_end_defer(io_end);
 360         } else {
 361                 /*
 362                  * Drop io_end reference early. Inode can get freed once
 363                  * we finish the bio.
 364                  */
 365                 ext4_put_io_end_defer(io_end);
 366                 ext4_finish_bio(bio);
 367                 bio_put(bio);
 368         }
 369 }
 370
 371 void ext4_io_submit(struct ext4_io_submit *io)
 372 {
 373         struct bio *bio = io->io_bio;
 374
 375         if (bio) {
 376                 if (io->io_wbc->sync_mode == WB_SYNC_ALL)
 377                         io->io_bio->bi_opf |= REQ_SYNC;
 378                 submit_bio(io->io_bio);
 379         }
 380         io->io_bio = NULL;
 381 }
 382
 383 void ext4_io_submit_init(struct ext4_io_submit *io,
 384                          struct writeback_control *wbc)
 385 {
 386         io->io_wbc = wbc;
 387         io->io_bio = NULL;
 388         io->io_end = NULL;
 389 }
 390
 391 static void io_submit_init_bio(struct ext4_io_submit *io,
 392                                struct buffer_head *bh)
 393 {
 394         struct bio *bio;
 395
 396         /*
 397          * bio_alloc will _always_ be able to allocate a bio if
 398          * __GFP_DIRECT_RECLAIM is set, see comments for bio_alloc_bioset().
 399          */
 400         bio = bio_alloc(bh->b_bdev, BIO_MAX_VECS, REQ_OP_WRITE, GFP_NOIO);
 401         fscrypt_set_bio_crypt_ctx_bh(bio, bh, GFP_NOIO);
 402         bio->bi_iter.bi_sector = bh->b_blocknr * (bh->b_size >> 9);
 403         bio->bi_end_io = ext4_end_bio;
 404         bio->bi_private = ext4_get_io_end(io->io_end);
 405         io->io_bio = bio;
 406         io->io_next_block = bh->b_blocknr;
 407         wbc_init_bio(io->io_wbc, bio);
 408 }
 409
 410 static void io_submit_add_bh(struct ext4_io_submit *io,
 411                              struct inode *inode,
 412                              struct folio *folio,
 413                              struct folio *io_folio,
 414                              struct buffer_head *bh)
 415 {
 416         if (io->io_bio && (bh->b_blocknr != io->io_next_block ||
 417                            !fscrypt_mergeable_bio_bh(io->io_bio, bh))) {
 418 submit_and_retry:
 419                 ext4_io_submit(io);
 420         }
 421         if (io->io_bio == NULL)
 422                 io_submit_init_bio(io, bh);
 423         if (!bio_add_folio(io->io_bio, io_folio, bh->b_size, bh_offset(bh)))
 424                 goto submit_and_retry;
 425         wbc_account_cgroup_owner(io->io_wbc, &folio->page, bh->b_size);
 426         io->io_next_block++;
 427 }
 428
 429 int ext4_bio_write_folio(struct ext4_io_submit *io, struct folio *folio,
 430                 size_t len)
 431 {
 432         struct folio *io_folio = folio;
 433         struct inode *inode = folio->mapping->host;
 434         unsigned block_start;
 435         struct buffer_head *bh, *head;
 436         int ret = 0;
 437         int nr_to_submit = 0;
 438         struct writeback_control *wbc = io->io_wbc;
 439         bool keep_towrite = false;
 440
 441         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
 442         BUG_ON(folio_test_writeback(folio));
 443
 444         folio_clear_error(folio);
 445
 446         /*
 447          * Comments copied from block_write_full_page:
 448          *
 449          * The folio straddles i_size.  It must be zeroed out on each and every
 450          * writepage invocation because it may be mmapped.  "A file is mapped
 451          * in multiples of the page size.  For a file that is not a multiple of
 452          * the page size, the remaining memory is zeroed when mapped, and
 453          * writes to that region are not written out to the file."
 454          */
 455         if (len < folio_size(folio))
 456                 folio_zero_segment(folio, len, folio_size(folio));
 457         /*
 458          * In the first loop we prepare and mark buffers to submit. We have to
 459          * mark all buffers in the folio before submitting so that
 460          * folio_end_writeback() cannot be called from ext4_end_bio() when IO
 461          * on the first buffer finishes and we are still working on submitting
 462          * the second buffer.
