OSDN Git Service

Merge tag 'ceph-for-6.6-rc1' of https://github.com/ceph/ceph-client
[tomoyo/tomoyo-test1.git] / fs / btrfs / file.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  * Copyright (C) 2007 Oracle.  All rights reserved.
4  */
5
6 #include <linux/fs.h>
7 #include <linux/pagemap.h>
8 #include <linux/time.h>
9 #include <linux/init.h>
10 #include <linux/string.h>
11 #include <linux/backing-dev.h>
12 #include <linux/falloc.h>
13 #include <linux/writeback.h>
14 #include <linux/compat.h>
15 #include <linux/slab.h>
16 #include <linux/btrfs.h>
17 #include <linux/uio.h>
18 #include <linux/iversion.h>
19 #include <linux/fsverity.h>
20 #include "ctree.h"
21 #include "disk-io.h"
22 #include "transaction.h"
23 #include "btrfs_inode.h"
24 #include "print-tree.h"
25 #include "tree-log.h"
26 #include "locking.h"
27 #include "volumes.h"
28 #include "qgroup.h"
29 #include "compression.h"
30 #include "delalloc-space.h"
31 #include "reflink.h"
32 #include "subpage.h"
33 #include "fs.h"
34 #include "accessors.h"
35 #include "extent-tree.h"
36 #include "file-item.h"
37 #include "ioctl.h"
38 #include "file.h"
39 #include "super.h"
40
41 /* simple helper to fault in pages and copy.  This should go away
42  * and be replaced with calls into generic code.
43  */
44 static noinline int btrfs_copy_from_user(loff_t pos, size_t write_bytes,
45                                          struct page **prepared_pages,
46                                          struct iov_iter *i)
47 {
48         size_t copied = 0;
49         size_t total_copied = 0;
50         int pg = 0;
51         int offset = offset_in_page(pos);
52
53         while (write_bytes > 0) {
54                 size_t count = min_t(size_t,
55                                      PAGE_SIZE - offset, write_bytes);
56                 struct page *page = prepared_pages[pg];
57                 /*
58                  * Copy data from userspace to the current page
59                  */
60                 copied = copy_page_from_iter_atomic(page, offset, count, i);
61
62                 /* Flush processor's dcache for this page */
63                 flush_dcache_page(page);
64
65                 /*
66                  * if we get a partial write, we can end up with
67                  * partially up to date pages.  These add
68                  * a lot of complexity, so make sure they don't
69                  * happen by forcing this copy to be retried.
70                  *
71                  * The rest of the btrfs_file_write code will fall
72                  * back to page at a time copies after we return 0.
73                  */
74                 if (unlikely(copied < count)) {
75                         if (!PageUptodate(page)) {
76                                 iov_iter_revert(i, copied);
77                                 copied = 0;
78                         }
79                         if (!copied)
80                                 break;
81                 }
82
83                 write_bytes -= copied;
84                 total_copied += copied;
85                 offset += copied;
86                 if (offset == PAGE_SIZE) {
87                         pg++;
88                         offset = 0;
89                 }
90         }
91         return total_copied;
92 }
93
94 /*
95  * unlocks pages after btrfs_file_write is done with them
96  */
97 static void btrfs_drop_pages(struct btrfs_fs_info *fs_info,
98                              struct page **pages, size_t num_pages,
99                              u64 pos, u64 copied)
100 {
101         size_t i;
102         u64 block_start = round_down(pos, fs_info->sectorsize);
103         u64 block_len = round_up(pos + copied, fs_info->sectorsize) - block_start;
104
105         ASSERT(block_len <= U32_MAX);
106         for (i = 0; i < num_pages; i++) {
107                 /* page checked is some magic around finding pages that
108                  * have been modified without going through btrfs_set_page_dirty
109                  * clear it here. There should be no need to mark the pages
110                  * accessed as prepare_pages should have marked them accessed
111                  * in prepare_pages via find_or_create_page()
112                  */
113                 btrfs_page_clamp_clear_checked(fs_info, pages[i], block_start,
114                                                block_len);
115                 unlock_page(pages[i]);
116                 put_page(pages[i]);
117         }
118 }
119
120 /*
121  * After btrfs_copy_from_user(), update the following things for delalloc:
122  * - Mark newly dirtied pages as DELALLOC in the io tree.
123  *   Used to advise which range is to be written back.
124  * - Mark modified pages as Uptodate/Dirty and not needing COW fixup
125  * - Update inode size for past EOF write
126  */
127 int btrfs_dirty_pages(struct btrfs_inode *inode, struct page **pages,
128                       size_t num_pages, loff_t pos, size_t write_bytes,
129                       struct extent_state **cached, bool noreserve)
130 {
131         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
132         int err = 0;
133         int i;
134         u64 num_bytes;
135         u64 start_pos;
136         u64 end_of_last_block;
137         u64 end_pos = pos + write_bytes;
138         loff_t isize = i_size_read(&inode->vfs_inode);
139         unsigned int extra_bits = 0;
140
141         if (write_bytes == 0)
142                 return 0;
143
144         if (noreserve)
145                 extra_bits |= EXTENT_NORESERVE;
146
147         start_pos = round_down(pos, fs_info->sectorsize);
148         num_bytes = round_up(write_bytes + pos - start_pos,
149                              fs_info->sectorsize);
150         ASSERT(num_bytes <= U32_MAX);
151
152         end_of_last_block = start_pos + num_bytes - 1;
153
154         /*
155          * The pages may have already been dirty, clear out old accounting so
156          * we can set things up properly
157          */
158         clear_extent_bit(&inode->io_tree, start_pos, end_of_last_block,
159                          EXTENT_DELALLOC | EXTENT_DO_ACCOUNTING | EXTENT_DEFRAG,
160                          cached);
161
162         err = btrfs_set_extent_delalloc(inode, start_pos, end_of_last_block,
163                                         extra_bits, cached);
164         if (err)
165                 return err;
166
167         for (i = 0; i < num_pages; i++) {
168                 struct page *p = pages[i];
169
170                 btrfs_page_clamp_set_uptodate(fs_info, p, start_pos, num_bytes);
171                 btrfs_page_clamp_clear_checked(fs_info, p, start_pos, num_bytes);
172                 btrfs_page_clamp_set_dirty(fs_info, p, start_pos, num_bytes);
173         }
174
175         /*
176          * we've only changed i_size in ram, and we haven't updated
177          * the disk i_size.  There is no need to log the inode
178          * at this time.
