input: misc: compass: akm89xx: fix memory leak and race on accessing inf
[linux-3.10.git] / 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 #include <linux/aio.h>
41
42 /*
43  * How many user pages to map in one call to get_user_pages().  This determines
44  * the size of a structure in the slab cache
45  */
46 #define DIO_PAGES       64
47
48 /*
49  * This code generally works in units of "dio_blocks".  A dio_block is
50  * somewhere between the hard sector size and the filesystem block size.  it
51  * is determined on a per-invocation basis.   When talking to the filesystem
52  * we need to convert dio_blocks to fs_blocks by scaling the dio_block quantity
53  * down by dio->blkfactor.  Similarly, fs-blocksize quantities are converted
54  * to bio_block quantities by shifting left by blkfactor.
55  *
56  * If blkfactor is zero then the user's request was aligned to the filesystem's
57  * blocksize.
58  */
59
60 /* dio_state only used in the submission path */
61
62 struct dio_submit {
63         struct bio *bio;                /* bio under assembly */
64         unsigned blkbits;               /* doesn't change */
65         unsigned blkfactor;             /* When we're using an alignment which
66                                            is finer than the filesystem's soft
67                                            blocksize, this specifies how much
68                                            finer.  blkfactor=2 means 1/4-block
69                                            alignment.  Does not change */
70         unsigned start_zero_done;       /* flag: sub-blocksize zeroing has
71                                            been performed at the start of a
72                                            write */
73         int pages_in_io;                /* approximate total IO pages */
74         size_t  size;                   /* total request size (doesn't change)*/
75         sector_t block_in_file;         /* Current offset into the underlying
76                                            file in dio_block units. */
77         unsigned blocks_available;      /* At block_in_file.  changes */
78         int reap_counter;               /* rate limit reaping */
79         sector_t final_block_in_request;/* doesn't change */
80         unsigned first_block_in_page;   /* doesn't change, Used only once */
81         int boundary;                   /* prev block is at a boundary */
82         get_block_t *get_block;         /* block mapping function */
83         dio_submit_t *submit_io;        /* IO submition function */
84
85         loff_t logical_offset_in_bio;   /* current first logical block in bio */
86         sector_t final_block_in_bio;    /* current final block in bio + 1 */
87         sector_t next_block_for_io;     /* next block to be put under IO,
88                                            in dio_blocks units */
89
90         /*
91          * Deferred addition of a page to the dio.  These variables are
92          * private to dio_send_cur_page(), submit_page_section() and
93          * dio_bio_add_page().
94          */
95         struct page *cur_page;          /* The page */
96         unsigned cur_page_offset;       /* Offset into it, in bytes */
97         unsigned cur_page_len;          /* Nr of bytes at cur_page_offset */
98         sector_t cur_page_block;        /* Where it starts */
99         loff_t cur_page_fs_offset;      /* Offset in file */
100
101         /*
102          * Page fetching state. These variables belong to dio_refill_pages().
103          */
104         int curr_page;                  /* changes */
105         int total_pages;                /* doesn't change */
106         unsigned long curr_user_address;/* changes */
107
108         /*
109          * Page queue.  These variables belong to dio_refill_pages() and
110          * dio_get_page().
111          */
112         unsigned head;                  /* next page to process */
113         unsigned tail;                  /* last valid page + 1 */
114 };
115
116 /* dio_state communicated between submission path and end_io */
117 struct dio {
118         int flags;                      /* doesn't change */
119         int rw;
120         struct inode *inode;
121         loff_t i_size;                  /* i_size when submitted */
122         dio_iodone_t *end_io;           /* IO completion function */
123
124         void *private;                  /* copy from map_bh.b_private */
125
126         /* BIO completion state */
127         spinlock_t bio_lock;            /* protects BIO fields below */
128         int page_errors;                /* errno from get_user_pages() */
129         int is_async;                   /* is IO async ? */
130         int io_error;                   /* IO error in completion path */
131         unsigned long refcount;         /* direct_io_worker() and bios */
132         struct bio *bio_list;           /* singly linked via bi_private */
133         struct task_struct *waiter;     /* waiting task (NULL if none) */
134
135         /* AIO related stuff */
136         struct kiocb *iocb;             /* kiocb */
137         ssize_t result;                 /* IO result */
138
139         /*
140          * pages[] (and any fields placed after it) are not zeroed out at
141          * allocation time.  Don't add new fields after pages[] unless you
142          * wish that they not be zeroed.
143          */
144         struct page *pages[DIO_PAGES];  /* page buffer */
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         int ret;
163         int nr_pages;
164
165         nr_pages = min(sdio->total_pages - sdio->curr_page, DIO_PAGES);
166         ret = get_user_pages_fast(
167                 sdio->curr_user_address,                /* Where from? */
168                 nr_pages,                       /* How many pages? */
169                 dio->rw == READ,                /* Write to memory? */
170                 &dio->pages[0]);                /* Put results here */
171
172         if (ret < 0 && sdio->blocks_available && (dio->rw & WRITE)) {
173                 struct page *page = ZERO_PAGE(0);
174                 /*
175                  * A memory fault, but the filesystem has some outstanding
176                  * mapped blocks.  We need to use those blocks up to avoid
177                  * leaking stale data in the file.
178                  */
179                 if (dio->page_errors == 0)
180                         dio->page_errors = ret;
181                 page_cache_get(page);
182                 dio->pages[0] = page;
183                 sdio->head = 0;
184                 sdio->tail = 1;
185                 ret = 0;
186                 goto out;
187         }
188
189         if (ret >= 0) {
190                 sdio->curr_user_address += ret * PAGE_SIZE;
191                 sdio->curr_page += ret;
192                 sdio->head = 0;
193                 sdio->tail = ret;
194                 ret = 0;
195         }
196 out:
197         return ret;     
198 }
199
200 /*
201  * Get another userspace page.  Returns an ERR_PTR on error.  Pages are
202  * buffered inside the dio so that we can call get_user_pages() against a
203  * decent number of pages, less frequently.  To provide nicer use of the
204  * L1 cache.
