Merge tag 'armsoc-arm64' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/arm/arm-soc
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / fs / dax.c
1 /*
2  * fs/dax.c - Direct Access filesystem code
3  * Copyright (c) 2013-2014 Intel Corporation
4  * Author: Matthew Wilcox <matthew.r.wilcox@intel.com>
5  * Author: Ross Zwisler <ross.zwisler@linux.intel.com>
6  *
7  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
8  * under the terms and conditions of the GNU General Public License,
9  * version 2, as published by the Free Software Foundation.
10  *
11  * This program is distributed in the hope it will be useful, but WITHOUT
12  * ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
13  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for
14  * more details.
15  */
16
17 #include <linux/atomic.h>
18 #include <linux/blkdev.h>
19 #include <linux/buffer_head.h>
20 #include <linux/fs.h>
21 #include <linux/genhd.h>
22 #include <linux/highmem.h>
23 #include <linux/memcontrol.h>
24 #include <linux/mm.h>
25 #include <linux/mutex.h>
26 #include <linux/sched.h>
27 #include <linux/uio.h>
28 #include <linux/vmstat.h>
29
30 int dax_clear_blocks(struct inode *inode, sector_t block, long size)
31 {
32         struct block_device *bdev = inode->i_sb->s_bdev;
33         sector_t sector = block << (inode->i_blkbits - 9);
34
35         might_sleep();
36         do {
37                 void *addr;
38                 unsigned long pfn;
39                 long count;
40
41                 count = bdev_direct_access(bdev, sector, &addr, &pfn, size);
42                 if (count < 0)
43                         return count;
44                 BUG_ON(size < count);
45                 while (count > 0) {
46                         unsigned pgsz = PAGE_SIZE - offset_in_page(addr);
47                         if (pgsz > count)
48                                 pgsz = count;
49                         if (pgsz < PAGE_SIZE)
50                                 memset(addr, 0, pgsz);
51                         else
52                                 clear_page(addr);
53                         addr += pgsz;
54                         size -= pgsz;
55                         count -= pgsz;
56                         BUG_ON(pgsz & 511);
57                         sector += pgsz / 512;
58                         cond_resched();
59                 }
60         } while (size);
61
62         return 0;
63 }
64 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_clear_blocks);
65
66 static long dax_get_addr(struct buffer_head *bh, void **addr, unsigned blkbits)
67 {
68         unsigned long pfn;
69         sector_t sector = bh->b_blocknr << (blkbits - 9);
70         return bdev_direct_access(bh->b_bdev, sector, addr, &pfn, bh->b_size);
71 }
72
73 static void dax_new_buf(void *addr, unsigned size, unsigned first, loff_t pos,
74                         loff_t end)
75 {
76         loff_t final = end - pos + first; /* The final byte of the buffer */
77
78         if (first > 0)
79                 memset(addr, 0, first);
80         if (final < size)
81                 memset(addr + final, 0, size - final);
82 }
83
84 static bool buffer_written(struct buffer_head *bh)
85 {
86         return buffer_mapped(bh) && !buffer_unwritten(bh);
87 }
88
89 /*
90  * When ext4 encounters a hole, it returns without modifying the buffer_head
91  * which means that we can't trust b_size.  To cope with this, we set b_state
92  * to 0 before calling get_block and, if any bit is set, we know we can trust
93  * b_size.  Unfortunate, really, since ext4 knows precisely how long a hole is
94  * and would save us time calling get_block repeatedly.
