blk-mq: don't count completed flush data request as inflight in case of quiesce
[linux-block.git] / fs / mpage.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  * fs/mpage.c
4  *
5  * Copyright (C) 2002, Linus Torvalds.
6  *
7  * Contains functions related to preparing and submitting BIOs which contain
8  * multiple pagecache pages.
9  *
10  * 15May2002    Andrew Morton
11  *              Initial version
12  * 27Jun2002    axboe@suse.de
13  *              use bio_add_page() to build bio's just the right size
14  */
15
16 #include <linux/kernel.h>
17 #include <linux/export.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/kdev_t.h>
20 #include <linux/gfp.h>
21 #include <linux/bio.h>
22 #include <linux/fs.h>
23 #include <linux/buffer_head.h>
24 #include <linux/blkdev.h>
25 #include <linux/highmem.h>
26 #include <linux/prefetch.h>
27 #include <linux/mpage.h>
28 #include <linux/mm_inline.h>
29 #include <linux/writeback.h>
30 #include <linux/backing-dev.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include "internal.h"
33
34 /*
35  * I/O completion handler for multipage BIOs.
36  *
37  * The mpage code never puts partial pages into a BIO (except for end-of-file).
38  * If a page does not map to a contiguous run of blocks then it simply falls
39  * back to block_read_full_folio().
40  *
41  * Why is this?  If a page's completion depends on a number of different BIOs
42  * which can complete in any order (or at the same time) then determining the
43  * status of that page is hard.  See end_buffer_async_read() for the details.
44  * There is no point in duplicating all that complexity.
45  */
46 static void mpage_read_end_io(struct bio *bio)
47 {
48         struct folio_iter fi;
49         int err = blk_status_to_errno(bio->bi_status);
50
51         bio_for_each_folio_all(fi, bio) {
52                 if (err)
53                         folio_set_error(fi.folio);
54                 else
55                         folio_mark_uptodate(fi.folio);
56                 folio_unlock(fi.folio);
57         }
58
59         bio_put(bio);
60 }
61
62 static void mpage_write_end_io(struct bio *bio)
63 {
64         struct folio_iter fi;
65         int err = blk_status_to_errno(bio->bi_status);
66
67         bio_for_each_folio_all(fi, bio) {
68                 if (err) {
69                         folio_set_error(fi.folio);
70                         mapping_set_error(fi.folio->mapping, err);
71                 }
72                 folio_end_writeback(fi.folio);
73         }
74
75         bio_put(bio);
76 }
77
78 static struct bio *mpage_bio_submit_read(struct bio *bio)
79 {
80         bio->bi_end_io = mpage_read_end_io;
81         guard_bio_eod(bio);
82         submit_bio(bio);
83         return NULL;
84 }
85
86 static struct bio *mpage_bio_submit_write(struct bio *bio)
87 {
88         bio->bi_end_io = mpage_write_end_io;
89         guard_bio_eod(bio);
90         submit_bio(bio);
91         return NULL;
92 }
93
94 /*
95  * support function for mpage_readahead.  The fs supplied get_block might
96  * return an up to date buffer.  This is used to map that buffer into
97  * the page, which allows read_folio to avoid triggering a duplicate call
98  * to get_block.
99  *
100  * The idea is to avoid adding buffers to pages that don't already have
101  * them.  So when the buffer is up to date and the page size == block size,
102  * this marks the page up to date instead of adding new buffers.
