block: add a bdev_max_discard_sectors helper
[platform/kernel/linux-starfive.git] / fs / mpage.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  * fs/mpage.c
4  *
5  * Copyright (C) 2002, Linus Torvalds.
6  *
7  * Contains functions related to preparing and submitting BIOs which contain
8  * multiple pagecache pages.
9  *
10  * 15May2002    Andrew Morton
11  *              Initial version
12  * 27Jun2002    axboe@suse.de
13  *              use bio_add_page() to build bio's just the right size
14  */
15
16 #include <linux/kernel.h>
17 #include <linux/export.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/kdev_t.h>
20 #include <linux/gfp.h>
21 #include <linux/bio.h>
22 #include <linux/fs.h>
23 #include <linux/buffer_head.h>
24 #include <linux/blkdev.h>
25 #include <linux/highmem.h>
26 #include <linux/prefetch.h>
27 #include <linux/mpage.h>
28 #include <linux/mm_inline.h>
29 #include <linux/writeback.h>
30 #include <linux/backing-dev.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include "internal.h"
33
34 /*
35  * I/O completion handler for multipage BIOs.
36  *
37  * The mpage code never puts partial pages into a BIO (except for end-of-file).
38  * If a page does not map to a contiguous run of blocks then it simply falls
39  * back to block_read_full_page().
40  *
41  * Why is this?  If a page's completion depends on a number of different BIOs
42  * which can complete in any order (or at the same time) then determining the
43  * status of that page is hard.  See end_buffer_async_read() for the details.
44  * There is no point in duplicating all that complexity.
45  */
46 static void mpage_end_io(struct bio *bio)
47 {
48         struct bio_vec *bv;
49         struct bvec_iter_all iter_all;
50
51         bio_for_each_segment_all(bv, bio, iter_all) {
52                 struct page *page = bv->bv_page;
53                 page_endio(page, bio_op(bio),
54                            blk_status_to_errno(bio->bi_status));
55         }
56
57         bio_put(bio);
58 }
59
60 static struct bio *mpage_bio_submit(struct bio *bio)
61 {
62         bio->bi_end_io = mpage_end_io;
63         guard_bio_eod(bio);
64         submit_bio(bio);
65         return NULL;
66 }
67
68 /*
69  * support function for mpage_readahead.  The fs supplied get_block might
70  * return an up to date buffer.  This is used to map that buffer into
71  * the page, which allows readpage to avoid triggering a duplicate call
72  * to get_block.
73  *
74  * The idea is to avoid adding buffers to pages that don't already have
75  * them.  So when the buffer is up to date and the page size == block size,
76  * this marks the page up to date instead of adding new buffers.
77  */
78 static void 
79 map_buffer_to_page(struct page *page, struct buffer_head *bh, int page_block) 
80 {
81         struct inode *inode = page->mapping->host;
82         struct buffer_head *page_bh, *head;
83         int block = 0;
84
85         if (!page_has_buffers(page)) {
86                 /*
87                  * don't make any buffers if there is only one buffer on
88                  * the page and the page just needs to be set up to date
89                  */
90                 if (inode->i_blkbits == PAGE_SHIFT &&
91                     buffer_uptodate(bh)) {
92                         SetPageUptodate(page);    
93                         return;
94                 }
95                 create_empty_buffers(page, i_blocksize(inode), 0);
96         }
97         head = page_buffers(page);
98         page_bh = head;
99         do {
100                 if (block == page_block) {
101                         page_bh->b_state = bh->b_state;
102                         page_bh->b_bdev = bh->b_bdev;
103                         page_bh->b_blocknr = bh->b_blocknr;
104                         break;
105                 }
106                 page_bh = page_bh->b_this_page;
107                 block++;
108         } while (page_bh != head);
109 }
110
111 struct mpage_readpage_args {
112         struct bio *bio;
113         struct page *page;
114         unsigned int nr_pages;
115         bool is_readahead;
116         sector_t last_block_in_bio;
117         struct buffer_head map_bh;
118         unsigned long first_logical_block;
119         get_block_t *get_block;
120 };
121
122 /*
123  * This is the worker routine which does all the work of mapping the disk
124  * blocks and constructs largest possible bios, submits them for IO if the
125  * blocks are not contiguous on the disk.