179          */
180         if (end_pos > isize)
181                 i_size_write(&inode->vfs_inode, end_pos);
182         return 0;
183 }
184
185 /*
186  * this is very complex, but the basic idea is to drop all extents
187  * in the range start - end.  hint_block is filled in with a block number
188  * that would be a good hint to the block allocator for this file.
189  *
190  * If an extent intersects the range but is not entirely inside the range
191  * it is either truncated or split.  Anything entirely inside the range
192  * is deleted from the tree.
193  *
194  * Note: the VFS' inode number of bytes is not updated, it's up to the caller
195  * to deal with that. We set the field 'bytes_found' of the arguments structure
196  * with the number of allocated bytes found in the target range, so that the
197  * caller can update the inode's number of bytes in an atomic way when
198  * replacing extents in a range to avoid races with stat(2).
199  */
200 int btrfs_drop_extents(struct btrfs_trans_handle *trans,
201                        struct btrfs_root *root, struct btrfs_inode *inode,
202                        struct btrfs_drop_extents_args *args)
203 {
204         struct btrfs_fs_info *fs_info = root->fs_info;
205         struct extent_buffer *leaf;
206         struct btrfs_file_extent_item *fi;
207         struct btrfs_ref ref = { 0 };
208         struct btrfs_key key;
209         struct btrfs_key new_key;
210         u64 ino = btrfs_ino(inode);
211         u64 search_start = args->start;
212         u64 disk_bytenr = 0;
213         u64 num_bytes = 0;
214         u64 extent_offset = 0;
215         u64 extent_end = 0;
216         u64 last_end = args->start;
217         int del_nr = 0;
218         int del_slot = 0;
219         int extent_type;
220         int recow;
221         int ret;
222         int modify_tree = -1;
223         int update_refs;
224         int found = 0;
225         struct btrfs_path *path = args->path;
226
227         args->bytes_found = 0;
228         args->extent_inserted = false;
229
230         /* Must always have a path if ->replace_extent is true */
231         ASSERT(!(args->replace_extent && !args->path));
232
233         if (!path) {
234                 path = btrfs_alloc_path();
235                 if (!path) {
236                         ret = -ENOMEM;
237                         goto out;
238                 }
239         }
240
241         if (args->drop_cache)
242                 btrfs_drop_extent_map_range(inode, args->start, args->end - 1, false);
243
244         if (args->start >= inode->disk_i_size && !args->replace_extent)
245                 modify_tree = 0;
246
247         update_refs = (root->root_key.objectid != BTRFS_TREE_LOG_OBJECTID);
248         while (1) {
249                 recow = 0;
250                 ret = btrfs_lookup_file_extent(trans, root, path, ino,
251                                                search_start, modify_tree);
252                 if (ret < 0)
253                         break;
254                 if (ret > 0 && path->slots[0] > 0 && search_start == args->start) {
255                         leaf = path->nodes[0];
256                         btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &key, path->slots[0] - 1);
257                         if (key.objectid == ino &&
258                             key.type == BTRFS_EXTENT_DATA_KEY)
259                                 path->slots[0]--;
260                 }
261                 ret = 0;
262 next_slot:
263                 leaf = path->nodes[0];
264                 if (path->slots[0] >= btrfs_header_nritems(leaf)) {
265                         BUG_ON(del_nr > 0);
266                         ret = btrfs_next_leaf(root, path);
267                         if (ret < 0)
268                                 break;
269                         if (ret > 0) {
270                                 ret = 0;
271                                 break;
272                         }
273                         leaf = path->nodes[0];
274                         recow = 1;
275                 }
276
277                 btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &key, path->slots[0]);
278
279                 if (key.objectid > ino)
280                         break;
281                 if (WARN_ON_ONCE(key.objectid < ino) ||
282                     key.type < BTRFS_EXTENT_DATA_KEY) {
283                         ASSERT(del_nr == 0);
284                         path->slots[0]++;
285                         goto next_slot;
286                 }
287                 if (key.type > BTRFS_EXTENT_DATA_KEY || key.offset >= args->end)
288                         break;
289
290                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
291                                     struct btrfs_file_extent_item);
292                 extent_type = btrfs_file_extent_type(leaf, fi);
293
294                 if (extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_REG ||
295                     extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_PREALLOC) {
296                         disk_bytenr = btrfs_file_extent_disk_bytenr(leaf, fi);
297                         num_bytes = btrfs_file_extent_disk_num_bytes(leaf, fi);
298                         extent_offset = btrfs_file_extent_offset(leaf, fi);
299                         extent_end = key.offset +
300                                 btrfs_file_extent_num_bytes(leaf, fi);
301                 } else if (extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_INLINE) {
302                         extent_end = key.offset +
303                                 btrfs_file_extent_ram_bytes(leaf, fi);
304                 } else {
305                         /* can't happen */
306                         BUG();
307                 }
308
309                 /*
310                  * Don't skip extent items representing 0 byte lengths. They
311                  * used to be created (bug) if while punching holes we hit
312                  * -ENOSPC condition. So if we find one here, just ensure we
313                  * delete it, otherwise we would insert a new file extent item
314                  * with the same key (offset) as that 0 bytes length file
315                  * extent item in the call to setup_items_for_insert() later
316                  * in this function.
