direct-io: add a hook for the fs to provide its own submit_bio function
[safe/jmp/linux-2.6] / 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 <asm/atomic.h>
39
40 /*
41  * How many user pages to map in one call to get_user_pages().  This determines
42  * the size of a structure on the stack.
43  */
44 #define DIO_PAGES       64
45
46 /*
47  * This code generally works in units of "dio_blocks".  A dio_block is
48  * somewhere between the hard sector size and the filesystem block size.  it
49  * is determined on a per-invocation basis.   When talking to the filesystem
50  * we need to convert dio_blocks to fs_blocks by scaling the dio_block quantity
51  * down by dio->blkfactor.  Similarly, fs-blocksize quantities are converted
52  * to bio_block quantities by shifting left by blkfactor.
53  *
54  * If blkfactor is zero then the user's request was aligned to the filesystem's
55  * blocksize.
56  */
57
58 struct dio {
59         /* BIO submission state */
60         struct bio *bio;                /* bio under assembly */
61         struct inode *inode;
62         int rw;
63         loff_t i_size;                  /* i_size when submitted */
64         int flags;                      /* doesn't change */
65         unsigned blkbits;               /* doesn't change */
66         unsigned blkfactor;             /* When we're using an alignment which
67                                            is finer than the filesystem's soft
68                                            blocksize, this specifies how much
69                                            finer.  blkfactor=2 means 1/4-block
70                                            alignment.  Does not change */
71         unsigned start_zero_done;       /* flag: sub-blocksize zeroing has
72                                            been performed at the start of a
73                                            write */
74         int pages_in_io;                /* approximate total IO pages */
75         size_t  size;                   /* total request size (doesn't change)*/
76         sector_t block_in_file;         /* Current offset into the underlying
77                                            file in dio_block units. */
78         unsigned blocks_available;      /* At block_in_file.  changes */
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         int reap_counter;               /* rate limit reaping */
83         get_block_t *get_block;         /* block mapping function */
84         dio_iodone_t *end_io;           /* IO completion function */
85         dio_submit_t *submit_io;        /* IO submition function */
86         loff_t logical_offset_in_bio;   /* current first logical block in bio */
87         sector_t final_block_in_bio;    /* current final block in bio + 1 */
88         sector_t next_block_for_io;     /* next block to be put under IO,
89                                            in dio_blocks units */
90         struct buffer_head map_bh;      /* last get_block() result */
91
92         /*
93          * Deferred addition of a page to the dio.  These variables are
94          * private to dio_send_cur_page(), submit_page_section() and
95          * dio_bio_add_page().
96          */
97         struct page *cur_page;          /* The page */
98         unsigned cur_page_offset;       /* Offset into it, in bytes */
99         unsigned cur_page_len;          /* Nr of bytes at cur_page_offset */
100         sector_t cur_page_block;        /* Where it starts */
101         loff_t cur_page_fs_offset;      /* Offset in file */
102
103         /* BIO completion state */
104         spinlock_t bio_lock;            /* protects BIO fields below */
105         unsigned long refcount;         /* direct_io_worker() and bios */
106         struct bio *bio_list;           /* singly linked via bi_private */
107         struct task_struct *waiter;     /* waiting task (NULL if none) */
108
109         /* AIO related stuff */
110         struct kiocb *iocb;             /* kiocb */
111         int is_async;                   /* is IO async ? */
112         int io_error;                   /* IO error in completion path */
113         ssize_t result;                 /* IO result */
114
115         /*
116          * Page fetching state. These variables belong to dio_refill_pages().
117          */
118         int curr_page;                  /* changes */
119         int total_pages;                /* doesn't change */
120         unsigned long curr_user_address;/* changes */
121
122         /*
123          * Page queue.  These variables belong to dio_refill_pages() and
124          * dio_get_page().
125          */
126         unsigned head;                  /* next page to process */
127         unsigned tail;                  /* last valid page + 1 */
128         int page_errors;                /* errno from get_user_pages() */
129
130         /*
131          * pages[] (and any fields placed after it) are not zeroed out at
132          * allocation time.  Don't add new fields after pages[] unless you
133          * wish that they not be zeroed.
134          */
135         struct page *pages[DIO_PAGES];  /* page buffer */
136 };
137
138 /*
139  * How many pages are in the queue?
140  */
141 static inline unsigned dio_pages_present(struct dio *dio)
142 {
143         return dio->tail - dio->head;
144 }
145
146 /*
147  * Go grab and pin some userspace pages.   Typically we'll get 64 at a time.
148  */
149 static int dio_refill_pages(struct dio *dio)
150 {
151         int ret;
152         int nr_pages;
153
154         nr_pages = min(dio->total_pages - dio->curr_page, DIO_PAGES);
155         ret = get_user_pages_fast(
156                 dio->curr_user_address,         /* Where from? */
157                 nr_pages,                       /* How many pages? */
158                 dio->rw == READ,                /* Write to memory? */
159                 &dio->pages[0]);                /* Put results here */
160
161         if (ret < 0 && dio->blocks_available && (dio->rw & WRITE)) {
162                 struct page *page = ZERO_PAGE(0);
163                 /*
164                  * A memory fault, but the filesystem has some outstanding
165                  * mapped blocks.  We need to use those blocks up to avoid
166                  * leaking stale data in the file.
