fs/direct-io.c

   1 /*
   2  * fs/direct-io.c
   3  *
   4  * Copyright (C) 2002, Linus Torvalds.
   5  *
   6  * O_DIRECT
   7  *
   8  * 04Jul2002    Andrew Morton
   9  *              Initial version
  10  * 11Sep2002    janetinc@us.ibm.com
  11  *              added readv/writev support.
  12  * 29Oct2002    Andrew Morton
  13  *              rewrote bio_add_page() support.
  14  * 30Oct2002    pbadari@us.ibm.com
  15  *              added support for non-aligned IO.
  16  * 06Nov2002    pbadari@us.ibm.com
  17  *              added asynchronous IO support.
  18  * 21Jul2003    nathans@sgi.com
  19  *              added IO completion notifier.
  20  */
  21
  22 #include <linux/kernel.h>
  23 #include <linux/module.h>
  24 #include <linux/types.h>
  25 #include <linux/fs.h>
  26 #include <linux/mm.h>
  27 #include <linux/slab.h>
  28 #include <linux/highmem.h>
  29 #include <linux/pagemap.h>
  30 #include <linux/task_io_accounting_ops.h>
  31 #include <linux/bio.h>
  32 #include <linux/wait.h>
  33 #include <linux/err.h>
  34 #include <linux/blkdev.h>
  35 #include <linux/buffer_head.h>
  36 #include <linux/rwsem.h>
  37 #include <linux/uio.h>
  38 #include <linux/atomic.h>
  39 #include <linux/prefetch.h>
  40
  41 /*
  42  * How many user pages to map in one call to get_user_pages().  This determines
  43  * the size of a structure in the slab cache
  44  */
  45 #define DIO_PAGES       64
  46
  47 /*
  48  * This code generally works in units of "dio_blocks".  A dio_block is
  49  * somewhere between the hard sector size and the filesystem block size.  it
  50  * is determined on a per-invocation basis.   When talking to the filesystem
  51  * we need to convert dio_blocks to fs_blocks by scaling the dio_block quantity
  52  * down by dio->blkfactor.  Similarly, fs-blocksize quantities are converted
  53  * to bio_block quantities by shifting left by blkfactor.
  54  *
  55  * If blkfactor is zero then the user's request was aligned to the filesystem's
  56  * blocksize.
  57  */
  58
  59 /* dio_state only used in the submission path */
  60
  61 struct dio_submit {
  62         struct bio *bio;                /* bio under assembly */
  63         unsigned blkbits;               /* doesn't change */
  64         unsigned blkfactor;             /* When we're using an alignment which
  65                                            is finer than the filesystem's soft
  66                                            blocksize, this specifies how much
  67                                            finer.  blkfactor=2 means 1/4-block
  68                                            alignment.  Does not change */
  69         unsigned start_zero_done;       /* flag: sub-blocksize zeroing has
  70                                            been performed at the start of a
  71                                            write */
  72         int pages_in_io;                /* approximate total IO pages */
  73         sector_t block_in_file;         /* Current offset into the underlying
  74                                            file in dio_block units. */
  75         unsigned blocks_available;      /* At block_in_file.  changes */
  76         int reap_counter;               /* rate limit reaping */
  77         sector_t final_block_in_request;/* doesn't change */
  78         int boundary;                   /* prev block is at a boundary */
  79         get_block_t *get_block;         /* block mapping function */
  80         dio_submit_t *submit_io;        /* IO submition function */
  81
  82         loff_t logical_offset_in_bio;   /* current first logical block in bio */
  83         sector_t final_block_in_bio;    /* current final block in bio + 1 */
  84         sector_t next_block_for_io;     /* next block to be put under IO,
  85                                            in dio_blocks units */
  86
  87         /*
  88          * Deferred addition of a page to the dio.  These variables are
  89          * private to dio_send_cur_page(), submit_page_section() and
  90          * dio_bio_add_page().
  91          */
  92         struct page *cur_page;          /* The page */
  93         unsigned cur_page_offset;       /* Offset into it, in bytes */
  94         unsigned cur_page_len;          /* Nr of bytes at cur_page_offset */
  95         sector_t cur_page_block;        /* Where it starts */
  96         loff_t cur_page_fs_offset;      /* Offset in file */
  97
  98         struct iov_iter *iter;
  99         /*
 100          * Page queue.  These variables belong to dio_refill_pages() and
 101          * dio_get_page().
 102          */
 103         unsigned head;                  /* next page to process */
 104         unsigned tail;                  /* last valid page + 1 */
 105         size_t from, to;
 106 };
 107
 108 /* dio_state communicated between submission path and end_io */
 109 struct dio {
 110         int flags;                      /* doesn't change */
 111         int op;
 112         int op_flags;
 113         blk_qc_t bio_cookie;
 114         struct gendisk *bio_disk;
 115         struct inode *inode;
 116         loff_t i_size;                  /* i_size when submitted */
 117         dio_iodone_t *end_io;           /* IO completion function */
 118
 119         void *private;                  /* copy from map_bh.b_private */
 120
 121         /* BIO completion state */
 122         spinlock_t bio_lock;            /* protects BIO fields below */
 123         int page_errors;                /* errno from get_user_pages() */
 124         int is_async;                   /* is IO async ? */
 125         bool defer_completion;          /* defer AIO completion to workqueue? */
 126         bool should_dirty;              /* if pages should be dirtied */
 127         int io_error;                   /* IO error in completion path */
 128         unsigned long refcount;         /* direct_io_worker() and bios */
 129         struct bio *bio_list;           /* singly linked via bi_private */
 130         struct task_struct *waiter;     /* waiting task (NULL if none) */
 131
 132         /* AIO related stuff */
 133         struct kiocb *iocb;             /* kiocb */
 134         ssize_t result;                 /* IO result */
 135
 136         /*
 137          * pages[] (and any fields placed after it) are not zeroed out at
 138          * allocation time.  Don't add new fields after pages[] unless you
 139          * wish that they not be zeroed.
 140          */
 141         union {
 142                 struct page *pages[DIO_PAGES];  /* page buffer */
 143                 struct work_struct complete_work;/* deferred AIO completion */
 144         };
 145 } ____cacheline_aligned_in_smp;
 146
 147 static struct kmem_cache *dio_cache __read_mostly;
 148
 149 /*
 150  * How many pages are in the queue?
 151  */
 152 static inline unsigned dio_pages_present(struct dio_submit *sdio)
 153 {
 154         return sdio->tail - sdio->head;
 155 }
 156
 157 /*
 158  * Go grab and pin some userspace pages.   Typically we'll get 64 at a time.
