Merge tag 'mm-stable-2023-04-27-15-30' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel...
[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
472         if (iter->flags & IOMAP_NOWAIT)
473                 fgp |= FGP_NOWAIT;
474
475         return __filemap_get_folio(iter->inode->i_mapping, pos >> PAGE_SHIFT,
476                         fgp, mapping_gfp_mask(iter->inode->i_mapping));
477 }
478 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_get_folio);
479
480 bool iomap_release_folio(struct folio *folio, gfp_t gfp_flags)
481 {
482         trace_iomap_release_folio(folio->mapping->host, folio_pos(folio),
483                         folio_size(folio));
484
485         /*
486          * mm accommodates an old ext3 case where clean folios might
487          * not have had the dirty bit cleared.  Thus, it can send actual
488          * dirty folios to ->release_folio() via shrink_active_list();
489          * skip those here.
490          */
491         if (folio_test_dirty(folio) || folio_test_writeback(folio))
492                 return false;
493         iomap_page_release(folio);
494         return true;
495 }
496 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_release_folio);
497
498 void iomap_invalidate_folio(struct folio *folio, size_t offset, size_t len)
499 {
500         trace_iomap_invalidate_folio(folio->mapping->host,
501                                         folio_pos(folio) + offset, len);
502
503         /*
504          * If we're invalidating the entire folio, clear the dirty state
505          * from it and release it to avoid unnecessary buildup of the LRU.
506          */
507         if (offset == 0 && len == folio_size(folio)) {
508                 WARN_ON_ONCE(folio_test_writeback(folio));
509                 folio_cancel_dirty(folio);
510                 iomap_page_release(folio);
511         } else if (folio_test_large(folio)) {
512                 /* Must release the iop so the page can be split */
513                 WARN_ON_ONCE(!folio_test_uptodate(folio) &&
514                              folio_test_dirty(folio));
515                 iomap_page_release(folio);
516         }
517 }
518 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_invalidate_folio);
519
520 static void
521 iomap_write_failed(struct inode *inode, loff_t pos, unsigned len)
522 {
523         loff_t i_size = i_size_read(inode);
524
525         /*
526          * Only truncate newly allocated pages beyoned EOF, even if the
527          * write started inside the existing inode size.
528          */
529         if (pos + len > i_size)
530                 truncate_pagecache_range(inode, max(pos, i_size),
531                                          pos + len - 1);
532 }
533
534 static int iomap_read_folio_sync(loff_t block_start, struct folio *folio,
535                 size_t poff, size_t plen, const struct iomap *iomap)
536 {
537         struct bio_vec bvec;
538         struct bio bio;
539
540         bio_init(&bio, iomap->bdev, &bvec, 1, REQ_OP_READ);
541         bio.bi_iter.bi_sector = iomap_sector(iomap, block_start);
542         bio_add_folio(&bio, folio, plen, poff);
543         return submit_bio_wait(&bio);
544 }
545
546 static int __iomap_write_begin(const struct iomap_iter *iter, loff_t pos,
547                 size_t len, struct folio *folio)
548 {
549         const struct iomap *srcmap = iomap_iter_srcmap(iter);
550         struct iomap_page *iop;
551         loff_t block_size = i_blocksize(iter->inode);
552         loff_t block_start = round_down(pos, block_size);
553         loff_t block_end = round_up(pos + len, block_size);
554         unsigned int nr_blocks = i_blocks_per_folio(iter->inode, folio);
555         size_t from = offset_in_folio(folio, pos), to = from + len;
556         size_t poff, plen;
557
558         if (folio_test_uptodate(folio))
559                 return 0;
560         folio_clear_error(folio);
561
562         iop = iomap_page_create(iter->inode, folio, iter->flags);
563         if ((iter->flags & IOMAP_NOWAIT) && !iop && nr_blocks > 1)
564                 return -EAGAIN;
565
566         do {
567                 iomap_adjust_read_range(iter->inode, folio, &block_start,
568                                 block_end - block_start, &poff, &plen);
569                 if (plen == 0)
570                         break;
571
572                 if (!(iter->flags & IOMAP_UNSHARE) &&
573                     (from <= poff || from >= poff + plen) &&
574                     (to <= poff || to >= poff + plen))
575                         continue;
576
577                 if (iomap_block_needs_zeroing(iter, block_start)) {
578                         if (WARN_ON_ONCE(iter->flags & IOMAP_UNSHARE))
579                                 return -EIO;
580                         folio_zero_segments(folio, poff, from, to, poff + plen);
581                 } else {
582                         int status;
583
584                         if (iter->flags & IOMAP_NOWAIT)
585                                 return -EAGAIN;
586
587                         status = iomap_read_folio_sync(block_start, folio,
588                                         poff, plen, srcmap);
589                         if (status)
590                                 return status;
591                 }
592                 iomap_set_range_uptodate(folio, iop, poff, plen);
593         } while ((block_start += plen) < block_end);
594
595         return 0;
596 }
597
598 static struct folio *__iomap_get_folio(struct iomap_iter *iter, loff_t pos,
599                 size_t len)
600 {
601         const struct iomap_folio_ops *folio_ops = iter->iomap.folio_ops;
602
603         if (folio_ops && folio_ops->get_folio)
604                 return folio_ops->get_folio(iter, pos, len);
605         else
606                 return iomap_get_folio(iter, pos);
607 }
608
609 static void __iomap_put_folio(struct iomap_iter *iter, loff_t pos, size_t ret,
610                 struct folio *folio)
611 {
612         const struct iomap_folio_ops *folio_ops = iter->iomap.folio_ops;
613
614         if (folio_ops && folio_ops->put_folio) {
615                 folio_ops->put_folio(iter->inode, pos, ret, folio);
616         } else {
617                 folio_unlock(folio);
618                 folio_put(folio);
619         }
620 }
621
622 static int iomap_write_begin_inline(const struct iomap_iter *iter,
623                 struct folio *folio)
624 {
625         /* needs more work for the tailpacking case; disable for now */
626         if (WARN_ON_ONCE(iomap_iter_srcmap(iter)->offset != 0))
627                 return -EIO;
628         return iomap_read_inline_data(iter, folio);
629 }
630
631 static int iomap_write_begin(struct iomap_iter *iter, loff_t pos,
632                 size_t len, struct folio **foliop)
633 {
634         const struct iomap_folio_ops *folio_ops = iter->iomap.folio_ops;
635         const struct iomap *srcmap = iomap_iter_srcmap(iter);
636         struct folio *folio;
637         int status = 0;
638
639         BUG_ON(pos + len > iter->iomap.offset + iter->iomap.length);
640         if (srcmap != &iter->iomap)
641                 BUG_ON(pos + len > srcmap->offset + srcmap->length);
642
643         if (fatal_signal_pending(current))
644                 return -EINTR;
645
646         if (!mapping_large_folio_support(iter->inode->i_mapping))
647                 len = min_t(size_t, len, PAGE_SIZE - offset_in_page(pos));
648
649         folio = __iomap_get_folio(iter, pos, len);
650         if (IS_ERR(folio))
651                 return PTR_ERR(folio);
652
653         /*
654          * Now we have a locked folio, before we do anything with it we need to
655          * check that the iomap we have cached is not stale. The inode extent
656          * mapping can change due to concurrent IO in flight (e.g.