317                  */
318                 if (extent_end == key.offset && extent_end >= search_start) {
319                         last_end = extent_end;
320                         goto delete_extent_item;
321                 }
322
323                 if (extent_end <= search_start) {
324                         path->slots[0]++;
325                         goto next_slot;
326                 }
327
328                 found = 1;
329                 search_start = max(key.offset, args->start);
330                 if (recow || !modify_tree) {
331                         modify_tree = -1;
332                         btrfs_release_path(path);
333                         continue;
334                 }
335
336                 /*
337                  *     | - range to drop - |
338                  *  | -------- extent -------- |
339                  */
340                 if (args->start > key.offset && args->end < extent_end) {
341                         BUG_ON(del_nr > 0);
342                         if (extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_INLINE) {
343                                 ret = -EOPNOTSUPP;
344                                 break;
345                         }
346
347                         memcpy(&new_key, &key, sizeof(new_key));
348                         new_key.offset = args->start;
349                         ret = btrfs_duplicate_item(trans, root, path,
350                                                    &new_key);
351                         if (ret == -EAGAIN) {
352                                 btrfs_release_path(path);
353                                 continue;
354                         }
355                         if (ret < 0)
356                                 break;
357
358                         leaf = path->nodes[0];
359                         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0] - 1,
360                                             struct btrfs_file_extent_item);
361                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
362                                                         args->start - key.offset);
363
364                         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
365                                             struct btrfs_file_extent_item);
366
367                         extent_offset += args->start - key.offset;
368                         btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi, extent_offset);
369                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
370                                                         extent_end - args->start);
371                         btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
372
373                         if (update_refs && disk_bytenr > 0) {
374                                 btrfs_init_generic_ref(&ref,
375                                                 BTRFS_ADD_DELAYED_REF,
376                                                 disk_bytenr, num_bytes, 0);
377                                 btrfs_init_data_ref(&ref,
378                                                 root->root_key.objectid,
379                                                 new_key.objectid,
380                                                 args->start - extent_offset,
381                                                 0, false);
382                                 ret = btrfs_inc_extent_ref(trans, &ref);
383                                 if (ret) {
384                                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
385                                         break;
386                                 }
387                         }
388                         key.offset = args->start;
389                 }
390                 /*
391                  * From here on out we will have actually dropped something, so
392                  * last_end can be updated.
393                  */
394                 last_end = extent_end;
395
396                 /*
397                  *  | ---- range to drop ----- |
398                  *      | -------- extent -------- |
399                  */
400                 if (args->start <= key.offset && args->end < extent_end) {
401                         if (extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_INLINE) {
402                                 ret = -EOPNOTSUPP;
403                                 break;
404                         }
405
406                         memcpy(&new_key, &key, sizeof(new_key));
407                         new_key.offset = args->end;
408                         btrfs_set_item_key_safe(fs_info, path, &new_key);
409
410                         extent_offset += args->end - key.offset;
411                         btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi, extent_offset);
412                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
413                                                         extent_end - args->end);
414                         btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
415                         if (update_refs && disk_bytenr > 0)
416                                 args->bytes_found += args->end - key.offset;
417                         break;
418                 }
419
420                 search_start = extent_end;
421                 /*
422                  *       | ---- range to drop ----- |
423                  *  | -------- extent -------- |
424                  */
425                 if (args->start > key.offset && args->end >= extent_end) {
426                         BUG_ON(del_nr > 0);
427                         if (extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_INLINE) {
428                                 ret = -EOPNOTSUPP;
429                                 break;
430                         }
431
432                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
433                                                         args->start - key.offset);
434                         btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
435                         if (update_refs && disk_bytenr > 0)
436                                 args->bytes_found += extent_end - args->start;
437                         if (args->end == extent_end)
438                                 break;
439
440                         path->slots[0]++;
441                         goto next_slot;
442                 }
443
444                 /*
445                  *  | ---- range to drop ----- |
446                  *    | ------ extent ------ |
447                  */
448                 if (args->start <= key.offset && args->end >= extent_end) {
449 delete_extent_item:
450                         if (del_nr == 0) {
451                                 del_slot = path->slots[0];
452                                 del_nr = 1;
453                         } else {
454                                 BUG_ON(del_slot + del_nr != path->slots[0]);
455                                 del_nr++;
456                         }
457
458                         if (update_refs &&
459                             extent_type == BTRFS_FILE_EXTENT_INLINE) {
460                                 args->bytes_found += extent_end - key.offset;
461                                 extent_end = ALIGN(extent_end,
462                                                    fs_info->sectorsize);
463                         } else if (update_refs && disk_bytenr > 0) {
464                                 btrfs_init_generic_ref(&ref,
465                                                 BTRFS_DROP_DELAYED_REF,
466                                                 disk_bytenr, num_bytes, 0);
467                                 btrfs_init_data_ref(&ref,
468                                                 root->root_key.objectid,
469                                                 key.objectid,
470                                                 key.offset - extent_offset, 0,
471                                                 false);
472                                 ret = btrfs_free_extent(trans, &ref);
473                                 if (ret) {
474                                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
475                                         break;
476                                 }
477                                 args->bytes_found += extent_end - key.offset;
478                         }
479
480                         if (args->end == extent_end)
481                                 break;
482
483                         if (path->slots[0] + 1 < btrfs_header_nritems(leaf)) {
484                                 path->slots[0]++;
485                                 goto next_slot;
486                         }
487
488                         ret = btrfs_del_items(trans, root, path, del_slot,
489                                               del_nr);
490                         if (ret) {
491                                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
492                                 break;
493                         }
494
495                         del_nr = 0;
496                         del_slot = 0;
497
498                         btrfs_release_path(path);
499                         continue;
500                 }
501
502                 BUG();
503         }
504
505         if (!ret && del_nr > 0) {
506                 /*
507                  * Set path->slots[0] to first slot, so that after the delete
508                  * if items are move off from our leaf to its immediate left or
509                  * right neighbor leafs, we end up with a correct and adjusted
510                  * path->slots[0] for our insertion (if args->replace_extent).
511                  */
512                 path->slots[0] = del_slot;
513                 ret = btrfs_del_items(trans, root, path, del_slot, del_nr);
514                 if (ret)
515                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
516         }
517
518         leaf = path->nodes[0];
519         /*
520          * If btrfs_del_items() was called, it might have deleted a leaf, in
521          * which case it unlocked our path, so check path->locks[0] matches a
522          * write lock.