 159  */
 160 static inline int dio_refill_pages(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
 161 {
 162         ssize_t ret;
 163
 164         ret = iov_iter_get_pages(sdio->iter, dio->pages, LONG_MAX, DIO_PAGES,
 165                                 &sdio->from);
 166
 167         if (ret < 0 && sdio->blocks_available && (dio->op == REQ_OP_WRITE)) {
 168                 struct page *page = ZERO_PAGE(0);
 169                 /*
 170                  * A memory fault, but the filesystem has some outstanding
 171                  * mapped blocks.  We need to use those blocks up to avoid
 172                  * leaking stale data in the file.
 173                  */
 174                 if (dio->page_errors == 0)
 175                         dio->page_errors = ret;
 176                 get_page(page);
 177                 dio->pages[0] = page;
 178                 sdio->head = 0;
 179                 sdio->tail = 1;
 180                 sdio->from = 0;
 181                 sdio->to = PAGE_SIZE;
 182                 return 0;
 183         }
 184
 185         if (ret >= 0) {
 186                 iov_iter_advance(sdio->iter, ret);
 187                 ret += sdio->from;
 188                 sdio->head = 0;
 189                 sdio->tail = (ret + PAGE_SIZE - 1) / PAGE_SIZE;
 190                 sdio->to = ((ret - 1) & (PAGE_SIZE - 1)) + 1;
 191                 return 0;
 192         }
 193         return ret;
 194 }
 195
 196 /*
 197  * Get another userspace page.  Returns an ERR_PTR on error.  Pages are
 198  * buffered inside the dio so that we can call get_user_pages() against a
 199  * decent number of pages, less frequently.  To provide nicer use of the
 200  * L1 cache.
 201  */
 202 static inline struct page *dio_get_page(struct dio *dio,
 203                                         struct dio_submit *sdio)
 204 {
 205         if (dio_pages_present(sdio) == 0) {
 206                 int ret;
 207
 208                 ret = dio_refill_pages(dio, sdio);
 209                 if (ret)
 210                         return ERR_PTR(ret);
 211                 BUG_ON(dio_pages_present(sdio) == 0);
 212         }
 213         return dio->pages[sdio->head];
 214 }
 215
 216 /**
 217  * dio_complete() - called when all DIO BIO I/O has been completed
 218  * @offset: the byte offset in the file of the completed operation
 219  *
 220  * This drops i_dio_count, lets interested parties know that a DIO operation
 221  * has completed, and calculates the resulting return code for the operation.
 222  *
 223  * It lets the filesystem know if it registered an interest earlier via
 224  * get_block.  Pass the private field of the map buffer_head so that
 225  * filesystems can use it to hold additional state between get_block calls and
 226  * dio_complete.
 227  */
 228 static ssize_t dio_complete(struct dio *dio, ssize_t ret, bool is_async)
 229 {
 230         loff_t offset = dio->iocb->ki_pos;
 231         ssize_t transferred = 0;
 232         int err;
 233
 234         /*
 235          * AIO submission can race with bio completion to get here while
 236          * expecting to have the last io completed by bio completion.
 237          * In that case -EIOCBQUEUED is in fact not an error we want
 238          * to preserve through this call.
 239          */
 240         if (ret == -EIOCBQUEUED)
 241                 ret = 0;
 242
 243         if (dio->result) {
 244                 transferred = dio->result;
 245
 246                 /* Check for short read case */
 247                 if ((dio->op == REQ_OP_READ) &&
 248                     ((offset + transferred) > dio->i_size))
 249                         transferred = dio->i_size - offset;
 250                 /* ignore EFAULT if some IO has been done */
 251                 if (unlikely(ret == -EFAULT) && transferred)
 252                         ret = 0;
 253         }
 254
 255         if (ret == 0)
 256                 ret = dio->page_errors;
 257         if (ret == 0)
 258                 ret = dio->io_error;
 259         if (ret == 0)
 260                 ret = transferred;
 261
 262         /*
 263          * Try again to invalidate clean pages which might have been cached by
 264          * non-direct readahead, or faulted in by get_user_pages() if the source
 265          * of the write was an mmap'ed region of the file we're writing.  Either
 266          * one is a pretty crazy thing to do, so we don't support it 100%.  If
 267          * this invalidation fails, tough, the write still worked...
 268          */
 269         if (ret > 0 && dio->op == REQ_OP_WRITE &&
 270             dio->inode->i_mapping->nrpages) {
 271                 err = invalidate_inode_pages2_range(dio->inode->i_mapping,
 272                                         offset >> PAGE_SHIFT,
 273                                         (offset + ret - 1) >> PAGE_SHIFT);
 274                 WARN_ON_ONCE(err);
 275         }
 276
 277         if (dio->end_io) {
 278
 279                 // XXX: ki_pos??
 280                 err = dio->end_io(dio->iocb, offset, ret, dio->private);
 281                 if (err)
 282                         ret = err;
 283         }
 284
 285         if (!(dio->flags & DIO_SKIP_DIO_COUNT))
 286                 inode_dio_end(dio->inode);
 287
 288         if (is_async) {
 289                 /*
 290                  * generic_write_sync expects ki_pos to have been updated
 291                  * already, but the submission path only does this for
 292                  * synchronous I/O.
 293                  */
 294                 dio->iocb->ki_pos += transferred;
 295
 296                 if (dio->op == REQ_OP_WRITE)
 297                         ret = generic_write_sync(dio->iocb,  transferred);
 298                 dio->iocb->ki_complete(dio->iocb, ret, 0);
 299         }
 300
 301         kmem_cache_free(dio_cache, dio);
 302         return ret;
 303 }
 304
 305 static void dio_aio_complete_work(struct work_struct *work)
 306 {
 307         struct dio *dio = container_of(work, struct dio, complete_work);
 308
 309         dio_complete(dio, 0, true);
 310 }
 311
 312 static blk_status_t dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio);
 313
 314 /*
 315  * Asynchronous IO callback.
 316  */
 317 static void dio_bio_end_aio(struct bio *bio)
 318 {
 319         struct dio *dio = bio->bi_private;
 320         unsigned long remaining;
 321         unsigned long flags;
 322         bool defer_completion = false;
 323
 324         /* cleanup the bio */
 325         dio_bio_complete(dio, bio);
 326
 327         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
 328         remaining = --dio->refcount;
 329         if (remaining == 1 && dio->waiter)
 330                 wake_up_process(dio->waiter);
 331         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
 332
 333         if (remaining == 0) {
 334                 /*
 335                  * Defer completion when defer_completion is set or
 336                  * when the inode has pages mapped and this is AIO write.
 337                  * We need to invalidate those pages because there is a
 338                  * chance they contain stale data in the case buffered IO
 339                  * went in between AIO submission and completion into the
 340                  * same region.