657          * IOMAP_UNWRITTEN state can change and memory reclaim could have
658          * reclaimed a previously partially written page at this index after IO
659          * completion before this write reaches this file offset) and hence we
660          * could do the wrong thing here (zero a page range incorrectly or fail
661          * to zero) and corrupt data.
662          */
663         if (folio_ops && folio_ops->iomap_valid) {
664                 bool iomap_valid = folio_ops->iomap_valid(iter->inode,
665                                                          &iter->iomap);
666                 if (!iomap_valid) {
667                         iter->iomap.flags |= IOMAP_F_STALE;
668                         status = 0;
669                         goto out_unlock;
670                 }
671         }
672
673         if (pos + len > folio_pos(folio) + folio_size(folio))
674                 len = folio_pos(folio) + folio_size(folio) - pos;
675
676         if (srcmap->type == IOMAP_INLINE)
677                 status = iomap_write_begin_inline(iter, folio);
678         else if (srcmap->flags & IOMAP_F_BUFFER_HEAD)
679                 status = __block_write_begin_int(folio, pos, len, NULL, srcmap);
680         else
681                 status = __iomap_write_begin(iter, pos, len, folio);
682
683         if (unlikely(status))
684                 goto out_unlock;
685
686         *foliop = folio;
687         return 0;
688
689 out_unlock:
690         __iomap_put_folio(iter, pos, 0, folio);
691         iomap_write_failed(iter->inode, pos, len);
692
693         return status;
694 }
695
696 static size_t __iomap_write_end(struct inode *inode, loff_t pos, size_t len,
697                 size_t copied, struct folio *folio)
698 {
699         struct iomap_page *iop = to_iomap_page(folio);
700         flush_dcache_folio(folio);
701
702         /*
703          * The blocks that were entirely written will now be uptodate, so we
704          * don't have to worry about a read_folio reading them and overwriting a
705          * partial write.  However, if we've encountered a short write and only
706          * partially written into a block, it will not be marked uptodate, so a
707          * read_folio might come in and destroy our partial write.
708          *
709          * Do the simplest thing and just treat any short write to a
710          * non-uptodate page as a zero-length write, and force the caller to
711          * redo the whole thing.
712          */
713         if (unlikely(copied < len && !folio_test_uptodate(folio)))
714                 return 0;
715         iomap_set_range_uptodate(folio, iop, offset_in_folio(folio, pos), len);
716         filemap_dirty_folio(inode->i_mapping, folio);
717         return copied;
718 }
719
720 static size_t iomap_write_end_inline(const struct iomap_iter *iter,
721                 struct folio *folio, loff_t pos, size_t copied)
722 {
723         const struct iomap *iomap = &iter->iomap;
724         void *addr;
725
726         WARN_ON_ONCE(!folio_test_uptodate(folio));
727         BUG_ON(!iomap_inline_data_valid(iomap));
728
729         flush_dcache_folio(folio);
730         addr = kmap_local_folio(folio, pos);
731         memcpy(iomap_inline_data(iomap, pos), addr, copied);
732         kunmap_local(addr);
733
734         mark_inode_dirty(iter->inode);
735         return copied;
736 }
737
738 /* Returns the number of bytes copied.  May be 0.  Cannot be an errno. */
739 static size_t iomap_write_end(struct iomap_iter *iter, loff_t pos, size_t len,
740                 size_t copied, struct folio *folio)
741 {
742         const struct iomap *srcmap = iomap_iter_srcmap(iter);
743         loff_t old_size = iter->inode->i_size;
744         size_t ret;
745
746         if (srcmap->type == IOMAP_INLINE) {
747                 ret = iomap_write_end_inline(iter, folio, pos, copied);
748         } else if (srcmap->flags & IOMAP_F_BUFFER_HEAD) {
749                 ret = block_write_end(NULL, iter->inode->i_mapping, pos, len,
750                                 copied, &folio->page, NULL);
751         } else {
752                 ret = __iomap_write_end(iter->inode, pos, len, copied, folio);
753         }
754
755         /*
756          * Update the in-memory inode size after copying the data into the page
757          * cache.  It's up to the file system to write the updated size to disk,
758          * preferably after I/O completion so that no stale data is exposed.
759          */
760         if (pos + ret > old_size) {
761                 i_size_write(iter->inode, pos + ret);
762                 iter->iomap.flags |= IOMAP_F_SIZE_CHANGED;
763         }
764         __iomap_put_folio(iter, pos, ret, folio);
765
766         if (old_size < pos)
767                 pagecache_isize_extended(iter->inode, old_size, pos);
768         if (ret < len)
769                 iomap_write_failed(iter->inode, pos + ret, len - ret);
770         return ret;
771 }
772
773 static loff_t iomap_write_iter(struct iomap_iter *iter, struct iov_iter *i)
774 {
775         loff_t length = iomap_length(iter);
776         loff_t pos = iter->pos;
777         ssize_t written = 0;
778         long status = 0;
779         struct address_space *mapping = iter->inode->i_mapping;
780         unsigned int bdp_flags = (iter->flags & IOMAP_NOWAIT) ? BDP_ASYNC : 0;
781
782         do {
783                 struct folio *folio;
784                 struct page *page;
785                 unsigned long offset;   /* Offset into pagecache page */
786                 unsigned long bytes;    /* Bytes to write to page */
787                 size_t copied;          /* Bytes copied from user */
788
789                 offset = offset_in_page(pos);
790                 bytes = min_t(unsigned long, PAGE_SIZE - offset,
791                                                 iov_iter_count(i));
792 again:
793                 status = balance_dirty_pages_ratelimited_flags(mapping,
794                                                                bdp_flags);
795                 if (unlikely(status))
796                         break;
797
798                 if (bytes > length)
799                         bytes = length;
800
801                 /*
802                  * Bring in the user page that we'll copy from _first_.
803                  * Otherwise there's a nasty deadlock on copying from the
804                  * same page as we're writing to, without it being marked
805                  * up-to-date.
806                  *
807                  * For async buffered writes the assumption is that the user
808                  * page has already been faulted in. This can be optimized by
809                  * faulting the user page.
