fs/ext4/page-io.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * linux/fs/ext4/page-io.c
   4  *
   5  * This contains the new page_io functions for ext4
   6  *
   7  * Written by Theodore Ts'o, 2010.
   8  */
   9
  10 #include <linux/fs.h>
  11 #include <linux/time.h>
  12 #include <linux/highuid.h>
  13 #include <linux/pagemap.h>
  14 #include <linux/quotaops.h>
  15 #include <linux/string.h>
  16 #include <linux/buffer_head.h>
  17 #include <linux/writeback.h>
  18 #include <linux/pagevec.h>
  19 #include <linux/mpage.h>
  20 #include <linux/namei.h>
  21 #include <linux/uio.h>
  22 #include <linux/bio.h>
  23 #include <linux/workqueue.h>
  24 #include <linux/kernel.h>
  25 #include <linux/slab.h>
  26 #include <linux/mm.h>
  27 #include <linux/backing-dev.h>
  28
  29 #include "ext4_jbd2.h"
  30 #include "xattr.h"
  31 #include "acl.h"
  32
  33 static struct kmem_cache *io_end_cachep;
  34 static struct kmem_cache *io_end_vec_cachep;
  35
  36 int __init ext4_init_pageio(void)
  37 {
  38         io_end_cachep = KMEM_CACHE(ext4_io_end, SLAB_RECLAIM_ACCOUNT);
  39         if (io_end_cachep == NULL)
  40                 return -ENOMEM;
  41
  42         io_end_vec_cachep = KMEM_CACHE(ext4_io_end_vec, 0);
  43         if (io_end_vec_cachep == NULL) {
  44                 kmem_cache_destroy(io_end_cachep);
  45                 return -ENOMEM;
  46         }
  47         return 0;
  48 }
  49
  50 void ext4_exit_pageio(void)
  51 {
  52         kmem_cache_destroy(io_end_cachep);
  53         kmem_cache_destroy(io_end_vec_cachep);
  54 }
  55
  56 struct ext4_io_end_vec *ext4_alloc_io_end_vec(ext4_io_end_t *io_end)
  57 {
  58         struct ext4_io_end_vec *io_end_vec;
  59
  60         io_end_vec = kmem_cache_zalloc(io_end_vec_cachep, GFP_NOFS);
  61         if (!io_end_vec)
  62                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
  63         INIT_LIST_HEAD(&io_end_vec->list);
  64         list_add_tail(&io_end_vec->list, &io_end->list_vec);
  65         return io_end_vec;
  66 }
  67
  68 static void ext4_free_io_end_vec(ext4_io_end_t *io_end)
  69 {
  70         struct ext4_io_end_vec *io_end_vec, *tmp;
  71
  72         if (list_empty(&io_end->list_vec))
  73                 return;
  74         list_for_each_entry_safe(io_end_vec, tmp, &io_end->list_vec, list) {
  75                 list_del(&io_end_vec->list);
  76                 kmem_cache_free(io_end_vec_cachep, io_end_vec);
  77         }
  78 }
  79
  80 struct ext4_io_end_vec *ext4_last_io_end_vec(ext4_io_end_t *io_end)
  81 {
  82         BUG_ON(list_empty(&io_end->list_vec));
  83         return list_last_entry(&io_end->list_vec, struct ext4_io_end_vec, list);
  84 }
  85
  86 /*
  87  * Print an buffer I/O error compatible with the fs/buffer.c.  This
  88  * provides compatibility with dmesg scrapers that look for a specific
  89  * buffer I/O error message.  We really need a unified error reporting
  90  * structure to userspace ala Digital Unix's uerf system, but it's
  91  * probably not going to happen in my lifetime, due to LKML politics...