103  */
104 static void map_buffer_to_folio(struct folio *folio, struct buffer_head *bh,
105                 int page_block)
106 {
107         struct inode *inode = folio->mapping->host;
108         struct buffer_head *page_bh, *head;
109         int block = 0;
110
111         head = folio_buffers(folio);
112         if (!head) {
113                 /*
114                  * don't make any buffers if there is only one buffer on
115                  * the folio and the folio just needs to be set up to date
116                  */
117                 if (inode->i_blkbits == PAGE_SHIFT &&
118                     buffer_uptodate(bh)) {
119                         folio_mark_uptodate(folio);
120                         return;
121                 }
122                 head = create_empty_buffers(folio, i_blocksize(inode), 0);
123         }
124
125         page_bh = head;
126         do {
127                 if (block == page_block) {
128                         page_bh->b_state = bh->b_state;
129                         page_bh->b_bdev = bh->b_bdev;
130                         page_bh->b_blocknr = bh->b_blocknr;
131                         break;
132                 }
133                 page_bh = page_bh->b_this_page;
134                 block++;
135         } while (page_bh != head);
136 }
137
138 struct mpage_readpage_args {
139         struct bio *bio;
140         struct folio *folio;
141         unsigned int nr_pages;
142         bool is_readahead;
143         sector_t last_block_in_bio;
144         struct buffer_head map_bh;
145         unsigned long first_logical_block;
146         get_block_t *get_block;
147 };
148
149 /*
150  * This is the worker routine which does all the work of mapping the disk
151  * blocks and constructs largest possible bios, submits them for IO if the
152  * blocks are not contiguous on the disk.
153  *
154  * We pass a buffer_head back and forth and use its buffer_mapped() flag to
155  * represent the validity of its disk mapping and to decide when to do the next
156  * get_block() call.
157  */
158 static struct bio *do_mpage_readpage(struct mpage_readpage_args *args)
159 {
160         struct folio *folio = args->folio;
161         struct inode *inode = folio->mapping->host;
162         const unsigned blkbits = inode->i_blkbits;
163         const unsigned blocks_per_page = PAGE_SIZE >> blkbits;
164         const unsigned blocksize = 1 << blkbits;
165         struct buffer_head *map_bh = &args->map_bh;
166         sector_t block_in_file;
167         sector_t last_block;
168         sector_t last_block_in_file;
169         sector_t blocks[MAX_BUF_PER_PAGE];
170         unsigned page_block;
171         unsigned first_hole = blocks_per_page;
172         struct block_device *bdev = NULL;
173         int length;
174         int fully_mapped = 1;
175         blk_opf_t opf = REQ_OP_READ;
176         unsigned nblocks;
177         unsigned relative_block;
178         gfp_t gfp = mapping_gfp_constraint(folio->mapping, GFP_KERNEL);
179
180         /* MAX_BUF_PER_PAGE, for example */
181         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_large(folio), folio);
182
183         if (args->is_readahead) {
184                 opf |= REQ_RAHEAD;
185                 gfp |= __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN;
186         }
187
188         if (folio_buffers(folio))
189                 goto confused;
190
191         block_in_file = (sector_t)folio->index << (PAGE_SHIFT - blkbits);
192         last_block = block_in_file + args->nr_pages * blocks_per_page;
193         last_block_in_file = (i_size_read(inode) + blocksize - 1) >> blkbits;
194         if (last_block > last_block_in_file)
195                 last_block = last_block_in_file;
196         page_block = 0;
197
198         /*
199          * Map blocks using the result from the previous get_blocks call first.
200          */
201         nblocks = map_bh->b_size >> blkbits;
202         if (buffer_mapped(map_bh) &&
203                         block_in_file > args->first_logical_block &&
204                         block_in_file < (args->first_logical_block + nblocks)) {
205                 unsigned map_offset = block_in_file - args->first_logical_block;
206                 unsigned last = nblocks - map_offset;
207
208                 for (relative_block = 0; ; relative_block++) {
209                         if (relative_block == last) {
210                                 clear_buffer_mapped(map_bh);
211                                 break;
212                         }
213                         if (page_block == blocks_per_page)
214                                 break;
215                         blocks[page_block] = map_bh->b_blocknr + map_offset +
216                                                 relative_block;
217                         page_block++;
218                         block_in_file++;
219                 }
220                 bdev = map_bh->b_bdev;
221         }
222
223         /*
224          * Then do more get_blocks calls until we are done with this folio.