523          */
524         if (!ret && args->replace_extent &&
525             path->locks[0] == BTRFS_WRITE_LOCK &&
526             btrfs_leaf_free_space(leaf) >=
527             sizeof(struct btrfs_item) + args->extent_item_size) {
528
529                 key.objectid = ino;
530                 key.type = BTRFS_EXTENT_DATA_KEY;
531                 key.offset = args->start;
532                 if (!del_nr && path->slots[0] < btrfs_header_nritems(leaf)) {
533                         struct btrfs_key slot_key;
534
535                         btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &slot_key, path->slots[0]);
536                         if (btrfs_comp_cpu_keys(&key, &slot_key) > 0)
537                                 path->slots[0]++;
538                 }
539                 btrfs_setup_item_for_insert(root, path, &key, args->extent_item_size);
540                 args->extent_inserted = true;
541         }
542
543         if (!args->path)
544                 btrfs_free_path(path);
545         else if (!args->extent_inserted)
546                 btrfs_release_path(path);
547 out:
548         args->drop_end = found ? min(args->end, last_end) : args->end;
549
550         return ret;
551 }
552
553 static int extent_mergeable(struct extent_buffer *leaf, int slot,
554                             u64 objectid, u64 bytenr, u64 orig_offset,
555                             u64 *start, u64 *end)
556 {
557         struct btrfs_file_extent_item *fi;
558         struct btrfs_key key;
559         u64 extent_end;
560
561         if (slot < 0 || slot >= btrfs_header_nritems(leaf))
562                 return 0;
563
564         btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &key, slot);
565         if (key.objectid != objectid || key.type != BTRFS_EXTENT_DATA_KEY)
566                 return 0;
567
568         fi = btrfs_item_ptr(leaf, slot, struct btrfs_file_extent_item);
569         if (btrfs_file_extent_type(leaf, fi) != BTRFS_FILE_EXTENT_REG ||
570             btrfs_file_extent_disk_bytenr(leaf, fi) != bytenr ||
571             btrfs_file_extent_offset(leaf, fi) != key.offset - orig_offset ||
572             btrfs_file_extent_compression(leaf, fi) ||
573             btrfs_file_extent_encryption(leaf, fi) ||
574             btrfs_file_extent_other_encoding(leaf, fi))
575                 return 0;
576
577         extent_end = key.offset + btrfs_file_extent_num_bytes(leaf, fi);
578         if ((*start && *start != key.offset) || (*end && *end != extent_end))
579                 return 0;
580
581         *start = key.offset;
582         *end = extent_end;
583         return 1;
584 }
585
586 /*
587  * Mark extent in the range start - end as written.
588  *
589  * This changes extent type from 'pre-allocated' to 'regular'. If only
590  * part of extent is marked as written, the extent will be split into
591  * two or three.
592  */
593 int btrfs_mark_extent_written(struct btrfs_trans_handle *trans,
594                               struct btrfs_inode *inode, u64 start, u64 end)
595 {
596         struct btrfs_fs_info *fs_info = trans->fs_info;
597         struct btrfs_root *root = inode->root;
598         struct extent_buffer *leaf;
599         struct btrfs_path *path;
600         struct btrfs_file_extent_item *fi;
601         struct btrfs_ref ref = { 0 };
602         struct btrfs_key key;
603         struct btrfs_key new_key;
604         u64 bytenr;
605         u64 num_bytes;
606         u64 extent_end;
607         u64 orig_offset;
608         u64 other_start;
609         u64 other_end;
610         u64 split;
611         int del_nr = 0;
612         int del_slot = 0;
613         int recow;
614         int ret = 0;
615         u64 ino = btrfs_ino(inode);
616
617         path = btrfs_alloc_path();
618         if (!path)
619                 return -ENOMEM;
620 again:
621         recow = 0;
622         split = start;
623         key.objectid = ino;
624         key.type = BTRFS_EXTENT_DATA_KEY;
625         key.offset = split;
626
627         ret = btrfs_search_slot(trans, root, &key, path, -1, 1);
628         if (ret < 0)
629                 goto out;
630         if (ret > 0 && path->slots[0] > 0)
631                 path->slots[0]--;
632
633         leaf = path->nodes[0];
634         btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &key, path->slots[0]);
635         if (key.objectid != ino ||
636             key.type != BTRFS_EXTENT_DATA_KEY) {
637                 ret = -EINVAL;
638                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
639                 goto out;
640         }
641         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
642                             struct btrfs_file_extent_item);
643         if (btrfs_file_extent_type(leaf, fi) != BTRFS_FILE_EXTENT_PREALLOC) {
644                 ret = -EINVAL;
645                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
646                 goto out;
647         }
648         extent_end = key.offset + btrfs_file_extent_num_bytes(leaf, fi);
649         if (key.offset > start || extent_end < end) {
650                 ret = -EINVAL;
651                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
652                 goto out;
653         }
654
655         bytenr = btrfs_file_extent_disk_bytenr(leaf, fi);
656         num_bytes = btrfs_file_extent_disk_num_bytes(leaf, fi);
657         orig_offset = key.offset - btrfs_file_extent_offset(leaf, fi);
658         memcpy(&new_key, &key, sizeof(new_key));
659
660         if (start == key.offset && end < extent_end) {
661                 other_start = 0;
662                 other_end = start;
663                 if (extent_mergeable(leaf, path->slots[0] - 1,
664                                      ino, bytenr, orig_offset,
665                                      &other_start, &other_end)) {
666                         new_key.offset = end;
667                         btrfs_set_item_key_safe(fs_info, path, &new_key);
668                         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
669                                             struct btrfs_file_extent_item);
670                         btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi,
671                                                          trans->transid);
672                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
673                                                         extent_end - end);
674                         btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi,
675                                                      end - orig_offset);
676                         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0] - 1,
677                                             struct btrfs_file_extent_item);
678                         btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi,
679                                                          trans->transid);
680                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
681                                                         end - other_start);
682                         btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
683                         goto out;
684                 }
685         }
686
687         if (start > key.offset && end == extent_end) {
688                 other_start = end;
689                 other_end = 0;
690                 if (extent_mergeable(leaf, path->slots[0] + 1,
691                                      ino, bytenr, orig_offset,
692                                      &other_start, &other_end)) {
693                         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
694                                             struct btrfs_file_extent_item);
695                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
696                                                         start - key.offset);
697                         btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi,
698                                                          trans->transid);
699                         path->slots[0]++;
700                         new_key.offset = start;
701                         btrfs_set_item_key_safe(fs_info, path, &new_key);
702
703                         fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
704                                             struct btrfs_file_extent_item);
705                         btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi,
706                                                          trans->transid);