  92  */
  93 static void buffer_io_error(struct buffer_head *bh)
  94 {
  95         printk_ratelimited(KERN_ERR "Buffer I/O error on device %pg, logical block %llu\n",
  96                        bh->b_bdev,
  97                         (unsigned long long)bh->b_blocknr);
  98 }
  99
 100 static void ext4_finish_bio(struct bio *bio)
 101 {
 102         struct bio_vec *bvec;
 103         struct bvec_iter_all iter_all;
 104
 105         bio_for_each_segment_all(bvec, bio, iter_all) {
 106                 struct page *page = bvec->bv_page;
 107                 struct page *bounce_page = NULL;
 108                 struct buffer_head *bh, *head;
 109                 unsigned bio_start = bvec->bv_offset;
 110                 unsigned bio_end = bio_start + bvec->bv_len;
 111                 unsigned under_io = 0;
 112                 unsigned long flags;
 113
 114                 if (!page)
 115                         continue;
 116
 117                 if (fscrypt_is_bounce_page(page)) {
 118                         bounce_page = page;
 119                         page = fscrypt_pagecache_page(bounce_page);
 120                 }
 121
 122                 if (bio->bi_status) {
 123                         SetPageError(page);
 124                         mapping_set_error(page->mapping, -EIO);
 125                 }
 126                 bh = head = page_buffers(page);
 127                 /*
 128                  * We check all buffers in the page under b_uptodate_lock
 129                  * to avoid races with other end io clearing async_write flags
 130                  */
 131                 spin_lock_irqsave(&head->b_uptodate_lock, flags);
 132                 do {
 133                         if (bh_offset(bh) < bio_start ||
 134                             bh_offset(bh) + bh->b_size > bio_end) {
 135                                 if (buffer_async_write(bh))
 136                                         under_io++;
 137                                 continue;
 138                         }
 139                         clear_buffer_async_write(bh);
 140                         if (bio->bi_status) {
 141                                 set_buffer_write_io_error(bh);
 142                                 buffer_io_error(bh);
 143                         }
 144                 } while ((bh = bh->b_this_page) != head);
 145                 spin_unlock_irqrestore(&head->b_uptodate_lock, flags);
 146                 if (!under_io) {
 147                         fscrypt_free_bounce_page(bounce_page);
 148                         end_page_writeback(page);
 149                 }
 150         }
 151 }
 152
 153 static void ext4_release_io_end(ext4_io_end_t *io_end)
 154 {
 155         struct bio *bio, *next_bio;
 156
 157         BUG_ON(!list_empty(&io_end->list));
 158         BUG_ON(io_end->flag & EXT4_IO_END_UNWRITTEN);
 159         WARN_ON(io_end->handle);
 160
 161         for (bio = io_end->bio; bio; bio = next_bio) {
 162                 next_bio = bio->bi_private;
 163                 ext4_finish_bio(bio);
 164                 bio_put(bio);
 165         }
 166         ext4_free_io_end_vec(io_end);
 167         kmem_cache_free(io_end_cachep, io_end);
 168 }
 169
 170 /*
 171  * Check a range of space and convert unwritten extents to written. Note that
 172  * we are protected from truncate touching same part of extent tree by the
 173  * fact that truncate code waits for all DIO to finish (thus exclusion from
 174  * direct IO is achieved) and also waits for PageWriteback bits. Thus we
 175  * cannot get to ext4_ext_truncate() before all IOs overlapping that range are
 176  * completed (happens from ext4_free_ioend()).
