Merge tag 'for-6.4/dm-changes' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/devic...
[linux-block.git] / fs / iomap / buffered-io.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  * Copyright (C) 2010 Red Hat, Inc.
4  * Copyright (C) 2016-2019 Christoph Hellwig.
5  */
6 #include <linux/module.h>
7 #include <linux/compiler.h>
8 #include <linux/fs.h>
9 #include <linux/iomap.h>
10 #include <linux/pagemap.h>
11 #include <linux/uio.h>
12 #include <linux/buffer_head.h>
13 #include <linux/dax.h>
14 #include <linux/writeback.h>
15 #include <linux/list_sort.h>
16 #include <linux/swap.h>
17 #include <linux/bio.h>
18 #include <linux/sched/signal.h>
19 #include <linux/migrate.h>
20 #include "trace.h"
21
22 #include "../internal.h"
23
24 #define IOEND_BATCH_SIZE        4096
25
26 /*
27  * Structure allocated for each folio when block size < folio size
28  * to track sub-folio uptodate status and I/O completions.
29  */
30 struct iomap_page {
31         atomic_t                read_bytes_pending;
32         atomic_t                write_bytes_pending;
33         spinlock_t              uptodate_lock;
34         unsigned long           uptodate[];
35 };
36
37 static inline struct iomap_page *to_iomap_page(struct folio *folio)
38 {
39         if (folio_test_private(folio))
40                 return folio_get_private(folio);
41         return NULL;
42 }
43
44 static struct bio_set iomap_ioend_bioset;
45
46 static struct iomap_page *
47 iomap_page_create(struct inode *inode, struct folio *folio, unsigned int flags)
48 {
49         struct iomap_page *iop = to_iomap_page(folio);
50         unsigned int nr_blocks = i_blocks_per_folio(inode, folio);
51         gfp_t gfp;
52
53         if (iop || nr_blocks <= 1)
54                 return iop;
55
56         if (flags & IOMAP_NOWAIT)
57                 gfp = GFP_NOWAIT;
58         else
59                 gfp = GFP_NOFS | __GFP_NOFAIL;
60
61         iop = kzalloc(struct_size(iop, uptodate, BITS_TO_LONGS(nr_blocks)),
62                       gfp);
63         if (iop) {
64                 spin_lock_init(&iop->uptodate_lock);
65                 if (folio_test_uptodate(folio))
66                         bitmap_fill(iop->uptodate, nr_blocks);
67                 folio_attach_private(folio, iop);
68         }
69         return iop;
70 }
71
72 static void iomap_page_release(struct folio *folio)
73 {
74         struct iomap_page *iop = folio_detach_private(folio);
75         struct inode *inode = folio->mapping->host;
76         unsigned int nr_blocks = i_blocks_per_folio(inode, folio);
77
78         if (!iop)
79                 return;
80         WARN_ON_ONCE(atomic_read(&iop->read_bytes_pending));
81         WARN_ON_ONCE(atomic_read(&iop->write_bytes_pending));
82         WARN_ON_ONCE(bitmap_full(iop->uptodate, nr_blocks) !=
83                         folio_test_uptodate(folio));
84         kfree(iop);
85 }
86
87 /*
88  * Calculate the range inside the folio that we actually need to read.
89  */
90 static void iomap_adjust_read_range(struct inode *inode, struct folio *folio,
91                 loff_t *pos, loff_t length, size_t *offp, size_t *lenp)
92 {
93         struct iomap_page *iop = to_iomap_page(folio);
94         loff_t orig_pos = *pos;
95         loff_t isize = i_size_read(inode);
96         unsigned block_bits = inode->i_blkbits;
97         unsigned block_size = (1 << block_bits);
98         size_t poff = offset_in_folio(folio, *pos);
99         size_t plen = min_t(loff_t, folio_size(folio) - poff, length);
100         unsigned first = poff >> block_bits;
101         unsigned last = (poff + plen - 1) >> block_bits;
102
103         /*
104          * If the block size is smaller than the page size, we need to check the
105          * per-block uptodate status and adjust the offset and length if needed
106          * to avoid reading in already uptodate ranges.
107          */
108         if (iop) {
109                 unsigned int i;
110
111                 /* move forward for each leading block marked uptodate */
112                 for (i = first; i <= last; i++) {
113                         if (!test_bit(i, iop->uptodate))
114                                 break;
115                         *pos += block_size;
116                         poff += block_size;
117                         plen -= block_size;
118                         first++;
119                 }
120
121                 /* truncate len if we find any trailing uptodate block(s) */
122                 for ( ; i <= last; i++) {
123                         if (test_bit(i, iop->uptodate)) {
124                                 plen -= (last - i + 1) * block_size;
125                                 last = i - 1;
126                                 break;
127                         }
128                 }
129         }
130
131         /*
132          * If the extent spans the block that contains the i_size, we need to
133          * handle both halves separately so that we properly zero data in the
134          * page cache for blocks that are entirely outside of i_size.
135          */
136         if (orig_pos <= isize && orig_pos + length > isize) {
137                 unsigned end = offset_in_folio(folio, isize - 1) >> block_bits;
138
139                 if (first <= end && last > end)
140                         plen -= (last - end) * block_size;
141         }
142
143         *offp = poff;
144         *lenp = plen;
145 }
146
147 static void iomap_iop_set_range_uptodate(struct folio *folio,
148                 struct iomap_page *iop, size_t off, size_t len)
149 {
150         struct inode *inode = folio->mapping->host;
151         unsigned first = off >> inode->i_blkbits;
152         unsigned last = (off + len - 1) >> inode->i_blkbits;
153         unsigned long flags;
154
155         spin_lock_irqsave(&iop->uptodate_lock, flags);
156         bitmap_set(iop->uptodate, first, last - first + 1);
157         if (bitmap_full(iop->uptodate, i_blocks_per_folio(inode, folio)))
158                 folio_mark_uptodate(folio);
159         spin_unlock_irqrestore(&iop->uptodate_lock, flags);
160 }
161
162 static void iomap_set_range_uptodate(struct folio *folio,
163                 struct iomap_page *iop, size_t off, size_t len)
164 {
165         if (iop)
166                 iomap_iop_set_range_uptodate(folio, iop, off, len);
167         else
168                 folio_mark_uptodate(folio);
169 }
170
171 static void iomap_finish_folio_read(struct folio *folio, size_t offset,
172                 size_t len, int error)
173 {
174         struct iomap_page *iop = to_iomap_page(folio);
175
176         if (unlikely(error)) {
177                 folio_clear_uptodate(folio);
178                 folio_set_error(folio);
179         } else {
180                 iomap_set_range_uptodate(folio, iop, offset, len);
181         }
182
183         if (!iop || atomic_sub_and_test(len, &iop->read_bytes_pending))
184                 folio_unlock(folio);
185 }
186
187 static void iomap_read_end_io(struct bio *bio)
188 {
189         int error = blk_status_to_errno(bio->bi_status);
190         struct folio_iter fi;
191
192         bio_for_each_folio_all(fi, bio)
193                 iomap_finish_folio_read(fi.folio, fi.offset, fi.length, error);
194         bio_put(bio);
195 }
196
197 struct iomap_readpage_ctx {
198         struct folio            *cur_folio;
199         bool                    cur_folio_in_bio;
200         struct bio              *bio;
201         struct readahead_control *rac;
202 };
203
204 /**
205  * iomap_read_inline_data - copy inline data into the page cache
206  * @iter: iteration structure
207  * @folio: folio to copy to
208  *
209  * Copy the inline data in @iter into @folio and zero out the rest of the folio.
210  * Only a single IOMAP_INLINE extent is allowed at the end of each file.
211  * Returns zero for success to complete the read, or the usual negative errno.