225          */
226         map_bh->b_folio = folio;
227         while (page_block < blocks_per_page) {
228                 map_bh->b_state = 0;
229                 map_bh->b_size = 0;
230
231                 if (block_in_file < last_block) {
232                         map_bh->b_size = (last_block-block_in_file) << blkbits;
233                         if (args->get_block(inode, block_in_file, map_bh, 0))
234                                 goto confused;
235                         args->first_logical_block = block_in_file;
236                 }
237
238                 if (!buffer_mapped(map_bh)) {
239                         fully_mapped = 0;
240                         if (first_hole == blocks_per_page)
241                                 first_hole = page_block;
242                         page_block++;
243                         block_in_file++;
244                         continue;
245                 }
246
247                 /* some filesystems will copy data into the page during
248                  * the get_block call, in which case we don't want to
249                  * read it again.  map_buffer_to_folio copies the data
250                  * we just collected from get_block into the folio's buffers
251                  * so read_folio doesn't have to repeat the get_block call
252                  */
253                 if (buffer_uptodate(map_bh)) {
254                         map_buffer_to_folio(folio, map_bh, page_block);
255                         goto confused;
256                 }
257         
258                 if (first_hole != blocks_per_page)
259                         goto confused;          /* hole -> non-hole */
260
261                 /* Contiguous blocks? */
262                 if (page_block && blocks[page_block-1] != map_bh->b_blocknr-1)
263                         goto confused;
264                 nblocks = map_bh->b_size >> blkbits;
265                 for (relative_block = 0; ; relative_block++) {
266                         if (relative_block == nblocks) {
267                                 clear_buffer_mapped(map_bh);
268                                 break;
269                         } else if (page_block == blocks_per_page)
270                                 break;
271                         blocks[page_block] = map_bh->b_blocknr+relative_block;
272                         page_block++;
273                         block_in_file++;
274                 }
275                 bdev = map_bh->b_bdev;
276         }
277
278         if (first_hole != blocks_per_page) {
279                 folio_zero_segment(folio, first_hole << blkbits, PAGE_SIZE);
280                 if (first_hole == 0) {
281                         folio_mark_uptodate(folio);
282                         folio_unlock(folio);
283                         goto out;
284                 }
285         } else if (fully_mapped) {
286                 folio_set_mappedtodisk(folio);
287         }
288
289         /*
290          * This folio will go to BIO.  Do we need to send this BIO off first?
291          */
292         if (args->bio && (args->last_block_in_bio != blocks[0] - 1))
293                 args->bio = mpage_bio_submit_read(args->bio);
294
295 alloc_new:
296         if (args->bio == NULL) {
297                 args->bio = bio_alloc(bdev, bio_max_segs(args->nr_pages), opf,
298                                       gfp);
299                 if (args->bio == NULL)
300                         goto confused;
301                 args->bio->bi_iter.bi_sector = blocks[0] << (blkbits - 9);
302         }
303
304         length = first_hole << blkbits;
305         if (!bio_add_folio(args->bio, folio, length, 0)) {
306                 args->bio = mpage_bio_submit_read(args->bio);
307                 goto alloc_new;
308         }
309
310         relative_block = block_in_file - args->first_logical_block;
311         nblocks = map_bh->b_size >> blkbits;
312         if ((buffer_boundary(map_bh) && relative_block == nblocks) ||
313             (first_hole != blocks_per_page))
314                 args->bio = mpage_bio_submit_read(args->bio);
315         else
316                 args->last_block_in_bio = blocks[blocks_per_page - 1];
317 out:
318         return args->bio;
319
320 confused:
321         if (args->bio)
322                 args->bio = mpage_bio_submit_read(args->bio);
323         if (!folio_test_uptodate(folio))
324                 block_read_full_folio(folio, args->get_block);
325         else
326                 folio_unlock(folio);
327         goto out;
328 }
329
330 /**
331  * mpage_readahead - start reads against pages
332  * @rac: Describes which pages to read.
333  * @get_block: The filesystem's block mapper function.
334  *
335  * This function walks the pages and the blocks within each page, building and
336  * emitting large BIOs.
337  *
338  * If anything unusual happens, such as:
339  *
340  * - encountering a page which has buffers
341  * - encountering a page which has a non-hole after a hole
342  * - encountering a page with non-contiguous blocks
343  *
344  * then this code just gives up and calls the buffer_head-based read function.
345  * It does handle a page which has holes at the end - that is a common case:
346  * the end-of-file on blocksize < PAGE_SIZE setups.