810                  */
811                 if (unlikely(fault_in_iov_iter_readable(i, bytes) == bytes)) {
812                         status = -EFAULT;
813                         break;
814                 }
815
816                 status = iomap_write_begin(iter, pos, bytes, &folio);
817                 if (unlikely(status))
818                         break;
819                 if (iter->iomap.flags & IOMAP_F_STALE)
820                         break;
821
822                 page = folio_file_page(folio, pos >> PAGE_SHIFT);
823                 if (mapping_writably_mapped(mapping))
824                         flush_dcache_page(page);
825
826                 copied = copy_page_from_iter_atomic(page, offset, bytes, i);
827
828                 status = iomap_write_end(iter, pos, bytes, copied, folio);
829
830                 if (unlikely(copied != status))
831                         iov_iter_revert(i, copied - status);
832
833                 cond_resched();
834                 if (unlikely(status == 0)) {
835                         /*
836                          * A short copy made iomap_write_end() reject the
837                          * thing entirely.  Might be memory poisoning
838                          * halfway through, might be a race with munmap,
839                          * might be severe memory pressure.
840                          */
841                         if (copied)
842                                 bytes = copied;
843                         goto again;
844                 }
845                 pos += status;
846                 written += status;
847                 length -= status;
848         } while (iov_iter_count(i) && length);
849
850         if (status == -EAGAIN) {
851                 iov_iter_revert(i, written);
852                 return -EAGAIN;
853         }
854         return written ? written : status;
855 }
856
857 ssize_t
858 iomap_file_buffered_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *i,
859                 const struct iomap_ops *ops)
860 {
861         struct iomap_iter iter = {
862                 .inode          = iocb->ki_filp->f_mapping->host,
863                 .pos            = iocb->ki_pos,
864                 .len            = iov_iter_count(i),
865                 .flags          = IOMAP_WRITE,
866         };
867         int ret;
868
869         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT)
870                 iter.flags |= IOMAP_NOWAIT;
871
872         while ((ret = iomap_iter(&iter, ops)) > 0)
873                 iter.processed = iomap_write_iter(&iter, i);
874         if (iter.pos == iocb->ki_pos)
875                 return ret;
876         return iter.pos - iocb->ki_pos;
877 }
878 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_file_buffered_write);
879
880 /*
881  * Scan the data range passed to us for dirty page cache folios. If we find a
882  * dirty folio, punch out the preceeding range and update the offset from which
883  * the next punch will start from.
884  *
885  * We can punch out storage reservations under clean pages because they either
886  * contain data that has been written back - in which case the delalloc punch
887  * over that range is a no-op - or they have been read faults in which case they
888  * contain zeroes and we can remove the delalloc backing range and any new
889  * writes to those pages will do the normal hole filling operation...
890  *
891  * This makes the logic simple: we only need to keep the delalloc extents only
892  * over the dirty ranges of the page cache.
893  *
894  * This function uses [start_byte, end_byte) intervals (i.e. open ended) to
895  * simplify range iterations.
896  */
897 static int iomap_write_delalloc_scan(struct inode *inode,
898                 loff_t *punch_start_byte, loff_t start_byte, loff_t end_byte,
899                 int (*punch)(struct inode *inode, loff_t offset, loff_t length))
900 {
901         while (start_byte < end_byte) {
902                 struct folio    *folio;
903
904                 /* grab locked page */
905                 folio = filemap_lock_folio(inode->i_mapping,
906                                 start_byte >> PAGE_SHIFT);
907                 if (IS_ERR(folio)) {
908                         start_byte = ALIGN_DOWN(start_byte, PAGE_SIZE) +
909                                         PAGE_SIZE;
910                         continue;
911                 }
912
913                 /* if dirty, punch up to offset */
914                 if (folio_test_dirty(folio)) {
915                         if (start_byte > *punch_start_byte) {
916                                 int     error;
917
918                                 error = punch(inode, *punch_start_byte,
919                                                 start_byte - *punch_start_byte);
920                                 if (error) {
921                                         folio_unlock(folio);
922                                         folio_put(folio);
923                                         return error;
924                                 }
925                         }
926
927                         /*
928                          * Make sure the next punch start is correctly bound to
929                          * the end of this data range, not the end of the folio.
930                          */
931                         *punch_start_byte = min_t(loff_t, end_byte,
932                                         folio_next_index(folio) << PAGE_SHIFT);
933                 }
934
935                 /* move offset to start of next folio in range */
936                 start_byte = folio_next_index(folio) << PAGE_SHIFT;
937                 folio_unlock(folio);
938                 folio_put(folio);
939         }
940         return 0;
941 }
942
943 /*
944  * Punch out all the delalloc blocks in the range given except for those that
945  * have dirty data still pending in the page cache - those are going to be
946  * written and so must still retain the delalloc backing for writeback.
947  *
948  * As we are scanning the page cache for data, we don't need to reimplement the
949  * wheel - mapping_seek_hole_data() does exactly what we need to identify the
950  * start and end of data ranges correctly even for sub-folio block sizes. This
951  * byte range based iteration is especially convenient because it means we
952  * don't have to care about variable size folios, nor where the start or end of
953  * the data range lies within a folio, if they lie within the same folio or even
954  * if there are multiple discontiguous data ranges within the folio.
955  *
956  * It should be noted that mapping_seek_hole_data() is not aware of EOF, and so
957  * can return data ranges that exist in the cache beyond EOF. e.g. a page fault
958  * spanning EOF will initialise the post-EOF data to zeroes and mark it up to
959  * date. A write page fault can then mark it dirty. If we then fail a write()
960  * beyond EOF into that up to date cached range, we allocate a delalloc block
961  * beyond EOF and then have to punch it out. Because the range is up to date,
962  * mapping_seek_hole_data() will return it, and we will skip the punch because
963  * the folio is dirty. THis is incorrect - we always need to punch out delalloc
964  * beyond EOF in this case as writeback will never write back and covert that
965  * delalloc block beyond EOF. Hence we limit the cached data scan range to EOF,
966  * resulting in always punching out the range from the EOF to the end of the
967  * range the iomap spans.
968  *
969  * Intervals are of the form [start_byte, end_byte) (i.e. open ended) because it
970  * matches the intervals returned by mapping_seek_hole_data(). i.e. SEEK_DATA
971  * returns the start of a data range (start_byte), and SEEK_HOLE(start_byte)
972  * returns the end of the data range (data_end). Using closed intervals would
973  * require sprinkling this code with magic "+ 1" and "- 1" arithmetic and expose
974  * the code to subtle off-by-one bugs....
