4  * Copyright (C) 2002, Linus Torvalds.
 
   8  * 04Jul2002    Andrew Morton
 
  10  * 11Sep2002    janetinc@us.ibm.com
 
  11  *              added readv/writev support.
 
  12  * 29Oct2002    Andrew Morton
 
  13  *              rewrote bio_add_page() support.
 
  14  * 30Oct2002    pbadari@us.ibm.com
 
  15  *              added support for non-aligned IO.
 
  16  * 06Nov2002    pbadari@us.ibm.com
 
  17  *              added asynchronous IO support.
 
  18  * 21Jul2003    nathans@sgi.com
 
  19  *              added IO completion notifier.
 
  22 #include <linux/kernel.h>
 
  23 #include <linux/module.h>
 
  24 #include <linux/types.h>
 
  27 #include <linux/slab.h>
 
  28 #include <linux/highmem.h>
 
  29 #include <linux/pagemap.h>
 
  30 #include <linux/task_io_accounting_ops.h>
 
  31 #include <linux/bio.h>
 
  32 #include <linux/wait.h>
 
  33 #include <linux/err.h>
 
  34 #include <linux/blkdev.h>
 
  35 #include <linux/buffer_head.h>
 
  36 #include <linux/rwsem.h>
 
  37 #include <linux/uio.h>
 
  38 #include <asm/atomic.h>
 
  41  * How many user pages to map in one call to get_user_pages().  This determines
 
  42  * the size of a structure on the stack.
 
  47  * This code generally works in units of "dio_blocks".  A dio_block is
 
  48  * somewhere between the hard sector size and the filesystem block size.  it
 
  49  * is determined on a per-invocation basis.   When talking to the filesystem
 
  50  * we need to convert dio_blocks to fs_blocks by scaling the dio_block quantity
 
  51  * down by dio->blkfactor.  Similarly, fs-blocksize quantities are converted
 
  52  * to bio_block quantities by shifting left by blkfactor.
 
  54  * If blkfactor is zero then the user's request was aligned to the filesystem's
 
  57  * lock_type is DIO_LOCKING for regular files on direct-IO-naive filesystems.
 
  58  * This determines whether we need to do the fancy locking which prevents
 
  59  * direct-IO from being able to read uninitialised disk blocks.  If its zero
 
  60  * (blockdev) this locking is not done, and if it is DIO_OWN_LOCKING i_mutex is
 
  61  * not held for the entire direct write (taken briefly, initially, during a
 
  62  * direct read though, but its never held for the duration of a direct-IO).
 
  66         /* BIO submission state */
 
  67         struct bio *bio;                /* bio under assembly */
 
  70         loff_t i_size;                  /* i_size when submitted */
 
  71         int lock_type;                  /* doesn't change */
 
  72         unsigned blkbits;               /* doesn't change */
 
  73         unsigned blkfactor;             /* When we're using an alignment which
 
  74                                            is finer than the filesystem's soft
 
  75                                            blocksize, this specifies how much
 
  76                                            finer.  blkfactor=2 means 1/4-block
 
  77                                            alignment.  Does not change */
 
  78         unsigned start_zero_done;       /* flag: sub-blocksize zeroing has
 
  79                                            been performed at the start of a
 
  81         int pages_in_io;                /* approximate total IO pages */
 
  82         size_t  size;                   /* total request size (doesn't change)*/
 
  83         sector_t block_in_file;         /* Current offset into the underlying
 
  84                                            file in dio_block units. */
 
  85         unsigned blocks_available;      /* At block_in_file.  changes */
 
  86         sector_t final_block_in_request;/* doesn't change */
 
  87         unsigned first_block_in_page;   /* doesn't change, Used only once */
 
  88         int boundary;                   /* prev block is at a boundary */
 
  89         int reap_counter;               /* rate limit reaping */
 
  90         get_block_t *get_block;         /* block mapping function */
 
  91         dio_iodone_t *end_io;           /* IO completion function */
 
  92         sector_t final_block_in_bio;    /* current final block in bio + 1 */
 
  93         sector_t next_block_for_io;     /* next block to be put under IO,
 
  94                                            in dio_blocks units */
 
  95         struct buffer_head map_bh;      /* last get_block() result */
 
  98          * Deferred addition of a page to the dio.  These variables are
 
  99          * private to dio_send_cur_page(), submit_page_section() and
 
 100          * dio_bio_add_page().
 
 102         struct page *cur_page;          /* The page */
 
 103         unsigned cur_page_offset;       /* Offset into it, in bytes */
 
 104         unsigned cur_page_len;          /* Nr of bytes at cur_page_offset */
 
 105         sector_t cur_page_block;        /* Where it starts */
 
 108          * Page fetching state. These variables belong to dio_refill_pages().
 