95  */
96 static bool buffer_size_valid(struct buffer_head *bh)
97 {
98         return bh->b_state != 0;
99 }
100
101 static ssize_t dax_io(struct inode *inode, struct iov_iter *iter,
102                       loff_t start, loff_t end, get_block_t get_block,
103                       struct buffer_head *bh)
104 {
105         ssize_t retval = 0;
106         loff_t pos = start;
107         loff_t max = start;
108         loff_t bh_max = start;
109         void *addr;
110         bool hole = false;
111
112         if (iov_iter_rw(iter) != WRITE)
113                 end = min(end, i_size_read(inode));
114
115         while (pos < end) {
116                 unsigned len;
117                 if (pos == max) {
118                         unsigned blkbits = inode->i_blkbits;
119                         sector_t block = pos >> blkbits;
120                         unsigned first = pos - (block << blkbits);
121                         long size;
122
123                         if (pos == bh_max) {
124                                 bh->b_size = PAGE_ALIGN(end - pos);
125                                 bh->b_state = 0;
126                                 retval = get_block(inode, block, bh,
127                                                    iov_iter_rw(iter) == WRITE);
128                                 if (retval)
129                                         break;
130                                 if (!buffer_size_valid(bh))
131                                         bh->b_size = 1 << blkbits;
132                                 bh_max = pos - first + bh->b_size;
133                         } else {
134                                 unsigned done = bh->b_size -
135                                                 (bh_max - (pos - first));
136                                 bh->b_blocknr += done >> blkbits;
137                                 bh->b_size -= done;
138                         }
139
140                         hole = iov_iter_rw(iter) != WRITE && !buffer_written(bh);
141                         if (hole) {
142                                 addr = NULL;
143                                 size = bh->b_size - first;
144                         } else {
145                                 retval = dax_get_addr(bh, &addr, blkbits);
146                                 if (retval < 0)
147                                         break;
148                                 if (buffer_unwritten(bh) || buffer_new(bh))
149                                         dax_new_buf(addr, retval, first, pos,
150                                                                         end);
151                                 addr += first;
152                                 size = retval - first;
153                         }
154                         max = min(pos + size, end);
155                 }
156
157                 if (iov_iter_rw(iter) == WRITE)
158                         len = copy_from_iter_nocache(addr, max - pos, iter);
159                 else if (!hole)
160                         len = copy_to_iter(addr, max - pos, iter);
161                 else
162                         len = iov_iter_zero(max - pos, iter);
163
164                 if (!len)
165                         break;
166
167                 pos += len;
168                 addr += len;
169         }
170
171         return (pos == start) ? retval : pos - start;
172 }
173
174 /**
175  * dax_do_io - Perform I/O to a DAX file
176  * @iocb: The control block for this I/O
177  * @inode: The file which the I/O is directed at
178  * @iter: The addresses to do I/O from or to
179  * @pos: The file offset where the I/O starts
180  * @get_block: The filesystem method used to translate file offsets to blocks
181  * @end_io: A filesystem callback for I/O completion
182  * @flags: See below
183  *
184  * This function uses the same locking scheme as do_blockdev_direct_IO:
185  * If @flags has DIO_LOCKING set, we assume that the i_mutex is held by the
186  * caller for writes.  For reads, we take and release the i_mutex ourselves.
187  * If DIO_LOCKING is not set, the filesystem takes care of its own locking.
188  * As with do_blockdev_direct_IO(), we increment i_dio_count while the I/O
189  * is in progress.
190  */
191 ssize_t dax_do_io(struct kiocb *iocb, struct inode *inode,
192                   struct iov_iter *iter, loff_t pos, get_block_t get_block,
193                   dio_iodone_t end_io, int flags)
194 {
195         struct buffer_head bh;
196         ssize_t retval = -EINVAL;
197         loff_t end = pos + iov_iter_count(iter);
198
199         memset(&bh, 0, sizeof(bh));
200
201         if ((flags & DIO_LOCKING) && iov_iter_rw(iter) == READ) {
202                 struct address_space *mapping = inode->i_mapping;
203                 mutex_lock(&inode->i_mutex);
204                 retval = filemap_write_and_wait_range(mapping, pos, end - 1);
205                 if (retval) {
206                         mutex_unlock(&inode->i_mutex);
207                         goto out;
208                 }
209         }
210
211         /* Protects against truncate */
212         if (!(flags & DIO_SKIP_DIO_COUNT))
213                 inode_dio_begin(inode);
214
215         retval = dax_io(inode, iter, pos, end, get_block, &bh);
216
217         if ((flags & DIO_LOCKING) && iov_iter_rw(iter) == READ)
218                 mutex_unlock(&inode->i_mutex);
219
220         if ((retval > 0) && end_io)
221                 end_io(iocb, pos, retval, bh.b_private);
222
223         if (!(flags & DIO_SKIP_DIO_COUNT))
224                 inode_dio_end(inode);
225  out:
226         return retval;
227 }
228 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_do_io);
229
230 /*
231  * The user has performed a load from a hole in the file.  Allocating
232  * a new page in the file would cause excessive storage usage for
233  * workloads with sparse files.  We allocate a page cache page instead.
234  * We'll kick it out of the page cache if it's ever written to,
235  * otherwise it will simply fall out of the page cache under memory
236  * pressure without ever having been dirtied.