126  *
127  * We pass a buffer_head back and forth and use its buffer_mapped() flag to
128  * represent the validity of its disk mapping and to decide when to do the next
129  * get_block() call.
130  */
131 static struct bio *do_mpage_readpage(struct mpage_readpage_args *args)
132 {
133         struct page *page = args->page;
134         struct inode *inode = page->mapping->host;
135         const unsigned blkbits = inode->i_blkbits;
136         const unsigned blocks_per_page = PAGE_SIZE >> blkbits;
137         const unsigned blocksize = 1 << blkbits;
138         struct buffer_head *map_bh = &args->map_bh;
139         sector_t block_in_file;
140         sector_t last_block;
141         sector_t last_block_in_file;
142         sector_t blocks[MAX_BUF_PER_PAGE];
143         unsigned page_block;
144         unsigned first_hole = blocks_per_page;
145         struct block_device *bdev = NULL;
146         int length;
147         int fully_mapped = 1;
148         int op = REQ_OP_READ;
149         unsigned nblocks;
150         unsigned relative_block;
151         gfp_t gfp = mapping_gfp_constraint(page->mapping, GFP_KERNEL);
152
153         if (args->is_readahead) {
154                 op |= REQ_RAHEAD;
155                 gfp |= __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN;
156         }
157
158         if (page_has_buffers(page))
159                 goto confused;
160
161         block_in_file = (sector_t)page->index << (PAGE_SHIFT - blkbits);
162         last_block = block_in_file + args->nr_pages * blocks_per_page;
163         last_block_in_file = (i_size_read(inode) + blocksize - 1) >> blkbits;
164         if (last_block > last_block_in_file)
165                 last_block = last_block_in_file;
166         page_block = 0;
167
168         /*
169          * Map blocks using the result from the previous get_blocks call first.
170          */
171         nblocks = map_bh->b_size >> blkbits;
172         if (buffer_mapped(map_bh) &&
173                         block_in_file > args->first_logical_block &&
174                         block_in_file < (args->first_logical_block + nblocks)) {
175                 unsigned map_offset = block_in_file - args->first_logical_block;
176                 unsigned last = nblocks - map_offset;
177
178                 for (relative_block = 0; ; relative_block++) {
179                         if (relative_block == last) {
180                                 clear_buffer_mapped(map_bh);
181                                 break;
182                         }
183                         if (page_block == blocks_per_page)
184                                 break;
185                         blocks[page_block] = map_bh->b_blocknr + map_offset +
186                                                 relative_block;
187                         page_block++;
188                         block_in_file++;
189                 }
190                 bdev = map_bh->b_bdev;
191         }
192
193         /*
194          * Then do more get_blocks calls until we are done with this page.
195          */
196         map_bh->b_page = page;
197         while (page_block < blocks_per_page) {
198                 map_bh->b_state = 0;
199                 map_bh->b_size = 0;
200
201                 if (block_in_file < last_block) {
202                         map_bh->b_size = (last_block-block_in_file) << blkbits;
203                         if (args->get_block(inode, block_in_file, map_bh, 0))
204                                 goto confused;
205                         args->first_logical_block = block_in_file;
206                 }
207
208                 if (!buffer_mapped(map_bh)) {
209                         fully_mapped = 0;
210                         if (first_hole == blocks_per_page)
211                                 first_hole = page_block;
212                         page_block++;
213                         block_in_file++;
214                         continue;
215                 }
216
217                 /* some filesystems will copy data into the page during
218                  * the get_block call, in which case we don't want to
219                  * read it again.  map_buffer_to_page copies the data
220                  * we just collected from get_block into the page's buffers
221                  * so readpage doesn't have to repeat the get_block call
222                  */
223                 if (buffer_uptodate(map_bh)) {
224                         map_buffer_to_page(page, map_bh, page_block);
225                         goto confused;
226                 }
227         
228                 if (first_hole != blocks_per_page)
229                         goto confused;          /* hole -> non-hole */
230
231                 /* Contiguous blocks? */
232                 if (page_block && blocks[page_block-1] != map_bh->b_blocknr-1)
233                         goto confused;
234                 nblocks = map_bh->b_size >> blkbits;
235                 for (relative_block = 0; ; relative_block++) {
236                         if (relative_block == nblocks) {
237                                 clear_buffer_mapped(map_bh);
238                                 break;
239                         } else if (page_block == blocks_per_page)
240                                 break;
241                         blocks[page_block] = map_bh->b_blocknr+relative_block;
242                         page_block++;
243                         block_in_file++;
244                 }
245                 bdev = map_bh->b_bdev;
246         }
247
248         if (first_hole != blocks_per_page) {
249                 zero_user_segment(page, first_hole << blkbits, PAGE_SIZE);
250                 if (first_hole == 0) {
251                         SetPageUptodate(page);
252                         unlock_page(page);
253                         goto out;
254                 }
255         } else if (fully_mapped) {
256                 SetPageMappedToDisk(page);
257         }
258
259         /*
260          * This page will go to BIO.  Do we need to send this BIO off first?