 341                  */
 342                 if (dio->result)
 343                         defer_completion = dio->defer_completion ||
 344                                            (dio->op == REQ_OP_WRITE &&
 345                                             dio->inode->i_mapping->nrpages);
 346                 if (defer_completion) {
 347                         INIT_WORK(&dio->complete_work, dio_aio_complete_work);
 348                         queue_work(dio->inode->i_sb->s_dio_done_wq,
 349                                    &dio->complete_work);
 350                 } else {
 351                         dio_complete(dio, 0, true);
 352                 }
 353         }
 354 }
 355
 356 /*
 357  * The BIO completion handler simply queues the BIO up for the process-context
 358  * handler.
 359  *
 360  * During I/O bi_private points at the dio.  After I/O, bi_private is used to
 361  * implement a singly-linked list of completed BIOs, at dio->bio_list.
 362  */
 363 static void dio_bio_end_io(struct bio *bio)
 364 {
 365         struct dio *dio = bio->bi_private;
 366         unsigned long flags;
 367
 368         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
 369         bio->bi_private = dio->bio_list;
 370         dio->bio_list = bio;
 371         if (--dio->refcount == 1 && dio->waiter)
 372                 wake_up_process(dio->waiter);
 373         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
 374 }
 375
 376 /**
 377  * dio_end_io - handle the end io action for the given bio
 378  * @bio: The direct io bio thats being completed
 379  *
 380  * This is meant to be called by any filesystem that uses their own dio_submit_t
 381  * so that the DIO specific endio actions are dealt with after the filesystem
 382  * has done it's completion work.
 383  */
 384 void dio_end_io(struct bio *bio)
 385 {
 386         struct dio *dio = bio->bi_private;
 387
 388         if (dio->is_async)
 389                 dio_bio_end_aio(bio);
 390         else
 391                 dio_bio_end_io(bio);
 392 }
 393 EXPORT_SYMBOL_GPL(dio_end_io);
 394
 395 static inline void
 396 dio_bio_alloc(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
 397               struct block_device *bdev,
 398               sector_t first_sector, int nr_vecs)
 399 {
 400         struct bio *bio;
 401
 402         /*
 403          * bio_alloc() is guaranteed to return a bio when called with
 404          * __GFP_RECLAIM and we request a valid number of vectors.
 405          */
 406         bio = bio_alloc(GFP_KERNEL, nr_vecs);
 407
 408         bio_set_dev(bio, bdev);
 409         bio->bi_iter.bi_sector = first_sector;
 410         bio_set_op_attrs(bio, dio->op, dio->op_flags);
 411         if (dio->is_async)
 412                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_aio;
 413         else
 414                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_io;
 415
 416         bio->bi_write_hint = dio->iocb->ki_hint;
 417
 418         sdio->bio = bio;
 419         sdio->logical_offset_in_bio = sdio->cur_page_fs_offset;
 420 }
 421
 422 /*
 423  * In the AIO read case we speculatively dirty the pages before starting IO.
 424  * During IO completion, any of these pages which happen to have been written
 425  * back will be redirtied by bio_check_pages_dirty().
 426  *
 427  * bios hold a dio reference between submit_bio and ->end_io.
 428  */
 429 static inline void dio_bio_submit(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
 430 {
 431         struct bio *bio = sdio->bio;
 432         unsigned long flags;
 433
 434         bio->bi_private = dio;
 435
 436         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
 437         dio->refcount++;
 438         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
 439
 440         if (dio->is_async && dio->op == REQ_OP_READ && dio->should_dirty)
 441                 bio_set_pages_dirty(bio);
 442
 443         dio->bio_disk = bio->bi_disk;
 444
 445         if (sdio->submit_io) {
 446                 sdio->submit_io(bio, dio->inode, sdio->logical_offset_in_bio);
 447                 dio->bio_cookie = BLK_QC_T_NONE;
 448         } else
 449                 dio->bio_cookie = submit_bio(bio);
 450
 451         sdio->bio = NULL;
 452         sdio->boundary = 0;
 453         sdio->logical_offset_in_bio = 0;
 454 }
 455
 456 /*
 457  * Release any resources in case of a failure
 458  */
 459 static inline void dio_cleanup(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
 460 {
 461         while (sdio->head < sdio->tail)
 462                 put_page(dio->pages[sdio->head++]);
 463 }
 464
 465 /*
 466  * Wait for the next BIO to complete.  Remove it and return it.  NULL is
 467  * returned once all BIOs have been completed.  This must only be called once
 468  * all bios have been issued so that dio->refcount can only decrease.  This
 469  * requires that that the caller hold a reference on the dio.
 470  */
 471 static struct bio *dio_await_one(struct dio *dio)
 472 {
 473         unsigned long flags;
 474         struct bio *bio = NULL;
 475
 476         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
 477
 478         /*
 479          * Wait as long as the list is empty and there are bios in flight.  bio
 480          * completion drops the count, maybe adds to the list, and wakes while
 481          * holding the bio_lock so we don't need set_current_state()'s barrier
 482          * and can call it after testing our condition.
 483          */
 484         while (dio->refcount > 1 && dio->bio_list == NULL) {
 485                 __set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 486                 dio->waiter = current;
 487                 spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
 488                 if (!(dio->iocb->ki_flags & IOCB_HIPRI) ||
 489                     !blk_mq_poll(dio->bio_disk->queue, dio->bio_cookie))
 490                         io_schedule();
 491                 /* wake up sets us TASK_RUNNING */
 492                 spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
 493                 dio->waiter = NULL;
 494         }
 495         if (dio->bio_list) {
 496                 bio = dio->bio_list;
 497                 dio->bio_list = bio->bi_private;
 498         }
 499         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
 500         return bio;
 501 }
 502
 503 /*
 504  * Process one completed BIO.  No locks are held.
 505  */
 506 static blk_status_t dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio)
 507 {
 508         struct bio_vec *bvec;
 509         unsigned i;
 510         blk_status_t err = bio->bi_status;
 511
 512         if (err) {
 513                 if (err == BLK_STS_AGAIN && (bio->bi_opf & REQ_NOWAIT))
 514                         dio->io_error = -EAGAIN;
 515                 else
 516                         dio->io_error = -EIO;
 517         }
 518
 519         if (dio->is_async && dio->op == REQ_OP_READ && dio->should_dirty) {
 520                 bio_check_pages_dirty(bio);     /* transfers ownership */
 521         } else {
 522                 bio_for_each_segment_all(bvec, bio, i) {
 523                         struct page *page = bvec->bv_page;
 524
 525                         if (dio->op == REQ_OP_READ && !PageCompound(page) &&
 526                                         dio->should_dirty)
 527                                 set_page_dirty_lock(page);
 528                         put_page(page);
 529                 }
 530                 bio_put(bio);
 531         }
 532         return err;
 533 }
 534
 535 /*
 536  * Wait on and process all in-flight BIOs.  This must only be called once
 537  * all bios have been issued so that the refcount can only decrease.
