Quelle  direct-io.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0

#include <linux/fsverity.h>
#include <linux/iomap.h>
#include "ctree.h"
#include "delalloc-space.h"
#include "direct-io.h"
#include "extent-tree.h"
#include "file.h"
#include "fs.h"
#include "transaction.h"
#include "volumes.h"

struct btrfs_dio_data {
 ssize_t submitted;
 struct extent_changeset *data_reserved;
 struct btrfs_ordered_extent *ordered;
 bool data_space_reserved;
 bool nocow_done;
};

struct btrfs_dio_private {
 /* Range of I/O */
 u64 file_offset;
 u32 bytes;

 /* This must be last */
 struct btrfs_bio bbio;
};

static struct bio_set btrfs_dio_bioset;

static int lock_extent_direct(struct inode *inode, u64 lockstart, u64 lockend,
         struct extent_state **cached_state,
         unsigned int iomap_flags)
{
 const bool writing = (iomap_flags & IOMAP_WRITE);
 const bool nowait = (iomap_flags & IOMAP_NOWAIT);
 struct extent_io_tree *io_tree = &BTRFS_I(inode)->io_tree;
 struct btrfs_ordered_extent *ordered;
 int ret = 0;

 /* Direct lock must be taken before the extent lock. */
 if (nowait) {
  if (!btrfs_try_lock_dio_extent(io_tree, lockstart, lockend, cached_state))
   return -EAGAIN;
 } else {
  btrfs_lock_dio_extent(io_tree, lockstart, lockend, cached_state);
 }

 while (1) {
  if (nowait) {
   if (!btrfs_try_lock_extent(io_tree, lockstart, lockend,
         cached_state)) {
    ret = -EAGAIN;
    break;
   }
  } else {
   btrfs_lock_extent(io_tree, lockstart, lockend, cached_state);
  }
  /*
 * We're concerned with the entire range that we're going to be
 * doing DIO to, so we need to make sure there's no ordered
 * extents in this range.
 */
  ordered = btrfs_lookup_ordered_range(BTRFS_I(inode), lockstart,
           lockend - lockstart + 1);

  /*
 * We need to make sure there are no buffered pages in this
 * range either, we could have raced between the invalidate in
 * generic_file_direct_write and locking the extent.  The
 * invalidate needs to happen so that reads after a write do not
 * get stale data.
 */
  if (!ordered &&
      (!writing || !filemap_range_has_page(inode->i_mapping,
        lockstart, lockend)))
   break;

  btrfs_unlock_extent(io_tree, lockstart, lockend, cached_state);

  if (ordered) {
   if (nowait) {
    btrfs_put_ordered_extent(ordered);
    ret = -EAGAIN;
    break;
   }
   /*
 * If we are doing a DIO read and the ordered extent we
 * found is for a buffered write, we can not wait for it
 * to complete and retry, because if we do so we can
 * deadlock with concurrent buffered writes on page
 * locks. This happens only if our DIO read covers more
 * than one extent map, if at this point has already
 * created an ordered extent for a previous extent map
 * and locked its range in the inode's io tree, and a
 * concurrent write against that previous extent map's
 * range and this range started (we unlock the ranges
 * in the io tree only when the bios complete and
 * buffered writes always lock pages before attempting
 * to lock range in the io tree).
 */
   if (writing ||
       test_bit(BTRFS_ORDERED_DIRECT, &ordered->flags))
    btrfs_start_ordered_extent(ordered);
   else
    ret = nowait ? -EAGAIN : -ENOTBLK;
   btrfs_put_ordered_extent(ordered);
  } else {
   /*
 * We could trigger writeback for this range (and wait
 * for it to complete) and then invalidate the pages for
 * this range (through invalidate_inode_pages2_range()),
 * but that can lead us to a deadlock with a concurrent
 * call to readahead (a buffered read or a defrag call
 * triggered a readahead) on a page lock due to an
 * ordered dio extent we created before but did not have
 * yet a corresponding bio submitted (whence it can not
 * complete), which makes readahead wait for that
 * ordered extent to complete while holding a lock on
 * that page.
 */
   ret = nowait ? -EAGAIN : -ENOTBLK;
  }

  if (ret)
   break;

  cond_resched();
 }

 if (ret)
  btrfs_unlock_dio_extent(io_tree, lockstart, lockend, cached_state);
 return ret;
}

static struct extent_map *btrfs_create_dio_extent(struct btrfs_inode *inode,
        struct btrfs_dio_data *dio_data,
        const u64 start,
        const struct btrfs_file_extent *file_extent,
        const int type)
{
 struct extent_map *em = NULL;
 struct btrfs_ordered_extent *ordered;

 if (type != BTRFS_ORDERED_NOCOW) {
  em = btrfs_create_io_em(inode, start, file_extent, type);
  if (IS_ERR(em))
   goto out;
 }