707                         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
708                                                         other_end - start);
709                         btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi,
710                                                      start - orig_offset);
711                         btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
712                         goto out;
713                 }
714         }
715
716         while (start > key.offset || end < extent_end) {
717                 if (key.offset == start)
718                         split = end;
719
720                 new_key.offset = split;
721                 ret = btrfs_duplicate_item(trans, root, path, &new_key);
722                 if (ret == -EAGAIN) {
723                         btrfs_release_path(path);
724                         goto again;
725                 }
726                 if (ret < 0) {
727                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
728                         goto out;
729                 }
730
731                 leaf = path->nodes[0];
732                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0] - 1,
733                                     struct btrfs_file_extent_item);
734                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi, trans->transid);
735                 btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
736                                                 split - key.offset);
737
738                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
739                                     struct btrfs_file_extent_item);
740
741                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi, trans->transid);
742                 btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi, split - orig_offset);
743                 btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
744                                                 extent_end - split);
745                 btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
746
747                 btrfs_init_generic_ref(&ref, BTRFS_ADD_DELAYED_REF, bytenr,
748                                        num_bytes, 0);
749                 btrfs_init_data_ref(&ref, root->root_key.objectid, ino,
750                                     orig_offset, 0, false);
751                 ret = btrfs_inc_extent_ref(trans, &ref);
752                 if (ret) {
753                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
754                         goto out;
755                 }
756
757                 if (split == start) {
758                         key.offset = start;
759                 } else {
760                         if (start != key.offset) {
761                                 ret = -EINVAL;
762                                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
763                                 goto out;
764                         }
765                         path->slots[0]--;
766                         extent_end = end;
767                 }
768                 recow = 1;
769         }
770
771         other_start = end;
772         other_end = 0;
773         btrfs_init_generic_ref(&ref, BTRFS_DROP_DELAYED_REF, bytenr,
774                                num_bytes, 0);
775         btrfs_init_data_ref(&ref, root->root_key.objectid, ino, orig_offset,
776                             0, false);
777         if (extent_mergeable(leaf, path->slots[0] + 1,
778                              ino, bytenr, orig_offset,
779                              &other_start, &other_end)) {
780                 if (recow) {
781                         btrfs_release_path(path);
782                         goto again;
783                 }
784                 extent_end = other_end;
785                 del_slot = path->slots[0] + 1;
786                 del_nr++;
787                 ret = btrfs_free_extent(trans, &ref);
788                 if (ret) {
789                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
790                         goto out;
791                 }
792         }
793         other_start = 0;
794         other_end = start;
795         if (extent_mergeable(leaf, path->slots[0] - 1,
796                              ino, bytenr, orig_offset,
797                              &other_start, &other_end)) {
798                 if (recow) {
799                         btrfs_release_path(path);
800                         goto again;
801                 }
802                 key.offset = other_start;
803                 del_slot = path->slots[0];
804                 del_nr++;
805                 ret = btrfs_free_extent(trans, &ref);
806                 if (ret) {
807                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
808                         goto out;
809                 }
810         }
811         if (del_nr == 0) {
812                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
813                            struct btrfs_file_extent_item);
814                 btrfs_set_file_extent_type(leaf, fi,
815                                            BTRFS_FILE_EXTENT_REG);
816                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi, trans->transid);
817                 btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
818         } else {
819                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, del_slot - 1,
820                            struct btrfs_file_extent_item);
821                 btrfs_set_file_extent_type(leaf, fi,
822                                            BTRFS_FILE_EXTENT_REG);
823                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi, trans->transid);
824                 btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi,
825                                                 extent_end - key.offset);
826                 btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
827
828                 ret = btrfs_del_items(trans, root, path, del_slot, del_nr);
829                 if (ret < 0) {
830                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
831                         goto out;
832                 }
833         }
834 out:
835         btrfs_free_path(path);
836         return ret;
837 }
838
839 /*
840  * on error we return an unlocked page and the error value
841  * on success we return a locked page and 0
842  */
843 static int prepare_uptodate_page(struct inode *inode,
844                                  struct page *page, u64 pos,
845                                  bool force_uptodate)
846 {
847         struct folio *folio = page_folio(page);
848         int ret = 0;
849
850         if (((pos & (PAGE_SIZE - 1)) || force_uptodate) &&
851             !PageUptodate(page)) {
852                 ret = btrfs_read_folio(NULL, folio);
853                 if (ret)
854                         return ret;
855                 lock_page(page);
856                 if (!PageUptodate(page)) {
857                         unlock_page(page);
858                         return -EIO;
859                 }
860
861                 /*
862                  * Since btrfs_read_folio() will unlock the folio before it
863                  * returns, there is a window where btrfs_release_folio() can be
864                  * called to release the page.  Here we check both inode
865                  * mapping and PagePrivate() to make sure the page was not
866                  * released.
867                  *
868                  * The private flag check is essential for subpage as we need
869                  * to store extra bitmap using page->private.
870                  */
871                 if (page->mapping != inode->i_mapping || !PagePrivate(page)) {
872                         unlock_page(page);
873                         return -EAGAIN;
874                 }
875         }
876         return 0;
877 }
878
879 static fgf_t get_prepare_fgp_flags(bool nowait)
880 {
881         fgf_t fgp_flags = FGP_LOCK | FGP_ACCESSED | FGP_CREAT;
882
883         if (nowait)
884                 fgp_flags |= FGP_NOWAIT;
885
886         return fgp_flags;
887 }
888
889 static gfp_t get_prepare_gfp_flags(struct inode *inode, bool nowait)
890 {
891         gfp_t gfp;
892
893         gfp = btrfs_alloc_write_mask(inode->i_mapping);
894         if (nowait) {
895                 gfp &= ~__GFP_DIRECT_RECLAIM;
896                 gfp |= GFP_NOWAIT;
897         }
898
899         return gfp;
900 }
901
902 /*
903  * this just gets pages into the page cache and locks them down.