 110         int curr_page;                  /* changes */
 
 111         int total_pages;                /* doesn't change */
 
 112         unsigned long curr_user_address;/* changes */
 
 115          * Page queue.  These variables belong to dio_refill_pages() and
 
 118         struct page *pages[DIO_PAGES];  /* page buffer */
 
 119         unsigned head;                  /* next page to process */
 
 120         unsigned tail;                  /* last valid page + 1 */
 
 121         int page_errors;                /* errno from get_user_pages() */
 
 123         /* BIO completion state */
 
 124         spinlock_t bio_lock;            /* protects BIO fields below */
 
 125         unsigned long refcount;         /* direct_io_worker() and bios */
 
 126         struct bio *bio_list;           /* singly linked via bi_private */
 
 127         struct task_struct *waiter;     /* waiting task (NULL if none) */
 
 129         /* AIO related stuff */
 
 130         struct kiocb *iocb;             /* kiocb */
 
 131         int is_async;                   /* is IO async ? */
 
 132         int io_error;                   /* IO error in completion path */
 
 133         ssize_t result;                 /* IO result */
 
 137  * How many pages are in the queue?
 
 139 static inline unsigned dio_pages_present(struct dio *dio)
 
 141         return dio->tail - dio->head;
 
 145  * Go grab and pin some userspace pages.   Typically we'll get 64 at a time.
 
 147 static int dio_refill_pages(struct dio *dio)
 
 152         nr_pages = min(dio->total_pages - dio->curr_page, DIO_PAGES);
 
 153         ret = get_user_pages_fast(
 
 154                 dio->curr_user_address,         /* Where from? */
 
 155                 nr_pages,                       /* How many pages? */
 
 156                 dio->rw == READ,                /* Write to memory? */
 
 157                 &dio->pages[0]);                /* Put results here */
 
 159         if (ret < 0 && dio->blocks_available && (dio->rw & WRITE)) {
 
 160                 struct page *page = ZERO_PAGE(0);
 
 162                  * A memory fault, but the filesystem has some outstanding
 
 163                  * mapped blocks.  We need to use those blocks up to avoid
 
 164                  * leaking stale data in the file.
 
 166                 if (dio->page_errors == 0)
 
 167                         dio->page_errors = ret;
 
 168                 page_cache_get(page);
 
 169                 dio->pages[0] = page;
 
 177                 dio->curr_user_address += ret * PAGE_SIZE;
 
 178                 dio->curr_page += ret;
 
 188  * Get another userspace page.  Returns an ERR_PTR on error.  Pages are
 
 189  * buffered inside the dio so that we can call get_user_pages() against a
 
 190  * decent number of pages, less frequently.  To provide nicer use of the
 
 193 static struct page *dio_get_page(struct dio *dio)
 
 195         if (dio_pages_present(dio) == 0) {
 
 198                 ret = dio_refill_pages(dio);
 
 201                 BUG_ON(dio_pages_present(dio) == 0);
 
 203         return dio->pages[dio->head++];
 
 207  * dio_complete() - called when all DIO BIO I/O has been completed
 
 208  * @offset: the byte offset in the file of the completed operation
 
 210  * This releases locks as dictated by the locking type, lets interested parties
 
 211  * know that a DIO operation has completed, and calculates the resulting return
 
 212  * code for the operation.
 
 214  * It lets the filesystem know if it registered an interest earlier via
 
 215  * get_block.  Pass the private field of the map buffer_head so that
 
 216  * filesystems can use it to hold additional state between get_block calls and
 
 219 static int dio_complete(struct dio *dio, loff_t offset, int ret)
 
 221         ssize_t transferred = 0;
 
 224          * AIO submission can race with bio completion to get here while
 
 225          * expecting to have the last io completed by bio completion.
 
 226          * In that case -EIOCBQUEUED is in fact not an error we want
 
 227          * to preserve through this call.
 
 229         if (ret == -EIOCBQUEUED)
 
 233                 transferred = dio->result;
 
 235                 /* Check for short read case */
 
 236                 if ((dio->rw == READ) && ((offset + transferred) > dio->i_size))
 
 237                         transferred = dio->i_size - offset;
 
 240         if (dio->end_io && dio->result)
 
 241                 dio->end_io(dio->iocb, offset, transferred,
 
 242                             dio->map_bh.b_private);
 
 243         if (dio->lock_type == DIO_LOCKING)
 
 244                 /* lockdep: non-owner release */
 
 245                 up_read_non_owner(&dio->inode->i_alloc_sem);
 
 248                 ret = dio->page_errors;
 
 257 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio);
 
 259  * Asynchronous IO callback. 
 
 261 static void dio_bio_end_aio(struct bio *bio, int error)
 
 263         struct dio *dio = bio->bi_private;
 
 264         unsigned long remaining;
 
 267         /* cleanup the bio */
 
 268         dio_bio_complete(dio, bio);
 
 270         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
 
 271         remaining = --dio->refcount;
 
 272         if (remaining == 1 && dio->waiter)
 
 273                 wake_up_process(dio->waiter);
 
 274         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
 
 276         if (remaining == 0) {
 
 277                 int ret = dio_complete(dio, dio->iocb->ki_pos, 0);
 
 278                 aio_complete(dio->iocb, ret, 0);
 
 284  * The BIO completion handler simply queues the BIO up for the process-context
 
 287  * During I/O bi_private points at the dio.  After I/O, bi_private is used to
 
 288  * implement a singly-linked list of completed BIOs, at dio->bio_list.
 