 538  * This just waits for all bios to make it through dio_bio_complete.  IO
 539  * errors are propagated through dio->io_error and should be propagated via
 540  * dio_complete().
 541  */
 542 static void dio_await_completion(struct dio *dio)
 543 {
 544         struct bio *bio;
 545         do {
 546                 bio = dio_await_one(dio);
 547                 if (bio)
 548                         dio_bio_complete(dio, bio);
 549         } while (bio);
 550 }
 551
 552 /*
 553  * A really large O_DIRECT read or write can generate a lot of BIOs.  So
 554  * to keep the memory consumption sane we periodically reap any completed BIOs
 555  * during the BIO generation phase.
 556  *
 557  * This also helps to limit the peak amount of pinned userspace memory.
 558  */
 559 static inline int dio_bio_reap(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
 560 {
 561         int ret = 0;
 562
 563         if (sdio->reap_counter++ >= 64) {
 564                 while (dio->bio_list) {
 565                         unsigned long flags;
 566                         struct bio *bio;
 567                         int ret2;
 568
 569                         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
 570                         bio = dio->bio_list;
 571                         dio->bio_list = bio->bi_private;
 572                         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
 573                         ret2 = blk_status_to_errno(dio_bio_complete(dio, bio));
 574                         if (ret == 0)
 575                                 ret = ret2;
 576                 }
 577                 sdio->reap_counter = 0;
 578         }
 579         return ret;
 580 }
 581
 582 /*
 583  * Create workqueue for deferred direct IO completions. We allocate the
 584  * workqueue when it's first needed. This avoids creating workqueue for
 585  * filesystems that don't need it and also allows us to create the workqueue
 586  * late enough so the we can include s_id in the name of the workqueue.
 587  */
 588 int sb_init_dio_done_wq(struct super_block *sb)
 589 {
 590         struct workqueue_struct *old;
 591         struct workqueue_struct *wq = alloc_workqueue("dio/%s",
 592                                                       WQ_MEM_RECLAIM, 0,
 593                                                       sb->s_id);
 594         if (!wq)
 595                 return -ENOMEM;
 596         /*
 597          * This has to be atomic as more DIOs can race to create the workqueue
 598          */
 599         old = cmpxchg(&sb->s_dio_done_wq, NULL, wq);
 600         /* Someone created workqueue before us? Free ours... */
 601         if (old)
 602                 destroy_workqueue(wq);
 603         return 0;
 604 }
 605
 606 static int dio_set_defer_completion(struct dio *dio)
 607 {
 608         struct super_block *sb = dio->inode->i_sb;
 609
 610         if (dio->defer_completion)
 611                 return 0;
 612         dio->defer_completion = true;
 613         if (!sb->s_dio_done_wq)
 614                 return sb_init_dio_done_wq(sb);
 615         return 0;
 616 }
 617
 618 /*
 619  * Call into the fs to map some more disk blocks.  We record the current number
 620  * of available blocks at sdio->blocks_available.  These are in units of the
 621  * fs blocksize, i_blocksize(inode).
 622  *
 623  * The fs is allowed to map lots of blocks at once.  If it wants to do that,
 624  * it uses the passed inode-relative block number as the file offset, as usual.
 625  *
 626  * get_block() is passed the number of i_blkbits-sized blocks which direct_io
 627  * has remaining to do.  The fs should not map more than this number of blocks.
 628  *
 629  * If the fs has mapped a lot of blocks, it should populate bh->b_size to
 630  * indicate how much contiguous disk space has been made available at
 631  * bh->b_blocknr.
 632  *
 633  * If *any* of the mapped blocks are new, then the fs must set buffer_new().
 634  * This isn't very efficient...
 635  *
 636  * In the case of filesystem holes: the fs may return an arbitrarily-large
 637  * hole by returning an appropriate value in b_size and by clearing
 638  * buffer_mapped().  However the direct-io code will only process holes one
 639  * block at a time - it will repeatedly call get_block() as it walks the hole.
 640  */
 641 static int get_more_blocks(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
 642                            struct buffer_head *map_bh)
 643 {
 644         int ret;
 645         sector_t fs_startblk;   /* Into file, in filesystem-sized blocks */
 646         sector_t fs_endblk;     /* Into file, in filesystem-sized blocks */
 647         unsigned long fs_count; /* Number of filesystem-sized blocks */
 648         int create;
 649         unsigned int i_blkbits = sdio->blkbits + sdio->blkfactor;
 650
 651         /*
 652          * If there was a memory error and we've overwritten all the
 653          * mapped blocks then we can now return that memory error
 654          */
 655         ret = dio->page_errors;
 656         if (ret == 0) {
 657                 BUG_ON(sdio->block_in_file >= sdio->final_block_in_request);
 658                 fs_startblk = sdio->block_in_file >> sdio->blkfactor;
 659                 fs_endblk = (sdio->final_block_in_request - 1) >>
 660                                         sdio->blkfactor;
 661                 fs_count = fs_endblk - fs_startblk + 1;
 662
 663                 map_bh->b_state = 0;
 664                 map_bh->b_size = fs_count << i_blkbits;
 665
 666                 /*
 667                  * For writes that could fill holes inside i_size on a
 668                  * DIO_SKIP_HOLES filesystem we forbid block creations: only
 669                  * overwrites are permitted. We will return early to the caller
 670                  * once we see an unmapped buffer head returned, and the caller
 671                  * will fall back to buffered I/O.
 672                  *
 673                  * Otherwise the decision is left to the get_blocks method,
 674                  * which may decide to handle it or also return an unmapped
 675                  * buffer head.
 676                  */
 677                 create = dio->op == REQ_OP_WRITE;
 678                 if (dio->flags & DIO_SKIP_HOLES) {
 679                         if (fs_startblk <= ((i_size_read(dio->inode) - 1) >>
 680                                                         i_blkbits))
 681                                 create = 0;
 682                 }
 683
 684                 ret = (*sdio->get_block)(dio->inode, fs_startblk,
 685                                                 map_bh, create);
 686
 687                 /* Store for completion */
 688                 dio->private = map_bh->b_private;
 689
 690                 if (ret == 0 && buffer_defer_completion(map_bh))
 691                         ret = dio_set_defer_completion(dio);
 692         }
 693         return ret;
 694 }
 695
 696 /*
 697  * There is no bio.  Make one now.