167                  */
168                 if (dio->page_errors == 0)
169                         dio->page_errors = ret;
170                 page_cache_get(page);
171                 dio->pages[0] = page;
172                 dio->head = 0;
173                 dio->tail = 1;
174                 ret = 0;
175                 goto out;
176         }
177
178         if (ret >= 0) {
179                 dio->curr_user_address += ret * PAGE_SIZE;
180                 dio->curr_page += ret;
181                 dio->head = 0;
182                 dio->tail = ret;
183                 ret = 0;
184         }
185 out:
186         return ret;     
187 }
188
189 /*
190  * Get another userspace page.  Returns an ERR_PTR on error.  Pages are
191  * buffered inside the dio so that we can call get_user_pages() against a
192  * decent number of pages, less frequently.  To provide nicer use of the
193  * L1 cache.
194  */
195 static struct page *dio_get_page(struct dio *dio)
196 {
197         if (dio_pages_present(dio) == 0) {
198                 int ret;
199
200                 ret = dio_refill_pages(dio);
201                 if (ret)
202                         return ERR_PTR(ret);
203                 BUG_ON(dio_pages_present(dio) == 0);
204         }
205         return dio->pages[dio->head++];
206 }
207
208 /**
209  * dio_complete() - called when all DIO BIO I/O has been completed
210  * @offset: the byte offset in the file of the completed operation
211  *
212  * This releases locks as dictated by the locking type, lets interested parties
213  * know that a DIO operation has completed, and calculates the resulting return
214  * code for the operation.
215  *
216  * It lets the filesystem know if it registered an interest earlier via
217  * get_block.  Pass the private field of the map buffer_head so that
218  * filesystems can use it to hold additional state between get_block calls and
219  * dio_complete.
220  */
221 static int dio_complete(struct dio *dio, loff_t offset, int ret)
222 {
223         ssize_t transferred = 0;
224
225         /*
226          * AIO submission can race with bio completion to get here while
227          * expecting to have the last io completed by bio completion.
228          * In that case -EIOCBQUEUED is in fact not an error we want
229          * to preserve through this call.
230          */
231         if (ret == -EIOCBQUEUED)
232                 ret = 0;
233
234         if (dio->result) {
235                 transferred = dio->result;
236
237                 /* Check for short read case */
238                 if ((dio->rw == READ) && ((offset + transferred) > dio->i_size))
239                         transferred = dio->i_size - offset;
240         }
241
242         if (dio->end_io && dio->result)
243                 dio->end_io(dio->iocb, offset, transferred,
244                             dio->map_bh.b_private);
245
246         if (dio->flags & DIO_LOCKING)
247                 /* lockdep: non-owner release */
248                 up_read_non_owner(&dio->inode->i_alloc_sem);
249
250         if (ret == 0)
251                 ret = dio->page_errors;
252         if (ret == 0)
253                 ret = dio->io_error;
254         if (ret == 0)
255                 ret = transferred;
256
257         return ret;
258 }
259
260 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio);
261 /*
262  * Asynchronous IO callback. 
263  */
264 static void dio_bio_end_aio(struct bio *bio, int error)
265 {
266         struct dio *dio = bio->bi_private;
267         unsigned long remaining;
268         unsigned long flags;
269
270         /* cleanup the bio */
271         dio_bio_complete(dio, bio);
272
273         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
274         remaining = --dio->refcount;
275         if (remaining == 1 && dio->waiter)
276                 wake_up_process(dio->waiter);
277         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
278
279         if (remaining == 0) {
280                 int ret = dio_complete(dio, dio->iocb->ki_pos, 0);
281                 aio_complete(dio->iocb, ret, 0);
282                 kfree(dio);
283         }
284 }
285
286 /*
287  * The BIO completion handler simply queues the BIO up for the process-context
288  * handler.
289  *
290  * During I/O bi_private points at the dio.  After I/O, bi_private is used to
291  * implement a singly-linked list of completed BIOs, at dio->bio_list.
292  */
293 static void dio_bio_end_io(struct bio *bio, int error)
294 {
295         struct dio *dio = bio->bi_private;
296         unsigned long flags;
297
298         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
299         bio->bi_private = dio->bio_list;
300         dio->bio_list = bio;
301         if (--dio->refcount == 1 && dio->waiter)
302                 wake_up_process(dio->waiter);
303         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
304 }
305
306 /**
307  * dio_end_io - handle the end io action for the given bio
308  * @bio: The direct io bio thats being completed
309  * @error: Error if there was one
310  *
311  * This is meant to be called by any filesystem that uses their own dio_submit_t
312  * so that the DIO specific endio actions are dealt with after the filesystem
313  * has done it's completion work.
314  */
315 void dio_end_io(struct bio *bio, int error)
316 {
317         struct dio *dio = bio->bi_private;
318
319         if (dio->is_async)
320                 dio_bio_end_aio(bio, error);
321         else
322                 dio_bio_end_io(bio, error);
323 }
324 EXPORT_SYMBOL_GPL(dio_end_io);
325
326 static int
327 dio_bio_alloc(struct dio *dio, struct block_device *bdev,
328                 sector_t first_sector, int nr_vecs)
329 {
330         struct bio *bio;
331
332         bio = bio_alloc(GFP_KERNEL, nr_vecs);
333
334         bio->bi_bdev = bdev;
335         bio->bi_sector = first_sector;
336         if (dio->is_async)
337                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_aio;
338         else
339                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_io;
340
341         dio->bio = bio;
342         dio->logical_offset_in_bio = dio->cur_page_fs_offset;
343         return 0;
344 }
345
346 /*
347  * In the AIO read case we speculatively dirty the pages before starting IO.