 290 static void dio_bio_end_io(struct bio *bio, int error)
 
 292         struct dio *dio = bio->bi_private;
 
 295         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
 
 296         bio->bi_private = dio->bio_list;
 
 298         if (--dio->refcount == 1 && dio->waiter)
 
 299                 wake_up_process(dio->waiter);
 
 300         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
 
 304 dio_bio_alloc(struct dio *dio, struct block_device *bdev,
 
 305                 sector_t first_sector, int nr_vecs)
 
 309         bio = bio_alloc(GFP_KERNEL, nr_vecs);
 
 314         bio->bi_sector = first_sector;
 
 316                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_aio;
 
 318                 bio->bi_end_io = dio_bio_end_io;
 
 325  * In the AIO read case we speculatively dirty the pages before starting IO.
 
 326  * During IO completion, any of these pages which happen to have been written
 
 327  * back will be redirtied by bio_check_pages_dirty().
 
 329  * bios hold a dio reference between submit_bio and ->end_io.
 
 331 static void dio_bio_submit(struct dio *dio)
 
 333         struct bio *bio = dio->bio;
 
 336         bio->bi_private = dio;
 
 338         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
 
 340         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
 
 342         if (dio->is_async && dio->rw == READ)
 
 343                 bio_set_pages_dirty(bio);
 
 345         submit_bio(dio->rw, bio);
 
 352  * Release any resources in case of a failure
 
 354 static void dio_cleanup(struct dio *dio)
 
 356         while (dio_pages_present(dio))
 
 357                 page_cache_release(dio_get_page(dio));
 
 361  * Wait for the next BIO to complete.  Remove it and return it.  NULL is
 
 362  * returned once all BIOs have been completed.  This must only be called once
 
 363  * all bios have been issued so that dio->refcount can only decrease.  This
 
 364  * requires that that the caller hold a reference on the dio.
 
 366 static struct bio *dio_await_one(struct dio *dio)
 
 369         struct bio *bio = NULL;
 
 371         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
 
 374          * Wait as long as the list is empty and there are bios in flight.  bio
 
 375          * completion drops the count, maybe adds to the list, and wakes while
 
 376          * holding the bio_lock so we don't need set_current_state()'s barrier
 
 377          * and can call it after testing our condition.
 
 379         while (dio->refcount > 1 && dio->bio_list == NULL) {
 
 380                 __set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 
 381                 dio->waiter = current;
 
 382                 spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
 
 384                 /* wake up sets us TASK_RUNNING */
 
 385                 spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
 
 390                 dio->bio_list = bio->bi_private;
 
 392         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
 
 397  * Process one completed BIO.  No locks are held.
 
 399 static int dio_bio_complete(struct dio *dio, struct bio *bio)
 
 401         const int uptodate = test_bit(BIO_UPTODATE, &bio->bi_flags);
 
 402         struct bio_vec *bvec = bio->bi_io_vec;
 
 406                 dio->io_error = -EIO;
 
 408         if (dio->is_async && dio->rw == READ) {
 
 409                 bio_check_pages_dirty(bio);     /* transfers ownership */
 
 411                 for (page_no = 0; page_no < bio->bi_vcnt; page_no++) {
 
 412                         struct page *page = bvec[page_no].bv_page;
 
 414                         if (dio->rw == READ && !PageCompound(page))
 
 415                                 set_page_dirty_lock(page);
 
 416                         page_cache_release(page);
 
 420         return uptodate ? 0 : -EIO;
 
 424  * Wait on and process all in-flight BIOs.  This must only be called once
 
 425  * all bios have been issued so that the refcount can only decrease.
 
 426  * This just waits for all bios to make it through dio_bio_complete.  IO
 
 427  * errors are propagated through dio->io_error and should be propagated via
 
 430 static void dio_await_completion(struct dio *dio)
 
 434                 bio = dio_await_one(dio);
 
 436                         dio_bio_complete(dio, bio);
 
 441  * A really large O_DIRECT read or write can generate a lot of BIOs.  So
 
 442  * to keep the memory consumption sane we periodically reap any completed BIOs
 
 443  * during the BIO generation phase.
 
 445  * This also helps to limit the peak amount of pinned userspace memory.
 
 447 static int dio_bio_reap(struct dio *dio)
 
 451         if (dio->reap_counter++ >= 64) {
 
 452                 while (dio->bio_list) {
 
 457                         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
 
 459                         dio->bio_list = bio->bi_private;
 
 460                         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
 
 461                         ret2 = dio_bio_complete(dio, bio);
 
 465                 dio->reap_counter = 0;
 
 471  * Call into the fs to map some more disk blocks.  We record the current number
 
 472  * of available blocks at dio->blocks_available.  These are in units of the
 
 473  * fs blocksize, (1 << inode->i_blkbits).
 