 698  */
 699 static inline int dio_new_bio(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
 700                 sector_t start_sector, struct buffer_head *map_bh)
 701 {
 702         sector_t sector;
 703         int ret, nr_pages;
 704
 705         ret = dio_bio_reap(dio, sdio);
 706         if (ret)
 707                 goto out;
 708         sector = start_sector << (sdio->blkbits - 9);
 709         nr_pages = min(sdio->pages_in_io, BIO_MAX_PAGES);
 710         BUG_ON(nr_pages <= 0);
 711         dio_bio_alloc(dio, sdio, map_bh->b_bdev, sector, nr_pages);
 712         sdio->boundary = 0;
 713 out:
 714         return ret;
 715 }
 716
 717 /*
 718  * Attempt to put the current chunk of 'cur_page' into the current BIO.  If
 719  * that was successful then update final_block_in_bio and take a ref against
 720  * the just-added page.
 721  *
 722  * Return zero on success.  Non-zero means the caller needs to start a new BIO.
 723  */
 724 static inline int dio_bio_add_page(struct dio_submit *sdio)
 725 {
 726         int ret;
 727
 728         ret = bio_add_page(sdio->bio, sdio->cur_page,
 729                         sdio->cur_page_len, sdio->cur_page_offset);
 730         if (ret == sdio->cur_page_len) {
 731                 /*
 732                  * Decrement count only, if we are done with this page
 733                  */
 734                 if ((sdio->cur_page_len + sdio->cur_page_offset) == PAGE_SIZE)
 735                         sdio->pages_in_io--;
 736                 get_page(sdio->cur_page);
 737                 sdio->final_block_in_bio = sdio->cur_page_block +
 738                         (sdio->cur_page_len >> sdio->blkbits);
 739                 ret = 0;
 740         } else {
 741                 ret = 1;
 742         }
 743         return ret;
 744 }
 745
 746 /*
 747  * Put cur_page under IO.  The section of cur_page which is described by
 748  * cur_page_offset,cur_page_len is put into a BIO.  The section of cur_page
 749  * starts on-disk at cur_page_block.
 750  *
 751  * We take a ref against the page here (on behalf of its presence in the bio).
 752  *
 753  * The caller of this function is responsible for removing cur_page from the
 754  * dio, and for dropping the refcount which came from that presence.
 755  */
 756 static inline int dio_send_cur_page(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
 757                 struct buffer_head *map_bh)
 758 {
 759         int ret = 0;
 760
 761         if (sdio->bio) {
 762                 loff_t cur_offset = sdio->cur_page_fs_offset;
 763                 loff_t bio_next_offset = sdio->logical_offset_in_bio +
 764                         sdio->bio->bi_iter.bi_size;
 765
 766                 /*
 767                  * See whether this new request is contiguous with the old.
 768                  *
 769                  * Btrfs cannot handle having logically non-contiguous requests
 770                  * submitted.  For example if you have
 771                  *
 772                  * Logical:  [0-4095][HOLE][8192-12287]
 773                  * Physical: [0-4095]      [4096-8191]
 774                  *
 775                  * We cannot submit those pages together as one BIO.  So if our
 776                  * current logical offset in the file does not equal what would
 777                  * be the next logical offset in the bio, submit the bio we
 778                  * have.
 779                  */
 780                 if (sdio->final_block_in_bio != sdio->cur_page_block ||
 781                     cur_offset != bio_next_offset)
 782                         dio_bio_submit(dio, sdio);
 783         }
 784
 785         if (sdio->bio == NULL) {
 786                 ret = dio_new_bio(dio, sdio, sdio->cur_page_block, map_bh);
 787                 if (ret)
 788                         goto out;
 789         }
 790
 791         if (dio_bio_add_page(sdio) != 0) {
 792                 dio_bio_submit(dio, sdio);
 793                 ret = dio_new_bio(dio, sdio, sdio->cur_page_block, map_bh);
 794                 if (ret == 0) {
 795                         ret = dio_bio_add_page(sdio);
 796                         BUG_ON(ret != 0);
 797                 }
 798         }
 799 out:
 800         return ret;
 801 }
 802
 803 /*
 804  * An autonomous function to put a chunk of a page under deferred IO.
 805  *
 806  * The caller doesn't actually know (or care) whether this piece of page is in
 807  * a BIO, or is under IO or whatever.  We just take care of all possible
 808  * situations here.  The separation between the logic of do_direct_IO() and
 809  * that of submit_page_section() is important for clarity.  Please don't break.
 810  *
 811  * The chunk of page starts on-disk at blocknr.
 812  *
 813  * We perform deferred IO, by recording the last-submitted page inside our
 814  * private part of the dio structure.  If possible, we just expand the IO
 815  * across that page here.
 816  *
 817  * If that doesn't work out then we put the old page into the bio and add this
 818  * page to the dio instead.
 819  */
 820 static inline int
 821 submit_page_section(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio, struct page *page,
 822                     unsigned offset, unsigned len, sector_t blocknr,
 823                     struct buffer_head *map_bh)
 824 {
 825         int ret = 0;
 826
 827         if (dio->op == REQ_OP_WRITE) {
 828                 /*
 829                  * Read accounting is performed in submit_bio()
 830                  */
 831                 task_io_account_write(len);
 832         }
 833
 834         /*
 835          * Can we just grow the current page's presence in the dio?
 836          */
 837         if (sdio->cur_page == page &&
 838             sdio->cur_page_offset + sdio->cur_page_len == offset &&
 839             sdio->cur_page_block +
 840             (sdio->cur_page_len >> sdio->blkbits) == blocknr) {
 841                 sdio->cur_page_len += len;
 842                 goto out;
 843         }
 844
 845         /*
 846          * If there's a deferred page already there then send it.
 847          */
 848         if (sdio->cur_page) {
 849                 ret = dio_send_cur_page(dio, sdio, map_bh);
 850                 put_page(sdio->cur_page);
 851                 sdio->cur_page = NULL;
 852                 if (ret)
 853                         return ret;
 854         }
 855
 856         get_page(page);         /* It is in dio */
 857         sdio->cur_page = page;
 858         sdio->cur_page_offset = offset;
 859         sdio->cur_page_len = len;
 860         sdio->cur_page_block = blocknr;
 861         sdio->cur_page_fs_offset = sdio->block_in_file << sdio->blkbits;
 862 out:
 863         /*
 864          * If sdio->boundary then we want to schedule the IO now to
 865          * avoid metadata seeks.
 866          */
 867         if (sdio->boundary) {
 868                 ret = dio_send_cur_page(dio, sdio, map_bh);
 869                 dio_bio_submit(dio, sdio);
 870                 put_page(sdio->cur_page);
 871                 sdio->cur_page = NULL;
 872         }
 873         return ret;
 874 }
 875
 876 /*
 877  * If we are not writing the entire block and get_block() allocated
 878  * the block for us, we need to fill-in the unused portion of the
 879  * block with zeros. This happens only if user-buffer, fileoffset or
 880  * io length is not filesystem block-size multiple.
 881  *
 882  * `end' is zero if we're doing the start of the IO, 1 at the end of the
 883  * IO.