212  */
213 static int iomap_read_inline_data(const struct iomap_iter *iter,
214                 struct folio *folio)
215 {
216         struct iomap_page *iop;
217         const struct iomap *iomap = iomap_iter_srcmap(iter);
218         size_t size = i_size_read(iter->inode) - iomap->offset;
219         size_t poff = offset_in_page(iomap->offset);
220         size_t offset = offset_in_folio(folio, iomap->offset);
221         void *addr;
222
223         if (folio_test_uptodate(folio))
224                 return 0;
225
226         if (WARN_ON_ONCE(size > PAGE_SIZE - poff))
227                 return -EIO;
228         if (WARN_ON_ONCE(size > PAGE_SIZE -
229                          offset_in_page(iomap->inline_data)))
230                 return -EIO;
231         if (WARN_ON_ONCE(size > iomap->length))
232                 return -EIO;
233         if (offset > 0)
234                 iop = iomap_page_create(iter->inode, folio, iter->flags);
235         else
236                 iop = to_iomap_page(folio);
237
238         addr = kmap_local_folio(folio, offset);
239         memcpy(addr, iomap->inline_data, size);
240         memset(addr + size, 0, PAGE_SIZE - poff - size);
241         kunmap_local(addr);
242         iomap_set_range_uptodate(folio, iop, offset, PAGE_SIZE - poff);
243         return 0;
244 }
245
246 static inline bool iomap_block_needs_zeroing(const struct iomap_iter *iter,
247                 loff_t pos)
248 {
249         const struct iomap *srcmap = iomap_iter_srcmap(iter);
250
251         return srcmap->type != IOMAP_MAPPED ||
252                 (srcmap->flags & IOMAP_F_NEW) ||
253                 pos >= i_size_read(iter->inode);
254 }
255
256 static loff_t iomap_readpage_iter(const struct iomap_iter *iter,
257                 struct iomap_readpage_ctx *ctx, loff_t offset)
258 {
259         const struct iomap *iomap = &iter->iomap;
260         loff_t pos = iter->pos + offset;
261         loff_t length = iomap_length(iter) - offset;
262         struct folio *folio = ctx->cur_folio;
263         struct iomap_page *iop;
264         loff_t orig_pos = pos;
265         size_t poff, plen;
266         sector_t sector;
267
268         if (iomap->type == IOMAP_INLINE)
269                 return iomap_read_inline_data(iter, folio);
270
271         /* zero post-eof blocks as the page may be mapped */
272         iop = iomap_page_create(iter->inode, folio, iter->flags);
273         iomap_adjust_read_range(iter->inode, folio, &pos, length, &poff, &plen);
274         if (plen == 0)
275                 goto done;
276
277         if (iomap_block_needs_zeroing(iter, pos)) {
278                 folio_zero_range(folio, poff, plen);
279                 iomap_set_range_uptodate(folio, iop, poff, plen);
280                 goto done;
281         }
282
283         ctx->cur_folio_in_bio = true;
284         if (iop)
285                 atomic_add(plen, &iop->read_bytes_pending);
286
287         sector = iomap_sector(iomap, pos);
288         if (!ctx->bio ||
289             bio_end_sector(ctx->bio) != sector ||
290             !bio_add_folio(ctx->bio, folio, plen, poff)) {
291                 gfp_t gfp = mapping_gfp_constraint(folio->mapping, GFP_KERNEL);
292                 gfp_t orig_gfp = gfp;
293                 unsigned int nr_vecs = DIV_ROUND_UP(length, PAGE_SIZE);
294
295                 if (ctx->bio)
296                         submit_bio(ctx->bio);
297
298                 if (ctx->rac) /* same as readahead_gfp_mask */
299                         gfp |= __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN;
300                 ctx->bio = bio_alloc(iomap->bdev, bio_max_segs(nr_vecs),
301                                      REQ_OP_READ, gfp);
302                 /*
303                  * If the bio_alloc fails, try it again for a single page to
304                  * avoid having to deal with partial page reads.  This emulates
305                  * what do_mpage_read_folio does.
306                  */
307                 if (!ctx->bio) {
308                         ctx->bio = bio_alloc(iomap->bdev, 1, REQ_OP_READ,
309                                              orig_gfp);
310                 }
311                 if (ctx->rac)
312                         ctx->bio->bi_opf |= REQ_RAHEAD;
313                 ctx->bio->bi_iter.bi_sector = sector;
314                 ctx->bio->bi_end_io = iomap_read_end_io;
315                 bio_add_folio(ctx->bio, folio, plen, poff);
316         }
317
318 done:
319         /*
320          * Move the caller beyond our range so that it keeps making progress.
321          * For that, we have to include any leading non-uptodate ranges, but
322          * we can skip trailing ones as they will be handled in the next
323          * iteration.
324          */
325         return pos - orig_pos + plen;
326 }
327
328 int iomap_read_folio(struct folio *folio, const struct iomap_ops *ops)
329 {
330         struct iomap_iter iter = {
331                 .inode          = folio->mapping->host,
332                 .pos            = folio_pos(folio),
333                 .len            = folio_size(folio),
334         };
335         struct iomap_readpage_ctx ctx = {
336                 .cur_folio      = folio,
337         };
338         int ret;
339
340         trace_iomap_readpage(iter.inode, 1);
341
342         while ((ret = iomap_iter(&iter, ops)) > 0)
343                 iter.processed = iomap_readpage_iter(&iter, &ctx, 0);
344
345         if (ret < 0)
346                 folio_set_error(folio);
347
348         if (ctx.bio) {
349                 submit_bio(ctx.bio);
350                 WARN_ON_ONCE(!ctx.cur_folio_in_bio);
351         } else {
352                 WARN_ON_ONCE(ctx.cur_folio_in_bio);
353                 folio_unlock(folio);
354         }
355
356         /*
357          * Just like mpage_readahead and block_read_full_folio, we always
358          * return 0 and just set the folio error flag on errors.  This
359          * should be cleaned up throughout the stack eventually.
360          */
361         return 0;
362 }
363 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_read_folio);
364
365 static loff_t iomap_readahead_iter(const struct iomap_iter *iter,
366                 struct iomap_readpage_ctx *ctx)
367 {
368         loff_t length = iomap_length(iter);
369         loff_t done, ret;
370
371         for (done = 0; done < length; done += ret) {
372                 if (ctx->cur_folio &&
373                     offset_in_folio(ctx->cur_folio, iter->pos + done) == 0) {
374                         if (!ctx->cur_folio_in_bio)
375                                 folio_unlock(ctx->cur_folio);
376                         ctx->cur_folio = NULL;
377                 }
378                 if (!ctx->cur_folio) {
379                         ctx->cur_folio = readahead_folio(ctx->rac);
380                         ctx->cur_folio_in_bio = false;
381                 }
382                 ret = iomap_readpage_iter(iter, ctx, done);
383                 if (ret <= 0)
384                         return ret;
385         }
386
387         return done;
388 }
389
390 /**
391  * iomap_readahead - Attempt to read pages from a file.
392  * @rac: Describes the pages to be read.
393  * @ops: The operations vector for the filesystem.
394  *
395  * This function is for filesystems to call to implement their readahead
396  * address_space operation.
397  *
398  * Context: The @ops callbacks may submit I/O (eg to read the addresses of
399  * blocks from disc), and may wait for it.  The caller may be trying to
400  * access a different page, and so sleeping excessively should be avoided.
401  * It may allocate memory, but should avoid costly allocations.  This
402  * function is called with memalloc_nofs set, so allocations will not cause
403  * the filesystem to be reentered.
404  */
405 void iomap_readahead(struct readahead_control *rac, const struct iomap_ops *ops)
406 {
407         struct iomap_iter iter = {
408                 .inode  = rac->mapping->host,
409                 .pos    = readahead_pos(rac),
410                 .len    = readahead_length(rac),
411         };
412         struct iomap_readpage_ctx ctx = {
413                 .rac    = rac,
414         };
415
416         trace_iomap_readahead(rac->mapping->host, readahead_count(rac));
417
418         while (iomap_iter(&iter, ops) > 0)
419                 iter.processed = iomap_readahead_iter(&iter, &ctx);
420
421         if (ctx.bio)
422                 submit_bio(ctx.bio);
423         if (ctx.cur_folio) {
424                 if (!ctx.cur_folio_in_bio)
425                         folio_unlock(ctx.cur_folio);
426         }
427 }
428 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_readahead);
429
430 /*
431  * iomap_is_partially_uptodate checks whether blocks within a folio are
432  * uptodate or not.
433  *
434  * Returns true if all blocks which correspond to the specified part
435  * of the folio are uptodate.
436  */
437 bool iomap_is_partially_uptodate(struct folio *folio, size_t from, size_t count)
438 {
439         struct iomap_page *iop = to_iomap_page(folio);
440         struct inode *inode = folio->mapping->host;
441         unsigned first, last, i;
442
443         if (!iop)
444                 return false;
445
446         /* Caller's range may extend past the end of this folio */
447         count = min(folio_size(folio) - from, count);
448
449         /* First and last blocks in range within folio */
450         first = from >> inode->i_blkbits;
451         last = (from + count - 1) >> inode->i_blkbits;
452
453         for (i = first; i <= last; i++)
454                 if (!test_bit(i, iop->uptodate))
455                         return false;
456         return true;
457 }
458 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_is_partially_uptodate);
459
460 /**
461  * iomap_get_folio - get a folio reference for writing
462  * @iter: iteration structure
463  * @pos: start offset of write
464  *
465  * Returns a locked reference to the folio at @pos, or an error pointer if the
466  * folio could not be obtained.
