fs/iomap.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2010 Red Hat, Inc.
   3  * Copyright (c) 2016 Christoph Hellwig.
   4  *
   5  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   6  * under the terms and conditions of the GNU General Public License,
   7  * version 2, as published by the Free Software Foundation.
   8  *
   9  * This program is distributed in the hope it will be useful, but WITHOUT
  10  * ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
  11  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for
  12  * more details.
  13  */
  14 #include <linux/module.h>
  15 #include <linux/compiler.h>
  16 #include <linux/fs.h>
  17 #include <linux/iomap.h>
  18 #include <linux/uaccess.h>
  19 #include <linux/gfp.h>
  20 #include <linux/mm.h>
  21 #include <linux/swap.h>
  22 #include <linux/pagemap.h>
  23 #include <linux/file.h>
  24 #include <linux/uio.h>
  25 #include <linux/backing-dev.h>
  26 #include <linux/buffer_head.h>
  27 #include <linux/task_io_accounting_ops.h>
  28 #include <linux/dax.h>
  29 #include <linux/sched/signal.h>
  30 #include <linux/swap.h>
  31
  32 #include "internal.h"
  33
  34 /*
  35  * Execute a iomap write on a segment of the mapping that spans a
  36  * contiguous range of pages that have identical block mapping state.
  37  *
  38  * This avoids the need to map pages individually, do individual allocations
  39  * for each page and most importantly avoid the need for filesystem specific
  40  * locking per page. Instead, all the operations are amortised over the entire
  41  * range of pages. It is assumed that the filesystems will lock whatever
  42  * resources they require in the iomap_begin call, and release them in the
  43  * iomap_end call.
  44  */
  45 loff_t
  46 iomap_apply(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t length, unsigned flags,
  47                 const struct iomap_ops *ops, void *data, iomap_actor_t actor)
  48 {
  49         struct iomap iomap = { 0 };
  50         loff_t written = 0, ret;
  51
  52         /*
  53          * Need to map a range from start position for length bytes. This can
  54          * span multiple pages - it is only guaranteed to return a range of a
  55          * single type of pages (e.g. all into a hole, all mapped or all
  56          * unwritten). Failure at this point has nothing to undo.
  57          *
  58          * If allocation is required for this range, reserve the space now so
  59          * that the allocation is guaranteed to succeed later on. Once we copy
  60          * the data into the page cache pages, then we cannot fail otherwise we
  61          * expose transient stale data. If the reserve fails, we can safely
  62          * back out at this point as there is nothing to undo.
  63          */
  64         ret = ops->iomap_begin(inode, pos, length, flags, &iomap);
  65         if (ret)
  66                 return ret;
  67         if (WARN_ON(iomap.offset > pos))
  68                 return -EIO;
  69         if (WARN_ON(iomap.length == 0))
  70                 return -EIO;
  71
  72         /*
  73          * Cut down the length to the one actually provided by the filesystem,
  74          * as it might not be able to give us the whole size that we requested.
  75          */
  76         if (iomap.offset + iomap.length < pos + length)
  77                 length = iomap.offset + iomap.length - pos;
  78
  79         /*
  80          * Now that we have guaranteed that the space allocation will succeed.
  81          * we can do the copy-in page by page without having to worry about
  82          * failures exposing transient data.
  83          */
  84         written = actor(inode, pos, length, data, &iomap);
  85
  86         /*
  87          * Now the data has been copied, commit the range we've copied.  This
  88          * should not fail unless the filesystem has had a fatal error.
  89          */
  90         if (ops->iomap_end) {
  91                 ret = ops->iomap_end(inode, pos, length,
  92                                      written > 0 ? written : 0,
  93                                      flags, &iomap);
  94         }
  95
  96         return written ? written : ret;
  97 }
  98
  99 static void
 100 iomap_write_failed(struct inode *inode, loff_t pos, unsigned len)
 101 {
 102         loff_t i_size = i_size_read(inode);
 103
 104         /*
 105          * Only truncate newly allocated pages beyoned EOF, even if the
 106          * write started inside the existing inode size.
 107          */
 108         if (pos + len > i_size)
 109                 truncate_pagecache_range(inode, max(pos, i_size), pos + len);
 110 }
 111
 112 static int
 113 iomap_write_begin(struct inode *inode, loff_t pos, unsigned len, unsigned flags,
 114                 struct page **pagep, struct iomap *iomap)
 115 {
 116         pgoff_t index = pos >> PAGE_SHIFT;
 117         struct page *page;
 118         int status = 0;
 119
 120         BUG_ON(pos + len > iomap->offset + iomap->length);
 121
 122         if (fatal_signal_pending(current))
 123                 return -EINTR;
 124
 125         page = grab_cache_page_write_begin(inode->i_mapping, index, flags);
 126         if (!page)
 127                 return -ENOMEM;
 128
 129         status = __block_write_begin_int(page, pos, len, NULL, iomap);
 130         if (unlikely(status)) {
 131                 unlock_page(page);
 132                 put_page(page);
 133                 page = NULL;
 134
 135                 iomap_write_failed(inode, pos, len);
 136         }
 137
 138         *pagep = page;
 139         return status;
 140 }
 141
 142 static int
 143 iomap_write_end(struct inode *inode, loff_t pos, unsigned len,
 144                 unsigned copied, struct page *page)
 145 {
 146         int ret;
 147
 148         ret = generic_write_end(NULL, inode->i_mapping, pos, len,
 149                         copied, page, NULL);
 150         if (ret < len)
 151                 iomap_write_failed(inode, pos, len);
 152         return ret;
 153 }
 154
 155 static loff_t
 156 iomap_write_actor(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t length, void *data,
 157                 struct iomap *iomap)
 158 {
 159         struct iov_iter *i = data;
 160         long status = 0;
 161         ssize_t written = 0;
 162         unsigned int flags = AOP_FLAG_NOFS;
 163
 164         do {
 165                 struct page *page;
 166                 unsigned long offset;   /* Offset into pagecache page */
 167                 unsigned long bytes;    /* Bytes to write to page */
 168                 size_t copied;          /* Bytes copied from user */
 169
 170                 offset = (pos & (PAGE_SIZE - 1));
 171                 bytes = min_t(unsigned long, PAGE_SIZE - offset,
 172                                                 iov_iter_count(i));
 173 again:
 174                 if (bytes > length)
 175                         bytes = length;
 176
 177                 /*
 178                  * Bring in the user page that we will copy from _first_.