 ordered = btrfs_alloc_ordered_extent(inode, start, file_extent,
          (1U << type) |
          (1U << BTRFS_ORDERED_DIRECT));
 if (IS_ERR(ordered)) {
  if (em) {
   btrfs_free_extent_map(em);
   btrfs_drop_extent_map_range(inode, start,
     start + file_extent->num_bytes - 1, false);
  }
  em = ERR_CAST(ordered);
 } else {
  ASSERT(!dio_data->ordered);
  dio_data->ordered = ordered;
 }
 out:

 return em;
}

static struct extent_map *btrfs_new_extent_direct(struct btrfs_inode *inode,
        struct btrfs_dio_data *dio_data,
        u64 start, u64 len)
{
 struct btrfs_root *root = inode->root;
 struct btrfs_fs_info *fs_info = root->fs_info;
 struct btrfs_file_extent file_extent;
 struct extent_map *em;
 struct btrfs_key ins;
 u64 alloc_hint;
 int ret;

 alloc_hint = btrfs_get_extent_allocation_hint(inode, start, len);
again:
 ret = btrfs_reserve_extent(root, len, len, fs_info->sectorsize,
       0, alloc_hint, &ins, 1, 1);
 if (ret == -EAGAIN) {
  ASSERT(btrfs_is_zoned(fs_info));
  wait_on_bit_io(&inode->root->fs_info->flags, BTRFS_FS_NEED_ZONE_FINISH,
          TASK_UNINTERRUPTIBLE);
  goto again;
 }
 if (ret)
  return ERR_PTR(ret);

 file_extent.disk_bytenr = ins.objectid;
 file_extent.disk_num_bytes = ins.offset;
 file_extent.num_bytes = ins.offset;
 file_extent.ram_bytes = ins.offset;
 file_extent.offset = 0;
 file_extent.compression = BTRFS_COMPRESS_NONE;
 em = btrfs_create_dio_extent(inode, dio_data, start, &file_extent,
         BTRFS_ORDERED_REGULAR);
 btrfs_dec_block_group_reservations(fs_info, ins.objectid);
 if (IS_ERR(em))
  btrfs_free_reserved_extent(fs_info, ins.objectid, ins.offset, true);

 return em;
}

static int btrfs_get_blocks_direct_write(struct extent_map **map,
      struct inode *inode,
      struct btrfs_dio_data *dio_data,
      u64 start, u64 *lenp,
      unsigned int iomap_flags)
{
 const bool nowait = (iomap_flags & IOMAP_NOWAIT);
 struct btrfs_fs_info *fs_info = inode_to_fs_info(inode);
 struct btrfs_file_extent file_extent;
 struct extent_map *em = *map;
 int type;
 u64 block_start;
 struct btrfs_block_group *bg;
 bool can_nocow = false;
 bool space_reserved = false;
 u64 len = *lenp;
 u64 prev_len;
 int ret = 0;

 /*
 * We don't allocate a new extent in the following cases
 *
 * 1) The inode is marked as NODATACOW. In this case we'll just use the
 * existing extent.
 * 2) The extent is marked as PREALLOC. We're good to go here and can
 * just use the extent.
 *
 */
 if ((em->flags & EXTENT_FLAG_PREALLOC) ||
     ((BTRFS_I(inode)->flags & BTRFS_INODE_NODATACOW) &&
      em->disk_bytenr != EXTENT_MAP_HOLE)) {
  if (em->flags & EXTENT_FLAG_PREALLOC)
   type = BTRFS_ORDERED_PREALLOC;
  else
   type = BTRFS_ORDERED_NOCOW;
  len = min(len, em->len - (start - em->start));
  block_start = btrfs_extent_map_block_start(em) + (start - em->start);

  if (can_nocow_extent(BTRFS_I(inode), start, &len, &file_extent,
         false) == 1) {
   bg = btrfs_inc_nocow_writers(fs_info, block_start);
   if (bg)
    can_nocow = true;
  }
 }

 prev_len = len;
 if (can_nocow) {
  struct extent_map *em2;

  /* We can NOCOW, so only need to reserve metadata space. */
  ret = btrfs_delalloc_reserve_metadata(BTRFS_I(inode), len, len,
            nowait);
  if (ret < 0) {
   /* Our caller expects us to free the input extent map. */
   btrfs_free_extent_map(em);
   *map = NULL;
   btrfs_dec_nocow_writers(bg);
   if (nowait && (ret == -ENOSPC || ret == -EDQUOT))
    ret = -EAGAIN;
   goto out;
  }
  space_reserved = true;

  em2 = btrfs_create_dio_extent(BTRFS_I(inode), dio_data, start,
           &file_extent, type);
  btrfs_dec_nocow_writers(bg);
  if (type == BTRFS_ORDERED_PREALLOC) {
   btrfs_free_extent_map(em);
   *map = em2;
   em = em2;
  }

  if (IS_ERR(em2)) {
   ret = PTR_ERR(em2);
   goto out;
  }

  dio_data->nocow_done = true;
 } else {
  /* Our caller expects us to free the input extent map. */
  btrfs_free_extent_map(em);
  *map = NULL;

  if (nowait) {
   ret = -EAGAIN;
   goto out;
  }

  /*
 * If we could not allocate data space before locking the file
 * range and we can't do a NOCOW write, then we have to fail.
 */
  if (!dio_data->data_space_reserved) {
   ret = -ENOSPC;
   goto out;
  }