467  */
468 struct folio *iomap_get_folio(struct iomap_iter *iter, loff_t pos)
469 {
470         unsigned fgp = FGP_WRITEBEGIN | FGP_NOFS;
471         struct folio *folio;
472
473         if (iter->flags & IOMAP_NOWAIT)
474                 fgp |= FGP_NOWAIT;
475
476         folio = __filemap_get_folio(iter->inode->i_mapping, pos >> PAGE_SHIFT,
477                         fgp, mapping_gfp_mask(iter->inode->i_mapping));
478         if (folio)
479                 return folio;
480
481         if (iter->flags & IOMAP_NOWAIT)
482                 return ERR_PTR(-EAGAIN);
483         return ERR_PTR(-ENOMEM);
484 }
485 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_get_folio);
486
487 bool iomap_release_folio(struct folio *folio, gfp_t gfp_flags)
488 {
489         trace_iomap_release_folio(folio->mapping->host, folio_pos(folio),
490                         folio_size(folio));
491
492         /*
493          * mm accommodates an old ext3 case where clean folios might
494          * not have had the dirty bit cleared.  Thus, it can send actual
495          * dirty folios to ->release_folio() via shrink_active_list();
496          * skip those here.
497          */
498         if (folio_test_dirty(folio) || folio_test_writeback(folio))
499                 return false;
500         iomap_page_release(folio);
501         return true;
502 }
503 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_release_folio);
504
505 void iomap_invalidate_folio(struct folio *folio, size_t offset, size_t len)
506 {
507         trace_iomap_invalidate_folio(folio->mapping->host,
508                                         folio_pos(folio) + offset, len);
509
510         /*
511          * If we're invalidating the entire folio, clear the dirty state
512          * from it and release it to avoid unnecessary buildup of the LRU.
513          */
514         if (offset == 0 && len == folio_size(folio)) {
515                 WARN_ON_ONCE(folio_test_writeback(folio));
516                 folio_cancel_dirty(folio);
517                 iomap_page_release(folio);
518         } else if (folio_test_large(folio)) {
519                 /* Must release the iop so the page can be split */
520                 WARN_ON_ONCE(!folio_test_uptodate(folio) &&
521                              folio_test_dirty(folio));
522                 iomap_page_release(folio);
523         }
524 }
525 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_invalidate_folio);
526
527 static void
528 iomap_write_failed(struct inode *inode, loff_t pos, unsigned len)
529 {
530         loff_t i_size = i_size_read(inode);
531
532         /*
533          * Only truncate newly allocated pages beyoned EOF, even if the
534          * write started inside the existing inode size.
535          */
536         if (pos + len > i_size)
537                 truncate_pagecache_range(inode, max(pos, i_size),
538                                          pos + len - 1);
539 }
540
541 static int iomap_read_folio_sync(loff_t block_start, struct folio *folio,
542                 size_t poff, size_t plen, const struct iomap *iomap)
543 {
544         struct bio_vec bvec;
545         struct bio bio;
546
547         bio_init(&bio, iomap->bdev, &bvec, 1, REQ_OP_READ);
548         bio.bi_iter.bi_sector = iomap_sector(iomap, block_start);
549         bio_add_folio(&bio, folio, plen, poff);
550         return submit_bio_wait(&bio);
551 }
552
553 static int __iomap_write_begin(const struct iomap_iter *iter, loff_t pos,
554                 size_t len, struct folio *folio)
555 {
556         const struct iomap *srcmap = iomap_iter_srcmap(iter);
557         struct iomap_page *iop;
558         loff_t block_size = i_blocksize(iter->inode);
559         loff_t block_start = round_down(pos, block_size);
560         loff_t block_end = round_up(pos + len, block_size);
561         unsigned int nr_blocks = i_blocks_per_folio(iter->inode, folio);
562         size_t from = offset_in_folio(folio, pos), to = from + len;
563         size_t poff, plen;
564
565         if (folio_test_uptodate(folio))
566                 return 0;
567         folio_clear_error(folio);
568
569         iop = iomap_page_create(iter->inode, folio, iter->flags);
570         if ((iter->flags & IOMAP_NOWAIT) && !iop && nr_blocks > 1)
571                 return -EAGAIN;
572
573         do {
574                 iomap_adjust_read_range(iter->inode, folio, &block_start,
575                                 block_end - block_start, &poff, &plen);
576                 if (plen == 0)
577                         break;
578
579                 if (!(iter->flags & IOMAP_UNSHARE) &&
580                     (from <= poff || from >= poff + plen) &&
581                     (to <= poff || to >= poff + plen))
582                         continue;
583
584                 if (iomap_block_needs_zeroing(iter, block_start)) {
585                         if (WARN_ON_ONCE(iter->flags & IOMAP_UNSHARE))
586                                 return -EIO;
587                         folio_zero_segments(folio, poff, from, to, poff + plen);
588                 } else {
589                         int status;
590
591                         if (iter->flags & IOMAP_NOWAIT)
592                                 return -EAGAIN;
593
594                         status = iomap_read_folio_sync(block_start, folio,
595                                         poff, plen, srcmap);
596                         if (status)
597                                 return status;
598                 }
599                 iomap_set_range_uptodate(folio, iop, poff, plen);
600         } while ((block_start += plen) < block_end);
601
602         return 0;
603 }
604
605 static struct folio *__iomap_get_folio(struct iomap_iter *iter, loff_t pos,
606                 size_t len)
607 {
608         const struct iomap_folio_ops *folio_ops = iter->iomap.folio_ops;
609
610         if (folio_ops && folio_ops->get_folio)
611                 return folio_ops->get_folio(iter, pos, len);
612         else
613                 return iomap_get_folio(iter, pos);
614 }
615
616 static void __iomap_put_folio(struct iomap_iter *iter, loff_t pos, size_t ret,
617                 struct folio *folio)
618 {
619         const struct iomap_folio_ops *folio_ops = iter->iomap.folio_ops;
620
621         if (folio_ops && folio_ops->put_folio) {
622                 folio_ops->put_folio(iter->inode, pos, ret, folio);
623         } else {
624                 folio_unlock(folio);
625                 folio_put(folio);
626         }
627 }
628
629 static int iomap_write_begin_inline(const struct iomap_iter *iter,
630                 struct folio *folio)
631 {
632         /* needs more work for the tailpacking case; disable for now */
633         if (WARN_ON_ONCE(iomap_iter_srcmap(iter)->offset != 0))
634                 return -EIO;
635         return iomap_read_inline_data(iter, folio);
636 }
637
638 static int iomap_write_begin(struct iomap_iter *iter, loff_t pos,
639                 size_t len, struct folio **foliop)
640 {
641         const struct iomap_folio_ops *folio_ops = iter->iomap.folio_ops;
642         const struct iomap *srcmap = iomap_iter_srcmap(iter);
643         struct folio *folio;
644         int status = 0;
645
646         BUG_ON(pos + len > iter->iomap.offset + iter->iomap.length);
647         if (srcmap != &iter->iomap)
648                 BUG_ON(pos + len > srcmap->offset + srcmap->length);
649
650         if (fatal_signal_pending(current))
651                 return -EINTR;
652
653         if (!mapping_large_folio_support(iter->inode->i_mapping))
654                 len = min_t(size_t, len, PAGE_SIZE - offset_in_page(pos));
655
656         folio = __iomap_get_folio(iter, pos, len);
657         if (IS_ERR(folio))
658                 return PTR_ERR(folio);
659
660         /*
661          * Now we have a locked folio, before we do anything with it we need to
662          * check that the iomap we have cached is not stale. The inode extent
663          * mapping can change due to concurrent IO in flight (e.g.
664          * IOMAP_UNWRITTEN state can change and memory reclaim could have
665          * reclaimed a previously partially written page at this index after IO
666          * completion before this write reaches this file offset) and hence we
667          * could do the wrong thing here (zero a page range incorrectly or fail
668          * to zero) and corrupt data.
669          */
670         if (folio_ops && folio_ops->iomap_valid) {
671                 bool iomap_valid = folio_ops->iomap_valid(iter->inode,
672                                                          &iter->iomap);
673                 if (!iomap_valid) {
674                         iter->iomap.flags |= IOMAP_F_STALE;
675                         status = 0;
676                         goto out_unlock;
677                 }
678         }
679
680         if (pos + len > folio_pos(folio) + folio_size(folio))
681                 len = folio_pos(folio) + folio_size(folio) - pos;
682
683         if (srcmap->type == IOMAP_INLINE)
684                 status = iomap_write_begin_inline(iter, folio);
685         else if (srcmap->flags & IOMAP_F_BUFFER_HEAD)
686                 status = __block_write_begin_int(folio, pos, len, NULL, srcmap);
687         else
688                 status = __iomap_write_begin(iter, pos, len, folio);
689
690         if (unlikely(status))
691                 goto out_unlock;
692
693         *foliop = folio;
694         return 0;
695
696 out_unlock:
697         __iomap_put_folio(iter, pos, 0, folio);
698         iomap_write_failed(iter->inode, pos, len);
699
700         return status;
701 }
702
703 static size_t __iomap_write_end(struct inode *inode, loff_t pos, size_t len,
704                 size_t copied, struct folio *folio)
705 {
706         struct iomap_page *iop = to_iomap_page(folio);
707         flush_dcache_folio(folio);
708
709         /*
710          * The blocks that were entirely written will now be uptodate, so we
711          * don't have to worry about a read_folio reading them and overwriting a
712          * partial write.  However, if we've encountered a short write and only
713          * partially written into a block, it will not be marked uptodate, so a
714          * read_folio might come in and destroy our partial write.