 179                  * Otherwise there's a nasty deadlock on copying from the
 180                  * same page as we're writing to, without it being marked
 181                  * up-to-date.
 182                  *
 183                  * Not only is this an optimisation, but it is also required
 184                  * to check that the address is actually valid, when atomic
 185                  * usercopies are used, below.
 186                  */
 187                 if (unlikely(iov_iter_fault_in_readable(i, bytes))) {
 188                         status = -EFAULT;
 189                         break;
 190                 }
 191
 192                 status = iomap_write_begin(inode, pos, bytes, flags, &page,
 193                                 iomap);
 194                 if (unlikely(status))
 195                         break;
 196
 197                 if (mapping_writably_mapped(inode->i_mapping))
 198                         flush_dcache_page(page);
 199
 200                 copied = iov_iter_copy_from_user_atomic(page, i, offset, bytes);
 201
 202                 flush_dcache_page(page);
 203
 204                 status = iomap_write_end(inode, pos, bytes, copied, page);
 205                 if (unlikely(status < 0))
 206                         break;
 207                 copied = status;
 208
 209                 cond_resched();
 210
 211                 iov_iter_advance(i, copied);
 212                 if (unlikely(copied == 0)) {
 213                         /*
 214                          * If we were unable to copy any data at all, we must
 215                          * fall back to a single segment length write.
 216                          *
 217                          * If we didn't fallback here, we could livelock
 218                          * because not all segments in the iov can be copied at
 219                          * once without a pagefault.
 220                          */
 221                         bytes = min_t(unsigned long, PAGE_SIZE - offset,
 222                                                 iov_iter_single_seg_count(i));
 223                         goto again;
 224                 }
 225                 pos += copied;
 226                 written += copied;
 227                 length -= copied;
 228
 229                 balance_dirty_pages_ratelimited(inode->i_mapping);
 230         } while (iov_iter_count(i) && length);
 231
 232         return written ? written : status;
 233 }
 234
 235 ssize_t
 236 iomap_file_buffered_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter,
 237                 const struct iomap_ops *ops)
 238 {
 239         struct inode *inode = iocb->ki_filp->f_mapping->host;
 240         loff_t pos = iocb->ki_pos, ret = 0, written = 0;
 241
 242         while (iov_iter_count(iter)) {
 243                 ret = iomap_apply(inode, pos, iov_iter_count(iter),
 244                                 IOMAP_WRITE, ops, iter, iomap_write_actor);
 245                 if (ret <= 0)
 246                         break;
 247                 pos += ret;
 248                 written += ret;
 249         }
 250
 251         return written ? written : ret;
 252 }
 253 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_file_buffered_write);
 254
 255 static struct page *
 256 __iomap_read_page(struct inode *inode, loff_t offset)
 257 {
 258         struct address_space *mapping = inode->i_mapping;
 259         struct page *page;
 260
 261         page = read_mapping_page(mapping, offset >> PAGE_SHIFT, NULL);
 262         if (IS_ERR(page))
 263                 return page;
 264         if (!PageUptodate(page)) {
 265                 put_page(page);
 266                 return ERR_PTR(-EIO);
 267         }
 268         return page;
 269 }
 270
 271 static loff_t
 272 iomap_dirty_actor(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t length, void *data,
 273                 struct iomap *iomap)
 274 {
 275         long status = 0;
 276         ssize_t written = 0;
 277
 278         do {
 279                 struct page *page, *rpage;
 280                 unsigned long offset;   /* Offset into pagecache page */
 281                 unsigned long bytes;    /* Bytes to write to page */
 282
 283                 offset = (pos & (PAGE_SIZE - 1));
 284                 bytes = min_t(loff_t, PAGE_SIZE - offset, length);
 285
 286                 rpage = __iomap_read_page(inode, pos);
 287                 if (IS_ERR(rpage))
 288                         return PTR_ERR(rpage);
 289
 290                 status = iomap_write_begin(inode, pos, bytes,
 291                                            AOP_FLAG_NOFS, &page, iomap);
 292                 put_page(rpage);
 293                 if (unlikely(status))
 294                         return status;
 295
 296                 WARN_ON_ONCE(!PageUptodate(page));
 297
 298                 status = iomap_write_end(inode, pos, bytes, bytes, page);
 299                 if (unlikely(status <= 0)) {
 300                         if (WARN_ON_ONCE(status == 0))
 301                                 return -EIO;
 302                         return status;
 303                 }
 304
 305                 cond_resched();
 306
 307                 pos += status;
 308                 written += status;
 309                 length -= status;
 310
 311                 balance_dirty_pages_ratelimited(inode->i_mapping);
 312         } while (length);
 313
 314         return written;
 315 }
 316
 317 int
 318 iomap_file_dirty(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t len,
 319                 const struct iomap_ops *ops)
 320 {
 321         loff_t ret;
 322
 323         while (len) {
 324                 ret = iomap_apply(inode, pos, len, IOMAP_WRITE, ops, NULL,
 325                                 iomap_dirty_actor);
 326                 if (ret <= 0)
 327                         return ret;
 328                 pos += ret;
 329                 len -= ret;
 330         }
 331
 332         return 0;
 333 }
 334 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_file_dirty);
 335
 336 static int iomap_zero(struct inode *inode, loff_t pos, unsigned offset,
 337                 unsigned bytes, struct iomap *iomap)
 338 {
 339         struct page *page;
 340         int status;
 341
 342         status = iomap_write_begin(inode, pos, bytes, AOP_FLAG_NOFS, &page,
 343                                    iomap);
 344         if (status)
 345                 return status;
 346
 347         zero_user(page, offset, bytes);
 348         mark_page_accessed(page);
 349
 350         return iomap_write_end(inode, pos, bytes, bytes, page);
 351 }
 352
 353 static int iomap_dax_zero(loff_t pos, unsigned offset, unsigned bytes,
 354                 struct iomap *iomap)
 355 {
 356         sector_t sector = (iomap->addr +
 357                            (pos & PAGE_MASK) - iomap->offset) >> 9;
 358
 359         return __dax_zero_page_range(iomap->bdev, iomap->dax_dev, sector,