347  *
348  * BH_Boundary explanation:
349  *
350  * There is a problem.  The mpage read code assembles several pages, gets all
351  * their disk mappings, and then submits them all.  That's fine, but obtaining
352  * the disk mappings may require I/O.  Reads of indirect blocks, for example.
353  *
354  * So an mpage read of the first 16 blocks of an ext2 file will cause I/O to be
355  * submitted in the following order:
356  *
357  *      12 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 15 16
358  *
359  * because the indirect block has to be read to get the mappings of blocks
360  * 13,14,15,16.  Obviously, this impacts performance.
361  *
362  * So what we do it to allow the filesystem's get_block() function to set
363  * BH_Boundary when it maps block 11.  BH_Boundary says: mapping of the block
364  * after this one will require I/O against a block which is probably close to
365  * this one.  So you should push what I/O you have currently accumulated.
366  *
367  * This all causes the disk requests to be issued in the correct order.
368  */
369 void mpage_readahead(struct readahead_control *rac, get_block_t get_block)
370 {
371         struct folio *folio;
372         struct mpage_readpage_args args = {
373                 .get_block = get_block,
374                 .is_readahead = true,
375         };
376
377         while ((folio = readahead_folio(rac))) {
378                 prefetchw(&folio->flags);
379                 args.folio = folio;
380                 args.nr_pages = readahead_count(rac);
381                 args.bio = do_mpage_readpage(&args);
382         }
383         if (args.bio)
384                 mpage_bio_submit_read(args.bio);
385 }
386 EXPORT_SYMBOL(mpage_readahead);
387
388 /*
389  * This isn't called much at all
390  */
391 int mpage_read_folio(struct folio *folio, get_block_t get_block)
392 {
393         struct mpage_readpage_args args = {
394                 .folio = folio,
395                 .nr_pages = 1,
396                 .get_block = get_block,
397         };
398
399         args.bio = do_mpage_readpage(&args);
400         if (args.bio)
401                 mpage_bio_submit_read(args.bio);
402         return 0;
403 }
404 EXPORT_SYMBOL(mpage_read_folio);
405
406 /*
407  * Writing is not so simple.
408  *
409  * If the page has buffers then they will be used for obtaining the disk
410  * mapping.  We only support pages which are fully mapped-and-dirty, with a
411  * special case for pages which are unmapped at the end: end-of-file.
412  *
413  * If the page has no buffers (preferred) then the page is mapped here.
414  *
415  * If all blocks are found to be contiguous then the page can go into the
416  * BIO.  Otherwise fall back to the mapping's writepage().
417  * 
418  * FIXME: This code wants an estimate of how many pages are still to be
419  * written, so it can intelligently allocate a suitably-sized BIO.  For now,
420  * just allocate full-size (16-page) BIOs.
421  */
422
423 struct mpage_data {
424         struct bio *bio;
425         sector_t last_block_in_bio;
426         get_block_t *get_block;
427 };
428
429 /*
430  * We have our BIO, so we can now mark the buffers clean.  Make
431  * sure to only clean buffers which we know we'll be writing.
432  */
433 static void clean_buffers(struct page *page, unsigned first_unmapped)
434 {
435         unsigned buffer_counter = 0;
436         struct buffer_head *bh, *head;
437         if (!page_has_buffers(page))
438                 return;
439         head = page_buffers(page);
440         bh = head;
441
442         do {
443                 if (buffer_counter++ == first_unmapped)
444                         break;
445                 clear_buffer_dirty(bh);
446                 bh = bh->b_this_page;
447         } while (bh != head);
448
449         /*
450          * we cannot drop the bh if the page is not uptodate or a concurrent
451          * read_folio would fail to serialize with the bh and it would read from
452          * disk before we reach the platter.
453          */
454         if (buffer_heads_over_limit && PageUptodate(page))
455                 try_to_free_buffers(page_folio(page));
456 }
457
458 /*
459  * For situations where we want to clean all buffers attached to a page.
460  * We don't need to calculate how many buffers are attached to the page,
461  * we just need to specify a number larger than the maximum number of buffers.