715          *
716          * Do the simplest thing and just treat any short write to a
717          * non-uptodate page as a zero-length write, and force the caller to
718          * redo the whole thing.
719          */
720         if (unlikely(copied < len && !folio_test_uptodate(folio)))
721                 return 0;
722         iomap_set_range_uptodate(folio, iop, offset_in_folio(folio, pos), len);
723         filemap_dirty_folio(inode->i_mapping, folio);
724         return copied;
725 }
726
727 static size_t iomap_write_end_inline(const struct iomap_iter *iter,
728                 struct folio *folio, loff_t pos, size_t copied)
729 {
730         const struct iomap *iomap = &iter->iomap;
731         void *addr;
732
733         WARN_ON_ONCE(!folio_test_uptodate(folio));
734         BUG_ON(!iomap_inline_data_valid(iomap));
735
736         flush_dcache_folio(folio);
737         addr = kmap_local_folio(folio, pos);
738         memcpy(iomap_inline_data(iomap, pos), addr, copied);
739         kunmap_local(addr);
740
741         mark_inode_dirty(iter->inode);
742         return copied;
743 }
744
745 /* Returns the number of bytes copied.  May be 0.  Cannot be an errno. */
746 static size_t iomap_write_end(struct iomap_iter *iter, loff_t pos, size_t len,
747                 size_t copied, struct folio *folio)
748 {
749         const struct iomap *srcmap = iomap_iter_srcmap(iter);
750         loff_t old_size = iter->inode->i_size;
751         size_t ret;
752
753         if (srcmap->type == IOMAP_INLINE) {
754                 ret = iomap_write_end_inline(iter, folio, pos, copied);
755         } else if (srcmap->flags & IOMAP_F_BUFFER_HEAD) {
756                 ret = block_write_end(NULL, iter->inode->i_mapping, pos, len,
757                                 copied, &folio->page, NULL);
758         } else {
759                 ret = __iomap_write_end(iter->inode, pos, len, copied, folio);
760         }
761
762         /*
763          * Update the in-memory inode size after copying the data into the page
764          * cache.  It's up to the file system to write the updated size to disk,
765          * preferably after I/O completion so that no stale data is exposed.
766          */
767         if (pos + ret > old_size) {
768                 i_size_write(iter->inode, pos + ret);
769                 iter->iomap.flags |= IOMAP_F_SIZE_CHANGED;
770         }
771         __iomap_put_folio(iter, pos, ret, folio);
772
773         if (old_size < pos)
774                 pagecache_isize_extended(iter->inode, old_size, pos);
775         if (ret < len)
776                 iomap_write_failed(iter->inode, pos + ret, len - ret);
777         return ret;
778 }
779
780 static loff_t iomap_write_iter(struct iomap_iter *iter, struct iov_iter *i)
781 {
782         loff_t length = iomap_length(iter);
783         loff_t pos = iter->pos;
784         ssize_t written = 0;
785         long status = 0;
786         struct address_space *mapping = iter->inode->i_mapping;
787         unsigned int bdp_flags = (iter->flags & IOMAP_NOWAIT) ? BDP_ASYNC : 0;
788
789         do {
790                 struct folio *folio;
791                 struct page *page;
792                 unsigned long offset;   /* Offset into pagecache page */
793                 unsigned long bytes;    /* Bytes to write to page */
794                 size_t copied;          /* Bytes copied from user */
795
796                 offset = offset_in_page(pos);
797                 bytes = min_t(unsigned long, PAGE_SIZE - offset,
798                                                 iov_iter_count(i));
799 again:
800                 status = balance_dirty_pages_ratelimited_flags(mapping,
801                                                                bdp_flags);
802                 if (unlikely(status))
803                         break;
804
805                 if (bytes > length)
806                         bytes = length;
807
808                 /*
809                  * Bring in the user page that we'll copy from _first_.
810                  * Otherwise there's a nasty deadlock on copying from the
811                  * same page as we're writing to, without it being marked
812                  * up-to-date.
813                  *
814                  * For async buffered writes the assumption is that the user
815                  * page has already been faulted in. This can be optimized by
816                  * faulting the user page.
817                  */
818                 if (unlikely(fault_in_iov_iter_readable(i, bytes) == bytes)) {
819                         status = -EFAULT;
820                         break;
821                 }
822
823                 status = iomap_write_begin(iter, pos, bytes, &folio);
824                 if (unlikely(status))
825                         break;
826                 if (iter->iomap.flags & IOMAP_F_STALE)
827                         break;
828
829                 page = folio_file_page(folio, pos >> PAGE_SHIFT);
830                 if (mapping_writably_mapped(mapping))
831                         flush_dcache_page(page);
832
833                 copied = copy_page_from_iter_atomic(page, offset, bytes, i);
834
835                 status = iomap_write_end(iter, pos, bytes, copied, folio);
836
837                 if (unlikely(copied != status))
838                         iov_iter_revert(i, copied - status);
839
840                 cond_resched();
841                 if (unlikely(status == 0)) {
842                         /*
843                          * A short copy made iomap_write_end() reject the
844                          * thing entirely.  Might be memory poisoning
845                          * halfway through, might be a race with munmap,
846                          * might be severe memory pressure.
847                          */
848                         if (copied)
849                                 bytes = copied;
850                         goto again;
851                 }
852                 pos += status;
853                 written += status;
854                 length -= status;
855         } while (iov_iter_count(i) && length);
856
857         if (status == -EAGAIN) {
858                 iov_iter_revert(i, written);
859                 return -EAGAIN;
860         }
861         return written ? written : status;
862 }
863
864 ssize_t
865 iomap_file_buffered_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *i,
866                 const struct iomap_ops *ops)
867 {
868         struct iomap_iter iter = {
869                 .inode          = iocb->ki_filp->f_mapping->host,
870                 .pos            = iocb->ki_pos,
871                 .len            = iov_iter_count(i),
872                 .flags          = IOMAP_WRITE,
873         };
874         int ret;
875
876         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT)
877                 iter.flags |= IOMAP_NOWAIT;
878
879         while ((ret = iomap_iter(&iter, ops)) > 0)
880                 iter.processed = iomap_write_iter(&iter, i);
881         if (iter.pos == iocb->ki_pos)
882                 return ret;
883         return iter.pos - iocb->ki_pos;
884 }
885 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_file_buffered_write);
886
887 /*
888  * Scan the data range passed to us for dirty page cache folios. If we find a
889  * dirty folio, punch out the preceeding range and update the offset from which
890  * the next punch will start from.
891  *
892  * We can punch out storage reservations under clean pages because they either
893  * contain data that has been written back - in which case the delalloc punch
894  * over that range is a no-op - or they have been read faults in which case they
895  * contain zeroes and we can remove the delalloc backing range and any new
896  * writes to those pages will do the normal hole filling operation...
897  *
898  * This makes the logic simple: we only need to keep the delalloc extents only
899  * over the dirty ranges of the page cache.
900  *
901  * This function uses [start_byte, end_byte) intervals (i.e. open ended) to
902  * simplify range iterations.
903  */
904 static int iomap_write_delalloc_scan(struct inode *inode,
905                 loff_t *punch_start_byte, loff_t start_byte, loff_t end_byte,
906                 int (*punch)(struct inode *inode, loff_t offset, loff_t length))
907 {
908         while (start_byte < end_byte) {
909                 struct folio    *folio;
910
911                 /* grab locked page */
912                 folio = filemap_lock_folio(inode->i_mapping,
913                                 start_byte >> PAGE_SHIFT);
914                 if (!folio) {
915                         start_byte = ALIGN_DOWN(start_byte, PAGE_SIZE) +
916                                         PAGE_SIZE;
917                         continue;
918                 }
919
920                 /* if dirty, punch up to offset */
921                 if (folio_test_dirty(folio)) {
922                         if (start_byte > *punch_start_byte) {
923                                 int     error;
924
925                                 error = punch(inode, *punch_start_byte,
926                                                 start_byte - *punch_start_byte);
927                                 if (error) {
928                                         folio_unlock(folio);
929                                         folio_put(folio);
930                                         return error;
931                                 }
932                         }
933
934                         /*
935                          * Make sure the next punch start is correctly bound to
936                          * the end of this data range, not the end of the folio.
937                          */
938                         *punch_start_byte = min_t(loff_t, end_byte,
939                                         folio_next_index(folio) << PAGE_SHIFT);
940                 }
941
942                 /* move offset to start of next folio in range */
943                 start_byte = folio_next_index(folio) << PAGE_SHIFT;
944                 folio_unlock(folio);
945                 folio_put(folio);
946         }
947         return 0;
948 }
949
950 /*
951  * Punch out all the delalloc blocks in the range given except for those that
952  * have dirty data still pending in the page cache - those are going to be
953  * written and so must still retain the delalloc backing for writeback.