 360                         offset, bytes);
 361 }
 362
 363 static loff_t
 364 iomap_zero_range_actor(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t count,
 365                 void *data, struct iomap *iomap)
 366 {
 367         bool *did_zero = data;
 368         loff_t written = 0;
 369         int status;
 370
 371         /* already zeroed?  we're done. */
 372         if (iomap->type == IOMAP_HOLE || iomap->type == IOMAP_UNWRITTEN)
 373                 return count;
 374
 375         do {
 376                 unsigned offset, bytes;
 377
 378                 offset = pos & (PAGE_SIZE - 1); /* Within page */
 379                 bytes = min_t(loff_t, PAGE_SIZE - offset, count);
 380
 381                 if (IS_DAX(inode))
 382                         status = iomap_dax_zero(pos, offset, bytes, iomap);
 383                 else
 384                         status = iomap_zero(inode, pos, offset, bytes, iomap);
 385                 if (status < 0)
 386                         return status;
 387
 388                 pos += bytes;
 389                 count -= bytes;
 390                 written += bytes;
 391                 if (did_zero)
 392                         *did_zero = true;
 393         } while (count > 0);
 394
 395         return written;
 396 }
 397
 398 int
 399 iomap_zero_range(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t len, bool *did_zero,
 400                 const struct iomap_ops *ops)
 401 {
 402         loff_t ret;
 403
 404         while (len > 0) {
 405                 ret = iomap_apply(inode, pos, len, IOMAP_ZERO,
 406                                 ops, did_zero, iomap_zero_range_actor);
 407                 if (ret <= 0)
 408                         return ret;
 409
 410                 pos += ret;
 411                 len -= ret;
 412         }
 413
 414         return 0;
 415 }
 416 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_zero_range);
 417
 418 int
 419 iomap_truncate_page(struct inode *inode, loff_t pos, bool *did_zero,
 420                 const struct iomap_ops *ops)
 421 {
 422         unsigned int blocksize = i_blocksize(inode);
 423         unsigned int off = pos & (blocksize - 1);
 424
 425         /* Block boundary? Nothing to do */
 426         if (!off)
 427                 return 0;
 428         return iomap_zero_range(inode, pos, blocksize - off, did_zero, ops);
 429 }
 430 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_truncate_page);
 431
 432 static loff_t
 433 iomap_page_mkwrite_actor(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t length,
 434                 void *data, struct iomap *iomap)
 435 {
 436         struct page *page = data;
 437         int ret;
 438
 439         ret = __block_write_begin_int(page, pos, length, NULL, iomap);
 440         if (ret)
 441                 return ret;
 442
 443         block_commit_write(page, 0, length);
 444         return length;
 445 }
 446
 447 int iomap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf, const struct iomap_ops *ops)
 448 {
 449         struct page *page = vmf->page;
 450         struct inode *inode = file_inode(vmf->vma->vm_file);
 451         unsigned long length;
 452         loff_t offset, size;
 453         ssize_t ret;
 454
 455         lock_page(page);
 456         size = i_size_read(inode);
 457         if ((page->mapping != inode->i_mapping) ||
 458             (page_offset(page) > size)) {
 459                 /* We overload EFAULT to mean page got truncated */
 460                 ret = -EFAULT;
 461                 goto out_unlock;
 462         }
 463
 464         /* page is wholly or partially inside EOF */
 465         if (((page->index + 1) << PAGE_SHIFT) > size)
 466                 length = size & ~PAGE_MASK;
 467         else
 468                 length = PAGE_SIZE;
 469
 470         offset = page_offset(page);
 471         while (length > 0) {
 472                 ret = iomap_apply(inode, offset, length,
 473                                 IOMAP_WRITE | IOMAP_FAULT, ops, page,
 474                                 iomap_page_mkwrite_actor);
 475                 if (unlikely(ret <= 0))
 476                         goto out_unlock;
 477                 offset += ret;
 478                 length -= ret;
 479         }
 480
 481         set_page_dirty(page);
 482         wait_for_stable_page(page);
 483         return VM_FAULT_LOCKED;
 484 out_unlock:
 485         unlock_page(page);
 486         return block_page_mkwrite_return(ret);
 487 }
 488 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_page_mkwrite);
 489
 490 struct fiemap_ctx {
 491         struct fiemap_extent_info *fi;
 492         struct iomap prev;
 493 };
 494
 495 static int iomap_to_fiemap(struct fiemap_extent_info *fi,
 496                 struct iomap *iomap, u32 flags)
 497 {
 498         switch (iomap->type) {
 499         case IOMAP_HOLE:
 500                 /* skip holes */
 501                 return 0;
 502         case IOMAP_DELALLOC:
 503                 flags |= FIEMAP_EXTENT_DELALLOC | FIEMAP_EXTENT_UNKNOWN;
 504                 break;
 505         case IOMAP_UNWRITTEN:
 506                 flags |= FIEMAP_EXTENT_UNWRITTEN;
 507                 break;
 508         case IOMAP_MAPPED:
 509                 break;
 510         }
 511
 512         if (iomap->flags & IOMAP_F_MERGED)
 513                 flags |= FIEMAP_EXTENT_MERGED;
 514         if (iomap->flags & IOMAP_F_SHARED)
 515                 flags |= FIEMAP_EXTENT_SHARED;
 516         if (iomap->flags & IOMAP_F_DATA_INLINE)
 517                 flags |= FIEMAP_EXTENT_DATA_INLINE;
 518
 519         return fiemap_fill_next_extent(fi, iomap->offset,
 520                         iomap->addr != IOMAP_NULL_ADDR ? iomap->addr : 0,
 521                         iomap->length, flags);
 522 }
 523
 524 static loff_t
 525 iomap_fiemap_actor(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t length, void *data,
 526                 struct iomap *iomap)
 527 {
 528         struct fiemap_ctx *ctx = data;
 529         loff_t ret = length;
 530
 531         if (iomap->type == IOMAP_HOLE)
 532                 return length;
 533
 534         ret = iomap_to_fiemap(ctx->fi, &ctx->prev, 0);
 535         ctx->prev = *iomap;
 536         switch (ret) {
 537         case 0:         /* success */
 538                 return length;
 539         case 1:         /* extent array full */
 540                 return 0;
 541         default:
 542                 return ret;
 543         }
 544 }
 545
 546 int iomap_fiemap(struct inode *inode, struct fiemap_extent_info *fi,
 547                 loff_t start, loff_t len, const struct iomap_ops *ops)
 548 {
 549         struct fiemap_ctx ctx;
 550         loff_t ret;
 551
 552         memset(&ctx, 0, sizeof(ctx));
 553         ctx.fi = fi;
 554         ctx.prev.type = IOMAP_HOLE;
 555
 556         ret = fiemap_check_flags(fi, FIEMAP_FLAG_SYNC);
 557         if (ret)
 558                 return ret;
 559