  /*
 * We have to COW and we have already reserved data space before,
 * so now we reserve only metadata.
 */
  ret = btrfs_delalloc_reserve_metadata(BTRFS_I(inode), len, len,
            false);
  if (ret < 0)
   goto out;
  space_reserved = true;

  em = btrfs_new_extent_direct(BTRFS_I(inode), dio_data, start, len);
  if (IS_ERR(em)) {
   ret = PTR_ERR(em);
   goto out;
  }
  *map = em;
  len = min(len, em->len - (start - em->start));
  if (len < prev_len)
   btrfs_delalloc_release_metadata(BTRFS_I(inode),
       prev_len - len, true);
 }

 /*
 * We have created our ordered extent, so we can now release our reservation
 * for an outstanding extent.
 */
 btrfs_delalloc_release_extents(BTRFS_I(inode), prev_len);

 /*
 * Need to update the i_size under the extent lock so buffered
 * readers will get the updated i_size when we unlock.
 */
 if (start + len > i_size_read(inode))
  i_size_write(inode, start + len);
out:
 if (ret && space_reserved) {
  btrfs_delalloc_release_extents(BTRFS_I(inode), len);
  btrfs_delalloc_release_metadata(BTRFS_I(inode), len, true);
 }
 *lenp = len;
 return ret;
}

static int btrfs_dio_iomap_begin(struct inode *inode, loff_t start,
  loff_t length, unsigned int flags, struct iomap *iomap,
  struct iomap *srcmap)
{
 struct iomap_iter *iter = container_of(iomap, struct iomap_iter, iomap);
 struct btrfs_fs_info *fs_info = inode_to_fs_info(inode);
 struct extent_map *em;
 struct extent_state *cached_state = NULL;
 struct btrfs_dio_data *dio_data = iter->private;
 u64 lockstart, lockend;
 const bool write = !!(flags & IOMAP_WRITE);
 int ret = 0;
 u64 len = length;
 const u64 data_alloc_len = length;
 u32 unlock_bits = EXTENT_LOCKED;

 /*
 * We could potentially fault if we have a buffer > PAGE_SIZE, and if
 * we're NOWAIT we may submit a bio for a partial range and return
 * EIOCBQUEUED, which would result in an errant short read.
 *
 * The best way to handle this would be to allow for partial completions
 * of iocb's, so we could submit the partial bio, return and fault in
 * the rest of the pages, and then submit the io for the rest of the
 * range.  However we don't have that currently, so simply return
 * -EAGAIN at this point so that the normal path is used.
 */
 if (!write && (flags & IOMAP_NOWAIT) && length > PAGE_SIZE)
  return -EAGAIN;

 /*
 * Cap the size of reads to that usually seen in buffered I/O as we need
 * to allocate a contiguous array for the checksums.
 */
 if (!write)
  len = min_t(u64, len, fs_info->sectorsize * BTRFS_MAX_BIO_SECTORS);

 lockstart = start;
 lockend = start + len - 1;

 /*
 * iomap_dio_rw() only does filemap_write_and_wait_range(), which isn't
 * enough if we've written compressed pages to this area, so we need to
 * flush the dirty pages again to make absolutely sure that any
 * outstanding dirty pages are on disk - the first flush only starts
 * compression on the data, while keeping the pages locked, so by the
 * time the second flush returns we know bios for the compressed pages
 * were submitted and finished, and the pages no longer under writeback.
 *
 * If we have a NOWAIT request and we have any pages in the range that
 * are locked, likely due to compression still in progress, we don't want
 * to block on page locks. We also don't want to block on pages marked as
 * dirty or under writeback (same as for the non-compression case).
 * iomap_dio_rw() did the same check, but after that and before we got
 * here, mmap'ed writes may have happened or buffered reads started
 * (readpage() and readahead(), which lock pages), as we haven't locked
 * the file range yet.
 */
 if (test_bit(BTRFS_INODE_HAS_ASYNC_EXTENT,
       &BTRFS_I(inode)->runtime_flags)) {
  if (flags & IOMAP_NOWAIT) {
   if (filemap_range_needs_writeback(inode->i_mapping,
         lockstart, lockend))
    return -EAGAIN;
  } else {
   ret = filemap_fdatawrite_range(inode->i_mapping, start,
             start + length - 1);
   if (ret)
    return ret;
  }
 }

 memset(dio_data, 0, sizeof(*dio_data));