954  *
955  * As we are scanning the page cache for data, we don't need to reimplement the
956  * wheel - mapping_seek_hole_data() does exactly what we need to identify the
957  * start and end of data ranges correctly even for sub-folio block sizes. This
958  * byte range based iteration is especially convenient because it means we
959  * don't have to care about variable size folios, nor where the start or end of
960  * the data range lies within a folio, if they lie within the same folio or even
961  * if there are multiple discontiguous data ranges within the folio.
962  *
963  * It should be noted that mapping_seek_hole_data() is not aware of EOF, and so
964  * can return data ranges that exist in the cache beyond EOF. e.g. a page fault
965  * spanning EOF will initialise the post-EOF data to zeroes and mark it up to
966  * date. A write page fault can then mark it dirty. If we then fail a write()
967  * beyond EOF into that up to date cached range, we allocate a delalloc block
968  * beyond EOF and then have to punch it out. Because the range is up to date,
969  * mapping_seek_hole_data() will return it, and we will skip the punch because
970  * the folio is dirty. THis is incorrect - we always need to punch out delalloc
971  * beyond EOF in this case as writeback will never write back and covert that
972  * delalloc block beyond EOF. Hence we limit the cached data scan range to EOF,
973  * resulting in always punching out the range from the EOF to the end of the
974  * range the iomap spans.
975  *
976  * Intervals are of the form [start_byte, end_byte) (i.e. open ended) because it
977  * matches the intervals returned by mapping_seek_hole_data(). i.e. SEEK_DATA
978  * returns the start of a data range (start_byte), and SEEK_HOLE(start_byte)
979  * returns the end of the data range (data_end). Using closed intervals would
980  * require sprinkling this code with magic "+ 1" and "- 1" arithmetic and expose
981  * the code to subtle off-by-one bugs....
982  */
983 static int iomap_write_delalloc_release(struct inode *inode,
984                 loff_t start_byte, loff_t end_byte,
985                 int (*punch)(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t length))
986 {
987         loff_t punch_start_byte = start_byte;
988         loff_t scan_end_byte = min(i_size_read(inode), end_byte);
989         int error = 0;
990
991         /*
992          * Lock the mapping to avoid races with page faults re-instantiating
993          * folios and dirtying them via ->page_mkwrite whilst we walk the
994          * cache and perform delalloc extent removal. Failing to do this can
995          * leave dirty pages with no space reservation in the cache.
996          */
997         filemap_invalidate_lock(inode->i_mapping);
998         while (start_byte < scan_end_byte) {
999                 loff_t          data_end;
1000
1001                 start_byte = mapping_seek_hole_data(inode->i_mapping,
1002                                 start_byte, scan_end_byte, SEEK_DATA);
1003                 /*
1004                  * If there is no more data to scan, all that is left is to
1005                  * punch out the remaining range.
1006                  */
1007                 if (start_byte == -ENXIO || start_byte == scan_end_byte)
1008                         break;
1009                 if (start_byte < 0) {
1010                         error = start_byte;
1011                         goto out_unlock;
1012                 }
1013                 WARN_ON_ONCE(start_byte < punch_start_byte);
1014                 WARN_ON_ONCE(start_byte > scan_end_byte);
1015
1016                 /*
1017                  * We find the end of this contiguous cached data range by
1018                  * seeking from start_byte to the beginning of the next hole.
1019                  */
1020                 data_end = mapping_seek_hole_data(inode->i_mapping, start_byte,
1021                                 scan_end_byte, SEEK_HOLE);
1022                 if (data_end < 0) {
1023                         error = data_end;
1024                         goto out_unlock;
1025                 }
1026                 WARN_ON_ONCE(data_end <= start_byte);
1027                 WARN_ON_ONCE(data_end > scan_end_byte);
1028
1029                 error = iomap_write_delalloc_scan(inode, &punch_start_byte,
1030                                 start_byte, data_end, punch);
1031                 if (error)
1032                         goto out_unlock;
1033
1034                 /* The next data search starts at the end of this one. */
1035                 start_byte = data_end;
1036         }
1037
1038         if (punch_start_byte < end_byte)
1039                 error = punch(inode, punch_start_byte,
1040                                 end_byte - punch_start_byte);
1041 out_unlock:
1042         filemap_invalidate_unlock(inode->i_mapping);
1043         return error;
1044 }
1045
1046 /*
1047  * When a short write occurs, the filesystem may need to remove reserved space
1048  * that was allocated in ->iomap_begin from it's ->iomap_end method. For
1049  * filesystems that use delayed allocation, we need to punch out delalloc
1050  * extents from the range that are not dirty in the page cache. As the write can
1051  * race with page faults, there can be dirty pages over the delalloc extent
1052  * outside the range of a short write but still within the delalloc extent
1053  * allocated for this iomap.
1054  *
1055  * This function uses [start_byte, end_byte) intervals (i.e. open ended) to
1056  * simplify range iterations.
1057  *
1058  * The punch() callback *must* only punch delalloc extents in the range passed
1059  * to it. It must skip over all other types of extents in the range and leave
1060  * them completely unchanged. It must do this punch atomically with respect to
1061  * other extent modifications.
1062  *
1063  * The punch() callback may be called with a folio locked to prevent writeback
1064  * extent allocation racing at the edge of the range we are currently punching.
1065  * The locked folio may or may not cover the range being punched, so it is not
1066  * safe for the punch() callback to lock folios itself.
1067  *
1068  * Lock order is:
1069  *
1070  * inode->i_rwsem (shared or exclusive)
1071  *   inode->i_mapping->invalidate_lock (exclusive)
1072  *     folio_lock()
1073  *       ->punch
1074  *         internal filesystem allocation lock
1075  */
1076 int iomap_file_buffered_write_punch_delalloc(struct inode *inode,
1077                 struct iomap *iomap, loff_t pos, loff_t length,
1078                 ssize_t written,
1079                 int (*punch)(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t length))
1080 {
1081         loff_t                  start_byte;
1082         loff_t                  end_byte;
1083         int                     blocksize = i_blocksize(inode);
1084
1085         if (iomap->type != IOMAP_DELALLOC)
1086                 return 0;
1087
1088         /* If we didn't reserve the blocks, we're not allowed to punch them. */
1089         if (!(iomap->flags & IOMAP_F_NEW))
1090                 return 0;
1091
1092         /*
1093          * start_byte refers to the first unused block after a short write. If
1094          * nothing was written, round offset down to point at the first block in
1095          * the range.