975  */
976 static int iomap_write_delalloc_release(struct inode *inode,
977                 loff_t start_byte, loff_t end_byte,
978                 int (*punch)(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t length))
979 {
980         loff_t punch_start_byte = start_byte;
981         loff_t scan_end_byte = min(i_size_read(inode), end_byte);
982         int error = 0;
983
984         /*
985          * Lock the mapping to avoid races with page faults re-instantiating
986          * folios and dirtying them via ->page_mkwrite whilst we walk the
987          * cache and perform delalloc extent removal. Failing to do this can
988          * leave dirty pages with no space reservation in the cache.
989          */
990         filemap_invalidate_lock(inode->i_mapping);
991         while (start_byte < scan_end_byte) {
992                 loff_t          data_end;
993
994                 start_byte = mapping_seek_hole_data(inode->i_mapping,
995                                 start_byte, scan_end_byte, SEEK_DATA);
996                 /*
997                  * If there is no more data to scan, all that is left is to
998                  * punch out the remaining range.
999                  */
1000                 if (start_byte == -ENXIO || start_byte == scan_end_byte)
1001                         break;
1002                 if (start_byte < 0) {
1003                         error = start_byte;
1004                         goto out_unlock;
1005                 }
1006                 WARN_ON_ONCE(start_byte < punch_start_byte);
1007                 WARN_ON_ONCE(start_byte > scan_end_byte);
1008
1009                 /*
1010                  * We find the end of this contiguous cached data range by
1011                  * seeking from start_byte to the beginning of the next hole.
1012                  */
1013                 data_end = mapping_seek_hole_data(inode->i_mapping, start_byte,
1014                                 scan_end_byte, SEEK_HOLE);
1015                 if (data_end < 0) {
1016                         error = data_end;
1017                         goto out_unlock;
1018                 }
1019                 WARN_ON_ONCE(data_end <= start_byte);
1020                 WARN_ON_ONCE(data_end > scan_end_byte);
1021
1022                 error = iomap_write_delalloc_scan(inode, &punch_start_byte,
1023                                 start_byte, data_end, punch);
1024                 if (error)
1025                         goto out_unlock;
1026
1027                 /* The next data search starts at the end of this one. */
1028                 start_byte = data_end;
1029         }
1030
1031         if (punch_start_byte < end_byte)
1032                 error = punch(inode, punch_start_byte,
1033                                 end_byte - punch_start_byte);
1034 out_unlock:
1035         filemap_invalidate_unlock(inode->i_mapping);
1036         return error;
1037 }
1038
1039 /*
1040  * When a short write occurs, the filesystem may need to remove reserved space
1041  * that was allocated in ->iomap_begin from it's ->iomap_end method. For
1042  * filesystems that use delayed allocation, we need to punch out delalloc
1043  * extents from the range that are not dirty in the page cache. As the write can
1044  * race with page faults, there can be dirty pages over the delalloc extent
1045  * outside the range of a short write but still within the delalloc extent
1046  * allocated for this iomap.
1047  *
1048  * This function uses [start_byte, end_byte) intervals (i.e. open ended) to
1049  * simplify range iterations.
1050  *
1051  * The punch() callback *must* only punch delalloc extents in the range passed
1052  * to it. It must skip over all other types of extents in the range and leave
1053  * them completely unchanged. It must do this punch atomically with respect to
1054  * other extent modifications.
1055  *
1056  * The punch() callback may be called with a folio locked to prevent writeback
1057  * extent allocation racing at the edge of the range we are currently punching.
1058  * The locked folio may or may not cover the range being punched, so it is not
1059  * safe for the punch() callback to lock folios itself.
1060  *
1061  * Lock order is:
1062  *
1063  * inode->i_rwsem (shared or exclusive)
1064  *   inode->i_mapping->invalidate_lock (exclusive)
1065  *     folio_lock()
1066  *       ->punch
1067  *         internal filesystem allocation lock
1068  */
1069 int iomap_file_buffered_write_punch_delalloc(struct inode *inode,
1070                 struct iomap *iomap, loff_t pos, loff_t length,
1071                 ssize_t written,
1072                 int (*punch)(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t length))
1073 {
1074         loff_t                  start_byte;
1075         loff_t                  end_byte;
1076         int                     blocksize = i_blocksize(inode);
1077
1078         if (iomap->type != IOMAP_DELALLOC)
1079                 return 0;
1080
1081         /* If we didn't reserve the blocks, we're not allowed to punch them. */
1082         if (!(iomap->flags & IOMAP_F_NEW))
1083                 return 0;
1084
1085         /*
1086          * start_byte refers to the first unused block after a short write. If
1087          * nothing was written, round offset down to point at the first block in
1088          * the range.
1089          */
1090         if (unlikely(!written))
1091                 start_byte = round_down(pos, blocksize);
1092         else
1093                 start_byte = round_up(pos + written, blocksize);
1094         end_byte = round_up(pos + length, blocksize);
1095
1096         /* Nothing to do if we've written the entire delalloc extent */
1097         if (start_byte >= end_byte)
1098                 return 0;
1099
1100         return iomap_write_delalloc_release(inode, start_byte, end_byte,
1101                                         punch);
1102 }
1103 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_file_buffered_write_punch_delalloc);
1104
1105 static loff_t iomap_unshare_iter(struct iomap_iter *iter)
1106 {
1107         struct iomap *iomap = &iter->iomap;
1108         const struct iomap *srcmap = iomap_iter_srcmap(iter);
1109         loff_t pos = iter->pos;
1110         loff_t length = iomap_length(iter);
1111         long status = 0;
1112         loff_t written = 0;
1113
1114         /* don't bother with blocks that are not shared to start with */
1115         if (!(iomap->flags & IOMAP_F_SHARED))
1116                 return length;
1117         /* don't bother with holes or unwritten extents */
1118         if (srcmap->type == IOMAP_HOLE || srcmap->type == IOMAP_UNWRITTEN)
1119                 return length;
1120
1121         do {
1122                 unsigned long offset = offset_in_page(pos);
1123                 unsigned long bytes = min_t(loff_t, PAGE_SIZE - offset, length);
1124                 struct folio *folio;
1125
1126                 status = iomap_write_begin(iter, pos, bytes, &folio);
1127                 if (unlikely(status))
1128                         return status;
1129                 if (iter->iomap.flags & IOMAP_F_STALE)
1130                         break;
1131
1132                 status = iomap_write_end(iter, pos, bytes, bytes, folio);
1133                 if (WARN_ON_ONCE(status == 0))