205  */
206 static inline struct page *dio_get_page(struct dio *dio,
207                 struct dio_submit *sdio)
208 {
209         if (dio_pages_present(sdio) == 0) {
210                 int ret;
211
212                 ret = dio_refill_pages(dio, sdio);
213                 if (ret)
214                         return ERR_PTR(ret);
215                 BUG_ON(dio_pages_present(sdio) == 0);
216         }
217         return dio->pages[sdio->head++];
218 }
219
220 /**
221  * dio_complete() - called when all DIO BIO I/O has been completed
222  * @offset: the byte offset in the file of the completed operation
223  *
224  * This releases locks as dictated by the locking type, lets interested parties
225  * know that a DIO operation has completed, and calculates the resulting return
226  * code for the operation.
227  *
228  * It lets the filesystem know if it registered an interest earlier via
229  * get_block.  Pass the private field of the map buffer_head so that
230  * filesystems can use it to hold additional state between get_block calls and
231  * dio_complete.
232  */
233 static ssize_t dio_complete(struct dio *dio, loff_t offset, ssize_t ret, bool is_async)
234 {
235         ssize_t transferred = 0;
236
237         /*
238          * AIO submission can race with bio completion to get here while
239          * expecting to have the last io completed by bio completion.
240          * In that case -EIOCBQUEUED is in fact not an error we want
241          * to preserve through this call.
242          */
243         if (ret == -EIOCBQUEUED)
244                 ret = 0;
245
246         if (dio->result) {
247                 transferred = dio->result;
248
249                 /* Check for short read case */
250                 if ((dio->rw == READ) && ((offset + transferred) > dio->i_size))
251                         transferred = dio->i_size - offset;
252         }
253
254         if (ret == 0)
255                 ret = dio->page_errors;
256         if (ret == 0)
257                 ret = dio->io_error;
258         if (ret == 0)
259                 ret = transferred;
260
261         if (dio->end_io && dio->result) {
262                 dio->end_io(dio->iocb, offset, transferred,
263                             dio->private, ret, is_async);
264         } else {
265                 inode_dio_done(dio->inode);
266                 if (is_async)
267                         aio_complete(dio->iocb, ret, 0);
268         }
269
270         return ret;
271 }
272
273 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio);
274 /*
275  * Asynchronous IO callback. 
276  */
277 static void dio_bio_end_aio(struct bio *bio, int error)
278 {
279         struct dio *dio = bio->bi_private;
280         unsigned long remaining;
281         unsigned long flags;
282
283         /* cleanup the bio */
284         dio_bio_complete(dio, bio);
285
286         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
287         remaining = --dio->refcount;
288         if (remaining == 1 && dio->waiter)
289                 wake_up_process(dio->waiter);
290         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
291
292         if (remaining == 0) {
293                 dio_complete(dio, dio->iocb->ki_pos, 0, true);
294                 kmem_cache_free(dio_cache, dio);
295         }
296 }
297
298 /*
299  * The BIO completion handler simply queues the BIO up for the process-context
300  * handler.
301  *
302  * During I/O bi_private points at the dio.  After I/O, bi_private is used to
303  * implement a singly-linked list of completed BIOs, at dio->bio_list.
304  */
305 static void dio_bio_end_io(struct bio *bio, int error)
306 {
307         struct dio *dio = bio->bi_private;
308         unsigned long flags;
309
310         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
311         bio->bi_private = dio->bio_list;
312         dio->bio_list = bio;
313         if (--dio->refcount == 1 && dio->waiter)
314                 wake_up_process(dio->waiter);
315         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
316 }
317
318 /**
319  * dio_end_io - handle the end io action for the given bio
320  * @bio: The direct io bio thats being completed
321  * @error: Error if there was one
322  *
323  * This is meant to be called by any filesystem that uses their own dio_submit_t
324  * so that the DIO specific endio actions are dealt with after the filesystem
325  * has done it's completion work.
326  */
327 void dio_end_io(struct bio *bio, int error)
328 {
329         struct dio *dio = bio->bi_private;
330
331         if (dio->is_async)
332                 dio_bio_end_aio(bio, error);
333         else
334                 dio_bio_end_io(bio, error);
335 }
336 EXPORT_SYMBOL_GPL(dio_end_io);
337
338 static inline void
339 dio_bio_alloc(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
340               struct block_device *bdev,
341               sector_t first_sector, int nr_vecs)
342 {
343         struct bio *bio;
344
345         /*
346          * bio_alloc() is guaranteed to return a bio when called with
347          * __GFP_WAIT and we request a valid number of vectors.
348          */
349         bio = bio_alloc(GFP_KERNEL, nr_vecs);
350
351         bio->bi_bdev = bdev;
352         bio->bi_sector = first_sector;
353         if (dio->is_async)
354                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_aio;
355         else
356                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_io;
357
358         sdio->bio = bio;
359         sdio->logical_offset_in_bio = sdio->cur_page_fs_offset;
360 }
361
362 /*
363  * In the AIO read case we speculatively dirty the pages before starting IO.
364  * During IO completion, any of these pages which happen to have been written
365  * back will be redirtied by bio_check_pages_dirty().
366  *
367  * bios hold a dio reference between submit_bio and ->end_io.