 463          */
 464         bh = head = folio_buffers(folio);
 465         do {
 466                 block_start = bh_offset(bh);
 467                 if (block_start >= len) {
 468                         clear_buffer_dirty(bh);
 469                         set_buffer_uptodate(bh);
 470                         continue;
 471                 }
 472                 if (!buffer_dirty(bh) || buffer_delay(bh) ||
 473                     !buffer_mapped(bh) || buffer_unwritten(bh)) {
 474                         /* A hole? We can safely clear the dirty bit */
 475                         if (!buffer_mapped(bh))
 476                                 clear_buffer_dirty(bh);
 477                         /*
 478                          * Keeping dirty some buffer we cannot write? Make sure
 479                          * to redirty the folio and keep TOWRITE tag so that
 480                          * racing WB_SYNC_ALL writeback does not skip the folio.
 481                          * This happens e.g. when doing writeout for
 482                          * transaction commit or when journalled data is not
 483                          * yet committed.
 484                          */
 485                         if (buffer_dirty(bh) ||
 486                             (buffer_jbd(bh) && buffer_jbddirty(bh))) {
 487                                 if (!folio_test_dirty(folio))
 488                                         folio_redirty_for_writepage(wbc, folio);
 489                                 keep_towrite = true;
 490                         }
 491                         continue;
 492                 }
 493                 if (buffer_new(bh))
 494                         clear_buffer_new(bh);
 495                 set_buffer_async_write(bh);
 496                 clear_buffer_dirty(bh);
 497                 nr_to_submit++;
 498         } while ((bh = bh->b_this_page) != head);
 499
 500         /* Nothing to submit? Just unlock the folio... */
 501         if (!nr_to_submit)
 502                 return 0;
 503
 504         bh = head = folio_buffers(folio);
 505
 506         /*
 507          * If any blocks are being written to an encrypted file, encrypt them
 508          * into a bounce page.  For simplicity, just encrypt until the last
 509          * block which might be needed.  This may cause some unneeded blocks
 510          * (e.g. holes) to be unnecessarily encrypted, but this is rare and
 511          * can't happen in the common case of blocksize == PAGE_SIZE.
 512          */
 513         if (fscrypt_inode_uses_fs_layer_crypto(inode)) {
 514                 gfp_t gfp_flags = GFP_NOFS;
 515                 unsigned int enc_bytes = round_up(len, i_blocksize(inode));
 516                 struct page *bounce_page;
 517
 518                 /*
 519                  * Since bounce page allocation uses a mempool, we can only use
 520                  * a waiting mask (i.e. request guaranteed allocation) on the
 521                  * first page of the bio.  Otherwise it can deadlock.
 522                  */
 523                 if (io->io_bio)
 524                         gfp_flags = GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN;
 525         retry_encrypt:
 526                 bounce_page = fscrypt_encrypt_pagecache_blocks(&folio->page,
 527                                         enc_bytes, 0, gfp_flags);
 528                 if (IS_ERR(bounce_page)) {
 529                         ret = PTR_ERR(bounce_page);
 530                         if (ret == -ENOMEM &&
 531                             (io->io_bio || wbc->sync_mode == WB_SYNC_ALL)) {
 532                                 gfp_t new_gfp_flags = GFP_NOFS;
 533                                 if (io->io_bio)
 534                                         ext4_io_submit(io);
 535                                 else
 536                                         new_gfp_flags |= __GFP_NOFAIL;
 537                                 memalloc_retry_wait(gfp_flags);
 538                                 gfp_flags = new_gfp_flags;
 539                                 goto retry_encrypt;
 540                         }
 541
 542                         printk_ratelimited(KERN_ERR "%s: ret = %d\n", __func__, ret);
 543                         folio_redirty_for_writepage(wbc, folio);
 544                         do {
 545                                 if (buffer_async_write(bh)) {
 546                                         clear_buffer_async_write(bh);
 547                                         set_buffer_dirty(bh);
 548                                 }
 549                                 bh = bh->b_this_page;
 550                         } while (bh != head);
 551
 552                         return ret;
 553                 }
 554                 io_folio = page_folio(bounce_page);
 555         }
 556
 557         __folio_start_writeback(folio, keep_towrite);
 558
 559         /* Now submit buffers to write */
 560         do {
 561                 if (!buffer_async_write(bh))
 562                         continue;
 563                 io_submit_add_bh(io, inode, folio, io_folio, bh);
 564         } while ((bh = bh->b_this_page) != head);
 565
 566         return 0;
 567 }