 560         if (fi->fi_flags & FIEMAP_FLAG_SYNC) {
 561                 ret = filemap_write_and_wait(inode->i_mapping);
 562                 if (ret)
 563                         return ret;
 564         }
 565
 566         while (len > 0) {
 567                 ret = iomap_apply(inode, start, len, IOMAP_REPORT, ops, &ctx,
 568                                 iomap_fiemap_actor);
 569                 /* inode with no (attribute) mapping will give ENOENT */
 570                 if (ret == -ENOENT)
 571                         break;
 572                 if (ret < 0)
 573                         return ret;
 574                 if (ret == 0)
 575                         break;
 576
 577                 start += ret;
 578                 len -= ret;
 579         }
 580
 581         if (ctx.prev.type != IOMAP_HOLE) {
 582                 ret = iomap_to_fiemap(fi, &ctx.prev, FIEMAP_EXTENT_LAST);
 583                 if (ret < 0)
 584                         return ret;
 585         }
 586
 587         return 0;
 588 }
 589 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_fiemap);
 590
 591 static loff_t
 592 iomap_seek_hole_actor(struct inode *inode, loff_t offset, loff_t length,
 593                       void *data, struct iomap *iomap)
 594 {
 595         switch (iomap->type) {
 596         case IOMAP_UNWRITTEN:
 597                 offset = page_cache_seek_hole_data(inode, offset, length,
 598                                                    SEEK_HOLE);
 599                 if (offset < 0)
 600                         return length;
 601                 /* fall through */
 602         case IOMAP_HOLE:
 603                 *(loff_t *)data = offset;
 604                 return 0;
 605         default:
 606                 return length;
 607         }
 608 }
 609
 610 loff_t
 611 iomap_seek_hole(struct inode *inode, loff_t offset, const struct iomap_ops *ops)
 612 {
 613         loff_t size = i_size_read(inode);
 614         loff_t length = size - offset;
 615         loff_t ret;
 616
 617         /* Nothing to be found before or beyond the end of the file. */
 618         if (offset < 0 || offset >= size)
 619                 return -ENXIO;
 620
 621         while (length > 0) {
 622                 ret = iomap_apply(inode, offset, length, IOMAP_REPORT, ops,
 623                                   &offset, iomap_seek_hole_actor);
 624                 if (ret < 0)
 625                         return ret;
 626                 if (ret == 0)
 627                         break;
 628
 629                 offset += ret;
 630                 length -= ret;
 631         }
 632
 633         return offset;
 634 }
 635 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_seek_hole);
 636
 637 static loff_t
 638 iomap_seek_data_actor(struct inode *inode, loff_t offset, loff_t length,
 639                       void *data, struct iomap *iomap)
 640 {
 641         switch (iomap->type) {
 642         case IOMAP_HOLE:
 643                 return length;
 644         case IOMAP_UNWRITTEN:
 645                 offset = page_cache_seek_hole_data(inode, offset, length,
 646                                                    SEEK_DATA);
 647                 if (offset < 0)
 648                         return length;
 649                 /*FALLTHRU*/
 650         default:
 651                 *(loff_t *)data = offset;
 652                 return 0;
 653         }
 654 }
 655
 656 loff_t
 657 iomap_seek_data(struct inode *inode, loff_t offset, const struct iomap_ops *ops)
 658 {
 659         loff_t size = i_size_read(inode);
 660         loff_t length = size - offset;
 661         loff_t ret;
 662
 663         /* Nothing to be found before or beyond the end of the file. */
 664         if (offset < 0 || offset >= size)
 665                 return -ENXIO;
 666
 667         while (length > 0) {
 668                 ret = iomap_apply(inode, offset, length, IOMAP_REPORT, ops,
 669                                   &offset, iomap_seek_data_actor);
 670                 if (ret < 0)
 671                         return ret;
 672                 if (ret == 0)
 673                         break;
 674
 675                 offset += ret;
 676                 length -= ret;
 677         }
 678
 679         if (length <= 0)
 680                 return -ENXIO;
 681         return offset;
 682 }
 683 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_seek_data);
 684
 685 /*
 686  * Private flags for iomap_dio, must not overlap with the public ones in
 687  * iomap.h:
 688  */
 689 #define IOMAP_DIO_WRITE_FUA     (1 << 28)
 690 #define IOMAP_DIO_NEED_SYNC     (1 << 29)
 691 #define IOMAP_DIO_WRITE         (1 << 30)
 692 #define IOMAP_DIO_DIRTY         (1 << 31)
 693
 694 struct iomap_dio {
 695         struct kiocb            *iocb;
 696         iomap_dio_end_io_t      *end_io;
 697         loff_t                  i_size;
 698         loff_t                  size;
 699         atomic_t                ref;
 700         unsigned                flags;
 701         int                     error;
 702
 703         union {
 704                 /* used during submission and for synchronous completion: */
 705                 struct {
 706                         struct iov_iter         *iter;
 707                         struct task_struct      *waiter;
 708                         struct request_queue    *last_queue;
 709                         blk_qc_t                cookie;
 710                 } submit;
 711
 712                 /* used for aio completion: */
 713                 struct {
 714                         struct work_struct      work;
 715                 } aio;
 716         };
 717 };
 718
 719 static ssize_t iomap_dio_complete(struct iomap_dio *dio)
 720 {
 721         struct kiocb *iocb = dio->iocb;
 722         struct inode *inode = file_inode(iocb->ki_filp);
 723         loff_t offset = iocb->ki_pos;
 724         ssize_t ret;
 725
 726         if (dio->end_io) {
 727                 ret = dio->end_io(iocb,
 728                                 dio->error ? dio->error : dio->size,
 729                                 dio->flags);
 730         } else {
 731                 ret = dio->error;
 732         }
 733
 734         if (likely(!ret)) {
 735                 ret = dio->size;
 736                 /* check for short read */
 737                 if (offset + ret > dio->i_size &&
 738                     !(dio->flags & IOMAP_DIO_WRITE))
 739                         ret = dio->i_size - offset;
 740                 iocb->ki_pos += ret;
 741         }
 742
 743         /*
 744          * Try again to invalidate clean pages which might have been cached by
 745          * non-direct readahead, or faulted in by get_user_pages() if the source
 746          * of the write was an mmap'ed region of the file we're writing.  Either
 747          * one is a pretty crazy thing to do, so we don't support it 100%.  If
 748          * this invalidation fails, tough, the write still worked...