368  */
369 static inline void dio_bio_submit(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
370 {
371         struct bio *bio = sdio->bio;
372         unsigned long flags;
373
374         bio->bi_private = dio;
375
376         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
377         dio->refcount++;
378         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
379
380         if (dio->is_async && dio->rw == READ)
381                 bio_set_pages_dirty(bio);
382
383         if (sdio->submit_io)
384                 sdio->submit_io(dio->rw, bio, dio->inode,
385                                sdio->logical_offset_in_bio);
386         else
387                 submit_bio(dio->rw, bio);
388
389         sdio->bio = NULL;
390         sdio->boundary = 0;
391         sdio->logical_offset_in_bio = 0;
392 }
393
394 /*
395  * Release any resources in case of a failure
396  */
397 static inline void dio_cleanup(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
398 {
399         while (dio_pages_present(sdio))
400                 page_cache_release(dio_get_page(dio, sdio));
401 }
402
403 /*
404  * Wait for the next BIO to complete.  Remove it and return it.  NULL is
405  * returned once all BIOs have been completed.  This must only be called once
406  * all bios have been issued so that dio->refcount can only decrease.  This
407  * requires that that the caller hold a reference on the dio.
408  */
409 static struct bio *dio_await_one(struct dio *dio)
410 {
411         unsigned long flags;
412         struct bio *bio = NULL;
413
414         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
415
416         /*
417          * Wait as long as the list is empty and there are bios in flight.  bio
418          * completion drops the count, maybe adds to the list, and wakes while
419          * holding the bio_lock so we don't need set_current_state()'s barrier
420          * and can call it after testing our condition.
421          */
422         while (dio->refcount > 1 && dio->bio_list == NULL) {
423                 __set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
424                 dio->waiter = current;
425                 spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
426                 io_schedule();
427                 /* wake up sets us TASK_RUNNING */
428                 spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
429                 dio->waiter = NULL;
430         }
431         if (dio->bio_list) {
432                 bio = dio->bio_list;
433                 dio->bio_list = bio->bi_private;
434         }
435         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
436         return bio;
437 }
438
439 /*
440  * Process one completed BIO.  No locks are held.
441  */
442 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio)
443 {
444         const int uptodate = test_bit(BIO_UPTODATE, &bio->bi_flags);
445         struct bio_vec *bvec;
446         unsigned i;
447
448         if (!uptodate)
449                 dio->io_error = -EIO;
450
451         if (dio->is_async && dio->rw == READ) {
452                 bio_check_pages_dirty(bio);     /* transfers ownership */
453         } else {
454                 bio_for_each_segment_all(bvec, bio, i) {
455                         struct page *page = bvec->bv_page;
456
457                         if (dio->rw == READ && !PageCompound(page))
458                                 set_page_dirty_lock(page);
459                         page_cache_release(page);
460                 }
461                 bio_put(bio);
462         }
463         return uptodate ? 0 : -EIO;
464 }
465
466 /*
467  * Wait on and process all in-flight BIOs.  This must only be called once
468  * all bios have been issued so that the refcount can only decrease.
469  * This just waits for all bios to make it through dio_bio_complete.  IO
470  * errors are propagated through dio->io_error and should be propagated via
471  * dio_complete().
472  */
473 static void dio_await_completion(struct dio *dio)
474 {
475         struct bio *bio;
476         do {
477                 bio = dio_await_one(dio);
478                 if (bio)
479                         dio_bio_complete(dio, bio);
480         } while (bio);
481 }
482
483 /*
484  * A really large O_DIRECT read or write can generate a lot of BIOs.  So
485  * to keep the memory consumption sane we periodically reap any completed BIOs
486  * during the BIO generation phase.
487  *
488  * This also helps to limit the peak amount of pinned userspace memory.
489  */
490 static inline int dio_bio_reap(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio)
491 {
492         int ret = 0;
493
494         if (sdio->reap_counter++ >= 64) {
495                 while (dio->bio_list) {
496                         unsigned long flags;
497                         struct bio *bio;
498                         int ret2;
499
500                         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
501                         bio = dio->bio_list;
502                         dio->bio_list = bio->bi_private;
503                         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
504                         ret2 = dio_bio_complete(dio, bio);
505                         if (ret == 0)
506                                 ret = ret2;
507                 }
508                 sdio->reap_counter = 0;
509         }
510         return ret;
511 }
512
513 /*
514  * Call into the fs to map some more disk blocks.  We record the current number
515  * of available blocks at sdio->blocks_available.  These are in units of the
516  * fs blocksize, (1 << inode->i_blkbits).
517  *
518  * The fs is allowed to map lots of blocks at once.  If it wants to do that,
519  * it uses the passed inode-relative block number as the file offset, as usual.
520  *
521  * get_block() is passed the number of i_blkbits-sized blocks which direct_io
522  * has remaining to do.  The fs should not map more than this number of blocks.
523  *
524  * If the fs has mapped a lot of blocks, it should populate bh->b_size to
525  * indicate how much contiguous disk space has been made available at
526  * bh->b_blocknr.
527  *
528  * If *any* of the mapped blocks are new, then the fs must set buffer_new().
529  * This isn't very efficient...
530  *
531  * In the case of filesystem holes: the fs may return an arbitrarily-large
532  * hole by returning an appropriate value in b_size and by clearing
533  * buffer_mapped().  However the direct-io code will only process holes one
534  * block at a time - it will repeatedly call get_block() as it walks the hole.