348  * During IO completion, any of these pages which happen to have been written
349  * back will be redirtied by bio_check_pages_dirty().
350  *
351  * bios hold a dio reference between submit_bio and ->end_io.
352  */
353 static void dio_bio_submit(struct dio *dio)
354 {
355         struct bio *bio = dio->bio;
356         unsigned long flags;
357
358         bio->bi_private = dio;
359
360         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
361         dio->refcount++;
362         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
363
364         if (dio->is_async && dio->rw == READ)
365                 bio_set_pages_dirty(bio);
366
367         if (dio->submit_io)
368                 dio->submit_io(dio->rw, bio, dio->inode,
369                                dio->logical_offset_in_bio);
370         else
371                 submit_bio(dio->rw, bio);
372
373         dio->bio = NULL;
374         dio->boundary = 0;
375         dio->logical_offset_in_bio = 0;
376 }
377
378 /*
379  * Release any resources in case of a failure
380  */
381 static void dio_cleanup(struct dio *dio)
382 {
383         while (dio_pages_present(dio))
384                 page_cache_release(dio_get_page(dio));
385 }
386
387 /*
388  * Wait for the next BIO to complete.  Remove it and return it.  NULL is
389  * returned once all BIOs have been completed.  This must only be called once
390  * all bios have been issued so that dio->refcount can only decrease.  This
391  * requires that that the caller hold a reference on the dio.
392  */
393 static struct bio *dio_await_one(struct dio *dio)
394 {
395         unsigned long flags;
396         struct bio *bio = NULL;
397
398         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
399
400         /*
401          * Wait as long as the list is empty and there are bios in flight.  bio
402          * completion drops the count, maybe adds to the list, and wakes while
403          * holding the bio_lock so we don't need set_current_state()'s barrier
404          * and can call it after testing our condition.
405          */
406         while (dio->refcount > 1 && dio->bio_list == NULL) {
407                 __set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
408                 dio->waiter = current;
409                 spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
410                 io_schedule();
411                 /* wake up sets us TASK_RUNNING */
412                 spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
413                 dio->waiter = NULL;
414         }
415         if (dio->bio_list) {
416                 bio = dio->bio_list;
417                 dio->bio_list = bio->bi_private;
418         }
419         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
420         return bio;
421 }
422
423 /*
424  * Process one completed BIO.  No locks are held.
425  */
426 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio)
427 {
428         const int uptodate = test_bit(BIO_UPTODATE, &bio->bi_flags);
429         struct bio_vec *bvec = bio->bi_io_vec;
430         int page_no;
431
432         if (!uptodate)
433                 dio->io_error = -EIO;
434
435         if (dio->is_async && dio->rw == READ) {
436                 bio_check_pages_dirty(bio);     /* transfers ownership */
437         } else {
438                 for (page_no = 0; page_no < bio->bi_vcnt; page_no++) {
439                         struct page *page = bvec[page_no].bv_page;
440
441                         if (dio->rw == READ && !PageCompound(page))
442                                 set_page_dirty_lock(page);
443                         page_cache_release(page);
444                 }
445                 bio_put(bio);
446         }
447         return uptodate ? 0 : -EIO;
448 }
449
450 /*
451  * Wait on and process all in-flight BIOs.  This must only be called once
452  * all bios have been issued so that the refcount can only decrease.
453  * This just waits for all bios to make it through dio_bio_complete.  IO
454  * errors are propagated through dio->io_error and should be propagated via
455  * dio_complete().
456  */
457 static void dio_await_completion(struct dio *dio)
458 {
459         struct bio *bio;
460         do {
461                 bio = dio_await_one(dio);
462                 if (bio)
463                         dio_bio_complete(dio, bio);
464         } while (bio);
465 }
466
467 /*
468  * A really large O_DIRECT read or write can generate a lot of BIOs.  So
469  * to keep the memory consumption sane we periodically reap any completed BIOs
470  * during the BIO generation phase.
471  *
472  * This also helps to limit the peak amount of pinned userspace memory.
473  */
474 static int dio_bio_reap(struct dio *dio)
475 {
476         int ret = 0;
477
478         if (dio->reap_counter++ >= 64) {
479                 while (dio->bio_list) {
480                         unsigned long flags;
481                         struct bio *bio;
482                         int ret2;
483
484                         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
485                         bio = dio->bio_list;
486                         dio->bio_list = bio->bi_private;
487                         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
488                         ret2 = dio_bio_complete(dio, bio);
489                         if (ret == 0)
490                                 ret = ret2;
491                 }
492                 dio->reap_counter = 0;
493         }
494         return ret;
495 }
496
497 /*
498  * Call into the fs to map some more disk blocks.  We record the current number
499  * of available blocks at dio->blocks_available.  These are in units of the
500  * fs blocksize, (1 << inode->i_blkbits).
501  *
502  * The fs is allowed to map lots of blocks at once.  If it wants to do that,
503  * it uses the passed inode-relative block number as the file offset, as usual.
504  *
505  * get_block() is passed the number of i_blkbits-sized blocks which direct_io
506  * has remaining to do.  The fs should not map more than this number of blocks.
507  *
508  * If the fs has mapped a lot of blocks, it should populate bh->b_size to
509  * indicate how much contiguous disk space has been made available at
510  * bh->b_blocknr.
511  *
512  * If *any* of the mapped blocks are new, then the fs must set buffer_new().