1096          */
1097         if (unlikely(!written))
1098                 start_byte = round_down(pos, blocksize);
1099         else
1100                 start_byte = round_up(pos + written, blocksize);
1101         end_byte = round_up(pos + length, blocksize);
1102
1103         /* Nothing to do if we've written the entire delalloc extent */
1104         if (start_byte >= end_byte)
1105                 return 0;
1106
1107         return iomap_write_delalloc_release(inode, start_byte, end_byte,
1108                                         punch);
1109 }
1110 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_file_buffered_write_punch_delalloc);
1111
1112 static loff_t iomap_unshare_iter(struct iomap_iter *iter)
1113 {
1114         struct iomap *iomap = &iter->iomap;
1115         const struct iomap *srcmap = iomap_iter_srcmap(iter);
1116         loff_t pos = iter->pos;
1117         loff_t length = iomap_length(iter);
1118         long status = 0;
1119         loff_t written = 0;
1120
1121         /* don't bother with blocks that are not shared to start with */
1122         if (!(iomap->flags & IOMAP_F_SHARED))
1123                 return length;
1124         /* don't bother with holes or unwritten extents */
1125         if (srcmap->type == IOMAP_HOLE || srcmap->type == IOMAP_UNWRITTEN)
1126                 return length;
1127
1128         do {
1129                 unsigned long offset = offset_in_page(pos);
1130                 unsigned long bytes = min_t(loff_t, PAGE_SIZE - offset, length);
1131                 struct folio *folio;
1132
1133                 status = iomap_write_begin(iter, pos, bytes, &folio);
1134                 if (unlikely(status))
1135                         return status;
1136                 if (iter->iomap.flags & IOMAP_F_STALE)
1137                         break;
1138
1139                 status = iomap_write_end(iter, pos, bytes, bytes, folio);
1140                 if (WARN_ON_ONCE(status == 0))
1141                         return -EIO;
1142
1143                 cond_resched();
1144
1145                 pos += status;
1146                 written += status;
1147                 length -= status;
1148
1149                 balance_dirty_pages_ratelimited(iter->inode->i_mapping);
1150         } while (length);
1151
1152         return written;
1153 }
1154
1155 int
1156 iomap_file_unshare(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t len,
1157                 const struct iomap_ops *ops)
1158 {
1159         struct iomap_iter iter = {
1160                 .inode          = inode,
1161                 .pos            = pos,
1162                 .len            = len,
1163                 .flags          = IOMAP_WRITE | IOMAP_UNSHARE,
1164         };
1165         int ret;
1166
1167         while ((ret = iomap_iter(&iter, ops)) > 0)
1168                 iter.processed = iomap_unshare_iter(&iter);
1169         return ret;
1170 }
1171 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_file_unshare);
1172
1173 static loff_t iomap_zero_iter(struct iomap_iter *iter, bool *did_zero)
1174 {
1175         const struct iomap *srcmap = iomap_iter_srcmap(iter);
1176         loff_t pos = iter->pos;
1177         loff_t length = iomap_length(iter);
1178         loff_t written = 0;
1179
1180         /* already zeroed?  we're done. */
1181         if (srcmap->type == IOMAP_HOLE || srcmap->type == IOMAP_UNWRITTEN)
1182                 return length;
1183
1184         do {
1185                 struct folio *folio;
1186                 int status;
1187                 size_t offset;
1188                 size_t bytes = min_t(u64, SIZE_MAX, length);
1189
1190                 status = iomap_write_begin(iter, pos, bytes, &folio);
1191                 if (status)
1192                         return status;
1193                 if (iter->iomap.flags & IOMAP_F_STALE)
1194                         break;
1195
1196                 offset = offset_in_folio(folio, pos);
1197                 if (bytes > folio_size(folio) - offset)
1198                         bytes = folio_size(folio) - offset;
1199
1200                 folio_zero_range(folio, offset, bytes);
1201                 folio_mark_accessed(folio);
1202
1203                 bytes = iomap_write_end(iter, pos, bytes, bytes, folio);
1204                 if (WARN_ON_ONCE(bytes == 0))
1205                         return -EIO;
1206
1207                 pos += bytes;
1208                 length -= bytes;
1209                 written += bytes;
1210         } while (length > 0);
1211
1212         if (did_zero)
1213                 *did_zero = true;
1214         return written;
1215 }
1216
1217 int
1218 iomap_zero_range(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t len, bool *did_zero,
1219                 const struct iomap_ops *ops)
1220 {
1221         struct iomap_iter iter = {
1222                 .inode          = inode,
1223                 .pos            = pos,
1224                 .len            = len,
1225                 .flags          = IOMAP_ZERO,
1226         };
1227         int ret;
1228
1229         while ((ret = iomap_iter(&iter, ops)) > 0)
1230                 iter.processed = iomap_zero_iter(&iter, did_zero);
1231         return ret;
1232 }
1233 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_zero_range);
1234
1235 int
1236 iomap_truncate_page(struct inode *inode, loff_t pos, bool *did_zero,
1237                 const struct iomap_ops *ops)
1238 {
1239         unsigned int blocksize = i_blocksize(inode);
1240         unsigned int off = pos & (blocksize - 1);
1241
1242         /* Block boundary? Nothing to do */
1243         if (!off)
1244                 return 0;
1245         return iomap_zero_range(inode, pos, blocksize - off, did_zero, ops);
1246 }
1247 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_truncate_page);
1248
1249 static loff_t iomap_folio_mkwrite_iter(struct iomap_iter *iter,
1250                 struct folio *folio)
1251 {
1252         loff_t length = iomap_length(iter);
1253         int ret;
1254
1255         if (iter->iomap.flags & IOMAP_F_BUFFER_HEAD) {
1256                 ret = __block_write_begin_int(folio, iter->pos, length, NULL,
1257                                               &iter->iomap);
1258                 if (ret)
1259                         return ret;
1260                 block_commit_write(&folio->page, 0, length);
1261         } else {
1262                 WARN_ON_ONCE(!folio_test_uptodate(folio));
1263                 folio_mark_dirty(folio);
1264         }
1265
1266         return length;
1267 }
1268
1269 vm_fault_t iomap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf, const struct iomap_ops *ops)
1270 {
1271         struct iomap_iter iter = {
1272                 .inode          = file_inode(vmf->vma->vm_file),
1273                 .flags          = IOMAP_WRITE | IOMAP_FAULT,
1274         };
1275         struct folio *folio = page_folio(vmf->page);
1276         ssize_t ret;
1277
1278         folio_lock(folio);
1279         ret = folio_mkwrite_check_truncate(folio, iter.inode);
1280         if (ret < 0)
1281                 goto out_unlock;
1282         iter.pos = folio_pos(folio);
1283         iter.len = ret;
1284         while ((ret = iomap_iter(&iter, ops)) > 0)
1285                 iter.processed = iomap_folio_mkwrite_iter(&iter, folio);
1286
1287         if (ret < 0)
1288                 goto out_unlock;
1289         folio_wait_stable(folio);
1290         return VM_FAULT_LOCKED;
1291 out_unlock:
1292         folio_unlock(folio);
1293         return block_page_mkwrite_return(ret);
1294 }
1295 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_page_mkwrite);
1296
1297 static void iomap_finish_folio_write(struct inode *inode, struct folio *folio,
1298                 size_t len, int error)
1299 {
1300         struct iomap_page *iop = to_iomap_page(folio);
1301
1302         if (error) {
1303                 folio_set_error(folio);
1304                 mapping_set_error(inode->i_mapping, error);
1305         }
1306
1307         WARN_ON_ONCE(i_blocks_per_folio(inode, folio) > 1 && !iop);
1308         WARN_ON_ONCE(iop && atomic_read(&iop->write_bytes_pending) <= 0);
1309
1310         if (!iop || atomic_sub_and_test(len, &iop->write_bytes_pending))
1311                 folio_end_writeback(folio);
1312 }
1313
1314 /*
1315  * We're now finished for good with this ioend structure.  Update the page
1316  * state, release holds on bios, and finally free up memory.  Do not use the
1317  * ioend after this.
1318  */
1319 static u32
1320 iomap_finish_ioend(struct iomap_ioend *ioend, int error)
1321 {
1322         struct inode *inode = ioend->io_inode;
1323         struct bio *bio = &ioend->io_inline_bio;
1324         struct bio *last = ioend->io_bio, *next;
1325         u64 start = bio->bi_iter.bi_sector;
1326         loff_t offset = ioend->io_offset;
1327         bool quiet = bio_flagged(bio, BIO_QUIET);
1328         u32 folio_count = 0;
1329
1330         for (bio = &ioend->io_inline_bio; bio; bio = next) {
1331                 struct folio_iter fi;
1332
1333                 /*
1334                  * For the last bio, bi_private points to the ioend, so we
1335                  * need to explicitly end the iteration here.
1336                  */
1337                 if (bio == last)
1338                         next = NULL;
1339                 else
1340                         next = bio->bi_private;
1341
1342                 /* walk all folios in bio, ending page IO on them */
1343                 bio_for_each_folio_all(fi, bio) {
1344                         iomap_finish_folio_write(inode, fi.folio, fi.length,
1345                                         error);
1346                         folio_count++;
1347                 }
1348                 bio_put(bio);
1349         }
1350         /* The ioend has been freed by bio_put() */
1351
1352         if (unlikely(error && !quiet)) {
1353                 printk_ratelimited(KERN_ERR
1354 "%s: writeback error on inode %lu, offset %lld, sector %llu",
1355                         inode->i_sb->s_id, inode->i_ino, offset, start);
1356         }
1357         return folio_count;
1358 }
1359
1360 /*
1361  * Ioend completion routine for merged bios. This can only be called from task
1362  * contexts as merged ioends can be of unbound length. Hence we have to break up
1363  * the writeback completions into manageable chunks to avoid long scheduler
1364  * holdoffs. We aim to keep scheduler holdoffs down below 10ms so that we get
1365  * good batch processing throughput without creating adverse scheduler latency
1366  * conditions.
1367  */
1368 void
1369 iomap_finish_ioends(struct iomap_ioend *ioend, int error)
1370 {
1371         struct list_head tmp;
1372         u32 completions;
1373
1374         might_sleep();
1375
1376         list_replace_init(&ioend->io_list, &tmp);
1377         completions = iomap_finish_ioend(ioend, error);
1378
1379         while (!list_empty(&tmp)) {
1380                 if (completions > IOEND_BATCH_SIZE * 8) {
1381                         cond_resched();
1382                         completions = 0;
1383                 }
1384                 ioend = list_first_entry(&tmp, struct iomap_ioend, io_list);
1385                 list_del_init(&ioend->io_list);
1386                 completions += iomap_finish_ioend(ioend, error);
1387         }
1388 }
1389 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_finish_ioends);
1390
1391 /*
1392  * We can merge two adjacent ioends if they have the same set of work to do.