535  */
536 static int get_more_blocks(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
537                            struct buffer_head *map_bh)
538 {
539         int ret;
540         sector_t fs_startblk;   /* Into file, in filesystem-sized blocks */
541         sector_t fs_endblk;     /* Into file, in filesystem-sized blocks */
542         unsigned long fs_count; /* Number of filesystem-sized blocks */
543         int create;
544         unsigned int i_blkbits = sdio->blkbits + sdio->blkfactor;
545
546         /*
547          * If there was a memory error and we've overwritten all the
548          * mapped blocks then we can now return that memory error
549          */
550         ret = dio->page_errors;
551         if (ret == 0) {
552                 BUG_ON(sdio->block_in_file >= sdio->final_block_in_request);
553                 fs_startblk = sdio->block_in_file >> sdio->blkfactor;
554                 fs_endblk = (sdio->final_block_in_request - 1) >>
555                                         sdio->blkfactor;
556                 fs_count = fs_endblk - fs_startblk + 1;
557
558                 map_bh->b_state = 0;
559                 map_bh->b_size = fs_count << i_blkbits;
560
561                 /*
562                  * For writes inside i_size on a DIO_SKIP_HOLES filesystem we
563                  * forbid block creations: only overwrites are permitted.
564                  * We will return early to the caller once we see an
565                  * unmapped buffer head returned, and the caller will fall
566                  * back to buffered I/O.
567                  *
568                  * Otherwise the decision is left to the get_blocks method,
569                  * which may decide to handle it or also return an unmapped
570                  * buffer head.
571                  */
572                 create = dio->rw & WRITE;
573                 if (dio->flags & DIO_SKIP_HOLES) {
574                         if (sdio->block_in_file < (i_size_read(dio->inode) >>
575                                                         sdio->blkbits))
576                                 create = 0;
577                 }
578
579                 ret = (*sdio->get_block)(dio->inode, fs_startblk,
580                                                 map_bh, create);
581
582                 /* Store for completion */
583                 dio->private = map_bh->b_private;
584         }
585         return ret;
586 }
587
588 /*
589  * There is no bio.  Make one now.
590  */
591 static inline int dio_new_bio(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
592                 sector_t start_sector, struct buffer_head *map_bh)
593 {
594         sector_t sector;
595         int ret, nr_pages;
596
597         ret = dio_bio_reap(dio, sdio);
598         if (ret)
599                 goto out;
600         sector = start_sector << (sdio->blkbits - 9);
601         nr_pages = min(sdio->pages_in_io, bio_get_nr_vecs(map_bh->b_bdev));
602         nr_pages = min(nr_pages, BIO_MAX_PAGES);
603         BUG_ON(nr_pages <= 0);
604         dio_bio_alloc(dio, sdio, map_bh->b_bdev, sector, nr_pages);
605         sdio->boundary = 0;
606 out:
607         return ret;
608 }
609
610 /*
611  * Attempt to put the current chunk of 'cur_page' into the current BIO.  If
612  * that was successful then update final_block_in_bio and take a ref against
613  * the just-added page.
614  *
615  * Return zero on success.  Non-zero means the caller needs to start a new BIO.
616  */
617 static inline int dio_bio_add_page(struct dio_submit *sdio)
618 {
619         int ret;
620
621         ret = bio_add_page(sdio->bio, sdio->cur_page,
622                         sdio->cur_page_len, sdio->cur_page_offset);
623         if (ret == sdio->cur_page_len) {
624                 /*
625                  * Decrement count only, if we are done with this page
626                  */
627                 if ((sdio->cur_page_len + sdio->cur_page_offset) == PAGE_SIZE)
628                         sdio->pages_in_io--;
629                 page_cache_get(sdio->cur_page);
630                 sdio->final_block_in_bio = sdio->cur_page_block +
631                         (sdio->cur_page_len >> sdio->blkbits);
632                 ret = 0;
633         } else {
634                 ret = 1;
635         }
636         return ret;
637 }
638                 
639 /*
640  * Put cur_page under IO.  The section of cur_page which is described by
641  * cur_page_offset,cur_page_len is put into a BIO.  The section of cur_page
642  * starts on-disk at cur_page_block.
643  *
644  * We take a ref against the page here (on behalf of its presence in the bio).
645  *
646  * The caller of this function is responsible for removing cur_page from the
647  * dio, and for dropping the refcount which came from that presence.
648  */
649 static inline int dio_send_cur_page(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
650                 struct buffer_head *map_bh)
651 {
652         int ret = 0;
653
654         if (sdio->bio) {
655                 loff_t cur_offset = sdio->cur_page_fs_offset;
656                 loff_t bio_next_offset = sdio->logical_offset_in_bio +
657                         sdio->bio->bi_size;
658
659                 /*
660                  * See whether this new request is contiguous with the old.
661                  *
662                  * Btrfs cannot handle having logically non-contiguous requests
663                  * submitted.  For example if you have
664                  *
665                  * Logical:  [0-4095][HOLE][8192-12287]
666                  * Physical: [0-4095]      [4096-8191]
667                  *
668                  * We cannot submit those pages together as one BIO.  So if our
669                  * current logical offset in the file does not equal what would
670                  * be the next logical offset in the bio, submit the bio we
671                  * have.
672                  */
673                 if (sdio->final_block_in_bio != sdio->cur_page_block ||
674                     cur_offset != bio_next_offset)
675                         dio_bio_submit(dio, sdio);
676         }
677
678         if (sdio->bio == NULL) {
679                 ret = dio_new_bio(dio, sdio, sdio->cur_page_block, map_bh);
680                 if (ret)
681                         goto out;
682         }
683
684         if (dio_bio_add_page(sdio) != 0) {
685                 dio_bio_submit(dio, sdio);
686                 ret = dio_new_bio(dio, sdio, sdio->cur_page_block, map_bh);
687                 if (ret == 0) {
688                         ret = dio_bio_add_page(sdio);
689                         BUG_ON(ret != 0);
690                 }
691         }
692 out:
693         return ret;
694 }
695
696 /*
697  * An autonomous function to put a chunk of a page under deferred IO.
698  *
699  * The caller doesn't actually know (or care) whether this piece of page is in
700  * a BIO, or is under IO or whatever.  We just take care of all possible 
701  * situations here.  The separation between the logic of do_direct_IO() and
702  * that of submit_page_section() is important for clarity.  Please don't break.