513  * This isn't very efficient...
514  *
515  * In the case of filesystem holes: the fs may return an arbitrarily-large
516  * hole by returning an appropriate value in b_size and by clearing
517  * buffer_mapped().  However the direct-io code will only process holes one
518  * block at a time - it will repeatedly call get_block() as it walks the hole.
519  */
520 static int get_more_blocks(struct dio *dio)
521 {
522         int ret;
523         struct buffer_head *map_bh = &dio->map_bh;
524         sector_t fs_startblk;   /* Into file, in filesystem-sized blocks */
525         unsigned long fs_count; /* Number of filesystem-sized blocks */
526         unsigned long dio_count;/* Number of dio_block-sized blocks */
527         unsigned long blkmask;
528         int create;
529
530         /*
531          * If there was a memory error and we've overwritten all the
532          * mapped blocks then we can now return that memory error
533          */
534         ret = dio->page_errors;
535         if (ret == 0) {
536                 BUG_ON(dio->block_in_file >= dio->final_block_in_request);
537                 fs_startblk = dio->block_in_file >> dio->blkfactor;
538                 dio_count = dio->final_block_in_request - dio->block_in_file;
539                 fs_count = dio_count >> dio->blkfactor;
540                 blkmask = (1 << dio->blkfactor) - 1;
541                 if (dio_count & blkmask)        
542                         fs_count++;
543
544                 map_bh->b_state = 0;
545                 map_bh->b_size = fs_count << dio->inode->i_blkbits;
546
547                 /*
548                  * For writes inside i_size on a DIO_SKIP_HOLES filesystem we
549                  * forbid block creations: only overwrites are permitted.
550                  * We will return early to the caller once we see an
551                  * unmapped buffer head returned, and the caller will fall
552                  * back to buffered I/O.
553                  *
554                  * Otherwise the decision is left to the get_blocks method,
555                  * which may decide to handle it or also return an unmapped
556                  * buffer head.
557                  */
558                 create = dio->rw & WRITE;
559                 if (dio->flags & DIO_SKIP_HOLES) {
560                         if (dio->block_in_file < (i_size_read(dio->inode) >>
561                                                         dio->blkbits))
562                                 create = 0;
563                 }
564
565                 ret = (*dio->get_block)(dio->inode, fs_startblk,
566                                                 map_bh, create);
567         }
568         return ret;
569 }
570
571 /*
572  * There is no bio.  Make one now.
573  */
574 static int dio_new_bio(struct dio *dio, sector_t start_sector)
575 {
576         sector_t sector;
577         int ret, nr_pages;
578
579         ret = dio_bio_reap(dio);
580         if (ret)
581                 goto out;
582         sector = start_sector << (dio->blkbits - 9);
583         nr_pages = min(dio->pages_in_io, bio_get_nr_vecs(dio->map_bh.b_bdev));
584         BUG_ON(nr_pages <= 0);
585         ret = dio_bio_alloc(dio, dio->map_bh.b_bdev, sector, nr_pages);
586         dio->boundary = 0;
587 out:
588         return ret;
589 }
590
591 /*
592  * Attempt to put the current chunk of 'cur_page' into the current BIO.  If
593  * that was successful then update final_block_in_bio and take a ref against
594  * the just-added page.
595  *
596  * Return zero on success.  Non-zero means the caller needs to start a new BIO.
597  */
598 static int dio_bio_add_page(struct dio *dio)
599 {
600         int ret;
601
602         ret = bio_add_page(dio->bio, dio->cur_page,
603                         dio->cur_page_len, dio->cur_page_offset);
604         if (ret == dio->cur_page_len) {
605                 /*
606                  * Decrement count only, if we are done with this page
607                  */
608                 if ((dio->cur_page_len + dio->cur_page_offset) == PAGE_SIZE)
609                         dio->pages_in_io--;
610                 page_cache_get(dio->cur_page);
611                 dio->final_block_in_bio = dio->cur_page_block +
612                         (dio->cur_page_len >> dio->blkbits);
613                 ret = 0;
614         } else {
615                 ret = 1;
616         }
617         return ret;
618 }
619                 
620 /*
621  * Put cur_page under IO.  The section of cur_page which is described by
622  * cur_page_offset,cur_page_len is put into a BIO.  The section of cur_page
623  * starts on-disk at cur_page_block.
624  *
625  * We take a ref against the page here (on behalf of its presence in the bio).
626  *
627  * The caller of this function is responsible for removing cur_page from the
628  * dio, and for dropping the refcount which came from that presence.
629  */
630 static int dio_send_cur_page(struct dio *dio)
631 {
632         int ret = 0;
633
634         if (dio->bio) {
635                 /*
636                  * See whether this new request is contiguous with the old
637                  */
638                 if (dio->final_block_in_bio != dio->cur_page_block)
639                         dio_bio_submit(dio);
640                 /*
641                  * Submit now if the underlying fs is about to perform a
642                  * metadata read
643                  */
644                 if (dio->boundary)
645                         dio_bio_submit(dio);
646         }
647
648         if (dio->bio == NULL) {
649                 ret = dio_new_bio(dio, dio->cur_page_block);
650                 if (ret)
651                         goto out;
652         }
653
654         if (dio_bio_add_page(dio) != 0) {
655                 dio_bio_submit(dio);
656                 ret = dio_new_bio(dio, dio->cur_page_block);
657                 if (ret == 0) {
658                         ret = dio_bio_add_page(dio);
659                         BUG_ON(ret != 0);
660                 }
661         }
662 out:
663         return ret;
664 }
665
666 /*
667  * An autonomous function to put a chunk of a page under deferred IO.