237  */
238 static int dax_load_hole(struct address_space *mapping, struct page *page,
239                                                         struct vm_fault *vmf)
240 {
241         unsigned long size;
242         struct inode *inode = mapping->host;
243         if (!page)
244                 page = find_or_create_page(mapping, vmf->pgoff,
245                                                 GFP_KERNEL | __GFP_ZERO);
246         if (!page)
247                 return VM_FAULT_OOM;
248         /* Recheck i_size under page lock to avoid truncate race */
249         size = (i_size_read(inode) + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
250         if (vmf->pgoff >= size) {
251                 unlock_page(page);
252                 page_cache_release(page);
253                 return VM_FAULT_SIGBUS;
254         }
255
256         vmf->page = page;
257         return VM_FAULT_LOCKED;
258 }
259
260 static int copy_user_bh(struct page *to, struct buffer_head *bh,
261                         unsigned blkbits, unsigned long vaddr)
262 {
263         void *vfrom, *vto;
264         if (dax_get_addr(bh, &vfrom, blkbits) < 0)
265                 return -EIO;
266         vto = kmap_atomic(to);
267         copy_user_page(vto, vfrom, vaddr, to);
268         kunmap_atomic(vto);
269         return 0;
270 }
271
272 static int dax_insert_mapping(struct inode *inode, struct buffer_head *bh,
273                         struct vm_area_struct *vma, struct vm_fault *vmf)
274 {
275         struct address_space *mapping = inode->i_mapping;
276         sector_t sector = bh->b_blocknr << (inode->i_blkbits - 9);
277         unsigned long vaddr = (unsigned long)vmf->virtual_address;
278         void *addr;
279         unsigned long pfn;
280         pgoff_t size;
281         int error;
282
283         i_mmap_lock_read(mapping);
284
285         /*
286          * Check truncate didn't happen while we were allocating a block.
287          * If it did, this block may or may not be still allocated to the
288          * file.  We can't tell the filesystem to free it because we can't
289          * take i_mutex here.  In the worst case, the file still has blocks
290          * allocated past the end of the file.
291          */
292         size = (i_size_read(inode) + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
293         if (unlikely(vmf->pgoff >= size)) {
294                 error = -EIO;
295                 goto out;
296         }
297
298         error = bdev_direct_access(bh->b_bdev, sector, &addr, &pfn, bh->b_size);
299         if (error < 0)
300                 goto out;
301         if (error < PAGE_SIZE) {
302                 error = -EIO;
303                 goto out;
304         }
305
306         if (buffer_unwritten(bh) || buffer_new(bh))
307                 clear_page(addr);
308
309         error = vm_insert_mixed(vma, vaddr, pfn);
310
311  out:
312         i_mmap_unlock_read(mapping);
313
314         return error;
315 }
316
317 /**
318  * __dax_fault - handle a page fault on a DAX file
319  * @vma: The virtual memory area where the fault occurred
320  * @vmf: The description of the fault
321  * @get_block: The filesystem method used to translate file offsets to blocks
322  * @complete_unwritten: The filesystem method used to convert unwritten blocks
323  *      to written so the data written to them is exposed. This is required for
324  *      required by write faults for filesystems that will return unwritten
325  *      extent mappings from @get_block, but it is optional for reads as
326  *      dax_insert_mapping() will always zero unwritten blocks. If the fs does
327  *      not support unwritten extents, the it should pass NULL.
328  *
329  * When a page fault occurs, filesystems may call this helper in their
330  * fault handler for DAX files. __dax_fault() assumes the caller has done all
331  * the necessary locking for the page fault to proceed successfully.