703  *
704  * The chunk of page starts on-disk at blocknr.
705  *
706  * We perform deferred IO, by recording the last-submitted page inside our
707  * private part of the dio structure.  If possible, we just expand the IO
708  * across that page here.
709  *
710  * If that doesn't work out then we put the old page into the bio and add this
711  * page to the dio instead.
712  */
713 static inline int
714 submit_page_section(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio, struct page *page,
715                     unsigned offset, unsigned len, sector_t blocknr,
716                     struct buffer_head *map_bh)
717 {
718         int ret = 0;
719
720         if (dio->rw & WRITE) {
721                 /*
722                  * Read accounting is performed in submit_bio()
723                  */
724                 task_io_account_write(len);
725         }
726
727         /*
728          * Can we just grow the current page's presence in the dio?
729          */
730         if (sdio->cur_page == page &&
731             sdio->cur_page_offset + sdio->cur_page_len == offset &&
732             sdio->cur_page_block +
733             (sdio->cur_page_len >> sdio->blkbits) == blocknr) {
734                 sdio->cur_page_len += len;
735                 goto out;
736         }
737
738         /*
739          * If there's a deferred page already there then send it.
740          */
741         if (sdio->cur_page) {
742                 ret = dio_send_cur_page(dio, sdio, map_bh);
743                 page_cache_release(sdio->cur_page);
744                 sdio->cur_page = NULL;
745                 if (ret)
746                         return ret;
747         }
748
749         page_cache_get(page);           /* It is in dio */
750         sdio->cur_page = page;
751         sdio->cur_page_offset = offset;
752         sdio->cur_page_len = len;
753         sdio->cur_page_block = blocknr;
754         sdio->cur_page_fs_offset = sdio->block_in_file << sdio->blkbits;
755 out:
756         /*
757          * If sdio->boundary then we want to schedule the IO now to
758          * avoid metadata seeks.
759          */
760         if (sdio->boundary) {
761                 ret = dio_send_cur_page(dio, sdio, map_bh);
762                 dio_bio_submit(dio, sdio);
763                 page_cache_release(sdio->cur_page);
764                 sdio->cur_page = NULL;
765         }
766         return ret;
767 }
768
769 /*
770  * Clean any dirty buffers in the blockdev mapping which alias newly-created
771  * file blocks.  Only called for S_ISREG files - blockdevs do not set
772  * buffer_new
773  */
774 static void clean_blockdev_aliases(struct dio *dio, struct buffer_head *map_bh)
775 {
776         unsigned i;
777         unsigned nblocks;
778
779         nblocks = map_bh->b_size >> dio->inode->i_blkbits;
780
781         for (i = 0; i < nblocks; i++) {
782                 unmap_underlying_metadata(map_bh->b_bdev,
783                                           map_bh->b_blocknr + i);
784         }
785 }
786
787 /*
788  * If we are not writing the entire block and get_block() allocated
789  * the block for us, we need to fill-in the unused portion of the
790  * block with zeros. This happens only if user-buffer, fileoffset or
791  * io length is not filesystem block-size multiple.
792  *
793  * `end' is zero if we're doing the start of the IO, 1 at the end of the
794  * IO.
795  */
796 static inline void dio_zero_block(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
797                 int end, struct buffer_head *map_bh)
798 {
799         unsigned dio_blocks_per_fs_block;
800         unsigned this_chunk_blocks;     /* In dio_blocks */
801         unsigned this_chunk_bytes;
802         struct page *page;
803
804         sdio->start_zero_done = 1;
805         if (!sdio->blkfactor || !buffer_new(map_bh))
806                 return;
807
808         dio_blocks_per_fs_block = 1 << sdio->blkfactor;
809         this_chunk_blocks = sdio->block_in_file & (dio_blocks_per_fs_block - 1);
810
811         if (!this_chunk_blocks)
812                 return;
813
814         /*
815          * We need to zero out part of an fs block.  It is either at the
816          * beginning or the end of the fs block.
817          */
818         if (end) 
819                 this_chunk_blocks = dio_blocks_per_fs_block - this_chunk_blocks;
820
821         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << sdio->blkbits;
822
823         page = ZERO_PAGE(0);
824         if (submit_page_section(dio, sdio, page, 0, this_chunk_bytes,
825                                 sdio->next_block_for_io, map_bh))
826                 return;
827
828         sdio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
829 }
830
831 /*
832  * Walk the user pages, and the file, mapping blocks to disk and generating
833  * a sequence of (page,offset,len,block) mappings.  These mappings are injected
834  * into submit_page_section(), which takes care of the next stage of submission
835  *
836  * Direct IO against a blockdev is different from a file.  Because we can
837  * happily perform page-sized but 512-byte aligned IOs.  It is important that
838  * blockdev IO be able to have fine alignment and large sizes.
839  *
840  * So what we do is to permit the ->get_block function to populate bh.b_size
841  * with the size of IO which is permitted at this offset and this i_blkbits.
842  *
843  * For best results, the blockdev should be set up with 512-byte i_blkbits and
844  * it should set b_size to PAGE_SIZE or more inside get_block().  This gives
845  * fine alignment but still allows this function to work in PAGE_SIZE units.