668  *
669  * The caller doesn't actually know (or care) whether this piece of page is in
670  * a BIO, or is under IO or whatever.  We just take care of all possible 
671  * situations here.  The separation between the logic of do_direct_IO() and
672  * that of submit_page_section() is important for clarity.  Please don't break.
673  *
674  * The chunk of page starts on-disk at blocknr.
675  *
676  * We perform deferred IO, by recording the last-submitted page inside our
677  * private part of the dio structure.  If possible, we just expand the IO
678  * across that page here.
679  *
680  * If that doesn't work out then we put the old page into the bio and add this
681  * page to the dio instead.
682  */
683 static int
684 submit_page_section(struct dio *dio, struct page *page,
685                 unsigned offset, unsigned len, sector_t blocknr)
686 {
687         int ret = 0;
688
689         if (dio->rw & WRITE) {
690                 /*
691                  * Read accounting is performed in submit_bio()
692                  */
693                 task_io_account_write(len);
694         }
695
696         /*
697          * Can we just grow the current page's presence in the dio?
698          */
699         if (    (dio->cur_page == page) &&
700                 (dio->cur_page_offset + dio->cur_page_len == offset) &&
701                 (dio->cur_page_block +
702                         (dio->cur_page_len >> dio->blkbits) == blocknr)) {
703                 dio->cur_page_len += len;
704
705                 /*
706                  * If dio->boundary then we want to schedule the IO now to
707                  * avoid metadata seeks.
708                  */
709                 if (dio->boundary) {
710                         ret = dio_send_cur_page(dio);
711                         page_cache_release(dio->cur_page);
712                         dio->cur_page = NULL;
713                 }
714                 goto out;
715         }
716
717         /*
718          * If there's a deferred page already there then send it.
719          */
720         if (dio->cur_page) {
721                 ret = dio_send_cur_page(dio);
722                 page_cache_release(dio->cur_page);
723                 dio->cur_page = NULL;
724                 if (ret)
725                         goto out;
726         }
727
728         page_cache_get(page);           /* It is in dio */
729         dio->cur_page = page;
730         dio->cur_page_offset = offset;
731         dio->cur_page_len = len;
732         dio->cur_page_block = blocknr;
733         dio->cur_page_fs_offset = dio->block_in_file << dio->blkbits;
734 out:
735         return ret;
736 }
737
738 /*
739  * Clean any dirty buffers in the blockdev mapping which alias newly-created
740  * file blocks.  Only called for S_ISREG files - blockdevs do not set
741  * buffer_new
742  */
743 static void clean_blockdev_aliases(struct dio *dio)
744 {
745         unsigned i;
746         unsigned nblocks;
747
748         nblocks = dio->map_bh.b_size >> dio->inode->i_blkbits;
749
750         for (i = 0; i < nblocks; i++) {
751                 unmap_underlying_metadata(dio->map_bh.b_bdev,
752                                         dio->map_bh.b_blocknr + i);
753         }
754 }
755
756 /*
757  * If we are not writing the entire block and get_block() allocated
758  * the block for us, we need to fill-in the unused portion of the
759  * block with zeros. This happens only if user-buffer, fileoffset or
760  * io length is not filesystem block-size multiple.
761  *
762  * `end' is zero if we're doing the start of the IO, 1 at the end of the
763  * IO.
764  */
765 static void dio_zero_block(struct dio *dio, int end)
766 {
767         unsigned dio_blocks_per_fs_block;
768         unsigned this_chunk_blocks;     /* In dio_blocks */
769         unsigned this_chunk_bytes;
770         struct page *page;
771
772         dio->start_zero_done = 1;
773         if (!dio->blkfactor || !buffer_new(&dio->map_bh))
774                 return;
775
776         dio_blocks_per_fs_block = 1 << dio->blkfactor;
777         this_chunk_blocks = dio->block_in_file & (dio_blocks_per_fs_block - 1);
778
779         if (!this_chunk_blocks)
780                 return;
781
782         /*
783          * We need to zero out part of an fs block.  It is either at the
784          * beginning or the end of the fs block.
785          */
786         if (end) 
787                 this_chunk_blocks = dio_blocks_per_fs_block - this_chunk_blocks;
788
789         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << dio->blkbits;
790
791         page = ZERO_PAGE(0);
792         if (submit_page_section(dio, page, 0, this_chunk_bytes, 
793                                 dio->next_block_for_io))
794                 return;
795
796         dio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
797 }
798
799 /*
800  * Walk the user pages, and the file, mapping blocks to disk and generating
801  * a sequence of (page,offset,len,block) mappings.  These mappings are injected
802  * into submit_page_section(), which takes care of the next stage of submission
803  *
804  * Direct IO against a blockdev is different from a file.  Because we can
805  * happily perform page-sized but 512-byte aligned IOs.  It is important that
806  * blockdev IO be able to have fine alignment and large sizes.
807  *
808  * So what we do is to permit the ->get_block function to populate bh.b_size
809  * with the size of IO which is permitted at this offset and this i_blkbits.
810  *
811  * For best results, the blockdev should be set up with 512-byte i_blkbits and
812  * it should set b_size to PAGE_SIZE or more inside get_block().  This gives
813  * fine alignment but still allows this function to work in PAGE_SIZE units.