904  */
905 static noinline int prepare_pages(struct inode *inode, struct page **pages,
906                                   size_t num_pages, loff_t pos,
907                                   size_t write_bytes, bool force_uptodate,
908                                   bool nowait)
909 {
910         int i;
911         unsigned long index = pos >> PAGE_SHIFT;
912         gfp_t mask = get_prepare_gfp_flags(inode, nowait);
913         fgf_t fgp_flags = get_prepare_fgp_flags(nowait);
914         int err = 0;
915         int faili;
916
917         for (i = 0; i < num_pages; i++) {
918 again:
919                 pages[i] = pagecache_get_page(inode->i_mapping, index + i,
920                                               fgp_flags, mask | __GFP_WRITE);
921                 if (!pages[i]) {
922                         faili = i - 1;
923                         if (nowait)
924                                 err = -EAGAIN;
925                         else
926                                 err = -ENOMEM;
927                         goto fail;
928                 }
929
930                 err = set_page_extent_mapped(pages[i]);
931                 if (err < 0) {
932                         faili = i;
933                         goto fail;
934                 }
935
936                 if (i == 0)
937                         err = prepare_uptodate_page(inode, pages[i], pos,
938                                                     force_uptodate);
939                 if (!err && i == num_pages - 1)
940                         err = prepare_uptodate_page(inode, pages[i],
941                                                     pos + write_bytes, false);
942                 if (err) {
943                         put_page(pages[i]);
944                         if (!nowait && err == -EAGAIN) {
945                                 err = 0;
946                                 goto again;
947                         }
948                         faili = i - 1;
949                         goto fail;
950                 }
951                 wait_on_page_writeback(pages[i]);
952         }
953
954         return 0;
955 fail:
956         while (faili >= 0) {
957                 unlock_page(pages[faili]);
958                 put_page(pages[faili]);
959                 faili--;
960         }
961         return err;
962
963 }
964
965 /*
966  * This function locks the extent and properly waits for data=ordered extents
967  * to finish before allowing the pages to be modified if need.
968  *
969  * The return value:
970  * 1 - the extent is locked
971  * 0 - the extent is not locked, and everything is OK
972  * -EAGAIN - need re-prepare the pages
973  * the other < 0 number - Something wrong happens
974  */
975 static noinline int
976 lock_and_cleanup_extent_if_need(struct btrfs_inode *inode, struct page **pages,
977                                 size_t num_pages, loff_t pos,
978                                 size_t write_bytes,
979                                 u64 *lockstart, u64 *lockend, bool nowait,
980                                 struct extent_state **cached_state)
981 {
982         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
983         u64 start_pos;
984         u64 last_pos;
985         int i;
986         int ret = 0;
987
988         start_pos = round_down(pos, fs_info->sectorsize);
989         last_pos = round_up(pos + write_bytes, fs_info->sectorsize) - 1;
990
991         if (start_pos < inode->vfs_inode.i_size) {
992                 struct btrfs_ordered_extent *ordered;
993
994                 if (nowait) {
995                         if (!try_lock_extent(&inode->io_tree, start_pos, last_pos,
996                                              cached_state)) {
997                                 for (i = 0; i < num_pages; i++) {
998                                         unlock_page(pages[i]);
999                                         put_page(pages[i]);
1000                                         pages[i] = NULL;
1001                                 }
1002
1003                                 return -EAGAIN;
1004                         }
1005                 } else {
1006                         lock_extent(&inode->io_tree, start_pos, last_pos, cached_state);
1007                 }
1008
1009                 ordered = btrfs_lookup_ordered_range(inode, start_pos,
1010                                                      last_pos - start_pos + 1);
1011                 if (ordered &&
1012                     ordered->file_offset + ordered->num_bytes > start_pos &&
1013                     ordered->file_offset <= last_pos) {
1014                         unlock_extent(&inode->io_tree, start_pos, last_pos,
1015                                       cached_state);
1016                         for (i = 0; i < num_pages; i++) {
1017                                 unlock_page(pages[i]);
1018                                 put_page(pages[i]);
1019                         }
1020                         btrfs_start_ordered_extent(ordered);
1021                         btrfs_put_ordered_extent(ordered);
1022                         return -EAGAIN;
1023                 }
1024                 if (ordered)
1025                         btrfs_put_ordered_extent(ordered);
1026
1027                 *lockstart = start_pos;
1028                 *lockend = last_pos;
1029                 ret = 1;
1030         }
1031
1032         /*
1033          * We should be called after prepare_pages() which should have locked
1034          * all pages in the range.
1035          */
1036         for (i = 0; i < num_pages; i++)
1037                 WARN_ON(!PageLocked(pages[i]));
1038
1039         return ret;
1040 }
1041
1042 /*
1043  * Check if we can do nocow write into the range [@pos, @pos + @write_bytes)
1044  *
1045  * @pos:         File offset.
1046  * @write_bytes: The length to write, will be updated to the nocow writeable
1047  *               range.
1048  *
1049  * This function will flush ordered extents in the range to ensure proper
1050  * nocow checks.
1051  *
1052  * Return:
1053  * > 0          If we can nocow, and updates @write_bytes.
1054  *  0           If we can't do a nocow write.
1055  * -EAGAIN      If we can't do a nocow write because snapshoting of the inode's
1056  *              root is in progress.
1057  * < 0          If an error happened.
1058  *
1059  * NOTE: Callers need to call btrfs_check_nocow_unlock() if we return > 0.