846  */
847 static int do_direct_IO(struct dio *dio, struct dio_submit *sdio,
848                         struct buffer_head *map_bh)
849 {
850         const unsigned blkbits = sdio->blkbits;
851         const unsigned blocks_per_page = PAGE_SIZE >> blkbits;
852         struct page *page;
853         unsigned block_in_page;
854         int ret = 0;
855
856         /* The I/O can start at any block offset within the first page */
857         block_in_page = sdio->first_block_in_page;
858
859         while (sdio->block_in_file < sdio->final_block_in_request) {
860                 page = dio_get_page(dio, sdio);
861                 if (IS_ERR(page)) {
862                         ret = PTR_ERR(page);
863                         goto out;
864                 }
865
866                 while (block_in_page < blocks_per_page) {
867                         unsigned offset_in_page = block_in_page << blkbits;
868                         unsigned this_chunk_bytes;      /* # of bytes mapped */
869                         unsigned this_chunk_blocks;     /* # of blocks */
870                         unsigned u;
871
872                         if (sdio->blocks_available == 0) {
873                                 /*
874                                  * Need to go and map some more disk
875                                  */
876                                 unsigned long blkmask;
877                                 unsigned long dio_remainder;
878
879                                 ret = get_more_blocks(dio, sdio, map_bh);
880                                 if (ret) {
881                                         page_cache_release(page);
882                                         goto out;
883                                 }
884                                 if (!buffer_mapped(map_bh))
885                                         goto do_holes;
886
887                                 sdio->blocks_available =
888                                                 map_bh->b_size >> sdio->blkbits;
889                                 sdio->next_block_for_io =
890                                         map_bh->b_blocknr << sdio->blkfactor;
891                                 if (buffer_new(map_bh))
892                                         clean_blockdev_aliases(dio, map_bh);
893
894                                 if (!sdio->blkfactor)
895                                         goto do_holes;
896
897                                 blkmask = (1 << sdio->blkfactor) - 1;
898                                 dio_remainder = (sdio->block_in_file & blkmask);
899
900                                 /*
901                                  * If we are at the start of IO and that IO
902                                  * starts partway into a fs-block,
903                                  * dio_remainder will be non-zero.  If the IO
904                                  * is a read then we can simply advance the IO
905                                  * cursor to the first block which is to be
906                                  * read.  But if the IO is a write and the
907                                  * block was newly allocated we cannot do that;
908                                  * the start of the fs block must be zeroed out
909                                  * on-disk
910                                  */
911                                 if (!buffer_new(map_bh))
912                                         sdio->next_block_for_io += dio_remainder;
913                                 sdio->blocks_available -= dio_remainder;
914                         }
915 do_holes:
916                         /* Handle holes */
917                         if (!buffer_mapped(map_bh)) {
918                                 loff_t i_size_aligned;
919
920                                 /* AKPM: eargh, -ENOTBLK is a hack */
921                                 if (dio->rw & WRITE) {
922                                         page_cache_release(page);
923                                         return -ENOTBLK;
924                                 }
925
926                                 /*
927                                  * Be sure to account for a partial block as the
928                                  * last block in the file
929                                  */
930                                 i_size_aligned = ALIGN(i_size_read(dio->inode),
931                                                         1 << blkbits);
932                                 if (sdio->block_in_file >=
933                                                 i_size_aligned >> blkbits) {
934                                         /* We hit eof */
935                                         page_cache_release(page);
936                                         goto out;
937                                 }
938                                 zero_user(page, block_in_page << blkbits,
939                                                 1 << blkbits);
940                                 sdio->block_in_file++;
941                                 block_in_page++;
942                                 goto next_block;
943                         }
944
945                         /*
946                          * If we're performing IO which has an alignment which
947                          * is finer than the underlying fs, go check to see if
948                          * we must zero out the start of this block.
949                          */
950                         if (unlikely(sdio->blkfactor && !sdio->start_zero_done))
951                                 dio_zero_block(dio, sdio, 0, map_bh);
952
953                         /*
954                          * Work out, in this_chunk_blocks, how much disk we
955                          * can add to this page
956                          */
957                         this_chunk_blocks = sdio->blocks_available;
958                         u = (PAGE_SIZE - offset_in_page) >> blkbits;
959                         if (this_chunk_blocks > u)
960                                 this_chunk_blocks = u;
961                         u = sdio->final_block_in_request - sdio->block_in_file;
962                         if (this_chunk_blocks > u)
963                                 this_chunk_blocks = u;
964                         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << blkbits;
965                         BUG_ON(this_chunk_bytes == 0);
966
967                         if (this_chunk_blocks == sdio->blocks_available)
968                                 sdio->boundary = buffer_boundary(map_bh);
969                         ret = submit_page_section(dio, sdio, page,
970                                                   offset_in_page,
971                                                   this_chunk_bytes,
972                                                   sdio->next_block_for_io,
973                                                   map_bh);
974                         if (ret) {
975                                 page_cache_release(page);
976                                 goto out;
977                         }
978                         sdio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
979
980                         sdio->block_in_file += this_chunk_blocks;
981                         block_in_page += this_chunk_blocks;
982                         sdio->blocks_available -= this_chunk_blocks;
983 next_block:
984                         BUG_ON(sdio->block_in_file > sdio->final_block_in_request);
985                         if (sdio->block_in_file == sdio->final_block_in_request)
986                                 break;
987                 }
988
989                 /* Drop the ref which was taken in get_user_pages() */
990                 page_cache_release(page);
991                 block_in_page = 0;
992         }
993 out:
994         return ret;
995 }
996
997 static inline int drop_refcount(struct dio *dio)
998 {
999         int ret2;
1000         unsigned long flags;
1001
1002         /*
1003          * Sync will always be dropping the final ref and completing the
1004          * operation.  AIO can if it was a broken operation described above or
1005          * in fact if all the bios race to complete before we get here.  In
1006          * that case dio_complete() translates the EIOCBQUEUED into the proper
1007          * return code that the caller will hand to aio_complete().
1008          *
1009          * This is managed by the bio_lock instead of being an atomic_t so that
1010          * completion paths can drop their ref and use the remaining count to
1011          * decide to wake the submission path atomically.