261          */
262         if (args->bio && (args->last_block_in_bio != blocks[0] - 1))
263                 args->bio = mpage_bio_submit(args->bio);
264
265 alloc_new:
266         if (args->bio == NULL) {
267                 if (first_hole == blocks_per_page) {
268                         if (!bdev_read_page(bdev, blocks[0] << (blkbits - 9),
269                                                                 page))
270                                 goto out;
271                 }
272                 args->bio = bio_alloc(bdev, bio_max_segs(args->nr_pages), op,
273                                       gfp);
274                 if (args->bio == NULL)
275                         goto confused;
276                 args->bio->bi_iter.bi_sector = blocks[0] << (blkbits - 9);
277         }
278
279         length = first_hole << blkbits;
280         if (bio_add_page(args->bio, page, length, 0) < length) {
281                 args->bio = mpage_bio_submit(args->bio);
282                 goto alloc_new;
283         }
284
285         relative_block = block_in_file - args->first_logical_block;
286         nblocks = map_bh->b_size >> blkbits;
287         if ((buffer_boundary(map_bh) && relative_block == nblocks) ||
288             (first_hole != blocks_per_page))
289                 args->bio = mpage_bio_submit(args->bio);
290         else
291                 args->last_block_in_bio = blocks[blocks_per_page - 1];
292 out:
293         return args->bio;
294
295 confused:
296         if (args->bio)
297                 args->bio = mpage_bio_submit(args->bio);
298         if (!PageUptodate(page))
299                 block_read_full_page(page, args->get_block);
300         else
301                 unlock_page(page);
302         goto out;
303 }
304
305 /**
306  * mpage_readahead - start reads against pages
307  * @rac: Describes which pages to read.
308  * @get_block: The filesystem's block mapper function.
309  *
310  * This function walks the pages and the blocks within each page, building and
311  * emitting large BIOs.
312  *
313  * If anything unusual happens, such as:
314  *
315  * - encountering a page which has buffers
316  * - encountering a page which has a non-hole after a hole
317  * - encountering a page with non-contiguous blocks
318  *
319  * then this code just gives up and calls the buffer_head-based read function.
320  * It does handle a page which has holes at the end - that is a common case:
321  * the end-of-file on blocksize < PAGE_SIZE setups.
322  *
323  * BH_Boundary explanation:
324  *
325  * There is a problem.  The mpage read code assembles several pages, gets all
326  * their disk mappings, and then submits them all.  That's fine, but obtaining
327  * the disk mappings may require I/O.  Reads of indirect blocks, for example.
328  *
329  * So an mpage read of the first 16 blocks of an ext2 file will cause I/O to be
330  * submitted in the following order:
331  *
332  *      12 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 15 16
333  *
334  * because the indirect block has to be read to get the mappings of blocks
335  * 13,14,15,16.  Obviously, this impacts performance.
336  *
337  * So what we do it to allow the filesystem's get_block() function to set
338  * BH_Boundary when it maps block 11.  BH_Boundary says: mapping of the block
339  * after this one will require I/O against a block which is probably close to
340  * this one.  So you should push what I/O you have currently accumulated.
341  *
342  * This all causes the disk requests to be issued in the correct order.