 749          *
 750          * And this page cache invalidation has to be after dio->end_io(), as
 751          * some filesystems convert unwritten extents to real allocations in
 752          * end_io() when necessary, otherwise a racing buffer read would cache
 753          * zeros from unwritten extents.
 754          */
 755         if (!dio->error &&
 756             (dio->flags & IOMAP_DIO_WRITE) && inode->i_mapping->nrpages) {
 757                 int err;
 758                 err = invalidate_inode_pages2_range(inode->i_mapping,
 759                                 offset >> PAGE_SHIFT,
 760                                 (offset + dio->size - 1) >> PAGE_SHIFT);
 761                 if (err)
 762                         dio_warn_stale_pagecache(iocb->ki_filp);
 763         }
 764
 765         /*
 766          * If this is a DSYNC write, make sure we push it to stable storage now
 767          * that we've written data.
 768          */
 769         if (ret > 0 && (dio->flags & IOMAP_DIO_NEED_SYNC))
 770                 ret = generic_write_sync(iocb, ret);
 771
 772         inode_dio_end(file_inode(iocb->ki_filp));
 773         kfree(dio);
 774
 775         return ret;
 776 }
 777
 778 static void iomap_dio_complete_work(struct work_struct *work)
 779 {
 780         struct iomap_dio *dio = container_of(work, struct iomap_dio, aio.work);
 781         struct kiocb *iocb = dio->iocb;
 782
 783         iocb->ki_complete(iocb, iomap_dio_complete(dio), 0);
 784 }
 785
 786 /*
 787  * Set an error in the dio if none is set yet.  We have to use cmpxchg
 788  * as the submission context and the completion context(s) can race to
 789  * update the error.
 790  */
 791 static inline void iomap_dio_set_error(struct iomap_dio *dio, int ret)
 792 {
 793         cmpxchg(&dio->error, 0, ret);
 794 }
 795
 796 static void iomap_dio_bio_end_io(struct bio *bio)
 797 {
 798         struct iomap_dio *dio = bio->bi_private;
 799         bool should_dirty = (dio->flags & IOMAP_DIO_DIRTY);
 800
 801         if (bio->bi_status)
 802                 iomap_dio_set_error(dio, blk_status_to_errno(bio->bi_status));
 803
 804         if (atomic_dec_and_test(&dio->ref)) {
 805                 if (is_sync_kiocb(dio->iocb)) {
 806                         struct task_struct *waiter = dio->submit.waiter;
 807
 808                         WRITE_ONCE(dio->submit.waiter, NULL);
 809                         wake_up_process(waiter);
 810                 } else if (dio->flags & IOMAP_DIO_WRITE) {
 811                         struct inode *inode = file_inode(dio->iocb->ki_filp);
 812
 813                         INIT_WORK(&dio->aio.work, iomap_dio_complete_work);
 814                         queue_work(inode->i_sb->s_dio_done_wq, &dio->aio.work);
 815                 } else {
 816                         iomap_dio_complete_work(&dio->aio.work);
 817                 }
 818         }
 819
 820         if (should_dirty) {
 821                 bio_check_pages_dirty(bio);
 822         } else {
 823                 struct bio_vec *bvec;
 824                 int i;
 825
 826                 bio_for_each_segment_all(bvec, bio, i)
 827                         put_page(bvec->bv_page);
 828                 bio_put(bio);
 829         }
 830 }
 831
 832 static blk_qc_t
 833 iomap_dio_zero(struct iomap_dio *dio, struct iomap *iomap, loff_t pos,
 834                 unsigned len)
 835 {
 836         struct page *page = ZERO_PAGE(0);
 837         struct bio *bio;
 838
 839         bio = bio_alloc(GFP_KERNEL, 1);
 840         bio_set_dev(bio, iomap->bdev);
 841         bio->bi_iter.bi_sector =
 842                 (iomap->addr + pos - iomap->offset) >> 9;
 843         bio->bi_private = dio;
 844         bio->bi_end_io = iomap_dio_bio_end_io;
 845
 846         get_page(page);
 847         if (bio_add_page(bio, page, len, 0) != len)
 848                 BUG();
 849         bio_set_op_attrs(bio, REQ_OP_WRITE, REQ_SYNC | REQ_IDLE);
 850
 851         atomic_inc(&dio->ref);
 852         return submit_bio(bio);
 853 }
 854
 855 static loff_t
 856 iomap_dio_actor(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t length,
 857                 void *data, struct iomap *iomap)
 858 {
 859         struct iomap_dio *dio = data;
 860         unsigned int blkbits = blksize_bits(bdev_logical_block_size(iomap->bdev));
 861         unsigned int fs_block_size = i_blocksize(inode), pad;
 862         unsigned int align = iov_iter_alignment(dio->submit.iter);
 863         struct iov_iter iter;
 864         struct bio *bio;
 865         bool need_zeroout = false;
 866         bool use_fua = false;
 867         int nr_pages, ret;
 868         size_t copied = 0;
 869
 870         if ((pos | length | align) & ((1 << blkbits) - 1))
 871                 return -EINVAL;
 872
 873         switch (iomap->type) {
 874         case IOMAP_HOLE:
 875                 if (WARN_ON_ONCE(dio->flags & IOMAP_DIO_WRITE))
 876                         return -EIO;
 877                 /*FALLTHRU*/
 878         case IOMAP_UNWRITTEN:
 879                 if (!(dio->flags & IOMAP_DIO_WRITE)) {