 475  * The fs is allowed to map lots of blocks at once.  If it wants to do that,
 
 476  * it uses the passed inode-relative block number as the file offset, as usual.
 
 478  * get_block() is passed the number of i_blkbits-sized blocks which direct_io
 
 479  * has remaining to do.  The fs should not map more than this number of blocks.
 
 481  * If the fs has mapped a lot of blocks, it should populate bh->b_size to
 
 482  * indicate how much contiguous disk space has been made available at
 
 485  * If *any* of the mapped blocks are new, then the fs must set buffer_new().
 
 486  * This isn't very efficient...
 
 488  * In the case of filesystem holes: the fs may return an arbitrarily-large
 
 489  * hole by returning an appropriate value in b_size and by clearing
 
 490  * buffer_mapped().  However the direct-io code will only process holes one
 
 491  * block at a time - it will repeatedly call get_block() as it walks the hole.
 
 493 static int get_more_blocks(struct dio *dio)
 
 496         struct buffer_head *map_bh = &dio->map_bh;
 
 497         sector_t fs_startblk;   /* Into file, in filesystem-sized blocks */
 
 498         unsigned long fs_count; /* Number of filesystem-sized blocks */
 
 499         unsigned long dio_count;/* Number of dio_block-sized blocks */
 
 500         unsigned long blkmask;
 
 504          * If there was a memory error and we've overwritten all the
 
 505          * mapped blocks then we can now return that memory error
 
 507         ret = dio->page_errors;
 
 509                 BUG_ON(dio->block_in_file >= dio->final_block_in_request);
 
 510                 fs_startblk = dio->block_in_file >> dio->blkfactor;
 
 511                 dio_count = dio->final_block_in_request - dio->block_in_file;
 
 512                 fs_count = dio_count >> dio->blkfactor;
 
 513                 blkmask = (1 << dio->blkfactor) - 1;
 
 514                 if (dio_count & blkmask)        
 
 518                 map_bh->b_size = fs_count << dio->inode->i_blkbits;
 
 520                 create = dio->rw & WRITE;
 
 521                 if (dio->lock_type == DIO_LOCKING) {
 
 522                         if (dio->block_in_file < (i_size_read(dio->inode) >>
 
 525                 } else if (dio->lock_type == DIO_NO_LOCKING) {
 
 530                  * For writes inside i_size we forbid block creations: only
 
 531                  * overwrites are permitted.  We fall back to buffered writes
 
 532                  * at a higher level for inside-i_size block-instantiating
 
 535                 ret = (*dio->get_block)(dio->inode, fs_startblk,
 
 542  * There is no bio.  Make one now.
 
 544 static int dio_new_bio(struct dio *dio, sector_t start_sector)
 
 549         ret = dio_bio_reap(dio);
 
 552         sector = start_sector << (dio->blkbits - 9);
 
 553         nr_pages = min(dio->pages_in_io, bio_get_nr_vecs(dio->map_bh.b_bdev));
 
 554         BUG_ON(nr_pages <= 0);
 
 555         ret = dio_bio_alloc(dio, dio->map_bh.b_bdev, sector, nr_pages);
 
 562  * Attempt to put the current chunk of 'cur_page' into the current BIO.  If
 
 563  * that was successful then update final_block_in_bio and take a ref against
 
 564  * the just-added page.
 
 566  * Return zero on success.  Non-zero means the caller needs to start a new BIO.
 
 568 static int dio_bio_add_page(struct dio *dio)
 
 572         ret = bio_add_page(dio->bio, dio->cur_page,
 
 573                         dio->cur_page_len, dio->cur_page_offset);
 
 574         if (ret == dio->cur_page_len) {
 
 576                  * Decrement count only, if we are done with this page
 
 578                 if ((dio->cur_page_len + dio->cur_page_offset) == PAGE_SIZE)
 
 580                 page_cache_get(dio->cur_page);
 
 581                 dio->final_block_in_bio = dio->cur_page_block +
 
 582                         (dio->cur_page_len >> dio->blkbits);
 
 591  * Put cur_page under IO.  The section of cur_page which is described by
 
 592  * cur_page_offset,cur_page_len is put into a BIO.  The section of cur_page
 
 593  * starts on-disk at cur_page_block.
 
 595  * We take a ref against the page here (on behalf of its presence in the bio).
 
 597  * The caller of this function is responsible for removing cur_page from the
 
 598  * dio, and for dropping the refcount which came from that presence.
 
 600 static int dio_send_cur_page(struct dio *dio)
 
 606                  * See whether this new request is contiguous with the old
 
 608                 if (dio->final_block_in_bio != dio->cur_page_block)
 
 611                  * Submit now if the underlying fs is about to perform a
 
 618         if (dio->bio == NULL) {
 
 619                 ret = dio_new_bio(dio, dio->cur_page_block);
 
 624         if (dio_bio_add_page(dio) != 0) {
 
 626                 ret = dio_new_bio(dio, dio->cur_page_block);
 
 628                         ret = dio_bio_add_page(dio);
 
 637  * An autonomous function to put a chunk of a page under deferred IO.
 