332  */
333 int __dax_fault(struct vm_area_struct *vma, struct vm_fault *vmf,
334                         get_block_t get_block, dax_iodone_t complete_unwritten)
335 {
336         struct file *file = vma->vm_file;
337         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
338         struct inode *inode = mapping->host;
339         struct page *page;
340         struct buffer_head bh;
341         unsigned long vaddr = (unsigned long)vmf->virtual_address;
342         unsigned blkbits = inode->i_blkbits;
343         sector_t block;
344         pgoff_t size;
345         int error;
346         int major = 0;
347
348         size = (i_size_read(inode) + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
349         if (vmf->pgoff >= size)
350                 return VM_FAULT_SIGBUS;
351
352         memset(&bh, 0, sizeof(bh));
353         block = (sector_t)vmf->pgoff << (PAGE_SHIFT - blkbits);
354         bh.b_size = PAGE_SIZE;
355
356  repeat:
357         page = find_get_page(mapping, vmf->pgoff);
358         if (page) {
359                 if (!lock_page_or_retry(page, vma->vm_mm, vmf->flags)) {
360                         page_cache_release(page);
361                         return VM_FAULT_RETRY;
362                 }
363                 if (unlikely(page->mapping != mapping)) {
364                         unlock_page(page);
365                         page_cache_release(page);
366                         goto repeat;
367                 }
368                 size = (i_size_read(inode) + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
369                 if (unlikely(vmf->pgoff >= size)) {
370                         /*
371                          * We have a struct page covering a hole in the file
372                          * from a read fault and we've raced with a truncate
373                          */
374                         error = -EIO;
375                         goto unlock_page;
376                 }
377         }
378
379         error = get_block(inode, block, &bh, 0);
380         if (!error && (bh.b_size < PAGE_SIZE))
381                 error = -EIO;           /* fs corruption? */
382         if (error)
383                 goto unlock_page;
384
385         if (!buffer_mapped(&bh) && !buffer_unwritten(&bh) && !vmf->cow_page) {
386                 if (vmf->flags & FAULT_FLAG_WRITE) {
387                         error = get_block(inode, block, &bh, 1);
388                         count_vm_event(PGMAJFAULT);
389                         mem_cgroup_count_vm_event(vma->vm_mm, PGMAJFAULT);
390                         major = VM_FAULT_MAJOR;
391                         if (!error && (bh.b_size < PAGE_SIZE))
392                                 error = -EIO;
393                         if (error)
394                                 goto unlock_page;
395                 } else {
396                         return dax_load_hole(mapping, page, vmf);
397                 }
398         }
399
400         if (vmf->cow_page) {
401                 struct page *new_page = vmf->cow_page;
402                 if (buffer_written(&bh))
403                         error = copy_user_bh(new_page, &bh, blkbits, vaddr);
404                 else
405                         clear_user_highpage(new_page, vaddr);
406                 if (error)
407                         goto unlock_page;
408                 vmf->page = page;
409                 if (!page) {
410                         i_mmap_lock_read(mapping);
411                         /* Check we didn't race with truncate */
412                         size = (i_size_read(inode) + PAGE_SIZE - 1) >>
413                                                                 PAGE_SHIFT;
414                         if (vmf->pgoff >= size) {
415                                 i_mmap_unlock_read(mapping);
416                                 error = -EIO;
417                                 goto out;
418                         }
419                 }
420                 return VM_FAULT_LOCKED;
421         }
422
423         /* Check we didn't race with a read fault installing a new page */
424         if (!page && major)
425                 page = find_lock_page(mapping, vmf->pgoff);
426
427         if (page) {
428                 unmap_mapping_range(mapping, vmf->pgoff << PAGE_SHIFT,
429                                                         PAGE_CACHE_SIZE, 0);
430                 delete_from_page_cache(page);
431                 unlock_page(page);
432                 page_cache_release(page);
433         }
434
435         /*
436          * If we successfully insert the new mapping over an unwritten extent,
437          * we need to ensure we convert the unwritten extent. If there is an
438          * error inserting the mapping, the filesystem needs to leave it as
439          * unwritten to prevent exposure of the stale underlying data to
440          * userspace, but we still need to call the completion function so
441          * the private resources on the mapping buffer can be released. We
442          * indicate what the callback should do via the uptodate variable, same
443          * as for normal BH based IO completions.
444          */
445         error = dax_insert_mapping(inode, &bh, vma, vmf);
446         if (buffer_unwritten(&bh)) {
447                 if (complete_unwritten)
448                         complete_unwritten(&bh, !error);
449                 else
450                         WARN_ON_ONCE(!(vmf->flags & FAULT_FLAG_WRITE));
451         }
452
453  out:
454         if (error == -ENOMEM)
455                 return VM_FAULT_OOM | major;
456         /* -EBUSY is fine, somebody else faulted on the same PTE */
457         if ((error < 0) && (error != -EBUSY))
458                 return VM_FAULT_SIGBUS | major;
459         return VM_FAULT_NOPAGE | major;
460
461  unlock_page:
462         if (page) {
463                 unlock_page(page);
464                 page_cache_release(page);
465         }
466         goto out;
467 }
468 EXPORT_SYMBOL(__dax_fault);
469
470 /**
471  * dax_fault - handle a page fault on a DAX file
472  * @vma: The virtual memory area where the fault occurred
473  * @vmf: The description of the fault
474  * @get_block: The filesystem method used to translate file offsets to blocks
475  *
476  * When a page fault occurs, filesystems may call this helper in their
477  * fault handler for DAX files.