 /*
 * We always try to allocate data space and must do it before locking
 * the file range, to avoid deadlocks with concurrent writes to the same
 * range if the range has several extents and the writes don't expand the
 * current i_size (the inode lock is taken in shared mode). If we fail to
 * allocate data space here we continue and later, after locking the
 * file range, we fail with ENOSPC only if we figure out we can not do a
 * NOCOW write.
 */
 if (write && !(flags & IOMAP_NOWAIT)) {
  ret = btrfs_check_data_free_space(BTRFS_I(inode),
        &dio_data->data_reserved,
        start, data_alloc_len, false);
  if (!ret)
   dio_data->data_space_reserved = true;
  else if (!(BTRFS_I(inode)->flags &
      (BTRFS_INODE_NODATACOW | BTRFS_INODE_PREALLOC)))
   goto err;
 }

 /*
 * If this errors out it's because we couldn't invalidate pagecache for
 * this range and we need to fallback to buffered IO, or we are doing a
 * NOWAIT read/write and we need to block.
 */
 ret = lock_extent_direct(inode, lockstart, lockend, &cached_state, flags);
 if (ret < 0)
  goto err;

 em = btrfs_get_extent(BTRFS_I(inode), NULL, start, len);
 if (IS_ERR(em)) {
  ret = PTR_ERR(em);
  goto unlock_err;
 }

 /*
 * Ok for INLINE and COMPRESSED extents we need to fallback on buffered
 * io.  INLINE is special, and we could probably kludge it in here, but
 * it's still buffered so for safety lets just fall back to the generic
 * buffered path.
 *
 * For COMPRESSED we _have_ to read the entire extent in so we can
 * decompress it, so there will be buffering required no matter what we
 * do, so go ahead and fallback to buffered.
 *
 * We return -ENOTBLK because that's what makes DIO go ahead and go back
 * to buffered IO.  Don't blame me, this is the price we pay for using
 * the generic code.
 */
 if (btrfs_extent_map_is_compressed(em) || em->disk_bytenr == EXTENT_MAP_INLINE) {
  btrfs_free_extent_map(em);
  /*
 * If we are in a NOWAIT context, return -EAGAIN in order to
 * fallback to buffered IO. This is not only because we can
 * block with buffered IO (no support for NOWAIT semantics at
 * the moment) but also to avoid returning short reads to user
 * space - this happens if we were able to read some data from
 * previous non-compressed extents and then when we fallback to
 * buffered IO, at btrfs_file_read_iter() by calling
 * filemap_read(), we fail to fault in pages for the read buffer,
 * in which case filemap_read() returns a short read (the number
 * of bytes previously read is > 0, so it does not return -EFAULT).
 */
  ret = (flags & IOMAP_NOWAIT) ? -EAGAIN : -ENOTBLK;
  goto unlock_err;
 }

 len = min(len, em->len - (start - em->start));

 /*
 * If we have a NOWAIT request and the range contains multiple extents
 * (or a mix of extents and holes), then we return -EAGAIN to make the
 * caller fallback to a context where it can do a blocking (without
 * NOWAIT) request. This way we avoid doing partial IO and returning
 * success to the caller, which is not optimal for writes and for reads
 * it can result in unexpected behaviour for an application.
 *
 * When doing a read, because we use IOMAP_DIO_PARTIAL when calling
 * iomap_dio_rw(), we can end up returning less data then what the caller
 * asked for, resulting in an unexpected, and incorrect, short read.
 * That is, the caller asked to read N bytes and we return less than that,
 * which is wrong unless we are crossing EOF. This happens if we get a
 * page fault error when trying to fault in pages for the buffer that is
 * associated to the struct iov_iter passed to iomap_dio_rw(), and we
 * have previously submitted bios for other extents in the range, in
 * which case iomap_dio_rw() may return us EIOCBQUEUED if not all of
 * those bios have completed by the time we get the page fault error,
 * which we return back to our caller - we should only return EIOCBQUEUED
 * after we have submitted bios for all the extents in the range.
 */
 if ((flags & IOMAP_NOWAIT) && len < length) {
  btrfs_free_extent_map(em);
  ret = -EAGAIN;
  goto unlock_err;
 }

 if (write) {
  ret = btrfs_get_blocks_direct_write(&em, inode, dio_data,
          start, &len, flags);
  if (ret < 0)
   goto unlock_err;
  /* Recalc len in case the new em is smaller than requested */
  len = min(len, em->len - (start - em->start));
  if (dio_data->data_space_reserved) {
   u64 release_offset;
   u64 release_len = 0;

   if (dio_data->nocow_done) {
    release_offset = start;
    release_len = data_alloc_len;
   } else if (len < data_alloc_len) {
    release_offset = start + len;
    release_len = data_alloc_len - len;
   }

   if (release_len > 0)
    btrfs_free_reserved_data_space(BTRFS_I(inode),
              dio_data->data_reserved,
              release_offset,
              release_len);
  }
 }