1012          */
1013         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
1014         ret2 = --dio->refcount;
1015         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
1016         return ret2;
1017 }
1018
1019 /*
1020  * This is a library function for use by filesystem drivers.
1021  *
1022  * The locking rules are governed by the flags parameter:
1023  *  - if the flags value contains DIO_LOCKING we use a fancy locking
1024  *    scheme for dumb filesystems.
1025  *    For writes this function is called under i_mutex and returns with
1026  *    i_mutex held, for reads, i_mutex is not held on entry, but it is
1027  *    taken and dropped again before returning.
1028  *  - if the flags value does NOT contain DIO_LOCKING we don't use any
1029  *    internal locking but rather rely on the filesystem to synchronize
1030  *    direct I/O reads/writes versus each other and truncate.
1031  *
1032  * To help with locking against truncate we incremented the i_dio_count
1033  * counter before starting direct I/O, and decrement it once we are done.
1034  * Truncate can wait for it to reach zero to provide exclusion.  It is
1035  * expected that filesystem provide exclusion between new direct I/O
1036  * and truncates.  For DIO_LOCKING filesystems this is done by i_mutex,
1037  * but other filesystems need to take care of this on their own.
1038  *
1039  * NOTE: if you pass "sdio" to anything by pointer make sure that function
1040  * is always inlined. Otherwise gcc is unable to split the structure into
1041  * individual fields and will generate much worse code. This is important
1042  * for the whole file.
1043  */
1044 static inline ssize_t
1045 do_blockdev_direct_IO(int rw, struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
1046         struct block_device *bdev, const struct iovec *iov, loff_t offset, 
1047         unsigned long nr_segs, get_block_t get_block, dio_iodone_t end_io,
1048         dio_submit_t submit_io, int flags)
1049 {
1050         int seg;
1051         size_t size;
1052         unsigned long addr;
1053         unsigned i_blkbits = ACCESS_ONCE(inode->i_blkbits);
1054         unsigned blkbits = i_blkbits;
1055         unsigned blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1056         ssize_t retval = -EINVAL;
1057         loff_t end = offset;
1058         struct dio *dio;
1059         struct dio_submit sdio = { 0, };
1060         unsigned long user_addr;
1061         size_t bytes;
1062         struct buffer_head map_bh = { 0, };
1063         struct blk_plug plug;
1064
1065         if (rw & WRITE)
1066                 rw = WRITE_ODIRECT;
1067
1068         /*
1069          * Avoid references to bdev if not absolutely needed to give
1070          * the early prefetch in the caller enough time.
1071          */
1072
1073         if (offset & blocksize_mask) {
1074                 if (bdev)
1075                         blkbits = blksize_bits(bdev_logical_block_size(bdev));
1076                 blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1077                 if (offset & blocksize_mask)
1078                         goto out;
1079         }
1080
1081         /* Check the memory alignment.  Blocks cannot straddle pages */
1082         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
1083                 addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
1084                 size = iov[seg].iov_len;
1085                 end += size;
1086                 if (unlikely((addr & blocksize_mask) ||
1087                              (size & blocksize_mask))) {
1088                         if (bdev)
1089                                 blkbits = blksize_bits(
1090                                          bdev_logical_block_size(bdev));
1091                         blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1092                         if ((addr & blocksize_mask) || (size & blocksize_mask))
1093                                 goto out;
1094                 }
1095         }
1096
1097         /* watch out for a 0 len io from a tricksy fs */
1098         if (rw == READ && end == offset)
1099                 return 0;
1100
1101         dio = kmem_cache_alloc(dio_cache, GFP_KERNEL);
1102         retval = -ENOMEM;
1103         if (!dio)
1104                 goto out;
1105         /*
1106          * Believe it or not, zeroing out the page array caused a .5%
1107          * performance regression in a database benchmark.  So, we take
1108          * care to only zero out what's needed.
1109          */
1110         memset(dio, 0, offsetof(struct dio, pages));
1111
1112         dio->flags = flags;
1113         if (dio->flags & DIO_LOCKING) {
1114                 if (rw == READ) {
1115                         struct address_space *mapping =
1116                                         iocb->ki_filp->f_mapping;
1117
1118                         /* will be released by direct_io_worker */
1119                         mutex_lock(&inode->i_mutex);
1120
1121                         retval = filemap_write_and_wait_range(mapping, offset,
1122                                                               end - 1);
1123                         if (retval) {
1124                                 mutex_unlock(&inode->i_mutex);
1125                                 kmem_cache_free(dio_cache, dio);
1126                                 goto out;
1127                         }
1128                 }
1129         }
1130
1131         /*
1132          * Will be decremented at I/O completion time.
1133          */
1134         atomic_inc(&inode->i_dio_count);
1135
1136         /*
1137          * For file extending writes updating i_size before data
1138          * writeouts complete can expose uninitialized blocks. So
1139          * even for AIO, we need to wait for i/o to complete before
1140          * returning in this case.
1141          */
1142         dio->is_async = !is_sync_kiocb(iocb) && !((rw & WRITE) &&
1143                 (end > i_size_read(inode)));
1144
1145         retval = 0;
1146
1147         dio->inode = inode;
1148         dio->rw = rw;
1149         sdio.blkbits = blkbits;
1150         sdio.blkfactor = i_blkbits - blkbits;
1151         sdio.block_in_file = offset >> blkbits;
1152
1153         sdio.get_block = get_block;
1154         dio->end_io = end_io;
1155         sdio.submit_io = submit_io;
1156         sdio.final_block_in_bio = -1;
1157         sdio.next_block_for_io = -1;
1158
1159         dio->iocb = iocb;
1160         dio->i_size = i_size_read(inode);
1161
1162         spin_lock_init(&dio->bio_lock);
1163         dio->refcount = 1;
1164
1165         /*
1166          * In case of non-aligned buffers, we may need 2 more
1167          * pages since we need to zero out first and last block.