 639  * The caller doesn't actually know (or care) whether this piece of page is in
 
 640  * a BIO, or is under IO or whatever.  We just take care of all possible 
 
 641  * situations here.  The separation between the logic of do_direct_IO() and
 
 642  * that of submit_page_section() is important for clarity.  Please don't break.
 
 644  * The chunk of page starts on-disk at blocknr.
 
 646  * We perform deferred IO, by recording the last-submitted page inside our
 
 647  * private part of the dio structure.  If possible, we just expand the IO
 
 648  * across that page here.
 
 650  * If that doesn't work out then we put the old page into the bio and add this
 
 651  * page to the dio instead.
 
 654 submit_page_section(struct dio *dio, struct page *page,
 
 655                 unsigned offset, unsigned len, sector_t blocknr)
 
 659         if (dio->rw & WRITE) {
 
 661                  * Read accounting is performed in submit_bio()
 
 663                 task_io_account_write(len);
 
 667          * Can we just grow the current page's presence in the dio?
 
 669         if (    (dio->cur_page == page) &&
 
 670                 (dio->cur_page_offset + dio->cur_page_len == offset) &&
 
 671                 (dio->cur_page_block +
 
 672                         (dio->cur_page_len >> dio->blkbits) == blocknr)) {
 
 673                 dio->cur_page_len += len;
 
 676                  * If dio->boundary then we want to schedule the IO now to
 
 677                  * avoid metadata seeks.
 
 680                         ret = dio_send_cur_page(dio);
 
 681                         page_cache_release(dio->cur_page);
 
 682                         dio->cur_page = NULL;
 
 688          * If there's a deferred page already there then send it.
 
 691                 ret = dio_send_cur_page(dio);
 
 692                 page_cache_release(dio->cur_page);
 
 693                 dio->cur_page = NULL;
 
 698         page_cache_get(page);           /* It is in dio */
 
 699         dio->cur_page = page;
 
 700         dio->cur_page_offset = offset;
 
 701         dio->cur_page_len = len;
 
 702         dio->cur_page_block = blocknr;
 
 708  * Clean any dirty buffers in the blockdev mapping which alias newly-created
 
 709  * file blocks.  Only called for S_ISREG files - blockdevs do not set
 
 712 static void clean_blockdev_aliases(struct dio *dio)
 
 717         nblocks = dio->map_bh.b_size >> dio->inode->i_blkbits;
 
 719         for (i = 0; i < nblocks; i++) {
 
 720                 unmap_underlying_metadata(dio->map_bh.b_bdev,
 
 721                                         dio->map_bh.b_blocknr + i);
 
 726  * If we are not writing the entire block and get_block() allocated
 
 727  * the block for us, we need to fill-in the unused portion of the
 
 728  * block with zeros. This happens only if user-buffer, fileoffset or
 
 729  * io length is not filesystem block-size multiple.
 
 731  * `end' is zero if we're doing the start of the IO, 1 at the end of the
 
 734 static void dio_zero_block(struct dio *dio, int end)
 
 736         unsigned dio_blocks_per_fs_block;
 
 737         unsigned this_chunk_blocks;     /* In dio_blocks */
 
 738         unsigned this_chunk_bytes;
 
 741         dio->start_zero_done = 1;
 
 742         if (!dio->blkfactor || !buffer_new(&dio->map_bh))
 
 745         dio_blocks_per_fs_block = 1 << dio->blkfactor;
 
 746         this_chunk_blocks = dio->block_in_file & (dio_blocks_per_fs_block - 1);
 
 748         if (!this_chunk_blocks)
 
 752          * We need to zero out part of an fs block.  It is either at the
 
 753          * beginning or the end of the fs block.
 
 756                 this_chunk_blocks = dio_blocks_per_fs_block - this_chunk_blocks;
 
 758         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << dio->blkbits;
 
 761         if (submit_page_section(dio, page, 0, this_chunk_bytes, 
 
 762                                 dio->next_block_for_io))
 
 765         dio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
 
 769  * Walk the user pages, and the file, mapping blocks to disk and generating
 
 770  * a sequence of (page,offset,len,block) mappings.  These mappings are injected
 
 771  * into submit_page_section(), which takes care of the next stage of submission
 
 773  * Direct IO against a blockdev is different from a file.  Because we can
 
 774  * happily perform page-sized but 512-byte aligned IOs.  It is important that
 
 775  * blockdev IO be able to have fine alignment and large sizes.
 
 777  * So what we do is to permit the ->get_block function to populate bh.b_size
 
 778  * with the size of IO which is permitted at this offset and this i_blkbits.
 