1134                         return -EIO;
1135
1136                 cond_resched();
1137
1138                 pos += status;
1139                 written += status;
1140                 length -= status;
1141
1142                 balance_dirty_pages_ratelimited(iter->inode->i_mapping);
1143         } while (length);
1144
1145         return written;
1146 }
1147
1148 int
1149 iomap_file_unshare(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t len,
1150                 const struct iomap_ops *ops)
1151 {
1152         struct iomap_iter iter = {
1153                 .inode          = inode,
1154                 .pos            = pos,
1155                 .len            = len,
1156                 .flags          = IOMAP_WRITE | IOMAP_UNSHARE,
1157         };
1158         int ret;
1159
1160         while ((ret = iomap_iter(&iter, ops)) > 0)
1161                 iter.processed = iomap_unshare_iter(&iter);
1162         return ret;
1163 }
1164 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_file_unshare);
1165
1166 static loff_t iomap_zero_iter(struct iomap_iter *iter, bool *did_zero)
1167 {
1168         const struct iomap *srcmap = iomap_iter_srcmap(iter);
1169         loff_t pos = iter->pos;
1170         loff_t length = iomap_length(iter);
1171         loff_t written = 0;
1172
1173         /* already zeroed?  we're done. */
1174         if (srcmap->type == IOMAP_HOLE || srcmap->type == IOMAP_UNWRITTEN)
1175                 return length;
1176
1177         do {
1178                 struct folio *folio;
1179                 int status;
1180                 size_t offset;
1181                 size_t bytes = min_t(u64, SIZE_MAX, length);
1182
1183                 status = iomap_write_begin(iter, pos, bytes, &folio);
1184                 if (status)
1185                         return status;
1186                 if (iter->iomap.flags & IOMAP_F_STALE)
1187                         break;
1188
1189                 offset = offset_in_folio(folio, pos);
1190                 if (bytes > folio_size(folio) - offset)
1191                         bytes = folio_size(folio) - offset;
1192
1193                 folio_zero_range(folio, offset, bytes);
1194                 folio_mark_accessed(folio);
1195
1196                 bytes = iomap_write_end(iter, pos, bytes, bytes, folio);
1197                 if (WARN_ON_ONCE(bytes == 0))
1198                         return -EIO;
1199
1200                 pos += bytes;
1201                 length -= bytes;
1202                 written += bytes;
1203         } while (length > 0);
1204
1205         if (did_zero)
1206                 *did_zero = true;
1207         return written;
1208 }
1209
1210 int
1211 iomap_zero_range(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t len, bool *did_zero,
1212                 const struct iomap_ops *ops)
1213 {
1214         struct iomap_iter iter = {
1215                 .inode          = inode,
1216                 .pos            = pos,
1217                 .len            = len,
1218                 .flags          = IOMAP_ZERO,
1219         };
1220         int ret;
1221
1222         while ((ret = iomap_iter(&iter, ops)) > 0)
1223                 iter.processed = iomap_zero_iter(&iter, did_zero);
1224         return ret;
1225 }
1226 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_zero_range);
1227
1228 int
1229 iomap_truncate_page(struct inode *inode, loff_t pos, bool *did_zero,
1230                 const struct iomap_ops *ops)
1231 {
1232         unsigned int blocksize = i_blocksize(inode);
1233         unsigned int off = pos & (blocksize - 1);
1234
1235         /* Block boundary? Nothing to do */
1236         if (!off)
1237                 return 0;
1238         return iomap_zero_range(inode, pos, blocksize - off, did_zero, ops);
1239 }
1240 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_truncate_page);
1241
1242 static loff_t iomap_folio_mkwrite_iter(struct iomap_iter *iter,
1243                 struct folio *folio)
1244 {
1245         loff_t length = iomap_length(iter);
1246         int ret;
1247
1248         if (iter->iomap.flags & IOMAP_F_BUFFER_HEAD) {
1249                 ret = __block_write_begin_int(folio, iter->pos, length, NULL,
1250                                               &iter->iomap);
1251                 if (ret)
1252                         return ret;
1253                 block_commit_write(&folio->page, 0, length);
1254         } else {
1255                 WARN_ON_ONCE(!folio_test_uptodate(folio));
1256                 folio_mark_dirty(folio);
1257         }
1258
1259         return length;
1260 }
1261
1262 vm_fault_t iomap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf, const struct iomap_ops *ops)
1263 {
1264         struct iomap_iter iter = {
1265                 .inode          = file_inode(vmf->vma->vm_file),
1266                 .flags          = IOMAP_WRITE | IOMAP_FAULT,
1267         };
1268         struct folio *folio = page_folio(vmf->page);
1269         ssize_t ret;
1270
1271         folio_lock(folio);
1272         ret = folio_mkwrite_check_truncate(folio, iter.inode);
1273         if (ret < 0)
1274                 goto out_unlock;
1275         iter.pos = folio_pos(folio);
1276         iter.len = ret;
1277         while ((ret = iomap_iter(&iter, ops)) > 0)
1278                 iter.processed = iomap_folio_mkwrite_iter(&iter, folio);
1279
1280         if (ret < 0)
1281                 goto out_unlock;
1282         folio_wait_stable(folio);
1283         return VM_FAULT_LOCKED;
1284 out_unlock:
1285         folio_unlock(folio);
1286         return block_page_mkwrite_return(ret);
1287 }
1288 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_page_mkwrite);
1289
1290 static void iomap_finish_folio_write(struct inode *inode, struct folio *folio,
1291                 size_t len, int error)
1292 {
1293         struct iomap_page *iop = to_iomap_page(folio);
1294
1295         if (error) {
1296                 folio_set_error(folio);
1297                 mapping_set_error(inode->i_mapping, error);
1298         }
1299
1300         WARN_ON_ONCE(i_blocks_per_folio(inode, folio) > 1 && !iop);
1301         WARN_ON_ONCE(iop && atomic_read(&iop->write_bytes_pending) <= 0);
1302
1303         if (!iop || atomic_sub_and_test(len, &iop->write_bytes_pending))
1304                 folio_end_writeback(folio);
1305 }
1306
1307 /*
1308  * We're now finished for good with this ioend structure.  Update the page
1309  * state, release holds on bios, and finally free up memory.  Do not use the
1310  * ioend after this.
1311  */
1312 static u32
1313 iomap_finish_ioend(struct iomap_ioend *ioend, int error)
1314 {
1315         struct inode *inode = ioend->io_inode;
1316         struct bio *bio = &ioend->io_inline_bio;
1317         struct bio *last = ioend->io_bio, *next;
1318         u64 start = bio->bi_iter.bi_sector;
1319         loff_t offset = ioend->io_offset;
1320         bool quiet = bio_flagged(bio, BIO_QUIET);
1321         u32 folio_count = 0;
1322
1323         for (bio = &ioend->io_inline_bio; bio; bio = next) {
1324                 struct folio_iter fi;
1325
1326                 /*
1327                  * For the last bio, bi_private points to the ioend, so we
1328                  * need to explicitly end the iteration here.