1168          */
1169         if (unlikely(sdio.blkfactor))
1170                 sdio.pages_in_io = 2;
1171
1172         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
1173                 user_addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
1174                 sdio.pages_in_io +=
1175                         ((user_addr + iov[seg].iov_len + PAGE_SIZE-1) /
1176                                 PAGE_SIZE - user_addr / PAGE_SIZE);
1177         }
1178
1179         blk_start_plug(&plug);
1180
1181         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
1182                 user_addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
1183                 sdio.size += bytes = iov[seg].iov_len;
1184
1185                 /* Index into the first page of the first block */
1186                 sdio.first_block_in_page = (user_addr & ~PAGE_MASK) >> blkbits;
1187                 sdio.final_block_in_request = sdio.block_in_file +
1188                                                 (bytes >> blkbits);
1189                 /* Page fetching state */
1190                 sdio.head = 0;
1191                 sdio.tail = 0;
1192                 sdio.curr_page = 0;
1193
1194                 sdio.total_pages = 0;
1195                 if (user_addr & (PAGE_SIZE-1)) {
1196                         sdio.total_pages++;
1197                         bytes -= PAGE_SIZE - (user_addr & (PAGE_SIZE - 1));
1198                 }
1199                 sdio.total_pages += (bytes + PAGE_SIZE - 1) / PAGE_SIZE;
1200                 sdio.curr_user_address = user_addr;
1201
1202                 retval = do_direct_IO(dio, &sdio, &map_bh);
1203
1204                 dio->result += iov[seg].iov_len -
1205                         ((sdio.final_block_in_request - sdio.block_in_file) <<
1206                                         blkbits);
1207
1208                 if (retval) {
1209                         dio_cleanup(dio, &sdio);
1210                         break;
1211                 }
1212         } /* end iovec loop */
1213
1214         if (retval == -ENOTBLK) {
1215                 /*
1216                  * The remaining part of the request will be
1217                  * be handled by buffered I/O when we return
1218                  */
1219                 retval = 0;
1220         }
1221         /*
1222          * There may be some unwritten disk at the end of a part-written
1223          * fs-block-sized block.  Go zero that now.
1224          */
1225         dio_zero_block(dio, &sdio, 1, &map_bh);
1226
1227         if (sdio.cur_page) {
1228                 ssize_t ret2;
1229
1230                 ret2 = dio_send_cur_page(dio, &sdio, &map_bh);
1231                 if (retval == 0)
1232                         retval = ret2;
1233                 page_cache_release(sdio.cur_page);
1234                 sdio.cur_page = NULL;
1235         }
1236         if (sdio.bio)
1237                 dio_bio_submit(dio, &sdio);
1238
1239         blk_finish_plug(&plug);
1240
1241         /*
1242          * It is possible that, we return short IO due to end of file.
1243          * In that case, we need to release all the pages we got hold on.
1244          */
1245         dio_cleanup(dio, &sdio);
1246
1247         /*
1248          * All block lookups have been performed. For READ requests
1249          * we can let i_mutex go now that its achieved its purpose
1250          * of protecting us from looking up uninitialized blocks.
1251          */
1252         if (rw == READ && (dio->flags & DIO_LOCKING))
1253                 mutex_unlock(&dio->inode->i_mutex);
1254
1255         /*
1256          * The only time we want to leave bios in flight is when a successful
1257          * partial aio read or full aio write have been setup.  In that case
1258          * bio completion will call aio_complete.  The only time it's safe to
1259          * call aio_complete is when we return -EIOCBQUEUED, so we key on that.
1260          * This had *better* be the only place that raises -EIOCBQUEUED.
1261          */
1262         BUG_ON(retval == -EIOCBQUEUED);
1263         if (dio->is_async && retval == 0 && dio->result &&
1264             ((rw == READ) || (dio->result == sdio.size)))
1265                 retval = -EIOCBQUEUED;
1266
1267         if (retval != -EIOCBQUEUED)
1268                 dio_await_completion(dio);
1269
1270         if (drop_refcount(dio) == 0) {
1271                 retval = dio_complete(dio, offset, retval, false);
1272                 kmem_cache_free(dio_cache, dio);
1273         } else
1274                 BUG_ON(retval != -EIOCBQUEUED);
1275
1276 out:
1277         return retval;
1278 }
1279
1280 ssize_t
1281 __blockdev_direct_IO(int rw, struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
1282         struct block_device *bdev, const struct iovec *iov, loff_t offset,
1283         unsigned long nr_segs, get_block_t get_block, dio_iodone_t end_io,
1284         dio_submit_t submit_io, int flags)
1285 {
1286         /*
1287          * The block device state is needed in the end to finally
1288          * submit everything.  Since it's likely to be cache cold
1289          * prefetch it here as first thing to hide some of the
1290          * latency.
1291          *
1292          * Attempt to prefetch the pieces we likely need later.
1293          */
1294         prefetch(&bdev->bd_disk->part_tbl);
1295         prefetch(bdev->bd_queue);
1296         prefetch((char *)bdev->bd_queue + SMP_CACHE_BYTES);
1297
1298         return do_blockdev_direct_IO(rw, iocb, inode, bdev, iov, offset,
1299                                      nr_segs, get_block, end_io,
1300                                      submit_io, flags);
1301 }
1302
1303 EXPORT_SYMBOL(__blockdev_direct_IO);
1304
1305 static __init int dio_init(void)
1306 {
1307         dio_cache = KMEM_CACHE(dio, SLAB_PANIC);
1308         return 0;
1309 }
1310 module_init(dio_init)