 780  * For best results, the blockdev should be set up with 512-byte i_blkbits and
 
 781  * it should set b_size to PAGE_SIZE or more inside get_block().  This gives
 
 782  * fine alignment but still allows this function to work in PAGE_SIZE units.
 
 784 static int do_direct_IO(struct dio *dio)
 
 786         const unsigned blkbits = dio->blkbits;
 
 787         const unsigned blocks_per_page = PAGE_SIZE >> blkbits;
 
 789         unsigned block_in_page;
 
 790         struct buffer_head *map_bh = &dio->map_bh;
 
 793         /* The I/O can start at any block offset within the first page */
 
 794         block_in_page = dio->first_block_in_page;
 
 796         while (dio->block_in_file < dio->final_block_in_request) {
 
 797                 page = dio_get_page(dio);
 
 803                 while (block_in_page < blocks_per_page) {
 
 804                         unsigned offset_in_page = block_in_page << blkbits;
 
 805                         unsigned this_chunk_bytes;      /* # of bytes mapped */
 
 806                         unsigned this_chunk_blocks;     /* # of blocks */
 
 809                         if (dio->blocks_available == 0) {
 
 811                                  * Need to go and map some more disk
 
 813                                 unsigned long blkmask;
 
 814                                 unsigned long dio_remainder;
 
 816                                 ret = get_more_blocks(dio);
 
 818                                         page_cache_release(page);
 
 821                                 if (!buffer_mapped(map_bh))
 
 824                                 dio->blocks_available =
 
 825                                                 map_bh->b_size >> dio->blkbits;
 
 826                                 dio->next_block_for_io =
 
 827                                         map_bh->b_blocknr << dio->blkfactor;
 
 828                                 if (buffer_new(map_bh))
 
 829                                         clean_blockdev_aliases(dio);
 
 834                                 blkmask = (1 << dio->blkfactor) - 1;
 
 835                                 dio_remainder = (dio->block_in_file & blkmask);
 
 838                                  * If we are at the start of IO and that IO
 
 839                                  * starts partway into a fs-block,
 
 840                                  * dio_remainder will be non-zero.  If the IO
 
 841                                  * is a read then we can simply advance the IO
 
 842                                  * cursor to the first block which is to be
 
 843                                  * read.  But if the IO is a write and the
 
 844                                  * block was newly allocated we cannot do that;
 
 845                                  * the start of the fs block must be zeroed out
 
 848                                 if (!buffer_new(map_bh))
 
 849                                         dio->next_block_for_io += dio_remainder;
 
 850                                 dio->blocks_available -= dio_remainder;
 
 854                         if (!buffer_mapped(map_bh)) {
 
 855                                 loff_t i_size_aligned;
 
 857                                 /* AKPM: eargh, -ENOTBLK is a hack */
 
 858                                 if (dio->rw & WRITE) {
 
 859                                         page_cache_release(page);
 
 864                                  * Be sure to account for a partial block as the
 
 865                                  * last block in the file
 
 867                                 i_size_aligned = ALIGN(i_size_read(dio->inode),
 
 869                                 if (dio->block_in_file >=
 
 870                                                 i_size_aligned >> blkbits) {
 
 872                                         page_cache_release(page);
 
 875                                 zero_user(page, block_in_page << blkbits,
 
 877                                 dio->block_in_file++;
 
 883                          * If we're performing IO which has an alignment which
 
 884                          * is finer than the underlying fs, go check to see if
 
 885                          * we must zero out the start of this block.
 
 887                         if (unlikely(dio->blkfactor && !dio->start_zero_done))
 
 888                                 dio_zero_block(dio, 0);
 
 891                          * Work out, in this_chunk_blocks, how much disk we
 
 892                          * can add to this page
 
 894                         this_chunk_blocks = dio->blocks_available;
 
 895                         u = (PAGE_SIZE - offset_in_page) >> blkbits;
 
 896                         if (this_chunk_blocks > u)
 
 897                                 this_chunk_blocks = u;
 
 898                         u = dio->final_block_in_request - dio->block_in_file;
 
 899                         if (this_chunk_blocks > u)
 
 900                                 this_chunk_blocks = u;
 
 901                         this_chunk_bytes = this_chunk_blocks << blkbits;
 
 902                         BUG_ON(this_chunk_bytes == 0);
 
 904                         dio->boundary = buffer_boundary(map_bh);
 
 905                         ret = submit_page_section(dio, page, offset_in_page,
 
 906                                 this_chunk_bytes, dio->next_block_for_io);
 
 908                                 page_cache_release(page);
 
 911                         dio->next_block_for_io += this_chunk_blocks;
 
 913                         dio->block_in_file += this_chunk_blocks;
 
 914                         block_in_page += this_chunk_blocks;
 
 915                         dio->blocks_available -= this_chunk_blocks;
 
 917                         BUG_ON(dio->block_in_file > dio->final_block_in_request);
 
 918                         if (dio->block_in_file == dio->final_block_in_request)
 