 884  */
 885 static inline void dio_zero_block(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
 886                 int end, struct buffer_head *map_bh)
 887 {
 888         unsigned dio_blocks_per_fs_block;
 889         unsigned this_chunk_blocks;     /* In dio_blocks */
 890         unsigned this_chunk_bytes;
 891         struct page *page;
 892
 893         sdio->start_zero_done = 1;
 894         if (!sdio->blkfactor || !buffer_new(map_bh))
 895                 return;
 896
 897         dio_blocks_per_fs_block = 1 << sdio->blkfactor;
 898         this_chunk_blocks = sdio->block_in_file & (dio_blocks_per_fs_block - 1);
 899
 900         if (!this_chunk_blocks)
 901                 return;
 902
 903         /*
 904          * We need to zero out part of an fs block.  It is either at the
 905          * beginning or the end of the fs block.
 906          */
 907         if (end)
 908                 this_chunk_blocks = dio_blocks_per_fs_block - this_chunk_blocks;
 909
 910         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << sdio->blkbits;
 911
 912         page = ZERO_PAGE(0);
 913         if (submit_page_section(dio, sdio, page, 0, this_chunk_bytes,
 914                                 sdio->next_block_for_io, map_bh))
 915                 return;
 916
 917         sdio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
 918 }
 919
 920 /*
 921  * Walk the user pages, and the file, mapping blocks to disk and generating
 922  * a sequence of (page,offset,len,block) mappings.  These mappings are injected
 923  * into submit_page_section(), which takes care of the next stage of submission
 924  *
 925  * Direct IO against a blockdev is different from a file.  Because we can
 926  * happily perform page-sized but 512-byte aligned IOs.  It is important that
 927  * blockdev IO be able to have fine alignment and large sizes.
 928  *
 929  * So what we do is to permit the ->get_block function to populate bh.b_size
 930  * with the size of IO which is permitted at this offset and this i_blkbits.
 931  *
 932  * For best results, the blockdev should be set up with 512-byte i_blkbits and
 933  * it should set b_size to PAGE_SIZE or more inside get_block().  This gives
 934  * fine alignment but still allows this function to work in PAGE_SIZE units.
 935  */
 936 static int do_direct_IO(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
 937                         struct buffer_head *map_bh)
 938 {
 939         const unsigned blkbits = sdio->blkbits;
 940         const unsigned i_blkbits = blkbits + sdio->blkfactor;
 941         int ret = 0;
 942
 943         while (sdio->block_in_file < sdio->final_block_in_request) {
 944                 struct page *page;
 945                 size_t from, to;
 946
 947                 page = dio_get_page(dio, sdio);
 948                 if (IS_ERR(page)) {
 949                         ret = PTR_ERR(page);
 950                         goto out;
 951                 }
 952                 from = sdio->head ? 0 : sdio->from;
 953                 to = (sdio->head == sdio->tail - 1) ? sdio->to : PAGE_SIZE;
 954                 sdio->head++;
 955
 956                 while (from < to) {
 957                         unsigned this_chunk_bytes;      /* # of bytes mapped */
 958                         unsigned this_chunk_blocks;     /* # of blocks */
 959                         unsigned u;
 960
 961                         if (sdio->blocks_available == 0) {
 962                                 /*
 963                                  * Need to go and map some more disk
 964                                  */
 965                                 unsigned long blkmask;
 966                                 unsigned long dio_remainder;
 967
 968                                 ret = get_more_blocks(dio, sdio, map_bh);
 969                                 if (ret) {
 970                                         put_page(page);
 971                                         goto out;
 972                                 }
 973                                 if (!buffer_mapped(map_bh))
 974                                         goto do_holes;
 975
 976                                 sdio->blocks_available =
 977                                                 map_bh->b_size >> blkbits;
 978                                 sdio->next_block_for_io =
 979                                         map_bh->b_blocknr << sdio->blkfactor;
 980                                 if (buffer_new(map_bh)) {
 981                                         clean_bdev_aliases(
 982                                                 map_bh->b_bdev,
 983                                                 map_bh->b_blocknr,
 984                                                 map_bh->b_size >> i_blkbits);
 985                                 }
 986
 987                                 if (!sdio->blkfactor)
 988                                         goto do_holes;
 989
 990                                 blkmask = (1 << sdio->blkfactor) - 1;
 991                                 dio_remainder = (sdio->block_in_file & blkmask);
 992
 993                                 /*
 994                                  * If we are at the start of IO and that IO
 995                                  * starts partway into a fs-block,
 996                                  * dio_remainder will be non-zero.  If the IO
 997                                  * is a read then we can simply advance the IO
 998                                  * cursor to the first block which is to be
 999                                  * read.  But if the IO is a write and the
1000                                  * block was newly allocated we cannot do that;
1001                                  * the start of the fs block must be zeroed out
1002                                  * on-disk
1003                                  */
1004                                 if (!buffer_new(map_bh))
1005                                         sdio->next_block_for_io += dio_remainder;
1006                                 sdio->blocks_available -= dio_remainder;
1007                         }
1008 do_holes:
1009                         /* Handle holes */
1010                         if (!buffer_mapped(map_bh)) {
1011                                 loff_t i_size_aligned;
1012
1013                                 /* AKPM: eargh, -ENOTBLK is a hack */
1014                                 if (dio->op == REQ_OP_WRITE) {
1015                                         put_page(page);
1016                                         return -ENOTBLK;
1017                                 }
1018
1019                                 /*
1020                                  * Be sure to account for a partial block as the
1021                                  * last block in the file
1022                                  */
1023                                 i_size_aligned = ALIGN(i_size_read(dio->inode),
1024                                                         1 << blkbits);
1025                                 if (sdio->block_in_file >=
1026                                                 i_size_aligned >> blkbits) {
1027                                         /* We hit eof */
1028                                         put_page(page);
1029                                         goto out;
1030                                 }
1031                                 zero_user(page, from, 1 << blkbits);
1032                                 sdio->block_in_file++;
1033                                 from += 1 << blkbits;
1034                                 dio->result += 1 << blkbits;
1035                                 goto next_block;
1036                         }
1037
1038                         /*
1039                          * If we're performing IO which has an alignment which
1040                          * is finer than the underlying fs, go check to see if
1041                          * we must zero out the start of this block.