 880                         length = iov_iter_zero(length, dio->submit.iter);
 881                         dio->size += length;
 882                         return length;
 883                 }
 884                 dio->flags |= IOMAP_DIO_UNWRITTEN;
 885                 need_zeroout = true;
 886                 break;
 887         case IOMAP_MAPPED:
 888                 if (iomap->flags & IOMAP_F_SHARED)
 889                         dio->flags |= IOMAP_DIO_COW;
 890                 if (iomap->flags & IOMAP_F_NEW) {
 891                         need_zeroout = true;
 892                 } else {
 893                         /*
 894                          * Use a FUA write if we need datasync semantics, this
 895                          * is a pure data IO that doesn't require any metadata
 896                          * updates and the underlying device supports FUA. This
 897                          * allows us to avoid cache flushes on IO completion.
 898                          */
 899                         if (!(iomap->flags & (IOMAP_F_SHARED|IOMAP_F_DIRTY)) &&
 900                             (dio->flags & IOMAP_DIO_WRITE_FUA) &&
 901                             blk_queue_fua(bdev_get_queue(iomap->bdev)))
 902                                 use_fua = true;
 903                 }
 904                 break;
 905         default:
 906                 WARN_ON_ONCE(1);
 907                 return -EIO;
 908         }
 909
 910         /*
 911          * Operate on a partial iter trimmed to the extent we were called for.
 912          * We'll update the iter in the dio once we're done with this extent.
 913          */
 914         iter = *dio->submit.iter;
 915         iov_iter_truncate(&iter, length);
 916
 917         nr_pages = iov_iter_npages(&iter, BIO_MAX_PAGES);
 918         if (nr_pages <= 0)
 919                 return nr_pages;
 920
 921         if (need_zeroout) {
 922                 /* zero out from the start of the block to the write offset */
 923                 pad = pos & (fs_block_size - 1);
 924                 if (pad)
 925                         iomap_dio_zero(dio, iomap, pos - pad, pad);
 926         }
 927
 928         do {
 929                 size_t n;
 930                 if (dio->error) {
 931                         iov_iter_revert(dio->submit.iter, copied);
 932                         return 0;
 933                 }
 934
 935                 bio = bio_alloc(GFP_KERNEL, nr_pages);
 936                 bio_set_dev(bio, iomap->bdev);
 937                 bio->bi_iter.bi_sector =
 938                         (iomap->addr + pos - iomap->offset) >> 9;
 939                 bio->bi_write_hint = dio->iocb->ki_hint;
 940                 bio->bi_private = dio;
 941                 bio->bi_end_io = iomap_dio_bio_end_io;
 942
 943                 ret = bio_iov_iter_get_pages(bio, &iter);
 944                 if (unlikely(ret)) {
 945                         bio_put(bio);
 946                         return copied ? copied : ret;
 947                 }
 948
 949                 n = bio->bi_iter.bi_size;
 950                 if (dio->flags & IOMAP_DIO_WRITE) {
 951                         bio->bi_opf = REQ_OP_WRITE | REQ_SYNC | REQ_IDLE;
 952                         if (use_fua)
 953                                 bio->bi_opf |= REQ_FUA;
 954                         else
 955                                 dio->flags &= ~IOMAP_DIO_WRITE_FUA;
 956                         task_io_account_write(n);
 957                 } else {
 958                         bio->bi_opf = REQ_OP_READ;
 959                         if (dio->flags & IOMAP_DIO_DIRTY)
 960                                 bio_set_pages_dirty(bio);
 961                 }
 962
 963                 iov_iter_advance(dio->submit.iter, n);
 964
 965                 dio->size += n;
 966                 pos += n;
 967                 copied += n;
 968
 969                 nr_pages = iov_iter_npages(&iter, BIO_MAX_PAGES);
 970
 971                 atomic_inc(&dio->ref);
 972
 973                 dio->submit.last_queue = bdev_get_queue(iomap->bdev);
 974                 dio->submit.cookie = submit_bio(bio);
 975         } while (nr_pages);
 976
 977         if (need_zeroout) {
 978                 /* zero out from the end of the write to the end of the block */
 979                 pad = pos & (fs_block_size - 1);
 980                 if (pad)
 981                         iomap_dio_zero(dio, iomap, pos, fs_block_size - pad);
 982         }
 983         return copied;
 984 }
 985
 986 /*
 987  * iomap_dio_rw() always completes O_[D]SYNC writes regardless of whether the IO
 988  * is being issued as AIO or not.  This allows us to optimise pure data writes
 989  * to use REQ_FUA rather than requiring generic_write_sync() to issue a
 990  * REQ_FLUSH post write. This is slightly tricky because a single request here
 991  * can be mapped into multiple disjoint IOs and only a subset of the IOs issued
 992  * may be pure data writes. In that case, we still need to do a full data sync
 993  * completion.