 922                 /* Drop the ref which was taken in get_user_pages() */
 
 923                 page_cache_release(page);
 
 931  * Releases both i_mutex and i_alloc_sem
 
 934 direct_io_worker(int rw, struct kiocb *iocb, struct inode *inode, 
 
 935         const struct iovec *iov, loff_t offset, unsigned long nr_segs, 
 
 936         unsigned blkbits, get_block_t get_block, dio_iodone_t end_io,
 
 939         unsigned long user_addr; 
 
 948         dio->blkbits = blkbits;
 
 949         dio->blkfactor = inode->i_blkbits - blkbits;
 
 950         dio->block_in_file = offset >> blkbits;
 
 952         dio->get_block = get_block;
 
 953         dio->end_io = end_io;
 
 954         dio->final_block_in_bio = -1;
 
 955         dio->next_block_for_io = -1;
 
 958         dio->i_size = i_size_read(inode);
 
 960         spin_lock_init(&dio->bio_lock);
 
 964          * In case of non-aligned buffers, we may need 2 more
 
 965          * pages since we need to zero out first and last block.
 
 967         if (unlikely(dio->blkfactor))
 
 968                 dio->pages_in_io = 2;
 
 970         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
 
 971                 user_addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
 
 973                         ((user_addr+iov[seg].iov_len +PAGE_SIZE-1)/PAGE_SIZE
 
 974                                 - user_addr/PAGE_SIZE);
 
 977         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
 
 978                 user_addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
 
 979                 dio->size += bytes = iov[seg].iov_len;
 
 981                 /* Index into the first page of the first block */
 
 982                 dio->first_block_in_page = (user_addr & ~PAGE_MASK) >> blkbits;
 
 983                 dio->final_block_in_request = dio->block_in_file +
 
 985                 /* Page fetching state */
 
 990                 dio->total_pages = 0;
 
 991                 if (user_addr & (PAGE_SIZE-1)) {
 
 993                         bytes -= PAGE_SIZE - (user_addr & (PAGE_SIZE - 1));
 
 995                 dio->total_pages += (bytes + PAGE_SIZE - 1) / PAGE_SIZE;
 
 996                 dio->curr_user_address = user_addr;
 
 998                 ret = do_direct_IO(dio);
 
1000                 dio->result += iov[seg].iov_len -
 
1001                         ((dio->final_block_in_request - dio->block_in_file) <<
 
1008         } /* end iovec loop */
 
1010         if (ret == -ENOTBLK && (rw & WRITE)) {
 
1012                  * The remaining part of the request will be
 
1013                  * be handled by buffered I/O when we return
 
1018          * There may be some unwritten disk at the end of a part-written
 
1019          * fs-block-sized block.  Go zero that now.
 
1021         dio_zero_block(dio, 1);
 
1023         if (dio->cur_page) {
 
1024                 ret2 = dio_send_cur_page(dio);
 
1027                 page_cache_release(dio->cur_page);
 
1028                 dio->cur_page = NULL;
 
1031                 dio_bio_submit(dio);
 
1033         /* All IO is now issued, send it on its way */
 
1034         blk_run_address_space(inode->i_mapping);
 
1037          * It is possible that, we return short IO due to end of file.
 
1038          * In that case, we need to release all the pages we got hold on.
 
1043          * All block lookups have been performed. For READ requests
 
1044          * we can let i_mutex go now that its achieved its purpose
 
1045          * of protecting us from looking up uninitialized blocks.
 
1047         if ((rw == READ) && (dio->lock_type == DIO_LOCKING))
 
1048                 mutex_unlock(&dio->inode->i_mutex);
 
1051          * The only time we want to leave bios in flight is when a successful
 
1052          * partial aio read or full aio write have been setup.  In that case
 
1053          * bio completion will call aio_complete.  The only time it's safe to
 
1054          * call aio_complete is when we return -EIOCBQUEUED, so we key on that.
 
1055          * This had *better* be the only place that raises -EIOCBQUEUED.
 
1057         BUG_ON(ret == -EIOCBQUEUED);
 
1058         if (dio->is_async && ret == 0 && dio->result &&
 
1059             ((rw & READ) || (dio->result == dio->size)))
 
1062         if (ret != -EIOCBQUEUED)
 
1063                 dio_await_completion(dio);
 
1066          * Sync will always be dropping the final ref and completing the
 
1067          * operation.  AIO can if it was a broken operation described above or
 
1068          * in fact if all the bios race to complete before we get here.  In
 
1069          * that case dio_complete() translates the EIOCBQUEUED into the proper
 
1070          * return code that the caller will hand to aio_complete().
 
1072          * This is managed by the bio_lock instead of being an atomic_t so that
 
1073          * completion paths can drop their ref and use the remaining count to
 
1074          * decide to wake the submission path atomically.
 
1076         spin_lock_irqsave(&dio->bio_lock, flags);
 
1077         ret2 = --dio->refcount;
 
1078         spin_unlock_irqrestore(&dio->bio_lock, flags);
 
1081                 ret = dio_complete(dio, offset, ret);
 
1084                 BUG_ON(ret != -EIOCBQUEUED);
 
1090  * This is a library function for use by filesystem drivers.
 