 /*
 * Translate extent map information to iomap.
 * We trim the extents (and move the addr) even though iomap code does
 * that, since we have locked only the parts we are performing I/O in.
 */
 if ((em->disk_bytenr == EXTENT_MAP_HOLE) ||
     ((em->flags & EXTENT_FLAG_PREALLOC) && !write)) {
  iomap->addr = IOMAP_NULL_ADDR;
  iomap->type = IOMAP_HOLE;
 } else {
  iomap->addr = btrfs_extent_map_block_start(em) + (start - em->start);
  iomap->type = IOMAP_MAPPED;
 }
 iomap->offset = start;
 iomap->bdev = fs_info->fs_devices->latest_dev->bdev;
 iomap->length = len;
 btrfs_free_extent_map(em);

 /*
 * Reads will hold the EXTENT_DIO_LOCKED bit until the io is completed,
 * writes only hold it for this part.  We hold the extent lock until
 * we're completely done with the extent map to make sure it remains
 * valid.
 */
 if (write)
  unlock_bits |= EXTENT_DIO_LOCKED;

 btrfs_clear_extent_bit(&BTRFS_I(inode)->io_tree, lockstart, lockend,
          unlock_bits, &cached_state);

 /* We didn't use everything, unlock the dio extent for the remainder. */
 if (!write && (start + len) < lockend)
  btrfs_unlock_dio_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, start + len,
     lockend, NULL);

 return 0;

unlock_err:
 /*
 * Don't use EXTENT_LOCK_BITS here in case we extend it later and forget
 * to update this, be explicit that we expect EXTENT_LOCKED and
 * EXTENT_DIO_LOCKED to be set here, and so that's what we're clearing.
 */
 btrfs_clear_extent_bit(&BTRFS_I(inode)->io_tree, lockstart, lockend,
          EXTENT_LOCKED | EXTENT_DIO_LOCKED, &cached_state);
err:
 if (dio_data->data_space_reserved) {
  btrfs_free_reserved_data_space(BTRFS_I(inode),
            dio_data->data_reserved,
            start, data_alloc_len);
  extent_changeset_free(dio_data->data_reserved);
 }

 return ret;
}

static int btrfs_dio_iomap_end(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t length,
  ssize_t written, unsigned int flags, struct iomap *iomap)
{
 struct iomap_iter *iter = container_of(iomap, struct iomap_iter, iomap);
 struct btrfs_dio_data *dio_data = iter->private;
 size_t submitted = dio_data->submitted;
 const bool write = !!(flags & IOMAP_WRITE);
 int ret = 0;

 if (!write && (iomap->type == IOMAP_HOLE)) {
  /* If reading from a hole, unlock and return */
  btrfs_unlock_dio_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, pos,
     pos + length - 1, NULL);
  return 0;
 }

 if (submitted < length) {
  pos += submitted;
  length -= submitted;
  if (write)
   btrfs_finish_ordered_extent(dio_data->ordered, NULL,
          pos, length, false);
  else
   btrfs_unlock_dio_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, pos,
      pos + length - 1, NULL);
  ret = -ENOTBLK;
 }
 if (write) {
  btrfs_put_ordered_extent(dio_data->ordered);
  dio_data->ordered = NULL;
 }

 if (write)
  extent_changeset_free(dio_data->data_reserved);
 return ret;
}

static void btrfs_dio_end_io(struct btrfs_bio *bbio)
{
 struct btrfs_dio_private *dip =
  container_of(bbio, struct btrfs_dio_private, bbio);
 struct btrfs_inode *inode = bbio->inode;
 struct bio *bio = &bbio->bio;

 if (bio->bi_status) {
  btrfs_warn(inode->root->fs_info,
  "direct IO failed ino %llu op 0x%0x offset %#llx len %u err no %d",
      btrfs_ino(inode), bio->bi_opf,
      dip->file_offset, dip->bytes, bio->bi_status);
 }

 if (btrfs_op(bio) == BTRFS_MAP_WRITE) {
  btrfs_finish_ordered_extent(bbio->ordered, NULL,
         dip->file_offset, dip->bytes,
         !bio->bi_status);
 } else {
  btrfs_unlock_dio_extent(&inode->io_tree, dip->file_offset,
     dip->file_offset + dip->bytes - 1, NULL);
 }

 bbio->bio.bi_private = bbio->private;
 iomap_dio_bio_end_io(bio);
}

static int btrfs_extract_ordered_extent(struct btrfs_bio *bbio,
     struct btrfs_ordered_extent *ordered)
{
 u64 start = (u64)bbio->bio.bi_iter.bi_sector << SECTOR_SHIFT;
 u64 len = bbio->bio.bi_iter.bi_size;
 struct btrfs_ordered_extent *new;
 int ret;