462  */
463 void clean_page_buffers(struct page *page)
464 {
465         clean_buffers(page, ~0U);
466 }
467
468 static int __mpage_writepage(struct folio *folio, struct writeback_control *wbc,
469                       void *data)
470 {
471         struct mpage_data *mpd = data;
472         struct bio *bio = mpd->bio;
473         struct address_space *mapping = folio->mapping;
474         struct inode *inode = mapping->host;
475         const unsigned blkbits = inode->i_blkbits;
476         const unsigned blocks_per_page = PAGE_SIZE >> blkbits;
477         sector_t last_block;
478         sector_t block_in_file;
479         sector_t blocks[MAX_BUF_PER_PAGE];
480         unsigned page_block;
481         unsigned first_unmapped = blocks_per_page;
482         struct block_device *bdev = NULL;
483         int boundary = 0;
484         sector_t boundary_block = 0;
485         struct block_device *boundary_bdev = NULL;
486         size_t length;
487         struct buffer_head map_bh;
488         loff_t i_size = i_size_read(inode);
489         int ret = 0;
490         struct buffer_head *head = folio_buffers(folio);
491
492         if (head) {
493                 struct buffer_head *bh = head;
494
495                 /* If they're all mapped and dirty, do it */
496                 page_block = 0;
497                 do {
498                         BUG_ON(buffer_locked(bh));
499                         if (!buffer_mapped(bh)) {
500                                 /*
501                                  * unmapped dirty buffers are created by
502                                  * block_dirty_folio -> mmapped data
503                                  */
504                                 if (buffer_dirty(bh))
505                                         goto confused;
506                                 if (first_unmapped == blocks_per_page)
507                                         first_unmapped = page_block;
508                                 continue;
509                         }
510
511                         if (first_unmapped != blocks_per_page)
512                                 goto confused;  /* hole -> non-hole */
513
514                         if (!buffer_dirty(bh) || !buffer_uptodate(bh))
515                                 goto confused;
516                         if (page_block) {
517                                 if (bh->b_blocknr != blocks[page_block-1] + 1)
518                                         goto confused;
519                         }
520                         blocks[page_block++] = bh->b_blocknr;
521                         boundary = buffer_boundary(bh);
522                         if (boundary) {
523                                 boundary_block = bh->b_blocknr;
524                                 boundary_bdev = bh->b_bdev;
525                         }
526                         bdev = bh->b_bdev;
527                 } while ((bh = bh->b_this_page) != head);
528
529                 if (first_unmapped)
530                         goto page_is_mapped;
531
532                 /*
533                  * Page has buffers, but they are all unmapped. The page was
534                  * created by pagein or read over a hole which was handled by
535                  * block_read_full_folio().  If this address_space is also
536                  * using mpage_readahead then this can rarely happen.
537                  */
538                 goto confused;
539         }
540
541         /*
542          * The page has no buffers: map it to disk
543          */
544         BUG_ON(!folio_test_uptodate(folio));
545         block_in_file = (sector_t)folio->index << (PAGE_SHIFT - blkbits);
546         /*
547          * Whole page beyond EOF? Skip allocating blocks to avoid leaking
548          * space.
549          */
550         if (block_in_file >= (i_size + (1 << blkbits) - 1) >> blkbits)
551                 goto page_is_mapped;
552         last_block = (i_size - 1) >> blkbits;
553         map_bh.b_folio = folio;
554         for (page_block = 0; page_block < blocks_per_page; ) {
555
556                 map_bh.b_state = 0;
557                 map_bh.b_size = 1 << blkbits;
558                 if (mpd->get_block(inode, block_in_file, &map_bh, 1))
559                         goto confused;
560                 if (!buffer_mapped(&map_bh))
561                         goto confused;
562                 if (buffer_new(&map_bh))
563                         clean_bdev_bh_alias(&map_bh);
564                 if (buffer_boundary(&map_bh)) {
565                         boundary_block = map_bh.b_blocknr;
566                         boundary_bdev = map_bh.b_bdev;
567                 }
568                 if (page_block) {
569                         if (map_bh.b_blocknr != blocks[page_block-1] + 1)
570                                 goto confused;
571                 }
572                 blocks[page_block++] = map_bh.b_blocknr;
573                 boundary = buffer_boundary(&map_bh);
574                 bdev = map_bh.b_bdev;
575                 if (block_in_file == last_block)
576                         break;
577                 block_in_file++;
578         }
579         BUG_ON(page_block == 0);
580
581         first_unmapped = page_block;
582
583 page_is_mapped:
584         /* Don't bother writing beyond EOF, truncate will discard the folio */
585         if (folio_pos(folio) >= i_size)
586                 goto confused;
587         length = folio_size(folio);
588         if (folio_pos(folio) + length > i_size) {
589                 /*
590                  * The page straddles i_size.  It must be zeroed out on each
591                  * and every writepage invocation because it may be mmapped.