1042                          */
1043                         if (unlikely(sdio->blkfactor && !sdio->start_zero_done))
1044                                 dio_zero_block(dio, sdio, 0, map_bh);
1045
1046                         /*
1047                          * Work out, in this_chunk_blocks, how much disk we
1048                          * can add to this page
1049                          */
1050                         this_chunk_blocks = sdio->blocks_available;
1051                         u = (to - from) >> blkbits;
1052                         if (this_chunk_blocks > u)
1053                                 this_chunk_blocks = u;
1054                         u = sdio->final_block_in_request - sdio->block_in_file;
1055                         if (this_chunk_blocks > u)
1056                                 this_chunk_blocks = u;
1057                         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << blkbits;
1058                         BUG_ON(this_chunk_bytes == 0);
1059
1060                         if (this_chunk_blocks == sdio->blocks_available)
1061                                 sdio->boundary = buffer_boundary(map_bh);
1062                         ret = submit_page_section(dio, sdio, page,
1063                                                   from,
1064                                                   this_chunk_bytes,
1065                                                   sdio->next_block_for_io,
1066                                                   map_bh);
1067                         if (ret) {
1068                                 put_page(page);
1069                                 goto out;
1070                         }
1071                         sdio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
1072
1073                         sdio->block_in_file += this_chunk_blocks;
1074                         from += this_chunk_bytes;
1075                         dio->result += this_chunk_bytes;
1076                         sdio->blocks_available -= this_chunk_blocks;
1077 next_block:
1078                         BUG_ON(sdio->block_in_file > sdio->final_block_in_request);
1079                         if (sdio->block_in_file == sdio->final_block_in_request)
1080                                 break;
1081                 }
1082
1083                 /* Drop the ref which was taken in get_user_pages() */
1084                 put_page(page);
1085         }
1086 out:
1087         return ret;
1088 }
1089
1090 static inline int drop_refcount(struct dio *dio)
1091 {
1092         int ret2;
1093         unsigned long flags;
1094
1095         /*
1096          * Sync will always be dropping the final ref and completing the
1097          * operation.  AIO can if it was a broken operation described above or
1098          * in fact if all the bios race to complete before we get here.  In
1099          * that case dio_complete() translates the EIOCBQUEUED into the proper
1100          * return code that the caller will hand to ->complete().
1101          *
1102          * This is managed by the bio_lock instead of being an atomic_t so that
1103          * completion paths can drop their ref and use the remaining count to
1104          * decide to wake the submission path atomically.
1105          */
1106         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
1107         ret2 = --dio->refcount;
1108         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
1109         return ret2;
1110 }
1111
1112 /*
1113  * This is a library function for use by filesystem drivers.
1114  *
1115  * The locking rules are governed by the flags parameter:
1116  *  - if the flags value contains DIO_LOCKING we use a fancy locking
1117  *    scheme for dumb filesystems.
1118  *    For writes this function is called under i_mutex and returns with
1119  *    i_mutex held, for reads, i_mutex is not held on entry, but it is
1120  *    taken and dropped again before returning.
1121  *  - if the flags value does NOT contain DIO_LOCKING we don't use any
1122  *    internal locking but rather rely on the filesystem to synchronize
1123  *    direct I/O reads/writes versus each other and truncate.
1124  *
1125  * To help with locking against truncate we incremented the i_dio_count
1126  * counter before starting direct I/O, and decrement it once we are done.
1127  * Truncate can wait for it to reach zero to provide exclusion.  It is
1128  * expected that filesystem provide exclusion between new direct I/O
1129  * and truncates.  For DIO_LOCKING filesystems this is done by i_mutex,
1130  * but other filesystems need to take care of this on their own.
1131  *
1132  * NOTE: if you pass "sdio" to anything by pointer make sure that function
1133  * is always inlined. Otherwise gcc is unable to split the structure into
1134  * individual fields and will generate much worse code. This is important
1135  * for the whole file.
1136  */
1137 static inline ssize_t
1138 do_blockdev_direct_IO(struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
1139                       struct block_device *bdev, struct iov_iter *iter,
1140                       get_block_t get_block, dio_iodone_t end_io,
1141                       dio_submit_t submit_io, int flags)
1142 {
1143         unsigned i_blkbits = ACCESS_ONCE(inode->i_blkbits);
1144         unsigned blkbits = i_blkbits;
1145         unsigned blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1146         ssize_t retval = -EINVAL;
1147         size_t count = iov_iter_count(iter);
1148         loff_t offset = iocb->ki_pos;
1149         loff_t end = offset + count;
1150         struct dio *dio;
1151         struct dio_submit sdio = { 0, };
1152         struct buffer_head map_bh = { 0, };
1153         struct blk_plug plug;
1154         unsigned long align = offset | iov_iter_alignment(iter);
1155
1156         /*
1157          * Avoid references to bdev if not absolutely needed to give
1158          * the early prefetch in the caller enough time.
1159          */
1160
1161         if (align & blocksize_mask) {
1162                 if (bdev)
1163                         blkbits = blksize_bits(bdev_logical_block_size(bdev));
1164                 blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1165                 if (align & blocksize_mask)
1166                         goto out;
1167         }
1168
1169         /* watch out for a 0 len io from a tricksy fs */
1170         if (iov_iter_rw(iter) == READ && !iov_iter_count(iter))
1171                 return 0;
1172
1173         dio = kmem_cache_alloc(dio_cache, GFP_KERNEL);
1174         retval = -ENOMEM;
1175         if (!dio)
1176                 goto out;
1177         /*
1178          * Believe it or not, zeroing out the page array caused a .5%
1179          * performance regression in a database benchmark.  So, we take
1180          * care to only zero out what's needed.
1181          */
1182         memset(dio, 0, offsetof(struct dio, pages));
1183
1184         dio->flags = flags;
1185         if (dio->flags & DIO_LOCKING) {
1186                 if (iov_iter_rw(iter) == READ) {
1187                         struct address_space *mapping =
1188                                         iocb->ki_filp->f_mapping;
1189
1190                         /* will be released by direct_io_worker */
1191                         inode_lock(inode);
1192
1193                         retval = filemap_write_and_wait_range(mapping, offset,
1194                                                               end - 1);
1195                         if (retval) {
1196                                 inode_unlock(inode);
1197                                 kmem_cache_free(dio_cache, dio);
1198                                 goto out;
1199                         }
1200                 }
1201         }
1202
1203         /* Once we sampled i_size check for reads beyond EOF */
1204         dio->i_size = i_size_read(inode);
1205         if (iov_iter_rw(iter) == READ && offset >= dio->i_size) {
1206                 if (dio->flags & DIO_LOCKING)
1207                         inode_unlock(inode);
1208                 kmem_cache_free(dio_cache, dio);
1209                 retval = 0;
1210                 goto out;
1211         }
1212
1213         /*
1214          * For file extending writes updating i_size before data writeouts
1215          * complete can expose uninitialized blocks in dumb filesystems.
1216          * In that case we need to wait for I/O completion even if asked
1217          * for an asynchronous write.