 /* Must always be called for the beginning of an ordered extent. */
 if (WARN_ON_ONCE(start != ordered->disk_bytenr))
  return -EINVAL;

 /* No need to split if the ordered extent covers the entire bio. */
 if (ordered->disk_num_bytes == len) {
  refcount_inc(&ordered->refs);
  bbio->ordered = ordered;
  return 0;
 }

 /*
 * Don't split the extent_map for NOCOW extents, as we're writing into
 * a pre-existing one.
 */
 if (!test_bit(BTRFS_ORDERED_NOCOW, &ordered->flags)) {
  ret = btrfs_split_extent_map(bbio->inode, bbio->file_offset,
          ordered->num_bytes, len,
          ordered->disk_bytenr);
  if (ret)
   return ret;
 }

 new = btrfs_split_ordered_extent(ordered, len);
 if (IS_ERR(new))
  return PTR_ERR(new);
 bbio->ordered = new;
 return 0;
}

static void btrfs_dio_submit_io(const struct iomap_iter *iter, struct bio *bio,
    loff_t file_offset)
{
 struct btrfs_bio *bbio = btrfs_bio(bio);
 struct btrfs_dio_private *dip =
  container_of(bbio, struct btrfs_dio_private, bbio);
 struct btrfs_dio_data *dio_data = iter->private;

 btrfs_bio_init(bbio, BTRFS_I(iter->inode)->root->fs_info,
         btrfs_dio_end_io, bio->bi_private);
 bbio->inode = BTRFS_I(iter->inode);
 bbio->file_offset = file_offset;

 dip->file_offset = file_offset;
 dip->bytes = bio->bi_iter.bi_size;

 dio_data->submitted += bio->bi_iter.bi_size;

 /*
 * Check if we are doing a partial write.  If we are, we need to split
 * the ordered extent to match the submitted bio.  Hang on to the
 * remaining unfinishable ordered_extent in dio_data so that it can be
 * cancelled in iomap_end to avoid a deadlock wherein faulting the
 * remaining pages is blocked on the outstanding ordered extent.
 */
 if (iter->flags & IOMAP_WRITE) {
  int ret;

  ret = btrfs_extract_ordered_extent(bbio, dio_data->ordered);
  if (ret) {
   btrfs_finish_ordered_extent(dio_data->ordered, NULL,
          file_offset, dip->bytes,
          !ret);
   bio->bi_status = errno_to_blk_status(ret);
   iomap_dio_bio_end_io(bio);
   return;
  }
 }

 btrfs_submit_bbio(bbio, 0);
}

static const struct iomap_ops btrfs_dio_iomap_ops = {
 .iomap_begin            = btrfs_dio_iomap_begin,
 .iomap_end              = btrfs_dio_iomap_end,
};

static const struct iomap_dio_ops btrfs_dio_ops = {
 .submit_io  = btrfs_dio_submit_io,
 .bio_set  = &btrfs_dio_bioset,
};

static ssize_t btrfs_dio_read(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter,
         size_t done_before)
{
 struct btrfs_dio_data data = { 0 };

 return iomap_dio_rw(iocb, iter, &btrfs_dio_iomap_ops, &btrfs_dio_ops,
       IOMAP_DIO_PARTIAL, &data, done_before);
}

static struct iomap_dio *btrfs_dio_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter,
      size_t done_before)
{
 struct btrfs_dio_data data = { 0 };

 return __iomap_dio_rw(iocb, iter, &btrfs_dio_iomap_ops, &btrfs_dio_ops,
       IOMAP_DIO_PARTIAL, &data, done_before);
}

static ssize_t check_direct_IO(struct btrfs_fs_info *fs_info,
          const struct iov_iter *iter, loff_t offset)
{
 const u32 blocksize_mask = fs_info->sectorsize - 1;

 if (offset & blocksize_mask)
  return -EINVAL;

 if (iov_iter_alignment(iter) & blocksize_mask)
  return -EINVAL;

 return 0;
}

ssize_t btrfs_direct_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
{
 struct file *file = iocb->ki_filp;
 struct inode *inode = file_inode(file);
 struct btrfs_fs_info *fs_info = inode_to_fs_info(inode);
 loff_t pos;
 ssize_t written = 0;
 ssize_t written_buffered;
 size_t prev_left = 0;
 loff_t endbyte;
 ssize_t ret;
 unsigned int ilock_flags = 0;
 struct iomap_dio *dio;

 if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT)
  ilock_flags |= BTRFS_ILOCK_TRY;