 177  */
 178 static int ext4_end_io_end(ext4_io_end_t *io_end)
 179 {
 180         struct inode *inode = io_end->inode;
 181         handle_t *handle = io_end->handle;
 182         int ret = 0;
 183
 184         ext4_debug("ext4_end_io_nolock: io_end 0x%p from inode %lu,list->next 0x%p,"
 185                    "list->prev 0x%p\n",
 186                    io_end, inode->i_ino, io_end->list.next, io_end->list.prev);
 187
 188         io_end->handle = NULL;  /* Following call will use up the handle */
 189         ret = ext4_convert_unwritten_io_end_vec(handle, io_end);
 190         if (ret < 0 && !ext4_forced_shutdown(EXT4_SB(inode->i_sb))) {
 191                 ext4_msg(inode->i_sb, KERN_EMERG,
 192                          "failed to convert unwritten extents to written "
 193                          "extents -- potential data loss!  "
 194                          "(inode %lu, error %d)", inode->i_ino, ret);
 195         }
 196         ext4_clear_io_unwritten_flag(io_end);
 197         ext4_release_io_end(io_end);
 198         return ret;
 199 }
 200
 201 static void dump_completed_IO(struct inode *inode, struct list_head *head)
 202 {
 203 #ifdef  EXT4FS_DEBUG
 204         struct list_head *cur, *before, *after;
 205         ext4_io_end_t *io_end, *io_end0, *io_end1;
 206
 207         if (list_empty(head))
 208                 return;
 209
 210         ext4_debug("Dump inode %lu completed io list\n", inode->i_ino);
 211         list_for_each_entry(io_end, head, list) {
 212                 cur = &io_end->list;
 213                 before = cur->prev;
 214                 io_end0 = container_of(before, ext4_io_end_t, list);
 215                 after = cur->next;
 216                 io_end1 = container_of(after, ext4_io_end_t, list);
 217
 218                 ext4_debug("io 0x%p from inode %lu,prev 0x%p,next 0x%p\n",
 219                             io_end, inode->i_ino, io_end0, io_end1);
 220         }
 221 #endif
 222 }
 223
 224 /* Add the io_end to per-inode completed end_io list. */
 225 static void ext4_add_complete_io(ext4_io_end_t *io_end)
 226 {
 227         struct ext4_inode_info *ei = EXT4_I(io_end->inode);
 228         struct ext4_sb_info *sbi = EXT4_SB(io_end->inode->i_sb);
 229         struct workqueue_struct *wq;
 230         unsigned long flags;
 231
 232         /* Only reserved conversions from writeback should enter here */
 233         WARN_ON(!(io_end->flag & EXT4_IO_END_UNWRITTEN));
 234         WARN_ON(!io_end->handle && sbi->s_journal);
 235         spin_lock_irqsave(&ei->i_completed_io_lock, flags);
 236         wq = sbi->rsv_conversion_wq;
 237         if (list_empty(&ei->i_rsv_conversion_list))
 238                 queue_work(wq, &ei->i_rsv_conversion_work);
 239         list_add_tail(&io_end->list, &ei->i_rsv_conversion_list);
 240         spin_unlock_irqrestore(&ei->i_completed_io_lock, flags);
 241 }
 242
 243 static int ext4_do_flush_completed_IO(struct inode *inode,
 244                                       struct list_head *head)
 245 {
 246         ext4_io_end_t *io_end;
 247         struct list_head unwritten;
 248         unsigned long flags;
 249         struct ext4_inode_info *ei = EXT4_I(inode);
 250         int err, ret = 0;
 251
 252         spin_lock_irqsave(&ei->i_completed_io_lock, flags);
 253         dump_completed_IO(inode, head);
 254         list_replace_init(head, &unwritten);
 255         spin_unlock_irqrestore(&ei->i_completed_io_lock, flags);
 256
 257         while (!list_empty(&unwritten)) {
 258                 io_end = list_entry(unwritten.next, ext4_io_end_t, list);
 259                 BUG_ON(!(io_end->flag & EXT4_IO_END_UNWRITTEN));
 260                 list_del_init(&io_end->list);
 261
 262                 err = ext4_end_io_end(io_end);
 263                 if (unlikely(!ret && err))
 264                         ret = err;
 265         }
 266         return ret;
 267 }
 268
 269 /*
 270  * work on completed IO, to convert unwritten extents to extents
 271  */
 272 void ext4_end_io_rsv_work(struct work_struct *work)
 273 {
 274         struct ext4_inode_info *ei = container_of(work, struct ext4_inode_info,