1060  */
1061 int btrfs_check_nocow_lock(struct btrfs_inode *inode, loff_t pos,
1062                            size_t *write_bytes, bool nowait)
1063 {
1064         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
1065         struct btrfs_root *root = inode->root;
1066         struct extent_state *cached_state = NULL;
1067         u64 lockstart, lockend;
1068         u64 num_bytes;
1069         int ret;
1070
1071         if (!(inode->flags & (BTRFS_INODE_NODATACOW | BTRFS_INODE_PREALLOC)))
1072                 return 0;
1073
1074         if (!btrfs_drew_try_write_lock(&root->snapshot_lock))
1075                 return -EAGAIN;
1076
1077         lockstart = round_down(pos, fs_info->sectorsize);
1078         lockend = round_up(pos + *write_bytes,
1079                            fs_info->sectorsize) - 1;
1080         num_bytes = lockend - lockstart + 1;
1081
1082         if (nowait) {
1083                 if (!btrfs_try_lock_ordered_range(inode, lockstart, lockend,
1084                                                   &cached_state)) {
1085                         btrfs_drew_write_unlock(&root->snapshot_lock);
1086                         return -EAGAIN;
1087                 }
1088         } else {
1089                 btrfs_lock_and_flush_ordered_range(inode, lockstart, lockend,
1090                                                    &cached_state);
1091         }
1092         ret = can_nocow_extent(&inode->vfs_inode, lockstart, &num_bytes,
1093                         NULL, NULL, NULL, nowait, false);
1094         if (ret <= 0)
1095                 btrfs_drew_write_unlock(&root->snapshot_lock);
1096         else
1097                 *write_bytes = min_t(size_t, *write_bytes ,
1098                                      num_bytes - pos + lockstart);
1099         unlock_extent(&inode->io_tree, lockstart, lockend, &cached_state);
1100
1101         return ret;
1102 }
1103
1104 void btrfs_check_nocow_unlock(struct btrfs_inode *inode)
1105 {
1106         btrfs_drew_write_unlock(&inode->root->snapshot_lock);
1107 }
1108
1109 static int btrfs_write_check(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from,
1110                              size_t count)
1111 {
1112         struct file *file = iocb->ki_filp;
1113         struct inode *inode = file_inode(file);
1114         struct btrfs_fs_info *fs_info = btrfs_sb(inode->i_sb);
1115         loff_t pos = iocb->ki_pos;
1116         int ret;
1117         loff_t oldsize;
1118         loff_t start_pos;
1119
1120         /*
1121          * Quickly bail out on NOWAIT writes if we don't have the nodatacow or
1122          * prealloc flags, as without those flags we always have to COW. We will
1123          * later check if we can really COW into the target range (using
1124          * can_nocow_extent() at btrfs_get_blocks_direct_write()).
1125          */
1126         if ((iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) &&
1127             !(BTRFS_I(inode)->flags & (BTRFS_INODE_NODATACOW | BTRFS_INODE_PREALLOC)))
1128                 return -EAGAIN;
1129
1130         ret = file_remove_privs(file);
1131         if (ret)
1132                 return ret;
1133
1134         /*
1135          * We reserve space for updating the inode when we reserve space for the
1136          * extent we are going to write, so we will enospc out there.  We don't
1137          * need to start yet another transaction to update the inode as we will
1138          * update the inode when we finish writing whatever data we write.
1139          */
1140         if (!IS_NOCMTIME(inode)) {
1141                 inode->i_mtime = inode_set_ctime_current(inode);
1142                 inode_inc_iversion(inode);
1143         }
1144
1145         start_pos = round_down(pos, fs_info->sectorsize);
1146         oldsize = i_size_read(inode);
1147         if (start_pos > oldsize) {
1148                 /* Expand hole size to cover write data, preventing empty gap */
1149                 loff_t end_pos = round_up(pos + count, fs_info->sectorsize);
1150
1151                 ret = btrfs_cont_expand(BTRFS_I(inode), oldsize, end_pos);
1152                 if (ret)
1153                         return ret;
1154         }
1155
1156         return 0;
1157 }
1158
1159 static noinline ssize_t btrfs_buffered_write(struct kiocb *iocb,
1160                                                struct iov_iter *i)
1161 {
1162         struct file *file = iocb->ki_filp;
1163         loff_t pos;
1164         struct inode *inode = file_inode(file);
1165         struct btrfs_fs_info *fs_info = btrfs_sb(inode->i_sb);
1166         struct page **pages = NULL;
1167         struct extent_changeset *data_reserved = NULL;
1168         u64 release_bytes = 0;
1169         u64 lockstart;
1170         u64 lockend;
1171         size_t num_written = 0;
1172         int nrptrs;
1173         ssize_t ret;
1174         bool only_release_metadata = false;
1175         bool force_page_uptodate = false;
1176         loff_t old_isize = i_size_read(inode);
1177         unsigned int ilock_flags = 0;
1178         const bool nowait = (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT);
1179         unsigned int bdp_flags = (nowait ? BDP_ASYNC : 0);
1180
1181         if (nowait)
1182                 ilock_flags |= BTRFS_ILOCK_TRY;
1183
1184         ret = btrfs_inode_lock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
1185         if (ret < 0)
1186                 return ret;
1187
1188         ret = generic_write_checks(iocb, i);
1189         if (ret <= 0)
1190                 goto out;
1191
1192         ret = btrfs_write_check(iocb, i, ret);
1193         if (ret < 0)
1194                 goto out;
1195
1196         pos = iocb->ki_pos;
1197         nrptrs = min(DIV_ROUND_UP(iov_iter_count(i), PAGE_SIZE),
1198                         PAGE_SIZE / (sizeof(struct page *)));
1199         nrptrs = min(nrptrs, current->nr_dirtied_pause - current->nr_dirtied);
1200         nrptrs = max(nrptrs, 8);
1201         pages = kmalloc_array(nrptrs, sizeof(struct page *), GFP_KERNEL);
1202         if (!pages) {
1203                 ret = -ENOMEM;
1204                 goto out;
1205         }
1206
1207         while (iov_iter_count(i) > 0) {
1208                 struct extent_state *cached_state = NULL;
1209                 size_t offset = offset_in_page(pos);
1210                 size_t sector_offset;
1211                 size_t write_bytes = min(iov_iter_count(i),
1212                                          nrptrs * (size_t)PAGE_SIZE -
1213                                          offset);
1214                 size_t num_pages;
1215                 size_t reserve_bytes;
1216                 size_t dirty_pages;
1217                 size_t copied;
1218                 size_t dirty_sectors;
1219                 size_t num_sectors;
1220                 int extents_locked;
1221
1222                 /*
1223                  * Fault pages before locking them in prepare_pages
1224                  * to avoid recursive lock
1225                  */
1226                 if (unlikely(fault_in_iov_iter_readable(i, write_bytes))) {
1227                         ret = -EFAULT;
1228                         break;
1229                 }
1230
1231                 only_release_metadata = false;
1232                 sector_offset = pos & (fs_info->sectorsize - 1);
1233
1234                 extent_changeset_release(data_reserved);
1235                 ret = btrfs_check_data_free_space(BTRFS_I(inode),
1236                                                   &data_reserved, pos,
1237                                                   write_bytes, nowait);
1238                 if (ret < 0) {
1239                         int can_nocow;
1240
1241                         if (nowait && (ret == -ENOSPC || ret == -EAGAIN)) {
1242                                 ret = -EAGAIN;
1243                                 break;
1244                         }
1245
1246                         /*
1247                          * If we don't have to COW at the offset, reserve
1248                          * metadata only. write_bytes may get smaller than
1249                          * requested here.