1393  */
1394 static bool
1395 iomap_ioend_can_merge(struct iomap_ioend *ioend, struct iomap_ioend *next)
1396 {
1397         if (ioend->io_bio->bi_status != next->io_bio->bi_status)
1398                 return false;
1399         if ((ioend->io_flags & IOMAP_F_SHARED) ^
1400             (next->io_flags & IOMAP_F_SHARED))
1401                 return false;
1402         if ((ioend->io_type == IOMAP_UNWRITTEN) ^
1403             (next->io_type == IOMAP_UNWRITTEN))
1404                 return false;
1405         if (ioend->io_offset + ioend->io_size != next->io_offset)
1406                 return false;
1407         /*
1408          * Do not merge physically discontiguous ioends. The filesystem
1409          * completion functions will have to iterate the physical
1410          * discontiguities even if we merge the ioends at a logical level, so
1411          * we don't gain anything by merging physical discontiguities here.
1412          *
1413          * We cannot use bio->bi_iter.bi_sector here as it is modified during
1414          * submission so does not point to the start sector of the bio at
1415          * completion.
1416          */
1417         if (ioend->io_sector + (ioend->io_size >> 9) != next->io_sector)
1418                 return false;
1419         return true;
1420 }
1421
1422 void
1423 iomap_ioend_try_merge(struct iomap_ioend *ioend, struct list_head *more_ioends)
1424 {
1425         struct iomap_ioend *next;
1426
1427         INIT_LIST_HEAD(&ioend->io_list);
1428
1429         while ((next = list_first_entry_or_null(more_ioends, struct iomap_ioend,
1430                         io_list))) {
1431                 if (!iomap_ioend_can_merge(ioend, next))
1432                         break;
1433                 list_move_tail(&next->io_list, &ioend->io_list);
1434                 ioend->io_size += next->io_size;
1435         }
1436 }
1437 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_ioend_try_merge);
1438
1439 static int
1440 iomap_ioend_compare(void *priv, const struct list_head *a,
1441                 const struct list_head *b)
1442 {
1443         struct iomap_ioend *ia = container_of(a, struct iomap_ioend, io_list);
1444         struct iomap_ioend *ib = container_of(b, struct iomap_ioend, io_list);
1445
1446         if (ia->io_offset < ib->io_offset)
1447                 return -1;
1448         if (ia->io_offset > ib->io_offset)
1449                 return 1;
1450         return 0;
1451 }
1452
1453 void
1454 iomap_sort_ioends(struct list_head *ioend_list)
1455 {
1456         list_sort(NULL, ioend_list, iomap_ioend_compare);
1457 }
1458 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_sort_ioends);
1459
1460 static void iomap_writepage_end_bio(struct bio *bio)
1461 {
1462         struct iomap_ioend *ioend = bio->bi_private;
1463
1464         iomap_finish_ioend(ioend, blk_status_to_errno(bio->bi_status));
1465 }
1466
1467 /*
1468  * Submit the final bio for an ioend.
1469  *
1470  * If @error is non-zero, it means that we have a situation where some part of
1471  * the submission process has failed after we've marked pages for writeback
1472  * and unlocked them.  In this situation, we need to fail the bio instead of
1473  * submitting it.  This typically only happens on a filesystem shutdown.
1474  */
1475 static int
1476 iomap_submit_ioend(struct iomap_writepage_ctx *wpc, struct iomap_ioend *ioend,
1477                 int error)
1478 {
1479         ioend->io_bio->bi_private = ioend;
1480         ioend->io_bio->bi_end_io = iomap_writepage_end_bio;
1481
1482         if (wpc->ops->prepare_ioend)
1483                 error = wpc->ops->prepare_ioend(ioend, error);
1484         if (error) {
1485                 /*
1486                  * If we're failing the IO now, just mark the ioend with an
1487                  * error and finish it.  This will run IO completion immediately
1488                  * as there is only one reference to the ioend at this point in
1489                  * time.
1490                  */
1491                 ioend->io_bio->bi_status = errno_to_blk_status(error);
1492                 bio_endio(ioend->io_bio);
1493                 return error;
1494         }
1495
1496         submit_bio(ioend->io_bio);
1497         return 0;
1498 }
1499
1500 static struct iomap_ioend *
1501 iomap_alloc_ioend(struct inode *inode, struct iomap_writepage_ctx *wpc,
1502                 loff_t offset, sector_t sector, struct writeback_control *wbc)
1503 {
1504         struct iomap_ioend *ioend;
1505         struct bio *bio;
1506
1507         bio = bio_alloc_bioset(wpc->iomap.bdev, BIO_MAX_VECS,
1508                                REQ_OP_WRITE | wbc_to_write_flags(wbc),
1509                                GFP_NOFS, &iomap_ioend_bioset);
1510         bio->bi_iter.bi_sector = sector;
1511         wbc_init_bio(wbc, bio);
1512
1513         ioend = container_of(bio, struct iomap_ioend, io_inline_bio);
1514         INIT_LIST_HEAD(&ioend->io_list);
1515         ioend->io_type = wpc->iomap.type;
1516         ioend->io_flags = wpc->iomap.flags;
1517         ioend->io_inode = inode;
1518         ioend->io_size = 0;
1519         ioend->io_folios = 0;
1520         ioend->io_offset = offset;
1521         ioend->io_bio = bio;
1522         ioend->io_sector = sector;
1523         return ioend;
1524 }
1525
1526 /*
1527  * Allocate a new bio, and chain the old bio to the new one.
1528  *
1529  * Note that we have to perform the chaining in this unintuitive order
1530  * so that the bi_private linkage is set up in the right direction for the
1531  * traversal in iomap_finish_ioend().
1532  */
1533 static struct bio *
1534 iomap_chain_bio(struct bio *prev)
1535 {
1536         struct bio *new;
1537
1538         new = bio_alloc(prev->bi_bdev, BIO_MAX_VECS, prev->bi_opf, GFP_NOFS);
1539         bio_clone_blkg_association(new, prev);
1540         new->bi_iter.bi_sector = bio_end_sector(prev);
1541
1542         bio_chain(prev, new);
1543         bio_get(prev);          /* for iomap_finish_ioend */
1544         submit_bio(prev);
1545         return new;
1546 }
1547
1548 static bool
1549 iomap_can_add_to_ioend(struct iomap_writepage_ctx *wpc, loff_t offset,
1550                 sector_t sector)
1551 {
1552         if ((wpc->iomap.flags & IOMAP_F_SHARED) !=
1553             (wpc->ioend->io_flags & IOMAP_F_SHARED))
1554                 return false;
1555         if (wpc->iomap.type != wpc->ioend->io_type)
1556                 return false;
1557         if (offset != wpc->ioend->io_offset + wpc->ioend->io_size)
1558                 return false;
1559         if (sector != bio_end_sector(wpc->ioend->io_bio))
1560                 return false;
1561         /*
1562          * Limit ioend bio chain lengths to minimise IO completion latency. This
1563          * also prevents long tight loops ending page writeback on all the
1564          * folios in the ioend.
1565          */
1566         if (wpc->ioend->io_folios >= IOEND_BATCH_SIZE)
1567                 return false;
1568         return true;
1569 }
1570
1571 /*
1572  * Test to see if we have an existing ioend structure that we could append to
1573  * first; otherwise finish off the current ioend and start another.
1574  */
1575 static void
1576 iomap_add_to_ioend(struct inode *inode, loff_t pos, struct folio *folio,
1577                 struct iomap_page *iop, struct iomap_writepage_ctx *wpc,
1578                 struct writeback_control *wbc, struct list_head *iolist)
1579 {
1580         sector_t sector = iomap_sector(&wpc->iomap, pos);
1581         unsigned len = i_blocksize(inode);
1582         size_t poff = offset_in_folio(folio, pos);
1583
1584         if (!wpc->ioend || !iomap_can_add_to_ioend(wpc, pos, sector)) {
1585                 if (wpc->ioend)
1586                         list_add(&wpc->ioend->io_list, iolist);
1587                 wpc->ioend = iomap_alloc_ioend(inode, wpc, pos, sector, wbc);
1588         }
1589
1590         if (!bio_add_folio(wpc->ioend->io_bio, folio, len, poff)) {
1591                 wpc->ioend->io_bio = iomap_chain_bio(wpc->ioend->io_bio);
1592                 bio_add_folio(wpc->ioend->io_bio, folio, len, poff);
1593         }
1594
1595         if (iop)
1596                 atomic_add(len, &iop->write_bytes_pending);
1597         wpc->ioend->io_size += len;
1598         wbc_account_cgroup_owner(wbc, &folio->page, len);
1599 }
1600
1601 /*
1602  * We implement an immediate ioend submission policy here to avoid needing to
1603  * chain multiple ioends and hence nest mempool allocations which can violate
1604  * the forward progress guarantees we need to provide. The current ioend we're
1605  * adding blocks to is cached in the writepage context, and if the new block
1606  * doesn't append to the cached ioend, it will create a new ioend and cache that
1607  * instead.
1608  *
1609  * If a new ioend is created and cached, the old ioend is returned and queued
1610  * locally for submission once the entire page is processed or an error has been
1611  * detected.  While ioends are submitted immediately after they are completed,
1612  * batching optimisations are provided by higher level block plugging.