814  */
815 static int do_direct_IO(struct dio *dio)
816 {
817         const unsigned blkbits = dio->blkbits;
818         const unsigned blocks_per_page = PAGE_SIZE >> blkbits;
819         struct page *page;
820         unsigned block_in_page;
821         struct buffer_head *map_bh = &dio->map_bh;
822         int ret = 0;
823
824         /* The I/O can start at any block offset within the first page */
825         block_in_page = dio->first_block_in_page;
826
827         while (dio->block_in_file < dio->final_block_in_request) {
828                 page = dio_get_page(dio);
829                 if (IS_ERR(page)) {
830                         ret = PTR_ERR(page);
831                         goto out;
832                 }
833
834                 while (block_in_page < blocks_per_page) {
835                         unsigned offset_in_page = block_in_page << blkbits;
836                         unsigned this_chunk_bytes;      /* # of bytes mapped */
837                         unsigned this_chunk_blocks;     /* # of blocks */
838                         unsigned u;
839
840                         if (dio->blocks_available == 0) {
841                                 /*
842                                  * Need to go and map some more disk
843                                  */
844                                 unsigned long blkmask;
845                                 unsigned long dio_remainder;
846
847                                 ret = get_more_blocks(dio);
848                                 if (ret) {
849                                         page_cache_release(page);
850                                         goto out;
851                                 }
852                                 if (!buffer_mapped(map_bh))
853                                         goto do_holes;
854
855                                 dio->blocks_available =
856                                                 map_bh->b_size >> dio->blkbits;
857                                 dio->next_block_for_io =
858                                         map_bh->b_blocknr << dio->blkfactor;
859                                 if (buffer_new(map_bh))
860                                         clean_blockdev_aliases(dio);
861
862                                 if (!dio->blkfactor)
863                                         goto do_holes;
864
865                                 blkmask = (1 << dio->blkfactor) - 1;
866                                 dio_remainder = (dio->block_in_file & blkmask);
867
868                                 /*
869                                  * If we are at the start of IO and that IO
870                                  * starts partway into a fs-block,
871                                  * dio_remainder will be non-zero.  If the IO
872                                  * is a read then we can simply advance the IO
873                                  * cursor to the first block which is to be
874                                  * read.  But if the IO is a write and the
875                                  * block was newly allocated we cannot do that;
876                                  * the start of the fs block must be zeroed out
877                                  * on-disk
878                                  */
879                                 if (!buffer_new(map_bh))
880                                         dio->next_block_for_io += dio_remainder;
881                                 dio->blocks_available -= dio_remainder;
882                         }
883 do_holes:
884                         /* Handle holes */
885                         if (!buffer_mapped(map_bh)) {
886                                 loff_t i_size_aligned;
887
888                                 /* AKPM: eargh, -ENOTBLK is a hack */
889                                 if (dio->rw & WRITE) {
890                                         page_cache_release(page);
891                                         return -ENOTBLK;
892                                 }
893
894                                 /*
895                                  * Be sure to account for a partial block as the
896                                  * last block in the file
897                                  */
898                                 i_size_aligned = ALIGN(i_size_read(dio->inode),
899                                                         1 << blkbits);
900                                 if (dio->block_in_file >=
901                                                 i_size_aligned >> blkbits) {
902                                         /* We hit eof */
903                                         page_cache_release(page);
904                                         goto out;
905                                 }
906                                 zero_user(page, block_in_page << blkbits,
907                                                 1 << blkbits);
908                                 dio->block_in_file++;
909                                 block_in_page++;
910                                 goto next_block;
911                         }
912
913                         /*
914                          * If we're performing IO which has an alignment which
915                          * is finer than the underlying fs, go check to see if
916                          * we must zero out the start of this block.
917                          */
918                         if (unlikely(dio->blkfactor && !dio->start_zero_done))
919                                 dio_zero_block(dio, 0);
920
921                         /*
922                          * Work out, in this_chunk_blocks, how much disk we
923                          * can add to this page
924                          */
925                         this_chunk_blocks = dio->blocks_available;
926                         u = (PAGE_SIZE - offset_in_page) >> blkbits;
927                         if (this_chunk_blocks > u)
928                                 this_chunk_blocks = u;
929                         u = dio->final_block_in_request - dio->block_in_file;
930                         if (this_chunk_blocks > u)
931                                 this_chunk_blocks = u;
932                         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << blkbits;
933                         BUG_ON(this_chunk_bytes == 0);
934
935                         dio->boundary = buffer_boundary(map_bh);
936                         ret = submit_page_section(dio, page, offset_in_page,
937                                 this_chunk_bytes, dio->next_block_for_io);
938                         if (ret) {
939                                 page_cache_release(page);
940                                 goto out;
941                         }
942                         dio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
943
944                         dio->block_in_file += this_chunk_blocks;
945                         block_in_page += this_chunk_blocks;
946                         dio->blocks_available -= this_chunk_blocks;
947 next_block:
948                         BUG_ON(dio->block_in_file > dio->final_block_in_request);
949                         if (dio->block_in_file == dio->final_block_in_request)
950                                 break;
951                 }
952
953                 /* Drop the ref which was taken in get_user_pages() */
954                 page_cache_release(page);
955                 block_in_page = 0;
956         }
957 out:
958         return ret;
959 }
960
961 /*
962  * Releases both i_mutex and i_alloc_sem
963  */
964 static ssize_t
965 direct_io_worker(int rw, struct kiocb *iocb, struct inode *inode, 
966         const struct iovec *iov, loff_t offset, unsigned long nr_segs, 
967         unsigned blkbits, get_block_t get_block, dio_iodone_t end_io,
968         dio_submit_t submit_io, struct dio *dio)
969 {
970         unsigned long user_addr; 
971         unsigned long flags;
972         int seg;
973         ssize_t ret = 0;
974         ssize_t ret2;
975         size_t bytes;
976
977         dio->inode = inode;
978         dio->rw = rw;
979         dio->blkbits = blkbits;
980         dio->blkfactor = inode->i_blkbits - blkbits;
981         dio->block_in_file = offset >> blkbits;
982
983         dio->get_block = get_block;
984         dio->end_io = end_io;
985         dio->submit_io = submit_io;
986         dio->final_block_in_bio = -1;
987         dio->next_block_for_io = -1;
988
989         dio->iocb = iocb;
990         dio->i_size = i_size_read(inode);
991
992         spin_lock_init(&dio->bio_lock);
993         dio->refcount = 1;
994
995         /*
996          * In case of non-aligned buffers, we may need 2 more
997          * pages since we need to zero out first and last block.