592                  * "A file is mapped in multiples of the page size.  For a file
593                  * that is not a multiple of the page size, the remaining memory
594                  * is zeroed when mapped, and writes to that region are not
595                  * written out to the file."
596                  */
597                 length = i_size - folio_pos(folio);
598                 folio_zero_segment(folio, length, folio_size(folio));
599         }
600
601         /*
602          * This page will go to BIO.  Do we need to send this BIO off first?
603          */
604         if (bio && mpd->last_block_in_bio != blocks[0] - 1)
605                 bio = mpage_bio_submit_write(bio);
606
607 alloc_new:
608         if (bio == NULL) {
609                 bio = bio_alloc(bdev, BIO_MAX_VECS,
610                                 REQ_OP_WRITE | wbc_to_write_flags(wbc),
611                                 GFP_NOFS);
612                 bio->bi_iter.bi_sector = blocks[0] << (blkbits - 9);
613                 wbc_init_bio(wbc, bio);
614         }
615
616         /*
617          * Must try to add the page before marking the buffer clean or
618          * the confused fail path above (OOM) will be very confused when
619          * it finds all bh marked clean (i.e. it will not write anything)
620          */
621         wbc_account_cgroup_owner(wbc, &folio->page, folio_size(folio));
622         length = first_unmapped << blkbits;
623         if (!bio_add_folio(bio, folio, length, 0)) {
624                 bio = mpage_bio_submit_write(bio);
625                 goto alloc_new;
626         }
627
628         clean_buffers(&folio->page, first_unmapped);
629
630         BUG_ON(folio_test_writeback(folio));
631         folio_start_writeback(folio);
632         folio_unlock(folio);
633         if (boundary || (first_unmapped != blocks_per_page)) {
634                 bio = mpage_bio_submit_write(bio);
635                 if (boundary_block) {
636                         write_boundary_block(boundary_bdev,
637                                         boundary_block, 1 << blkbits);
638                 }
639         } else {
640                 mpd->last_block_in_bio = blocks[blocks_per_page - 1];
641         }
642         goto out;
643
644 confused:
645         if (bio)
646                 bio = mpage_bio_submit_write(bio);
647
648         /*
649          * The caller has a ref on the inode, so *mapping is stable
650          */
651         ret = block_write_full_page(&folio->page, mpd->get_block, wbc);
652         mapping_set_error(mapping, ret);
653 out:
654         mpd->bio = bio;
655         return ret;
656 }
657
658 /**
659  * mpage_writepages - walk the list of dirty pages of the given address space & writepage() all of them
660  * @mapping: address space structure to write
661  * @wbc: subtract the number of written pages from *@wbc->nr_to_write
662  * @get_block: the filesystem's block mapper function.
663  *
664  * This is a library function, which implements the writepages()
665  * address_space_operation.
666  */
667 int
668 mpage_writepages(struct address_space *mapping,
669                 struct writeback_control *wbc, get_block_t get_block)
670 {
671         struct mpage_data mpd = {
672                 .get_block      = get_block,
673         };
674         struct blk_plug plug;
675         int ret;
676
677         blk_start_plug(&plug);
678         ret = write_cache_pages(mapping, wbc, __mpage_writepage, &mpd);
679         if (mpd.bio)
680                 mpage_bio_submit_write(mpd.bio);
681         blk_finish_plug(&plug);
682         return ret;
683 }
684 EXPORT_SYMBOL(mpage_writepages);