 994  */
 995 ssize_t
 996 iomap_dio_rw(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter,
 997                 const struct iomap_ops *ops, iomap_dio_end_io_t end_io)
 998 {
 999         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
1000         struct inode *inode = file_inode(iocb->ki_filp);
1001         size_t count = iov_iter_count(iter);
1002         loff_t pos = iocb->ki_pos, start = pos;
1003         loff_t end = iocb->ki_pos + count - 1, ret = 0;
1004         unsigned int flags = IOMAP_DIRECT;
1005         struct blk_plug plug;
1006         struct iomap_dio *dio;
1007
1008         lockdep_assert_held(&inode->i_rwsem);
1009
1010         if (!count)
1011                 return 0;
1012
1013         dio = kmalloc(sizeof(*dio), GFP_KERNEL);
1014         if (!dio)
1015                 return -ENOMEM;
1016
1017         dio->iocb = iocb;
1018         atomic_set(&dio->ref, 1);
1019         dio->size = 0;
1020         dio->i_size = i_size_read(inode);
1021         dio->end_io = end_io;
1022         dio->error = 0;
1023         dio->flags = 0;
1024
1025         dio->submit.iter = iter;
1026         if (is_sync_kiocb(iocb)) {
1027                 dio->submit.waiter = current;
1028                 dio->submit.cookie = BLK_QC_T_NONE;
1029                 dio->submit.last_queue = NULL;
1030         }
1031
1032         if (iov_iter_rw(iter) == READ) {
1033                 if (pos >= dio->i_size)
1034                         goto out_free_dio;
1035
1036                 if (iter->type == ITER_IOVEC)
1037                         dio->flags |= IOMAP_DIO_DIRTY;
1038         } else {
1039                 flags |= IOMAP_WRITE;
1040                 dio->flags |= IOMAP_DIO_WRITE;
1041
1042                 /* for data sync or sync, we need sync completion processing */
1043                 if (iocb->ki_flags & IOCB_DSYNC)
1044                         dio->flags |= IOMAP_DIO_NEED_SYNC;
1045
1046                 /*
1047                  * For datasync only writes, we optimistically try using FUA for
1048                  * this IO.  Any non-FUA write that occurs will clear this flag,
1049                  * hence we know before completion whether a cache flush is
1050                  * necessary.
1051                  */
1052                 if ((iocb->ki_flags & (IOCB_DSYNC | IOCB_SYNC)) == IOCB_DSYNC)
1053                         dio->flags |= IOMAP_DIO_WRITE_FUA;
1054         }
1055
1056         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
1057                 if (filemap_range_has_page(mapping, start, end)) {
1058                         ret = -EAGAIN;
1059                         goto out_free_dio;
1060                 }
1061                 flags |= IOMAP_NOWAIT;
1062         }
1063
1064         ret = filemap_write_and_wait_range(mapping, start, end);
1065         if (ret)
1066                 goto out_free_dio;
1067
1068         /*
1069          * Try to invalidate cache pages for the range we're direct
1070          * writing.  If this invalidation fails, tough, the write will
1071          * still work, but racing two incompatible write paths is a
1072          * pretty crazy thing to do, so we don't support it 100%.
1073          */
1074         ret = invalidate_inode_pages2_range(mapping,
1075                         start >> PAGE_SHIFT, end >> PAGE_SHIFT);
1076         if (ret)
1077                 dio_warn_stale_pagecache(iocb->ki_filp);
1078         ret = 0;
1079
1080         if (iov_iter_rw(iter) == WRITE && !is_sync_kiocb(iocb) &&
1081             !inode->i_sb->s_dio_done_wq) {
1082                 ret = sb_init_dio_done_wq(inode->i_sb);
1083                 if (ret < 0)
1084                         goto out_free_dio;
1085         }
1086
1087         inode_dio_begin(inode);
1088
1089         blk_start_plug(&plug);
1090         do {
1091                 ret = iomap_apply(inode, pos, count, flags, ops, dio,
1092                                 iomap_dio_actor);
1093                 if (ret <= 0) {
1094                         /* magic error code to fall back to buffered I/O */
1095                         if (ret == -ENOTBLK)
1096                                 ret = 0;
1097                         break;
1098                 }
1099                 pos += ret;
1100
1101                 if (iov_iter_rw(iter) == READ && pos >= dio->i_size)
1102                         break;
1103         } while ((count = iov_iter_count(iter)) > 0);
1104         blk_finish_plug(&plug);
1105
1106         if (ret < 0)
1107                 iomap_dio_set_error(dio, ret);
1108
1109         /*
1110          * If all the writes we issued were FUA, we don't need to flush the
1111          * cache on IO completion. Clear the sync flag for this case.
1112          */
1113         if (dio->flags & IOMAP_DIO_WRITE_FUA)
1114                 dio->flags &= ~IOMAP_DIO_NEED_SYNC;
1115
1116         if (!atomic_dec_and_test(&dio->ref)) {
1117                 if (!is_sync_kiocb(iocb))
1118                         return -EIOCBQUEUED;
1119
1120                 for (;;) {
1121                         set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
1122                         if (!READ_ONCE(dio->submit.waiter))
1123                                 break;
1124
1125                         if (!(iocb->ki_flags & IOCB_HIPRI) ||
1126                             !dio->submit.last_queue ||
1127                             !blk_poll(dio->submit.last_queue,
1128                                          dio->submit.cookie))
1129                                 io_schedule();
1130                 }
1131                 __set_current_state(TASK_RUNNING);
1132         }
1133
1134         ret = iomap_dio_complete(dio);
1135
1136         return ret;
1137
1138 out_free_dio:
1139         kfree(dio);
1140         return ret;
1141 }
1142 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_dio_rw);
1143
1144 /* Swapfile activation */
1145
1146 #ifdef CONFIG_SWAP
1147 struct iomap_swapfile_info {
1148         struct iomap iomap;             /* accumulated iomap */
1149         struct swap_info_struct *sis;
1150         uint64_t lowest_ppage;          /* lowest physical addr seen (pages) */
1151         uint64_t highest_ppage;         /* highest physical addr seen (pages) */
1152         unsigned long nr_pages;         /* number of pages collected */
1153         int nr_extents;                 /* extent count */
1154 };
1155
1156 /*
1157  * Collect physical extents for this swap file.  Physical extents reported to
1158  * the swap code must be trimmed to align to a page boundary.  The logical
1159  * offset within the file is irrelevant since the swapfile code maps logical
1160  * page numbers of the swap device to the physical page-aligned extents.