 /*
 * If the write DIO is within EOF, use a shared lock and also only if
 * security bits will likely not be dropped by file_remove_privs() called
 * from btrfs_write_check(). Either will need to be rechecked after the
 * lock was acquired.
 */
 if (iocb->ki_pos + iov_iter_count(from) <= i_size_read(inode) && IS_NOSEC(inode))
  ilock_flags |= BTRFS_ILOCK_SHARED;

relock:
 ret = btrfs_inode_lock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
 if (ret < 0)
  return ret;

 /* Shared lock cannot be used with security bits set. */
 if ((ilock_flags & BTRFS_ILOCK_SHARED) && !IS_NOSEC(inode)) {
  btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
  ilock_flags &= ~BTRFS_ILOCK_SHARED;
  goto relock;
 }

 ret = generic_write_checks(iocb, from);
 if (ret <= 0) {
  btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
  return ret;
 }

 ret = btrfs_write_check(iocb, ret);
 if (ret < 0) {
  btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
  goto out;
 }

 pos = iocb->ki_pos;
 /*
 * Re-check since file size may have changed just before taking the
 * lock or pos may have changed because of O_APPEND in generic_write_check()
 */
 if ((ilock_flags & BTRFS_ILOCK_SHARED) &&
     pos + iov_iter_count(from) > i_size_read(inode)) {
  btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
  ilock_flags &= ~BTRFS_ILOCK_SHARED;
  goto relock;
 }

 if (check_direct_IO(fs_info, from, pos)) {
  btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
  goto buffered;
 }
 /*
 * We can't control the folios being passed in, applications can write
 * to them while a direct IO write is in progress.  This means the
 * content might change after we calculated the data checksum.
 * Therefore we can end up storing a checksum that doesn't match the
 * persisted data.
 *
 * To be extra safe and avoid false data checksum mismatch, if the
 * inode requires data checksum, just fallback to buffered IO.
 * For buffered IO we have full control of page cache and can ensure
 * no one is modifying the content during writeback.
 */
 if (!(BTRFS_I(inode)->flags & BTRFS_INODE_NODATASUM)) {
  btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
  goto buffered;
 }

 /*
 * The iov_iter can be mapped to the same file range we are writing to.
 * If that's the case, then we will deadlock in the iomap code, because
 * it first calls our callback btrfs_dio_iomap_begin(), which will create
 * an ordered extent, and after that it will fault in the pages that the
 * iov_iter refers to. During the fault in we end up in the readahead
 * pages code (starting at btrfs_readahead()), which will lock the range,
 * find that ordered extent and then wait for it to complete (at
 * btrfs_lock_and_flush_ordered_range()), resulting in a deadlock since
 * obviously the ordered extent can never complete as we didn't submit
 * yet the respective bio(s). This always happens when the buffer is
 * memory mapped to the same file range, since the iomap DIO code always
 * invalidates pages in the target file range (after starting and waiting
 * for any writeback).
 *
 * So here we disable page faults in the iov_iter and then retry if we
 * got -EFAULT, faulting in the pages before the retry.
 */
again:
 from->nofault = true;
 dio = btrfs_dio_write(iocb, from, written);
 from->nofault = false;

 if (IS_ERR_OR_NULL(dio)) {
  ret = PTR_ERR_OR_ZERO(dio);
 } else {
  /*
 * If we have a synchronous write, we must make sure the fsync
 * triggered by the iomap_dio_complete() call below doesn't
 * deadlock on the inode lock - we are already holding it and we
 * can't call it after unlocking because we may need to complete
 * partial writes due to the input buffer (or parts of it) not
 * being already faulted in.
 */
  ASSERT(current->journal_info == NULL);
  current->journal_info = BTRFS_TRANS_DIO_WRITE_STUB;
  ret = iomap_dio_complete(dio);
  current->journal_info = NULL;
 }

 /* No increment (+=) because iomap returns a cumulative value. */
 if (ret > 0)
  written = ret;

 if (iov_iter_count(from) > 0 && (ret == -EFAULT || ret > 0)) {
  const size_t left = iov_iter_count(from);
  /*
 * We have more data left to write. Try to fault in as many as
 * possible of the remainder pages and retry. We do this without
 * releasing and locking again the inode, to prevent races with
 * truncate.
 *
 * Also, in case the iov refers to pages in the file range of the
 * file we want to write to (due to a mmap), we could enter an
 * infinite loop if we retry after faulting the pages in, since
 * iomap will invalidate any pages in the range early on, before
 * it tries to fault in the pages of the iov. So we keep track of
 * how much was left of iov in the previous EFAULT and fallback
 * to buffered IO in case we haven't made any progress.
 */
  if (left == prev_left) {
   ret = -ENOTBLK;
  } else {
   fault_in_iov_iter_readable(from, left);
   prev_left = left;
   goto again;
  }
 }

 btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);