1329                  */
1330                 if (bio == last)
1331                         next = NULL;
1332                 else
1333                         next = bio->bi_private;
1334
1335                 /* walk all folios in bio, ending page IO on them */
1336                 bio_for_each_folio_all(fi, bio) {
1337                         iomap_finish_folio_write(inode, fi.folio, fi.length,
1338                                         error);
1339                         folio_count++;
1340                 }
1341                 bio_put(bio);
1342         }
1343         /* The ioend has been freed by bio_put() */
1344
1345         if (unlikely(error && !quiet)) {
1346                 printk_ratelimited(KERN_ERR
1347 "%s: writeback error on inode %lu, offset %lld, sector %llu",
1348                         inode->i_sb->s_id, inode->i_ino, offset, start);
1349         }
1350         return folio_count;
1351 }
1352
1353 /*
1354  * Ioend completion routine for merged bios. This can only be called from task
1355  * contexts as merged ioends can be of unbound length. Hence we have to break up
1356  * the writeback completions into manageable chunks to avoid long scheduler
1357  * holdoffs. We aim to keep scheduler holdoffs down below 10ms so that we get
1358  * good batch processing throughput without creating adverse scheduler latency
1359  * conditions.
1360  */
1361 void
1362 iomap_finish_ioends(struct iomap_ioend *ioend, int error)
1363 {
1364         struct list_head tmp;
1365         u32 completions;
1366
1367         might_sleep();
1368
1369         list_replace_init(&ioend->io_list, &tmp);
1370         completions = iomap_finish_ioend(ioend, error);
1371
1372         while (!list_empty(&tmp)) {
1373                 if (completions > IOEND_BATCH_SIZE * 8) {
1374                         cond_resched();
1375                         completions = 0;
1376                 }
1377                 ioend = list_first_entry(&tmp, struct iomap_ioend, io_list);
1378                 list_del_init(&ioend->io_list);
1379                 completions += iomap_finish_ioend(ioend, error);
1380         }
1381 }
1382 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_finish_ioends);
1383
1384 /*
1385  * We can merge two adjacent ioends if they have the same set of work to do.
1386  */
1387 static bool
1388 iomap_ioend_can_merge(struct iomap_ioend *ioend, struct iomap_ioend *next)
1389 {
1390         if (ioend->io_bio->bi_status != next->io_bio->bi_status)
1391                 return false;
1392         if ((ioend->io_flags & IOMAP_F_SHARED) ^
1393             (next->io_flags & IOMAP_F_SHARED))
1394                 return false;
1395         if ((ioend->io_type == IOMAP_UNWRITTEN) ^
1396             (next->io_type == IOMAP_UNWRITTEN))
1397                 return false;
1398         if (ioend->io_offset + ioend->io_size != next->io_offset)
1399                 return false;
1400         /*
1401          * Do not merge physically discontiguous ioends. The filesystem
1402          * completion functions will have to iterate the physical
1403          * discontiguities even if we merge the ioends at a logical level, so
1404          * we don't gain anything by merging physical discontiguities here.
1405          *
1406          * We cannot use bio->bi_iter.bi_sector here as it is modified during
1407          * submission so does not point to the start sector of the bio at
1408          * completion.
1409          */
1410         if (ioend->io_sector + (ioend->io_size >> 9) != next->io_sector)
1411                 return false;
1412         return true;
1413 }
1414
1415 void
1416 iomap_ioend_try_merge(struct iomap_ioend *ioend, struct list_head *more_ioends)
1417 {
1418         struct iomap_ioend *next;
1419
1420         INIT_LIST_HEAD(&ioend->io_list);
1421
1422         while ((next = list_first_entry_or_null(more_ioends, struct iomap_ioend,
1423                         io_list))) {
1424                 if (!iomap_ioend_can_merge(ioend, next))
1425                         break;
1426                 list_move_tail(&next->io_list, &ioend->io_list);
1427                 ioend->io_size += next->io_size;
1428         }
1429 }
1430 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_ioend_try_merge);
1431
1432 static int
1433 iomap_ioend_compare(void *priv, const struct list_head *a,
1434                 const struct list_head *b)
1435 {
1436         struct iomap_ioend *ia = container_of(a, struct iomap_ioend, io_list);
1437         struct iomap_ioend *ib = container_of(b, struct iomap_ioend, io_list);
1438
1439         if (ia->io_offset < ib->io_offset)
1440                 return -1;
1441         if (ia->io_offset > ib->io_offset)
1442                 return 1;
1443         return 0;
1444 }
1445
1446 void
1447 iomap_sort_ioends(struct list_head *ioend_list)
1448 {
1449         list_sort(NULL, ioend_list, iomap_ioend_compare);
1450 }
1451 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_sort_ioends);
1452
1453 static void iomap_writepage_end_bio(struct bio *bio)
1454 {
1455         struct iomap_ioend *ioend = bio->bi_private;
1456
1457         iomap_finish_ioend(ioend, blk_status_to_errno(bio->bi_status));
1458 }
1459
1460 /*
1461  * Submit the final bio for an ioend.
1462  *
1463  * If @error is non-zero, it means that we have a situation where some part of
1464  * the submission process has failed after we've marked pages for writeback
1465  * and unlocked them.  In this situation, we need to fail the bio instead of
1466  * submitting it.  This typically only happens on a filesystem shutdown.
1467  */
1468 static int
1469 iomap_submit_ioend(struct iomap_writepage_ctx *wpc, struct iomap_ioend *ioend,
1470                 int error)
1471 {
1472         ioend->io_bio->bi_private = ioend;
1473         ioend->io_bio->bi_end_io = iomap_writepage_end_bio;
1474
1475         if (wpc->ops->prepare_ioend)
1476                 error = wpc->ops->prepare_ioend(ioend, error);
1477         if (error) {
1478                 /*
1479                  * If we're failing the IO now, just mark the ioend with an
1480                  * error and finish it.  This will run IO completion immediately
1481                  * as there is only one reference to the ioend at this point in
1482                  * time.
1483                  */
1484                 ioend->io_bio->bi_status = errno_to_blk_status(error);
1485                 bio_endio(ioend->io_bio);
1486                 return error;
1487         }
1488
1489         submit_bio(ioend->io_bio);
1490         return 0;
1491 }
1492
1493 static struct iomap_ioend *
1494 iomap_alloc_ioend(struct inode *inode, struct iomap_writepage_ctx *wpc,
1495                 loff_t offset, sector_t sector, struct writeback_control *wbc)
1496 {
1497         struct iomap_ioend *ioend;
1498         struct bio *bio;
1499
1500         bio = bio_alloc_bioset(wpc->iomap.bdev, BIO_MAX_VECS,
1501                                REQ_OP_WRITE | wbc_to_write_flags(wbc),
1502                                GFP_NOFS, &iomap_ioend_bioset);
1503         bio->bi_iter.bi_sector = sector;
1504         wbc_init_bio(wbc, bio);
1505
1506         ioend = container_of(bio, struct iomap_ioend, io_inline_bio);
1507         INIT_LIST_HEAD(&ioend->io_list);
1508         ioend->io_type = wpc->iomap.type;
1509         ioend->io_flags = wpc->iomap.flags;
1510         ioend->io_inode = inode;
1511         ioend->io_size = 0;
1512         ioend->io_folios = 0;
1513         ioend->io_offset = offset;
1514         ioend->io_bio = bio;
1515         ioend->io_sector = sector;
1516         return ioend;
1517 }
1518
1519 /*
1520  * Allocate a new bio, and chain the old bio to the new one.