1218          */
1219         if (is_sync_kiocb(iocb))
1220                 dio->is_async = false;
1221         else if (!(dio->flags & DIO_ASYNC_EXTEND) &&
1222                  iov_iter_rw(iter) == WRITE && end > i_size_read(inode))
1223                 dio->is_async = false;
1224         else
1225                 dio->is_async = true;
1226
1227         dio->inode = inode;
1228         if (iov_iter_rw(iter) == WRITE) {
1229                 dio->op = REQ_OP_WRITE;
1230                 dio->op_flags = REQ_SYNC | REQ_IDLE;
1231                 if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT)
1232                         dio->op_flags |= REQ_NOWAIT;
1233         } else {
1234                 dio->op = REQ_OP_READ;
1235         }
1236
1237         /*
1238          * For AIO O_(D)SYNC writes we need to defer completions to a workqueue
1239          * so that we can call ->fsync.
1240          */
1241         if (dio->is_async && iov_iter_rw(iter) == WRITE) {
1242                 retval = 0;
1243                 if ((iocb->ki_filp->f_flags & O_DSYNC) ||
1244                     IS_SYNC(iocb->ki_filp->f_mapping->host))
1245                         retval = dio_set_defer_completion(dio);
1246                 else if (!dio->inode->i_sb->s_dio_done_wq) {
1247                         /*
1248                          * In case of AIO write racing with buffered read we
1249                          * need to defer completion. We can't decide this now,
1250                          * however the workqueue needs to be initialized here.
1251                          */
1252                         retval = sb_init_dio_done_wq(dio->inode->i_sb);
1253                 }
1254                 if (retval) {
1255                         /*
1256                          * We grab i_mutex only for reads so we don't have
1257                          * to release it here
1258                          */
1259                         kmem_cache_free(dio_cache, dio);
1260                         goto out;
1261                 }
1262         }
1263
1264         /*
1265          * Will be decremented at I/O completion time.
1266          */
1267         if (!(dio->flags & DIO_SKIP_DIO_COUNT))
1268                 inode_dio_begin(inode);
1269
1270         retval = 0;
1271         sdio.blkbits = blkbits;
1272         sdio.blkfactor = i_blkbits - blkbits;
1273         sdio.block_in_file = offset >> blkbits;
1274
1275         sdio.get_block = get_block;
1276         dio->end_io = end_io;
1277         sdio.submit_io = submit_io;
1278         sdio.final_block_in_bio = -1;
1279         sdio.next_block_for_io = -1;
1280
1281         dio->iocb = iocb;
1282
1283         spin_lock_init(&dio->bio_lock);
1284         dio->refcount = 1;
1285
1286         dio->should_dirty = (iter->type == ITER_IOVEC);
1287         sdio.iter = iter;
1288         sdio.final_block_in_request =
1289                 (offset + iov_iter_count(iter)) >> blkbits;
1290
1291         /*
1292          * In case of non-aligned buffers, we may need 2 more
1293          * pages since we need to zero out first and last block.
1294          */
1295         if (unlikely(sdio.blkfactor))
1296                 sdio.pages_in_io = 2;
1297
1298         sdio.pages_in_io += iov_iter_npages(iter, INT_MAX);
1299
1300         blk_start_plug(&plug);
1301
1302         retval = do_direct_IO(dio, &sdio, &map_bh);
1303         if (retval)
1304                 dio_cleanup(dio, &sdio);
1305
1306         if (retval == -ENOTBLK) {
1307                 /*
1308                  * The remaining part of the request will be
1309                  * be handled by buffered I/O when we return
1310                  */
1311                 retval = 0;
1312         }
1313         /*
1314          * There may be some unwritten disk at the end of a part-written
1315          * fs-block-sized block.  Go zero that now.
1316          */
1317         dio_zero_block(dio, &sdio, 1, &map_bh);
1318
1319         if (sdio.cur_page) {
1320                 ssize_t ret2;
1321
1322                 ret2 = dio_send_cur_page(dio, &sdio, &map_bh);
1323                 if (retval == 0)
1324                         retval = ret2;
1325                 put_page(sdio.cur_page);
1326                 sdio.cur_page = NULL;
1327         }
1328         if (sdio.bio)
1329                 dio_bio_submit(dio, &sdio);
1330
1331         blk_finish_plug(&plug);
1332
1333         /*
1334          * It is possible that, we return short IO due to end of file.
1335          * In that case, we need to release all the pages we got hold on.
1336          */
1337         dio_cleanup(dio, &sdio);
1338
1339         /*
1340          * All block lookups have been performed. For READ requests
1341          * we can let i_mutex go now that its achieved its purpose
1342          * of protecting us from looking up uninitialized blocks.
1343          */
1344         if (iov_iter_rw(iter) == READ && (dio->flags & DIO_LOCKING))
1345                 inode_unlock(dio->inode);
1346
1347         /*
1348          * The only time we want to leave bios in flight is when a successful
1349          * partial aio read or full aio write have been setup.  In that case
1350          * bio completion will call aio_complete.  The only time it's safe to
1351          * call aio_complete is when we return -EIOCBQUEUED, so we key on that.
1352          * This had *better* be the only place that raises -EIOCBQUEUED.
1353          */
1354         BUG_ON(retval == -EIOCBQUEUED);
1355         if (dio->is_async && retval == 0 && dio->result &&
1356             (iov_iter_rw(iter) == READ || dio->result == count))
1357                 retval = -EIOCBQUEUED;
1358         else
1359                 dio_await_completion(dio);
1360
1361         if (drop_refcount(dio) == 0) {
1362                 retval = dio_complete(dio, retval, false);
1363         } else
1364                 BUG_ON(retval != -EIOCBQUEUED);
1365
1366 out:
1367         return retval;
1368 }
1369
1370 ssize_t __blockdev_direct_IO(struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
1371                              struct block_device *bdev, struct iov_iter *iter,
1372                              get_block_t get_block,
1373                              dio_iodone_t end_io, dio_submit_t submit_io,
1374                              int flags)
1375 {
1376         /*
1377          * The block device state is needed in the end to finally
1378          * submit everything.  Since it's likely to be cache cold
1379          * prefetch it here as first thing to hide some of the
1380          * latency.
1381          *
1382          * Attempt to prefetch the pieces we likely need later.
1383          */
1384         prefetch(&bdev->bd_disk->part_tbl);
1385         prefetch(bdev->bd_queue);
1386         prefetch((char *)bdev->bd_queue + SMP_CACHE_BYTES);
1387
1388         return do_blockdev_direct_IO(iocb, inode, bdev, iter, get_block,
1389                                      end_io, submit_io, flags);
1390 }
1391
1392 EXPORT_SYMBOL(__blockdev_direct_IO);
1393
1394 static __init int dio_init(void)
1395 {
1396         dio_cache = KMEM_CACHE(dio, SLAB_PANIC);
1397         return 0;
1398 }
1399 module_init(dio_init)