1161  */
1162 static int iomap_swapfile_add_extent(struct iomap_swapfile_info *isi)
1163 {
1164         struct iomap *iomap = &isi->iomap;
1165         unsigned long nr_pages;
1166         uint64_t first_ppage;
1167         uint64_t first_ppage_reported;
1168         uint64_t next_ppage;
1169         int error;
1170
1171         /*
1172          * Round the start up and the end down so that the physical
1173          * extent aligns to a page boundary.
1174          */
1175         first_ppage = ALIGN(iomap->addr, PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
1176         next_ppage = ALIGN_DOWN(iomap->addr + iomap->length, PAGE_SIZE) >>
1177                         PAGE_SHIFT;
1178
1179         /* Skip too-short physical extents. */
1180         if (first_ppage >= next_ppage)
1181                 return 0;
1182         nr_pages = next_ppage - first_ppage;
1183
1184         /*
1185          * Calculate how much swap space we're adding; the first page contains
1186          * the swap header and doesn't count.  The mm still wants that first
1187          * page fed to add_swap_extent, however.
1188          */
1189         first_ppage_reported = first_ppage;
1190         if (iomap->offset == 0)
1191                 first_ppage_reported++;
1192         if (isi->lowest_ppage > first_ppage_reported)
1193                 isi->lowest_ppage = first_ppage_reported;
1194         if (isi->highest_ppage < (next_ppage - 1))
1195                 isi->highest_ppage = next_ppage - 1;
1196
1197         /* Add extent, set up for the next call. */
1198         error = add_swap_extent(isi->sis, isi->nr_pages, nr_pages, first_ppage);
1199         if (error < 0)
1200                 return error;
1201         isi->nr_extents += error;
1202         isi->nr_pages += nr_pages;
1203         return 0;
1204 }
1205
1206 /*
1207  * Accumulate iomaps for this swap file.  We have to accumulate iomaps because
1208  * swap only cares about contiguous page-aligned physical extents and makes no
1209  * distinction between written and unwritten extents.
1210  */
1211 static loff_t iomap_swapfile_activate_actor(struct inode *inode, loff_t pos,
1212                 loff_t count, void *data, struct iomap *iomap)
1213 {
1214         struct iomap_swapfile_info *isi = data;
1215         int error;
1216
1217         /* Skip holes. */
1218         if (iomap->type == IOMAP_HOLE)
1219                 goto out;
1220
1221         /* Only one bdev per swap file. */
1222         if (iomap->bdev != isi->sis->bdev)
1223                 goto err;
1224
1225         /* Only real or unwritten extents. */
1226         if (iomap->type != IOMAP_MAPPED && iomap->type != IOMAP_UNWRITTEN)
1227                 goto err;
1228
1229         /* No uncommitted metadata or shared blocks or inline data. */
1230         if (iomap->flags & (IOMAP_F_DIRTY | IOMAP_F_SHARED |
1231                             IOMAP_F_DATA_INLINE))
1232                 goto err;
1233
1234         /* No null physical addresses. */
1235         if (iomap->addr == IOMAP_NULL_ADDR)
1236                 goto err;
1237
1238         if (isi->iomap.length == 0) {
1239                 /* No accumulated extent, so just store it. */
1240                 memcpy(&isi->iomap, iomap, sizeof(isi->iomap));
1241         } else if (isi->iomap.addr + isi->iomap.length == iomap->addr) {
1242                 /* Append this to the accumulated extent. */
1243                 isi->iomap.length += iomap->length;
1244         } else {
1245                 /* Otherwise, add the retained iomap and store this one. */
1246                 error = iomap_swapfile_add_extent(isi);
1247                 if (error)
1248                         return error;
1249                 memcpy(&isi->iomap, iomap, sizeof(isi->iomap));
1250         }
1251 out:
1252         return count;
1253 err:
1254         pr_err("swapon: file cannot be used for swap\n");
1255         return -EINVAL;
1256 }
1257
1258 /*
1259  * Iterate a swap file's iomaps to construct physical extents that can be
1260  * passed to the swapfile subsystem.
1261  */
1262 int iomap_swapfile_activate(struct swap_info_struct *sis,
1263                 struct file *swap_file, sector_t *pagespan,
1264                 const struct iomap_ops *ops)
1265 {
1266         struct iomap_swapfile_info isi = {
1267                 .sis = sis,
1268                 .lowest_ppage = (sector_t)-1ULL,
1269         };
1270         struct address_space *mapping = swap_file->f_mapping;
1271         struct inode *inode = mapping->host;
1272         loff_t pos = 0;
1273         loff_t len = ALIGN_DOWN(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
1274         loff_t ret;
1275
1276         ret = filemap_write_and_wait(inode->i_mapping);
1277         if (ret)
1278                 return ret;
1279
1280         while (len > 0) {
1281                 ret = iomap_apply(inode, pos, len, IOMAP_REPORT,
1282                                 ops, &isi, iomap_swapfile_activate_actor);
1283                 if (ret <= 0)
1284                         return ret;
1285
1286                 pos += ret;
1287                 len -= ret;
1288         }
1289
1290         if (isi.iomap.length) {
1291                 ret = iomap_swapfile_add_extent(&isi);
1292                 if (ret)
1293                         return ret;
1294         }
1295
1296         *pagespan = 1 + isi.highest_ppage - isi.lowest_ppage;
1297         sis->max = isi.nr_pages;
1298         sis->pages = isi.nr_pages - 1;
1299         sis->highest_bit = isi.nr_pages - 1;
1300         return isi.nr_extents;
1301 }
1302 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_swapfile_activate);
1303 #endif /* CONFIG_SWAP */