 275                                                   i_rsv_conversion_work);
 276         ext4_do_flush_completed_IO(&ei->vfs_inode, &ei->i_rsv_conversion_list);
 277 }
 278
 279 ext4_io_end_t *ext4_init_io_end(struct inode *inode, gfp_t flags)
 280 {
 281         ext4_io_end_t *io_end = kmem_cache_zalloc(io_end_cachep, flags);
 282
 283         if (io_end) {
 284                 io_end->inode = inode;
 285                 INIT_LIST_HEAD(&io_end->list);
 286                 INIT_LIST_HEAD(&io_end->list_vec);
 287                 atomic_set(&io_end->count, 1);
 288         }
 289         return io_end;
 290 }
 291
 292 void ext4_put_io_end_defer(ext4_io_end_t *io_end)
 293 {
 294         if (atomic_dec_and_test(&io_end->count)) {
 295                 if (!(io_end->flag & EXT4_IO_END_UNWRITTEN) ||
 296                                 list_empty(&io_end->list_vec)) {
 297                         ext4_release_io_end(io_end);
 298                         return;
 299                 }
 300                 ext4_add_complete_io(io_end);
 301         }
 302 }
 303
 304 int ext4_put_io_end(ext4_io_end_t *io_end)
 305 {
 306         int err = 0;
 307
 308         if (atomic_dec_and_test(&io_end->count)) {
 309                 if (io_end->flag & EXT4_IO_END_UNWRITTEN) {
 310                         err = ext4_convert_unwritten_io_end_vec(io_end->handle,
 311                                                                 io_end);
 312                         io_end->handle = NULL;
 313                         ext4_clear_io_unwritten_flag(io_end);
 314                 }
 315                 ext4_release_io_end(io_end);
 316         }
 317         return err;
 318 }
 319
 320 ext4_io_end_t *ext4_get_io_end(ext4_io_end_t *io_end)
 321 {
 322         atomic_inc(&io_end->count);
 323         return io_end;
 324 }
 325
 326 /* BIO completion function for page writeback */
 327 static void ext4_end_bio(struct bio *bio)
 328 {
 329         ext4_io_end_t *io_end = bio->bi_private;
 330         sector_t bi_sector = bio->bi_iter.bi_sector;
 331         char b[BDEVNAME_SIZE];
 332
 333         if (WARN_ONCE(!io_end, "io_end is NULL: %s: sector %Lu len %u err %d\n",
 334                       bio_devname(bio, b),
 335                       (long long) bio->bi_iter.bi_sector,
 336                       (unsigned) bio_sectors(bio),
 337                       bio->bi_status)) {
 338                 ext4_finish_bio(bio);
 339                 bio_put(bio);
 340                 return;
 341         }
 342         bio->bi_end_io = NULL;
 343
 344         if (bio->bi_status) {
 345                 struct inode *inode = io_end->inode;
 346
 347                 ext4_warning(inode->i_sb, "I/O error %d writing to inode %lu "
 348                              "starting block %llu)",
 349                              bio->bi_status, inode->i_ino,
 350                              (unsigned long long)
 351                              bi_sector >> (inode->i_blkbits - 9));
 352                 mapping_set_error(inode->i_mapping,
 353                                 blk_status_to_errno(bio->bi_status));
 354         }
 355
 356         if (io_end->flag & EXT4_IO_END_UNWRITTEN) {
 357                 /*
 358                  * Link bio into list hanging from io_end. We have to do it
 359                  * atomically as bio completions can be racing against each
 360                  * other.
 361                  */
 362                 bio->bi_private = xchg(&io_end->bio, bio);
 363                 ext4_put_io_end_defer(io_end);
 364         } else {
 365                 /*
 366                  * Drop io_end reference early. Inode can get freed once
 367                  * we finish the bio.
 368                  */
 369                 ext4_put_io_end_defer(io_end);
 370                 ext4_finish_bio(bio);
 371                 bio_put(bio);
 372         }
 373 }
 374
 375 void ext4_io_submit(struct ext4_io_submit *io)
 376 {
 377         struct bio *bio = io->io_bio;
 378
 379         if (bio) {
 380                 int io_op_flags = io->io_wbc->sync_mode == WB_SYNC_ALL ?