1613  *
1614  * At the end of a writeback pass, there will be a cached ioend remaining on the
1615  * writepage context that the caller will need to submit.
1616  */
1617 static int
1618 iomap_writepage_map(struct iomap_writepage_ctx *wpc,
1619                 struct writeback_control *wbc, struct inode *inode,
1620                 struct folio *folio, u64 end_pos)
1621 {
1622         struct iomap_page *iop = iomap_page_create(inode, folio, 0);
1623         struct iomap_ioend *ioend, *next;
1624         unsigned len = i_blocksize(inode);
1625         unsigned nblocks = i_blocks_per_folio(inode, folio);
1626         u64 pos = folio_pos(folio);
1627         int error = 0, count = 0, i;
1628         LIST_HEAD(submit_list);
1629
1630         WARN_ON_ONCE(iop && atomic_read(&iop->write_bytes_pending) != 0);
1631
1632         /*
1633          * Walk through the folio to find areas to write back. If we
1634          * run off the end of the current map or find the current map
1635          * invalid, grab a new one.
1636          */
1637         for (i = 0; i < nblocks && pos < end_pos; i++, pos += len) {
1638                 if (iop && !test_bit(i, iop->uptodate))
1639                         continue;
1640
1641                 error = wpc->ops->map_blocks(wpc, inode, pos);
1642                 if (error)
1643                         break;
1644                 trace_iomap_writepage_map(inode, &wpc->iomap);
1645                 if (WARN_ON_ONCE(wpc->iomap.type == IOMAP_INLINE))
1646                         continue;
1647                 if (wpc->iomap.type == IOMAP_HOLE)
1648                         continue;
1649                 iomap_add_to_ioend(inode, pos, folio, iop, wpc, wbc,
1650                                  &submit_list);
1651                 count++;
1652         }
1653         if (count)
1654                 wpc->ioend->io_folios++;
1655
1656         WARN_ON_ONCE(!wpc->ioend && !list_empty(&submit_list));
1657         WARN_ON_ONCE(!folio_test_locked(folio));
1658         WARN_ON_ONCE(folio_test_writeback(folio));
1659         WARN_ON_ONCE(folio_test_dirty(folio));
1660
1661         /*
1662          * We cannot cancel the ioend directly here on error.  We may have
1663          * already set other pages under writeback and hence we have to run I/O
1664          * completion to mark the error state of the pages under writeback
1665          * appropriately.
1666          */
1667         if (unlikely(error)) {
1668                 /*
1669                  * Let the filesystem know what portion of the current page
1670                  * failed to map. If the page hasn't been added to ioend, it
1671                  * won't be affected by I/O completion and we must unlock it
1672                  * now.
1673                  */
1674                 if (wpc->ops->discard_folio)
1675                         wpc->ops->discard_folio(folio, pos);
1676                 if (!count) {
1677                         folio_unlock(folio);
1678                         goto done;
1679                 }
1680         }
1681
1682         folio_start_writeback(folio);
1683         folio_unlock(folio);
1684
1685         /*
1686          * Preserve the original error if there was one; catch
1687          * submission errors here and propagate into subsequent ioend
1688          * submissions.
1689          */
1690         list_for_each_entry_safe(ioend, next, &submit_list, io_list) {
1691                 int error2;
1692
1693                 list_del_init(&ioend->io_list);
1694                 error2 = iomap_submit_ioend(wpc, ioend, error);
1695                 if (error2 && !error)
1696                         error = error2;
1697         }
1698
1699         /*
1700          * We can end up here with no error and nothing to write only if we race
1701          * with a partial page truncate on a sub-page block sized filesystem.
1702          */
1703         if (!count)
1704                 folio_end_writeback(folio);
1705 done:
1706         mapping_set_error(inode->i_mapping, error);
1707         return error;
1708 }
1709
1710 /*
1711  * Write out a dirty page.
1712  *
1713  * For delalloc space on the page, we need to allocate space and flush it.
1714  * For unwritten space on the page, we need to start the conversion to
1715  * regular allocated space.
1716  */
1717 static int iomap_do_writepage(struct folio *folio,
1718                 struct writeback_control *wbc, void *data)
1719 {
1720         struct iomap_writepage_ctx *wpc = data;
1721         struct inode *inode = folio->mapping->host;
1722         u64 end_pos, isize;
1723
1724         trace_iomap_writepage(inode, folio_pos(folio), folio_size(folio));
1725
1726         /*
1727          * Refuse to write the folio out if we're called from reclaim context.
1728          *
1729          * This avoids stack overflows when called from deeply used stacks in
1730          * random callers for direct reclaim or memcg reclaim.  We explicitly
1731          * allow reclaim from kswapd as the stack usage there is relatively low.
1732          *
1733          * This should never happen except in the case of a VM regression so
1734          * warn about it.
1735          */
1736         if (WARN_ON_ONCE((current->flags & (PF_MEMALLOC|PF_KSWAPD)) ==
1737                         PF_MEMALLOC))
1738                 goto redirty;
1739
1740         /*
1741          * Is this folio beyond the end of the file?
1742          *
1743          * The folio index is less than the end_index, adjust the end_pos
1744          * to the highest offset that this folio should represent.
1745          * -----------------------------------------------------
1746          * |                    file mapping           | <EOF> |
1747          * -----------------------------------------------------
1748          * | Page ... | Page N-2 | Page N-1 |  Page N  |       |
1749          * ^--------------------------------^----------|--------
1750          * |     desired writeback range    |      see else    |
1751          * ---------------------------------^------------------|
1752          */
1753         isize = i_size_read(inode);
1754         end_pos = folio_pos(folio) + folio_size(folio);
1755         if (end_pos > isize) {
1756                 /*
1757                  * Check whether the page to write out is beyond or straddles
1758                  * i_size or not.
1759                  * -------------------------------------------------------
1760                  * |            file mapping                    | <EOF>  |
1761                  * -------------------------------------------------------
1762                  * | Page ... | Page N-2 | Page N-1 |  Page N   | Beyond |
1763                  * ^--------------------------------^-----------|---------
1764                  * |                                |      Straddles     |
1765                  * ---------------------------------^-----------|--------|
1766                  */
1767                 size_t poff = offset_in_folio(folio, isize);
1768                 pgoff_t end_index = isize >> PAGE_SHIFT;
1769
1770                 /*
1771                  * Skip the page if it's fully outside i_size, e.g.
1772                  * due to a truncate operation that's in progress.  We've
1773                  * cleaned this page and truncate will finish things off for
1774                  * us.
1775                  *
1776                  * Note that the end_index is unsigned long.  If the given
1777                  * offset is greater than 16TB on a 32-bit system then if we
1778                  * checked if the page is fully outside i_size with
1779                  * "if (page->index >= end_index + 1)", "end_index + 1" would
1780                  * overflow and evaluate to 0.  Hence this page would be
1781                  * redirtied and written out repeatedly, which would result in
1782                  * an infinite loop; the user program performing this operation
1783                  * would hang.  Instead, we can detect this situation by
1784                  * checking if the page is totally beyond i_size or if its
1785                  * offset is just equal to the EOF.
1786                  */
1787                 if (folio->index > end_index ||
1788                     (folio->index == end_index && poff == 0))
1789                         goto unlock;
1790
1791                 /*
1792                  * The page straddles i_size.  It must be zeroed out on each
1793                  * and every writepage invocation because it may be mmapped.
1794                  * "A file is mapped in multiples of the page size.  For a file
1795                  * that is not a multiple of the page size, the remaining
1796                  * memory is zeroed when mapped, and writes to that region are
1797                  * not written out to the file."
1798                  */
1799                 folio_zero_segment(folio, poff, folio_size(folio));
1800                 end_pos = isize;
1801         }
1802
1803         return iomap_writepage_map(wpc, wbc, inode, folio, end_pos);
1804
1805 redirty:
1806         folio_redirty_for_writepage(wbc, folio);
1807 unlock:
1808         folio_unlock(folio);
1809         return 0;
1810 }
1811
1812 int
1813 iomap_writepages(struct address_space *mapping, struct writeback_control *wbc,
1814                 struct iomap_writepage_ctx *wpc,
1815                 const struct iomap_writeback_ops *ops)
1816 {
1817         int                     ret;
1818
1819         wpc->ops = ops;
1820         ret = write_cache_pages(mapping, wbc, iomap_do_writepage, wpc);
1821         if (!wpc->ioend)
1822                 return ret;
1823         return iomap_submit_ioend(wpc, wpc->ioend, ret);
1824 }
1825 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_writepages);
1826
1827 static int __init iomap_init(void)
1828 {
1829         return bioset_init(&iomap_ioend_bioset, 4 * (PAGE_SIZE / SECTOR_SIZE),
1830                            offsetof(struct iomap_ioend, io_inline_bio),
1831                            BIOSET_NEED_BVECS);
1832 }
1833 fs_initcall(iomap_init);