1521  *
1522  * Note that we have to perform the chaining in this unintuitive order
1523  * so that the bi_private linkage is set up in the right direction for the
1524  * traversal in iomap_finish_ioend().
1525  */
1526 static struct bio *
1527 iomap_chain_bio(struct bio *prev)
1528 {
1529         struct bio *new;
1530
1531         new = bio_alloc(prev->bi_bdev, BIO_MAX_VECS, prev->bi_opf, GFP_NOFS);
1532         bio_clone_blkg_association(new, prev);
1533         new->bi_iter.bi_sector = bio_end_sector(prev);
1534
1535         bio_chain(prev, new);
1536         bio_get(prev);          /* for iomap_finish_ioend */
1537         submit_bio(prev);
1538         return new;
1539 }
1540
1541 static bool
1542 iomap_can_add_to_ioend(struct iomap_writepage_ctx *wpc, loff_t offset,
1543                 sector_t sector)
1544 {
1545         if ((wpc->iomap.flags & IOMAP_F_SHARED) !=
1546             (wpc->ioend->io_flags & IOMAP_F_SHARED))
1547                 return false;
1548         if (wpc->iomap.type != wpc->ioend->io_type)
1549                 return false;
1550         if (offset != wpc->ioend->io_offset + wpc->ioend->io_size)
1551                 return false;
1552         if (sector != bio_end_sector(wpc->ioend->io_bio))
1553                 return false;
1554         /*
1555          * Limit ioend bio chain lengths to minimise IO completion latency. This
1556          * also prevents long tight loops ending page writeback on all the
1557          * folios in the ioend.
1558          */
1559         if (wpc->ioend->io_folios >= IOEND_BATCH_SIZE)
1560                 return false;
1561         return true;
1562 }
1563
1564 /*
1565  * Test to see if we have an existing ioend structure that we could append to
1566  * first; otherwise finish off the current ioend and start another.
1567  */
1568 static void
1569 iomap_add_to_ioend(struct inode *inode, loff_t pos, struct folio *folio,
1570                 struct iomap_page *iop, struct iomap_writepage_ctx *wpc,
1571                 struct writeback_control *wbc, struct list_head *iolist)
1572 {
1573         sector_t sector = iomap_sector(&wpc->iomap, pos);
1574         unsigned len = i_blocksize(inode);
1575         size_t poff = offset_in_folio(folio, pos);
1576
1577         if (!wpc->ioend || !iomap_can_add_to_ioend(wpc, pos, sector)) {
1578                 if (wpc->ioend)
1579                         list_add(&wpc->ioend->io_list, iolist);
1580                 wpc->ioend = iomap_alloc_ioend(inode, wpc, pos, sector, wbc);
1581         }
1582
1583         if (!bio_add_folio(wpc->ioend->io_bio, folio, len, poff)) {
1584                 wpc->ioend->io_bio = iomap_chain_bio(wpc->ioend->io_bio);
1585                 bio_add_folio(wpc->ioend->io_bio, folio, len, poff);
1586         }
1587
1588         if (iop)
1589                 atomic_add(len, &iop->write_bytes_pending);
1590         wpc->ioend->io_size += len;
1591         wbc_account_cgroup_owner(wbc, &folio->page, len);
1592 }
1593
1594 /*
1595  * We implement an immediate ioend submission policy here to avoid needing to
1596  * chain multiple ioends and hence nest mempool allocations which can violate
1597  * the forward progress guarantees we need to provide. The current ioend we're
1598  * adding blocks to is cached in the writepage context, and if the new block
1599  * doesn't append to the cached ioend, it will create a new ioend and cache that
1600  * instead.
1601  *
1602  * If a new ioend is created and cached, the old ioend is returned and queued
1603  * locally for submission once the entire page is processed or an error has been
1604  * detected.  While ioends are submitted immediately after they are completed,
1605  * batching optimisations are provided by higher level block plugging.
1606  *
1607  * At the end of a writeback pass, there will be a cached ioend remaining on the
1608  * writepage context that the caller will need to submit.
1609  */
1610 static int
1611 iomap_writepage_map(struct iomap_writepage_ctx *wpc,
1612                 struct writeback_control *wbc, struct inode *inode,
1613                 struct folio *folio, u64 end_pos)
1614 {
1615         struct iomap_page *iop = iomap_page_create(inode, folio, 0);
1616         struct iomap_ioend *ioend, *next;
1617         unsigned len = i_blocksize(inode);
1618         unsigned nblocks = i_blocks_per_folio(inode, folio);
1619         u64 pos = folio_pos(folio);
1620         int error = 0, count = 0, i;
1621         LIST_HEAD(submit_list);
1622
1623         WARN_ON_ONCE(iop && atomic_read(&iop->write_bytes_pending) != 0);
1624
1625         /*
1626          * Walk through the folio to find areas to write back. If we
1627          * run off the end of the current map or find the current map
1628          * invalid, grab a new one.
1629          */
1630         for (i = 0; i < nblocks && pos < end_pos; i++, pos += len) {
1631                 if (iop && !test_bit(i, iop->uptodate))
1632                         continue;
1633
1634                 error = wpc->ops->map_blocks(wpc, inode, pos);
1635                 if (error)
1636                         break;
1637                 trace_iomap_writepage_map(inode, &wpc->iomap);
1638                 if (WARN_ON_ONCE(wpc->iomap.type == IOMAP_INLINE))
1639                         continue;
1640                 if (wpc->iomap.type == IOMAP_HOLE)
1641                         continue;
1642                 iomap_add_to_ioend(inode, pos, folio, iop, wpc, wbc,
1643                                  &submit_list);
1644                 count++;
1645         }
1646         if (count)
1647                 wpc->ioend->io_folios++;
1648
1649         WARN_ON_ONCE(!wpc->ioend && !list_empty(&submit_list));
1650         WARN_ON_ONCE(!folio_test_locked(folio));
1651         WARN_ON_ONCE(folio_test_writeback(folio));
1652         WARN_ON_ONCE(folio_test_dirty(folio));
1653
1654         /*
1655          * We cannot cancel the ioend directly here on error.  We may have
1656          * already set other pages under writeback and hence we have to run I/O
1657          * completion to mark the error state of the pages under writeback
1658          * appropriately.