 381                                   REQ_SYNC : 0;
 382                 io->io_bio->bi_write_hint = io->io_end->inode->i_write_hint;
 383                 bio_set_op_attrs(io->io_bio, REQ_OP_WRITE, io_op_flags);
 384                 submit_bio(io->io_bio);
 385         }
 386         io->io_bio = NULL;
 387 }
 388
 389 void ext4_io_submit_init(struct ext4_io_submit *io,
 390                          struct writeback_control *wbc)
 391 {
 392         io->io_wbc = wbc;
 393         io->io_bio = NULL;
 394         io->io_end = NULL;
 395 }
 396
 397 static void io_submit_init_bio(struct ext4_io_submit *io,
 398                                struct buffer_head *bh)
 399 {
 400         struct bio *bio;
 401
 402         /*
 403          * bio_alloc will _always_ be able to allocate a bio if
 404          * __GFP_DIRECT_RECLAIM is set, see comments for bio_alloc_bioset().
 405          */
 406         bio = bio_alloc(GFP_NOIO, BIO_MAX_PAGES);
 407         fscrypt_set_bio_crypt_ctx_bh(bio, bh, GFP_NOIO);
 408         bio->bi_iter.bi_sector = bh->b_blocknr * (bh->b_size >> 9);
 409         bio_set_dev(bio, bh->b_bdev);
 410         bio->bi_end_io = ext4_end_bio;
 411         bio->bi_private = ext4_get_io_end(io->io_end);
 412         io->io_bio = bio;
 413         io->io_next_block = bh->b_blocknr;
 414         wbc_init_bio(io->io_wbc, bio);
 415 }
 416
 417 static void io_submit_add_bh(struct ext4_io_submit *io,
 418                              struct inode *inode,
 419                              struct page *page,
 420                              struct buffer_head *bh)
 421 {
 422         int ret;
 423
 424         if (io->io_bio && (bh->b_blocknr != io->io_next_block ||
 425                            !fscrypt_mergeable_bio_bh(io->io_bio, bh))) {
 426 submit_and_retry:
 427                 ext4_io_submit(io);
 428         }
 429         if (io->io_bio == NULL) {
 430                 io_submit_init_bio(io, bh);
 431                 io->io_bio->bi_write_hint = inode->i_write_hint;
 432         }
 433         ret = bio_add_page(io->io_bio, page, bh->b_size, bh_offset(bh));
 434         if (ret != bh->b_size)
 435                 goto submit_and_retry;
 436         wbc_account_cgroup_owner(io->io_wbc, page, bh->b_size);
 437         io->io_next_block++;
 438 }
 439
 440 int ext4_bio_write_page(struct ext4_io_submit *io,
 441                         struct page *page,
 442                         int len,
 443                         struct writeback_control *wbc,
 444                         bool keep_towrite)
 445 {
 446         struct page *bounce_page = NULL;
 447         struct inode *inode = page->mapping->host;
 448         unsigned block_start;
 449         struct buffer_head *bh, *head;
 450         int ret = 0;
 451         int nr_submitted = 0;
 452         int nr_to_submit = 0;
 453
 454         BUG_ON(!PageLocked(page));
 455         BUG_ON(PageWriteback(page));
 456
 457         if (keep_towrite)
 458                 set_page_writeback_keepwrite(page);
 459         else
 460                 set_page_writeback(page);
 461         ClearPageError(page);
 462
 463         /*
 464          * Comments copied from block_write_full_page:
 465          *
 466          * The page straddles i_size.  It must be zeroed out on each and every
 467          * writepage invocation because it may be mmapped.  "A file is mapped
 468          * in multiples of the page size.  For a file that is not a multiple of
 469          * the page size, the remaining memory is zeroed when mapped, and
 470          * writes to that region are not written out to the file."