998          */
999         if (unlikely(dio->blkfactor))
1000                 dio->pages_in_io = 2;
1001
1002         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
1003                 user_addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
1004                 dio->pages_in_io +=
1005                         ((user_addr+iov[seg].iov_len +PAGE_SIZE-1)/PAGE_SIZE
1006                                 - user_addr/PAGE_SIZE);
1007         }
1008
1009         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
1010                 user_addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
1011                 dio->size += bytes = iov[seg].iov_len;
1012
1013                 /* Index into the first page of the first block */
1014                 dio->first_block_in_page = (user_addr & ~PAGE_MASK) >> blkbits;
1015                 dio->final_block_in_request = dio->block_in_file +
1016                                                 (bytes >> blkbits);
1017                 /* Page fetching state */
1018                 dio->head = 0;
1019                 dio->tail = 0;
1020                 dio->curr_page = 0;
1021
1022                 dio->total_pages = 0;
1023                 if (user_addr & (PAGE_SIZE-1)) {
1024                         dio->total_pages++;
1025                         bytes -= PAGE_SIZE - (user_addr & (PAGE_SIZE - 1));
1026                 }
1027                 dio->total_pages += (bytes + PAGE_SIZE - 1) / PAGE_SIZE;
1028                 dio->curr_user_address = user_addr;
1029         
1030                 ret = do_direct_IO(dio);
1031
1032                 dio->result += iov[seg].iov_len -
1033                         ((dio->final_block_in_request - dio->block_in_file) <<
1034                                         blkbits);
1035
1036                 if (ret) {
1037                         dio_cleanup(dio);
1038                         break;
1039                 }
1040         } /* end iovec loop */
1041
1042         if (ret == -ENOTBLK) {
1043                 /*
1044                  * The remaining part of the request will be
1045                  * be handled by buffered I/O when we return
1046                  */
1047                 ret = 0;
1048         }
1049         /*
1050          * There may be some unwritten disk at the end of a part-written
1051          * fs-block-sized block.  Go zero that now.
1052          */
1053         dio_zero_block(dio, 1);
1054
1055         if (dio->cur_page) {
1056                 ret2 = dio_send_cur_page(dio);
1057                 if (ret == 0)
1058                         ret = ret2;
1059                 page_cache_release(dio->cur_page);
1060                 dio->cur_page = NULL;
1061         }
1062         if (dio->bio)
1063                 dio_bio_submit(dio);
1064
1065         /*
1066          * It is possible that, we return short IO due to end of file.
1067          * In that case, we need to release all the pages we got hold on.
1068          */
1069         dio_cleanup(dio);
1070
1071         /*
1072          * All block lookups have been performed. For READ requests
1073          * we can let i_mutex go now that its achieved its purpose
1074          * of protecting us from looking up uninitialized blocks.
1075          */
1076         if (rw == READ && (dio->flags & DIO_LOCKING))
1077                 mutex_unlock(&dio->inode->i_mutex);
1078
1079         /*
1080          * The only time we want to leave bios in flight is when a successful
1081          * partial aio read or full aio write have been setup.  In that case
1082          * bio completion will call aio_complete.  The only time it's safe to
1083          * call aio_complete is when we return -EIOCBQUEUED, so we key on that.
1084          * This had *better* be the only place that raises -EIOCBQUEUED.
1085          */
1086         BUG_ON(ret == -EIOCBQUEUED);
1087         if (dio->is_async && ret == 0 && dio->result &&
1088             ((rw & READ) || (dio->result == dio->size)))
1089                 ret = -EIOCBQUEUED;
1090
1091         if (ret != -EIOCBQUEUED) {
1092                 /* All IO is now issued, send it on its way */
1093                 blk_run_address_space(inode->i_mapping);
1094                 dio_await_completion(dio);
1095         }
1096
1097         /*
1098          * Sync will always be dropping the final ref and completing the
1099          * operation.  AIO can if it was a broken operation described above or
1100          * in fact if all the bios race to complete before we get here.  In
1101          * that case dio_complete() translates the EIOCBQUEUED into the proper
1102          * return code that the caller will hand to aio_complete().
1103          *
1104          * This is managed by the bio_lock instead of being an atomic_t so that
1105          * completion paths can drop their ref and use the remaining count to
1106          * decide to wake the submission path atomically.