1659          */
1660         if (unlikely(error)) {
1661                 /*
1662                  * Let the filesystem know what portion of the current page
1663                  * failed to map. If the page hasn't been added to ioend, it
1664                  * won't be affected by I/O completion and we must unlock it
1665                  * now.
1666                  */
1667                 if (wpc->ops->discard_folio)
1668                         wpc->ops->discard_folio(folio, pos);
1669                 if (!count) {
1670                         folio_unlock(folio);
1671                         goto done;
1672                 }
1673         }
1674
1675         folio_start_writeback(folio);
1676         folio_unlock(folio);
1677
1678         /*
1679          * Preserve the original error if there was one; catch
1680          * submission errors here and propagate into subsequent ioend
1681          * submissions.
1682          */
1683         list_for_each_entry_safe(ioend, next, &submit_list, io_list) {
1684                 int error2;
1685
1686                 list_del_init(&ioend->io_list);
1687                 error2 = iomap_submit_ioend(wpc, ioend, error);
1688                 if (error2 && !error)
1689                         error = error2;
1690         }
1691
1692         /*
1693          * We can end up here with no error and nothing to write only if we race
1694          * with a partial page truncate on a sub-page block sized filesystem.
1695          */
1696         if (!count)
1697                 folio_end_writeback(folio);
1698 done:
1699         mapping_set_error(inode->i_mapping, error);
1700         return error;
1701 }
1702
1703 /*
1704  * Write out a dirty page.
1705  *
1706  * For delalloc space on the page, we need to allocate space and flush it.
1707  * For unwritten space on the page, we need to start the conversion to
1708  * regular allocated space.
1709  */
1710 static int iomap_do_writepage(struct folio *folio,
1711                 struct writeback_control *wbc, void *data)
1712 {
1713         struct iomap_writepage_ctx *wpc = data;
1714         struct inode *inode = folio->mapping->host;
1715         u64 end_pos, isize;
1716
1717         trace_iomap_writepage(inode, folio_pos(folio), folio_size(folio));
1718
1719         /*
1720          * Refuse to write the folio out if we're called from reclaim context.
1721          *
1722          * This avoids stack overflows when called from deeply used stacks in
1723          * random callers for direct reclaim or memcg reclaim.  We explicitly
1724          * allow reclaim from kswapd as the stack usage there is relatively low.
1725          *
1726          * This should never happen except in the case of a VM regression so
1727          * warn about it.
1728          */
1729         if (WARN_ON_ONCE((current->flags & (PF_MEMALLOC|PF_KSWAPD)) ==
1730                         PF_MEMALLOC))
1731                 goto redirty;
1732
1733         /*
1734          * Is this folio beyond the end of the file?
1735          *
1736          * The folio index is less than the end_index, adjust the end_pos
1737          * to the highest offset that this folio should represent.
1738          * -----------------------------------------------------
1739          * |                    file mapping           | <EOF> |
1740          * -----------------------------------------------------
1741          * | Page ... | Page N-2 | Page N-1 |  Page N  |       |
1742          * ^--------------------------------^----------|--------
1743          * |     desired writeback range    |      see else    |
1744          * ---------------------------------^------------------|
1745          */
1746         isize = i_size_read(inode);
1747         end_pos = folio_pos(folio) + folio_size(folio);
1748         if (end_pos > isize) {
1749                 /*
1750                  * Check whether the page to write out is beyond or straddles
1751                  * i_size or not.
1752                  * -------------------------------------------------------
1753                  * |            file mapping                    | <EOF>  |
1754                  * -------------------------------------------------------
1755                  * | Page ... | Page N-2 | Page N-1 |  Page N   | Beyond |
1756                  * ^--------------------------------^-----------|---------
1757                  * |                                |      Straddles     |
1758                  * ---------------------------------^-----------|--------|
1759                  */
1760                 size_t poff = offset_in_folio(folio, isize);
1761                 pgoff_t end_index = isize >> PAGE_SHIFT;
1762
1763                 /*
1764                  * Skip the page if it's fully outside i_size, e.g.
1765                  * due to a truncate operation that's in progress.  We've
1766                  * cleaned this page and truncate will finish things off for
1767                  * us.
1768                  *
1769                  * Note that the end_index is unsigned long.  If the given
1770                  * offset is greater than 16TB on a 32-bit system then if we
1771                  * checked if the page is fully outside i_size with
1772                  * "if (page->index >= end_index + 1)", "end_index + 1" would
1773                  * overflow and evaluate to 0.  Hence this page would be
1774                  * redirtied and written out repeatedly, which would result in
1775                  * an infinite loop; the user program performing this operation
1776                  * would hang.  Instead, we can detect this situation by
1777                  * checking if the page is totally beyond i_size or if its
1778                  * offset is just equal to the EOF.
1779                  */
1780                 if (folio->index > end_index ||
1781                     (folio->index == end_index && poff == 0))
1782                         goto unlock;
1783
1784                 /*
1785                  * The page straddles i_size.  It must be zeroed out on each
1786                  * and every writepage invocation because it may be mmapped.
1787                  * "A file is mapped in multiples of the page size.  For a file
1788                  * that is not a multiple of the page size, the remaining
1789                  * memory is zeroed when mapped, and writes to that region are
1790                  * not written out to the file."
1791                  */
1792                 folio_zero_segment(folio, poff, folio_size(folio));
1793                 end_pos = isize;
1794         }
1795
1796         return iomap_writepage_map(wpc, wbc, inode, folio, end_pos);
1797
1798 redirty:
1799         folio_redirty_for_writepage(wbc, folio);
1800 unlock:
1801         folio_unlock(folio);
1802         return 0;
1803 }
1804
1805 int
1806 iomap_writepages(struct address_space *mapping, struct writeback_control *wbc,
1807                 struct iomap_writepage_ctx *wpc,
1808                 const struct iomap_writeback_ops *ops)
1809 {
1810         int                     ret;
1811
1812         wpc->ops = ops;
1813         ret = write_cache_pages(mapping, wbc, iomap_do_writepage, wpc);
1814         if (!wpc->ioend)
1815                 return ret;
1816         return iomap_submit_ioend(wpc, wpc->ioend, ret);
1817 }
1818 EXPORT_SYMBOL_GPL(iomap_writepages);
1819
1820 static int __init iomap_init(void)
1821 {
1822         return bioset_init(&iomap_ioend_bioset, 4 * (PAGE_SIZE / SECTOR_SIZE),
1823                            offsetof(struct iomap_ioend, io_inline_bio),
1824                            BIOSET_NEED_BVECS);
1825 }
1826 fs_initcall(iomap_init);