 471          */
 472         if (len < PAGE_SIZE)
 473                 zero_user_segment(page, len, PAGE_SIZE);
 474         /*
 475          * In the first loop we prepare and mark buffers to submit. We have to
 476          * mark all buffers in the page before submitting so that
 477          * end_page_writeback() cannot be called from ext4_bio_end_io() when IO
 478          * on the first buffer finishes and we are still working on submitting
 479          * the second buffer.
 480          */
 481         bh = head = page_buffers(page);
 482         do {
 483                 block_start = bh_offset(bh);
 484                 if (block_start >= len) {
 485                         clear_buffer_dirty(bh);
 486                         set_buffer_uptodate(bh);
 487                         continue;
 488                 }
 489                 if (!buffer_dirty(bh) || buffer_delay(bh) ||
 490                     !buffer_mapped(bh) || buffer_unwritten(bh)) {
 491                         /* A hole? We can safely clear the dirty bit */
 492                         if (!buffer_mapped(bh))
 493                                 clear_buffer_dirty(bh);
 494                         if (io->io_bio)
 495                                 ext4_io_submit(io);
 496                         continue;
 497                 }
 498                 if (buffer_new(bh))
 499                         clear_buffer_new(bh);
 500                 set_buffer_async_write(bh);
 501                 nr_to_submit++;
 502         } while ((bh = bh->b_this_page) != head);
 503
 504         bh = head = page_buffers(page);
 505
 506         /*
 507          * If any blocks are being written to an encrypted file, encrypt them
 508          * into a bounce page.  For simplicity, just encrypt until the last
 509          * block which might be needed.  This may cause some unneeded blocks
 510          * (e.g. holes) to be unnecessarily encrypted, but this is rare and
 511          * can't happen in the common case of blocksize == PAGE_SIZE.
 512          */
 513         if (fscrypt_inode_uses_fs_layer_crypto(inode) && nr_to_submit) {
 514                 gfp_t gfp_flags = GFP_NOFS;
 515                 unsigned int enc_bytes = round_up(len, i_blocksize(inode));
 516
 517                 /*
 518                  * Since bounce page allocation uses a mempool, we can only use
 519                  * a waiting mask (i.e. request guaranteed allocation) on the
 520                  * first page of the bio.  Otherwise it can deadlock.
 521                  */
 522                 if (io->io_bio)
 523                         gfp_flags = GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN;
 524         retry_encrypt:
 525                 bounce_page = fscrypt_encrypt_pagecache_blocks(page, enc_bytes,
 526                                                                0, gfp_flags);
 527                 if (IS_ERR(bounce_page)) {
 528                         ret = PTR_ERR(bounce_page);
 529                         if (ret == -ENOMEM &&
 530                             (io->io_bio || wbc->sync_mode == WB_SYNC_ALL)) {
 531                                 gfp_flags = GFP_NOFS;
 532                                 if (io->io_bio)
 533                                         ext4_io_submit(io);
 534                                 else
 535                                         gfp_flags |= __GFP_NOFAIL;
 536                                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
 537                                 goto retry_encrypt;
 538                         }
 539
 540                         printk_ratelimited(KERN_ERR "%s: ret = %d\n", __func__, ret);
 541                         redirty_page_for_writepage(wbc, page);
 542                         do {
 543                                 clear_buffer_async_write(bh);
 544                                 bh = bh->b_this_page;
 545                         } while (bh != head);
 546                         goto unlock;
 547                 }
 548         }
 549
 550         /* Now submit buffers to write */
 551         do {
 552                 if (!buffer_async_write(bh))
 553                         continue;
 554                 io_submit_add_bh(io, inode,
 555                                  bounce_page ? bounce_page : page, bh);
 556                 nr_submitted++;
 557                 clear_buffer_dirty(bh);
 558         } while ((bh = bh->b_this_page) != head);
 559
 560 unlock:
 561         unlock_page(page);
 562         /* Nothing submitted - we have to end page writeback */
 563         if (!nr_submitted)
 564                 end_page_writeback(page);
 565         return ret;
 566 }