1091  * The locking rules are governed by the dio_lock_type parameter.
 
1093  * DIO_NO_LOCKING (no locking, for raw block device access)
 
1094  * For writes, i_mutex is not held on entry; it is never taken.
 
1096  * DIO_LOCKING (simple locking for regular files)
 
1097  * For writes we are called under i_mutex and return with i_mutex held, even
 
1098  * though it is internally dropped.
 
1099  * For reads, i_mutex is not held on entry, but it is taken and dropped before
 
1102  * DIO_OWN_LOCKING (filesystem provides synchronisation and handling of
 
1103  *      uninitialised data, allowing parallel direct readers and writers)
 
1104  * For writes we are called without i_mutex, return without it, never touch it.
 
1105  * For reads we are called under i_mutex and return with i_mutex held, even
 
1106  * though it may be internally dropped.
 
1108  * Additional i_alloc_sem locking requirements described inline below.
 
1111 __blockdev_direct_IO(int rw, struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
 
1112         struct block_device *bdev, const struct iovec *iov, loff_t offset, 
 
1113         unsigned long nr_segs, get_block_t get_block, dio_iodone_t end_io,
 
1119         unsigned blkbits = inode->i_blkbits;
 
1120         unsigned bdev_blkbits = 0;
 
1121         unsigned blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
 
1122         ssize_t retval = -EINVAL;
 
1123         loff_t end = offset;
 
1125         int release_i_mutex = 0;
 
1126         int acquire_i_mutex = 0;
 
1132                 bdev_blkbits = blksize_bits(bdev_hardsect_size(bdev));
 
1134         if (offset & blocksize_mask) {
 
1136                          blkbits = bdev_blkbits;
 
1137                 blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
 
1138                 if (offset & blocksize_mask)
 
1142         /* Check the memory alignment.  Blocks cannot straddle pages */
 
1143         for (seg = 0; seg < nr_segs; seg++) {
 
1144                 addr = (unsigned long)iov[seg].iov_base;
 
1145                 size = iov[seg].iov_len;
 
1147                 if ((addr & blocksize_mask) || (size & blocksize_mask))  {
 
1149                                  blkbits = bdev_blkbits;
 
1150                         blocksize_mask = (1 << blkbits) - 1;
 
1151                         if ((addr & blocksize_mask) || (size & blocksize_mask))  
 
1156         dio = kzalloc(sizeof(*dio), GFP_KERNEL);
 
1162          * For block device access DIO_NO_LOCKING is used,
 
1163          *      neither readers nor writers do any locking at all
 
1164          * For regular files using DIO_LOCKING,
 
1165          *      readers need to grab i_mutex and i_alloc_sem
 
1166          *      writers need to grab i_alloc_sem only (i_mutex is already held)
 
1167          * For regular files using DIO_OWN_LOCKING,
 
1168          *      neither readers nor writers take any locks here
 
1170         dio->lock_type = dio_lock_type;
 
1171         if (dio_lock_type != DIO_NO_LOCKING) {
 
1172                 /* watch out for a 0 len io from a tricksy fs */
 
1173                 if (rw == READ && end > offset) {
 
1174                         struct address_space *mapping;
 
1176                         mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
 
1177                         if (dio_lock_type != DIO_OWN_LOCKING) {
 
1178                                 mutex_lock(&inode->i_mutex);
 
1179                                 release_i_mutex = 1;
 
1182                         retval = filemap_write_and_wait_range(mapping, offset,
 
1189                         if (dio_lock_type == DIO_OWN_LOCKING) {
 
1190                                 mutex_unlock(&inode->i_mutex);
 
1191                                 acquire_i_mutex = 1;
 
1195                 if (dio_lock_type == DIO_LOCKING)
 
1196                         /* lockdep: not the owner will release it */
 
1197                         down_read_non_owner(&inode->i_alloc_sem);
 
1201          * For file extending writes updating i_size before data
 
1202          * writeouts complete can expose uninitialized blocks. So
 
1203          * even for AIO, we need to wait for i/o to complete before
 
1204          * returning in this case.
 
1206         dio->is_async = !is_sync_kiocb(iocb) && !((rw & WRITE) &&
 
1207                 (end > i_size_read(inode)));
 
1209         retval = direct_io_worker(rw, iocb, inode, iov, offset,
 
1210                                 nr_segs, blkbits, get_block, end_io, dio);
 
1212         if (rw == READ && dio_lock_type == DIO_LOCKING)
 
1213                 release_i_mutex = 0;
 
1216         if (release_i_mutex)
 
1217                 mutex_unlock(&inode->i_mutex);
 
1218         else if (acquire_i_mutex)
 
1219                 mutex_lock(&inode->i_mutex);
 
1222 EXPORT_SYMBOL(__blockdev_direct_IO);