343  */
344 void mpage_readahead(struct readahead_control *rac, get_block_t get_block)
345 {
346         struct page *page;
347         struct mpage_readpage_args args = {
348                 .get_block = get_block,
349                 .is_readahead = true,
350         };
351
352         while ((page = readahead_page(rac))) {
353                 prefetchw(&page->flags);
354                 args.page = page;
355                 args.nr_pages = readahead_count(rac);
356                 args.bio = do_mpage_readpage(&args);
357                 put_page(page);
358         }
359         if (args.bio)
360                 mpage_bio_submit(args.bio);
361 }
362 EXPORT_SYMBOL(mpage_readahead);
363
364 /*
365  * This isn't called much at all
366  */
367 int mpage_readpage(struct page *page, get_block_t get_block)
368 {
369         struct mpage_readpage_args args = {
370                 .page = page,
371                 .nr_pages = 1,
372                 .get_block = get_block,
373         };
374
375         args.bio = do_mpage_readpage(&args);
376         if (args.bio)
377                 mpage_bio_submit(args.bio);
378         return 0;
379 }
380 EXPORT_SYMBOL(mpage_readpage);
381
382 /*
383  * Writing is not so simple.
384  *
385  * If the page has buffers then they will be used for obtaining the disk
386  * mapping.  We only support pages which are fully mapped-and-dirty, with a
387  * special case for pages which are unmapped at the end: end-of-file.
388  *
389  * If the page has no buffers (preferred) then the page is mapped here.
390  *
391  * If all blocks are found to be contiguous then the page can go into the
392  * BIO.  Otherwise fall back to the mapping's writepage().
393  * 
394  * FIXME: This code wants an estimate of how many pages are still to be
395  * written, so it can intelligently allocate a suitably-sized BIO.  For now,
396  * just allocate full-size (16-page) BIOs.
397  */
398
399 struct mpage_data {
400         struct bio *bio;
401         sector_t last_block_in_bio;
402         get_block_t *get_block;
403         unsigned use_writepage;
404 };
405
406 /*
407  * We have our BIO, so we can now mark the buffers clean.  Make
408  * sure to only clean buffers which we know we'll be writing.
409  */
410 static void clean_buffers(struct page *page, unsigned first_unmapped)
411 {
412         unsigned buffer_counter = 0;
413         struct buffer_head *bh, *head;
414         if (!page_has_buffers(page))
415                 return;
416         head = page_buffers(page);
417         bh = head;
418
419         do {
420                 if (buffer_counter++ == first_unmapped)
421                         break;
422                 clear_buffer_dirty(bh);
423                 bh = bh->b_this_page;
424         } while (bh != head);
425
426         /*
427          * we cannot drop the bh if the page is not uptodate or a concurrent
428          * readpage would fail to serialize with the bh and it would read from
429          * disk before we reach the platter.
430          */
431         if (buffer_heads_over_limit && PageUptodate(page))
432                 try_to_free_buffers(page);
433 }
434
435 /*
436  * For situations where we want to clean all buffers attached to a page.
437  * We don't need to calculate how many buffers are attached to the page,
438  * we just need to specify a number larger than the maximum number of buffers.