1107          */
1108         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
1109         ret2 = --dio->refcount;
1110         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
1111
1112         if (ret2 == 0) {
1113                 ret = dio_complete(dio, offset, ret);
1114                 kfree(dio);
1115         } else
1116                 BUG_ON(ret != -EIOCBQUEUED);
1117
1118         return ret;
1119 }
1120
1121 /*
1122  * This is a library function for use by filesystem drivers.
1123  *
1124  * The locking rules are governed by the flags parameter:
1125  *  - if the flags value contains DIO_LOCKING we use a fancy locking
1126  *    scheme for dumb filesystems.
1127  *    For writes this function is called under i_mutex and returns with
1128  *    i_mutex held, for reads, i_mutex is not held on entry, but it is
1129  *    taken and dropped again before returning.
1130  *    For reads and writes i_alloc_sem is taken in shared mode and released
1131  *    on I/O completion (which may happen asynchronously after returning to
1132  *    the caller).
1133  *
1134  *  - if the flags value does NOT contain DIO_LOCKING we don't use any
1135  *    internal locking but rather rely on the filesystem to synchronize
1136  *    direct I/O reads/writes versus each other and truncate.
1137  *    For reads and writes both i_mutex and i_alloc_sem are not held on
1138  *    entry and are never taken.
1139  */
1140 ssize_t
1141 __blockdev_direct_IO(int rw, struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
1142         struct block_device *bdev, const struct iovec *iov, loff_t offset, 
1143         unsigned long nr_segs, get_block_t get_block, dio_iodone_t end_io,
1144         dio_submit_t submit_io, int flags)
1145 {
1146         int seg;
1147         size_t size;
1148         unsigned long addr;
1149         unsigned blkbits = inode->i_blkbits;
1150         unsigned bdev_blkbits = 0;
1151         unsigned blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1152         ssize_t retval = -EINVAL;
1153         loff_t end = offset;
1154         struct dio *dio;
1155
1156         if (rw & WRITE)
1157                 rw = WRITE_ODIRECT_PLUG;
1158
1159         if (bdev)
1160                 bdev_blkbits = blksize_bits(bdev_logical_block_size(bdev));
1161
1162         if (offset & blocksize_mask) {
1163                 if (bdev)
1164                          blkbits = bdev_blkbits;
1165                 blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1166                 if (offset & blocksize_mask)
1167                         goto out;
1168         }
1169
1170         /* Check the memory alignment.  Blocks cannot straddle pages */
1171         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
1172                 addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
1173                 size = iov[seg].iov_len;
1174                 end += size;
1175                 if ((addr & blocksize_mask) || (size & blocksize_mask))  {
1176                         if (bdev)
1177                                  blkbits = bdev_blkbits;
1178                         blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
1179                         if ((addr & blocksize_mask) || (size & blocksize_mask))  
1180                                 goto out;
1181                 }
1182         }
1183
1184         dio = kmalloc(sizeof(*dio), GFP_KERNEL);
1185         retval = -ENOMEM;
1186         if (!dio)
1187                 goto out;
1188         /*
1189          * Believe it or not, zeroing out the page array caused a .5%
1190          * performance regression in a database benchmark.  So, we take
1191          * care to only zero out what's needed.
1192          */
1193         memset(dio, 0, offsetof(struct dio, pages));
1194
1195         dio->flags = flags;
1196         if (dio->flags & DIO_LOCKING) {
1197                 /* watch out for a 0 len io from a tricksy fs */
1198                 if (rw == READ && end > offset) {
1199                         struct address_space *mapping =
1200                                         iocb->ki_filp->f_mapping;
1201
1202                         /* will be released by direct_io_worker */
1203                         mutex_lock(&inode->i_mutex);
1204
1205                         retval = filemap_write_and_wait_range(mapping, offset,
1206                                                               end - 1);
1207                         if (retval) {
1208                                 mutex_unlock(&inode->i_mutex);
1209                                 kfree(dio);
1210                                 goto out;
1211                         }
1212                 }
1213
1214                 /*
1215                  * Will be released at I/O completion, possibly in a
1216                  * different thread.
1217                  */
1218                 down_read_non_owner(&inode->i_alloc_sem);
1219         }
1220
1221         /*
1222          * For file extending writes updating i_size before data
1223          * writeouts complete can expose uninitialized blocks. So
1224          * even for AIO, we need to wait for i/o to complete before
1225          * returning in this case.
1226          */
1227         dio->is_async = !is_sync_kiocb(iocb) && !((rw & WRITE) &&
1228                 (end > i_size_read(inode)));
1229
1230         retval = direct_io_worker(rw, iocb, inode, iov, offset,
1231                                 nr_segs, blkbits, get_block, end_io,
1232                                 submit_io, dio);
1233
1234         /*
1235          * In case of error extending write may have instantiated a few
1236          * blocks outside i_size. Trim these off again for DIO_LOCKING.
1237          *
1238          * NOTE: filesystems with their own locking have to handle this
1239          * on their own.
1240          */
1241         if (flags & DIO_LOCKING) {
1242                 if (unlikely((rw & WRITE) && retval < 0)) {
1243                         loff_t isize = i_size_read(inode);
1244                         if (end > isize)
1245                                 vmtruncate(inode, isize);
1246                 }
1247         }
1248
1249 out:
1250         return retval;
1251 }
1252 EXPORT_SYMBOL(__blockdev_direct_IO);