 /*
 * If 'ret' is -ENOTBLK or we have not written all data, then it means
 * we must fallback to buffered IO.
 */
 if ((ret < 0 && ret != -ENOTBLK) || !iov_iter_count(from))
  goto out;

buffered:
 /*
 * If we are in a NOWAIT context, then return -EAGAIN to signal the caller
 * it must retry the operation in a context where blocking is acceptable,
 * because even if we end up not blocking during the buffered IO attempt
 * below, we will block when flushing and waiting for the IO.
 */
 if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
  ret = -EAGAIN;
  goto out;
 }

 pos = iocb->ki_pos;
 written_buffered = btrfs_buffered_write(iocb, from);
 if (written_buffered < 0) {
  ret = written_buffered;
  goto out;
 }
 /*
 * Ensure all data is persisted. We want the next direct IO read to be
 * able to read what was just written.
 */
 endbyte = pos + written_buffered - 1;
 ret = btrfs_fdatawrite_range(BTRFS_I(inode), pos, endbyte);
 if (ret)
  goto out;
 ret = filemap_fdatawait_range(inode->i_mapping, pos, endbyte);
 if (ret)
  goto out;
 written += written_buffered;
 iocb->ki_pos = pos + written_buffered;
 invalidate_mapping_pages(file->f_mapping, pos >> PAGE_SHIFT,
     endbyte >> PAGE_SHIFT);
out:
 return ret < 0 ? ret : written;
}

static int check_direct_read(struct btrfs_fs_info *fs_info,
        const struct iov_iter *iter, loff_t offset)
{
 int ret;
 int i, seg;

 ret = check_direct_IO(fs_info, iter, offset);
 if (ret < 0)
  return ret;

 if (!iter_is_iovec(iter))
  return 0;

 for (seg = 0; seg < iter->nr_segs; seg++) {
  for (i = seg + 1; i < iter->nr_segs; i++) {
   const struct iovec *iov1 = iter_iov(iter) + seg;
   const struct iovec *iov2 = iter_iov(iter) + i;

   if (iov1->iov_base == iov2->iov_base)
    return -EINVAL;
  }
 }
 return 0;
}

ssize_t btrfs_direct_read(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *to)
{
 struct inode *inode = file_inode(iocb->ki_filp);
 size_t prev_left = 0;
 ssize_t read = 0;
 ssize_t ret;

 if (fsverity_active(inode))
  return 0;

 if (check_direct_read(inode_to_fs_info(inode), to, iocb->ki_pos))
  return 0;

 btrfs_inode_lock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_SHARED);
again:
 /*
 * This is similar to what we do for direct IO writes, see the comment
 * at btrfs_direct_write(), but we also disable page faults in addition
 * to disabling them only at the iov_iter level. This is because when
 * reading from a hole or prealloc extent, iomap calls iov_iter_zero(),
 * which can still trigger page fault ins despite having set ->nofault
 * to true of our 'to' iov_iter.
 *
 * The difference to direct IO writes is that we deadlock when trying
 * to lock the extent range in the inode's tree during he page reads
 * triggered by the fault in (while for writes it is due to waiting for
 * our own ordered extent). This is because for direct IO reads,
 * btrfs_dio_iomap_begin() returns with the extent range locked, which
 * is only unlocked in the endio callback (end_bio_extent_readpage()).
 */
 pagefault_disable();
 to->nofault = true;
 ret = btrfs_dio_read(iocb, to, read);
 to->nofault = false;
 pagefault_enable();

 /* No increment (+=) because iomap returns a cumulative value. */
 if (ret > 0)
  read = ret;

 if (iov_iter_count(to) > 0 && (ret == -EFAULT || ret > 0)) {
  const size_t left = iov_iter_count(to);

  if (left == prev_left) {
   /*
 * We didn't make any progress since the last attempt,
 * fallback to a buffered read for the remainder of the
 * range. This is just to avoid any possibility of looping
 * for too long.
 */
   ret = read;
  } else {
   /*
 * We made some progress since the last retry or this is
 * the first time we are retrying. Fault in as many pages
 * as possible and retry.
 */
   fault_in_iov_iter_writeable(to, left);
   prev_left = left;
   goto again;
  }
 }
 btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_SHARED);
 return ret < 0 ? ret : read;
}

int __init btrfs_init_dio(void)
{
 if (bioset_init(&btrfs_dio_bioset, BIO_POOL_SIZE,
   offsetof(struct btrfs_dio_private, bbio.bio),
   BIOSET_NEED_BVECS))
  return -ENOMEM;

 return 0;
}

void __cold btrfs_destroy_dio(void)
{
 bioset_exit(&btrfs_dio_bioset);
}