439  */
440 void clean_page_buffers(struct page *page)
441 {
442         clean_buffers(page, ~0U);
443 }
444
445 static int __mpage_writepage(struct page *page, struct writeback_control *wbc,
446                       void *data)
447 {
448         struct mpage_data *mpd = data;
449         struct bio *bio = mpd->bio;
450         struct address_space *mapping = page->mapping;
451         struct inode *inode = page->mapping->host;
452         const unsigned blkbits = inode->i_blkbits;
453         unsigned long end_index;
454         const unsigned blocks_per_page = PAGE_SIZE >> blkbits;
455         sector_t last_block;
456         sector_t block_in_file;
457         sector_t blocks[MAX_BUF_PER_PAGE];
458         unsigned page_block;
459         unsigned first_unmapped = blocks_per_page;
460         struct block_device *bdev = NULL;
461         int boundary = 0;
462         sector_t boundary_block = 0;
463         struct block_device *boundary_bdev = NULL;
464         int length;
465         struct buffer_head map_bh;
466         loff_t i_size = i_size_read(inode);
467         int ret = 0;
468
469         if (page_has_buffers(page)) {
470                 struct buffer_head *head = page_buffers(page);
471                 struct buffer_head *bh = head;
472
473                 /* If they're all mapped and dirty, do it */
474                 page_block = 0;
475                 do {
476                         BUG_ON(buffer_locked(bh));
477                         if (!buffer_mapped(bh)) {
478                                 /*
479                                  * unmapped dirty buffers are created by
480                                  * block_dirty_folio -> mmapped data
481                                  */
482                                 if (buffer_dirty(bh))
483                                         goto confused;
484                                 if (first_unmapped == blocks_per_page)
485                                         first_unmapped = page_block;
486                                 continue;
487                         }
488
489                         if (first_unmapped != blocks_per_page)
490                                 goto confused;  /* hole -> non-hole */
491
492                         if (!buffer_dirty(bh) || !buffer_uptodate(bh))
493                                 goto confused;
494                         if (page_block) {
495                                 if (bh->b_blocknr != blocks[page_block-1] + 1)
496                                         goto confused;
497                         }
498                         blocks[page_block++] = bh->b_blocknr;
499                         boundary = buffer_boundary(bh);
500                         if (boundary) {
501                                 boundary_block = bh->b_blocknr;
502                                 boundary_bdev = bh->b_bdev;
503                         }
504                         bdev = bh->b_bdev;
505                 } while ((bh = bh->b_this_page) != head);
506
507                 if (first_unmapped)
508                         goto page_is_mapped;
509
510                 /*
511                  * Page has buffers, but they are all unmapped. The page was
512                  * created by pagein or read over a hole which was handled by
513                  * block_read_full_page().  If this address_space is also
514                  * using mpage_readahead then this can rarely happen.
515                  */
516                 goto confused;
517         }
518
519         /*
520          * The page has no buffers: map it to disk
521          */
522         BUG_ON(!PageUptodate(page));
523         block_in_file = (sector_t)page->index << (PAGE_SHIFT - blkbits);
524         last_block = (i_size - 1) >> blkbits;
525         map_bh.b_page = page;
526         for (page_block = 0; page_block < blocks_per_page; ) {
527
528                 map_bh.b_state = 0;
529                 map_bh.b_size = 1 << blkbits;
530                 if (mpd->get_block(inode, block_in_file, &map_bh, 1))
531                         goto confused;
532                 if (buffer_new(&map_bh))
533                         clean_bdev_bh_alias(&map_bh);
534                 if (buffer_boundary(&map_bh)) {
535                         boundary_block = map_bh.b_blocknr;
536                         boundary_bdev = map_bh.b_bdev;
537                 }
538                 if (page_block) {
539                         if (map_bh.b_blocknr != blocks[page_block-1] + 1)
540                                 goto confused;
541                 }
542                 blocks[page_block++] = map_bh.b_blocknr;
543                 boundary = buffer_boundary(&map_bh);
544                 bdev = map_bh.b_bdev;
545                 if (block_in_file == last_block)
546                         break;
547                 block_in_file++;
548         }
549         BUG_ON(page_block == 0);
550
551         first_unmapped = page_block;
552
553 page_is_mapped:
554         end_index = i_size >> PAGE_SHIFT;
555         if (page->index >= end_index) {
556                 /*
557                  * The page straddles i_size.  It must be zeroed out on each
558                  * and every writepage invocation because it may be mmapped.
559                  * "A file is mapped in multiples of the page size.  For a file
560                  * that is not a multiple of the page size, the remaining memory
561                  * is zeroed when mapped, and writes to that region are not
562                  * written out to the file."
563                  */
564                 unsigned offset = i_size & (PAGE_SIZE - 1);
565
566                 if (page->index > end_index || !offset)
567                         goto confused;
568                 zero_user_segment(page, offset, PAGE_SIZE);
569         }
570
571         /*
572          * This page will go to BIO.  Do we need to send this BIO off first?