478  */
479 int dax_fault(struct vm_area_struct *vma, struct vm_fault *vmf,
480               get_block_t get_block, dax_iodone_t complete_unwritten)
481 {
482         int result;
483         struct super_block *sb = file_inode(vma->vm_file)->i_sb;
484
485         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_WRITE) {
486                 sb_start_pagefault(sb);
487                 file_update_time(vma->vm_file);
488         }
489         result = __dax_fault(vma, vmf, get_block, complete_unwritten);
490         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_WRITE)
491                 sb_end_pagefault(sb);
492
493         return result;
494 }
495 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_fault);
496
497 /**
498  * dax_pfn_mkwrite - handle first write to DAX page
499  * @vma: The virtual memory area where the fault occurred
500  * @vmf: The description of the fault
501  *
502  */
503 int dax_pfn_mkwrite(struct vm_area_struct *vma, struct vm_fault *vmf)
504 {
505         struct super_block *sb = file_inode(vma->vm_file)->i_sb;
506
507         sb_start_pagefault(sb);
508         file_update_time(vma->vm_file);
509         sb_end_pagefault(sb);
510         return VM_FAULT_NOPAGE;
511 }
512 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_pfn_mkwrite);
513
514 /**
515  * dax_zero_page_range - zero a range within a page of a DAX file
516  * @inode: The file being truncated
517  * @from: The file offset that is being truncated to
518  * @length: The number of bytes to zero
519  * @get_block: The filesystem method used to translate file offsets to blocks
520  *
521  * This function can be called by a filesystem when it is zeroing part of a
522  * page in a DAX file.  This is intended for hole-punch operations.  If
523  * you are truncating a file, the helper function dax_truncate_page() may be
524  * more convenient.
525  *
526  * We work in terms of PAGE_CACHE_SIZE here for commonality with
527  * block_truncate_page(), but we could go down to PAGE_SIZE if the filesystem
528  * took care of disposing of the unnecessary blocks.  Even if the filesystem
529  * block size is smaller than PAGE_SIZE, we have to zero the rest of the page
530  * since the file might be mmapped.
531  */
532 int dax_zero_page_range(struct inode *inode, loff_t from, unsigned length,
533                                                         get_block_t get_block)
534 {
535         struct buffer_head bh;
536         pgoff_t index = from >> PAGE_CACHE_SHIFT;
537         unsigned offset = from & (PAGE_CACHE_SIZE-1);
538         int err;
539
540         /* Block boundary? Nothing to do */
541         if (!length)
542                 return 0;
543         BUG_ON((offset + length) > PAGE_CACHE_SIZE);
544
545         memset(&bh, 0, sizeof(bh));
546         bh.b_size = PAGE_CACHE_SIZE;
547         err = get_block(inode, index, &bh, 0);
548         if (err < 0)
549                 return err;
550         if (buffer_written(&bh)) {
551                 void *addr;
552                 err = dax_get_addr(&bh, &addr, inode->i_blkbits);
553                 if (err < 0)
554                         return err;
555                 memset(addr + offset, 0, length);
556         }
557
558         return 0;
559 }
560 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_zero_page_range);
561
562 /**
563  * dax_truncate_page - handle a partial page being truncated in a DAX file
564  * @inode: The file being truncated
565  * @from: The file offset that is being truncated to
566  * @get_block: The filesystem method used to translate file offsets to blocks
567  *
568  * Similar to block_truncate_page(), this function can be called by a
569  * filesystem when it is truncating a DAX file to handle the partial page.
570  *
571  * We work in terms of PAGE_CACHE_SIZE here for commonality with
572  * block_truncate_page(), but we could go down to PAGE_SIZE if the filesystem
573  * took care of disposing of the unnecessary blocks.  Even if the filesystem
574  * block size is smaller than PAGE_SIZE, we have to zero the rest of the page
575  * since the file might be mmapped.
576  */
577 int dax_truncate_page(struct inode *inode, loff_t from, get_block_t get_block)
578 {
579         unsigned length = PAGE_CACHE_ALIGN(from) - from;
580         return dax_zero_page_range(inode, from, length, get_block);
581 }
582 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_truncate_page);