573          */
574         if (bio && mpd->last_block_in_bio != blocks[0] - 1)
575                 bio = mpage_bio_submit(bio);
576
577 alloc_new:
578         if (bio == NULL) {
579                 if (first_unmapped == blocks_per_page) {
580                         if (!bdev_write_page(bdev, blocks[0] << (blkbits - 9),
581                                                                 page, wbc))
582                                 goto out;
583                 }
584                 bio = bio_alloc(bdev, BIO_MAX_VECS,
585                                 REQ_OP_WRITE | wbc_to_write_flags(wbc),
586                                 GFP_NOFS);
587                 bio->bi_iter.bi_sector = blocks[0] << (blkbits - 9);
588                 wbc_init_bio(wbc, bio);
589         }
590
591         /*
592          * Must try to add the page before marking the buffer clean or
593          * the confused fail path above (OOM) will be very confused when
594          * it finds all bh marked clean (i.e. it will not write anything)
595          */
596         wbc_account_cgroup_owner(wbc, page, PAGE_SIZE);
597         length = first_unmapped << blkbits;
598         if (bio_add_page(bio, page, length, 0) < length) {
599                 bio = mpage_bio_submit(bio);
600                 goto alloc_new;
601         }
602
603         clean_buffers(page, first_unmapped);
604
605         BUG_ON(PageWriteback(page));
606         set_page_writeback(page);
607         unlock_page(page);
608         if (boundary || (first_unmapped != blocks_per_page)) {
609                 bio = mpage_bio_submit(bio);
610                 if (boundary_block) {
611                         write_boundary_block(boundary_bdev,
612                                         boundary_block, 1 << blkbits);
613                 }
614         } else {
615                 mpd->last_block_in_bio = blocks[blocks_per_page - 1];
616         }
617         goto out;
618
619 confused:
620         if (bio)
621                 bio = mpage_bio_submit(bio);
622
623         if (mpd->use_writepage) {
624                 ret = mapping->a_ops->writepage(page, wbc);
625         } else {
626                 ret = -EAGAIN;
627                 goto out;
628         }
629         /*
630          * The caller has a ref on the inode, so *mapping is stable
631          */
632         mapping_set_error(mapping, ret);
633 out:
634         mpd->bio = bio;
635         return ret;
636 }
637
638 /**
639  * mpage_writepages - walk the list of dirty pages of the given address space & writepage() all of them
640  * @mapping: address space structure to write
641  * @wbc: subtract the number of written pages from *@wbc->nr_to_write
642  * @get_block: the filesystem's block mapper function.
643  *             If this is NULL then use a_ops->writepage.  Otherwise, go
644  *             direct-to-BIO.
645  *
646  * This is a library function, which implements the writepages()
647  * address_space_operation.
648  *
649  * If a page is already under I/O, generic_writepages() skips it, even
650  * if it's dirty.  This is desirable behaviour for memory-cleaning writeback,
651  * but it is INCORRECT for data-integrity system calls such as fsync().  fsync()
652  * and msync() need to guarantee that all the data which was dirty at the time
653  * the call was made get new I/O started against them.  If wbc->sync_mode is
654  * WB_SYNC_ALL then we were called for data integrity and we must wait for
655  * existing IO to complete.
656  */
657 int
658 mpage_writepages(struct address_space *mapping,
659                 struct writeback_control *wbc, get_block_t get_block)
660 {
661         struct blk_plug plug;
662         int ret;
663
664         blk_start_plug(&plug);
665
666         if (!get_block)
667                 ret = generic_writepages(mapping, wbc);
668         else {
669                 struct mpage_data mpd = {
670                         .bio = NULL,
671                         .last_block_in_bio = 0,
672                         .get_block = get_block,
673                         .use_writepage = 1,
674                 };
675
676                 ret = write_cache_pages(mapping, wbc, __mpage_writepage, &mpd);
677                 if (mpd.bio)
678                         mpage_bio_submit(mpd.bio);
679         }
680         blk_finish_plug(&plug);
681         return ret;
682 }
683 EXPORT_SYMBOL(mpage_writepages);
684
685 int mpage_writepage(struct page *page, get_block_t get_block,
686         struct writeback_control *wbc)
687 {
688         struct mpage_data mpd = {
689                 .bio = NULL,
690                 .last_block_in_bio = 0,
691                 .get_block = get_block,
692                 .use_writepage = 0,
693         };
694         int ret = __mpage_writepage(page, wbc, &mpd);
695         if (mpd.bio)
696                 mpage_bio_submit(mpd.bio);
697         return ret;
698 }
699 EXPORT_SYMBOL(mpage_writepage);