1250                          */
1251                         can_nocow = btrfs_check_nocow_lock(BTRFS_I(inode), pos,
1252                                                            &write_bytes, nowait);
1253                         if (can_nocow < 0)
1254                                 ret = can_nocow;
1255                         if (can_nocow > 0)
1256                                 ret = 0;
1257                         if (ret)
1258                                 break;
1259                         only_release_metadata = true;
1260                 }
1261
1262                 num_pages = DIV_ROUND_UP(write_bytes + offset, PAGE_SIZE);
1263                 WARN_ON(num_pages > nrptrs);
1264                 reserve_bytes = round_up(write_bytes + sector_offset,
1265                                          fs_info->sectorsize);
1266                 WARN_ON(reserve_bytes == 0);
1267                 ret = btrfs_delalloc_reserve_metadata(BTRFS_I(inode),
1268                                                       reserve_bytes,
1269                                                       reserve_bytes, nowait);
1270                 if (ret) {
1271                         if (!only_release_metadata)
1272                                 btrfs_free_reserved_data_space(BTRFS_I(inode),
1273                                                 data_reserved, pos,
1274                                                 write_bytes);
1275                         else
1276                                 btrfs_check_nocow_unlock(BTRFS_I(inode));
1277
1278                         if (nowait && ret == -ENOSPC)
1279                                 ret = -EAGAIN;
1280                         break;
1281                 }
1282
1283                 release_bytes = reserve_bytes;
1284 again:
1285                 ret = balance_dirty_pages_ratelimited_flags(inode->i_mapping, bdp_flags);
1286                 if (ret) {
1287                         btrfs_delalloc_release_extents(BTRFS_I(inode), reserve_bytes);
1288                         break;
1289                 }
1290
1291                 /*
1292                  * This is going to setup the pages array with the number of
1293                  * pages we want, so we don't really need to worry about the
1294                  * contents of pages from loop to loop
1295                  */
1296                 ret = prepare_pages(inode, pages, num_pages,
1297                                     pos, write_bytes, force_page_uptodate, false);
1298                 if (ret) {
1299                         btrfs_delalloc_release_extents(BTRFS_I(inode),
1300                                                        reserve_bytes);
1301                         break;
1302                 }
1303
1304                 extents_locked = lock_and_cleanup_extent_if_need(
1305                                 BTRFS_I(inode), pages,
1306                                 num_pages, pos, write_bytes, &lockstart,
1307                                 &lockend, nowait, &cached_state);
1308                 if (extents_locked < 0) {
1309                         if (!nowait && extents_locked == -EAGAIN)
1310                                 goto again;
1311
1312                         btrfs_delalloc_release_extents(BTRFS_I(inode),
1313                                                        reserve_bytes);
1314                         ret = extents_locked;
1315                         break;
1316                 }
1317
1318                 copied = btrfs_copy_from_user(pos, write_bytes, pages, i);
1319
1320                 num_sectors = BTRFS_BYTES_TO_BLKS(fs_info, reserve_bytes);
1321                 dirty_sectors = round_up(copied + sector_offset,
1322                                         fs_info->sectorsize);
1323                 dirty_sectors = BTRFS_BYTES_TO_BLKS(fs_info, dirty_sectors);
1324
1325                 /*
1326                  * if we have trouble faulting in the pages, fall
1327                  * back to one page at a time
1328                  */
1329                 if (copied < write_bytes)
1330                         nrptrs = 1;
1331
1332                 if (copied == 0) {
1333                         force_page_uptodate = true;
1334                         dirty_sectors = 0;
1335                         dirty_pages = 0;
1336                 } else {
1337                         force_page_uptodate = false;
1338                         dirty_pages = DIV_ROUND_UP(copied + offset,
1339                                                    PAGE_SIZE);
1340                 }
1341
1342                 if (num_sectors > dirty_sectors) {
1343                         /* release everything except the sectors we dirtied */
1344                         release_bytes -= dirty_sectors << fs_info->sectorsize_bits;
1345                         if (only_release_metadata) {
1346                                 btrfs_delalloc_release_metadata(BTRFS_I(inode),
1347                                                         release_bytes, true);
1348                         } else {
1349                                 u64 __pos;
1350
1351                                 __pos = round_down(pos,
1352                                                    fs_info->sectorsize) +
1353                                         (dirty_pages << PAGE_SHIFT);
1354                                 btrfs_delalloc_release_space(BTRFS_I(inode),
1355                                                 data_reserved, __pos,
1356                                                 release_bytes, true);
1357                         }
1358                 }
1359
1360                 release_bytes = round_up(copied + sector_offset,
1361                                         fs_info->sectorsize);
1362
1363                 ret = btrfs_dirty_pages(BTRFS_I(inode), pages,
1364                                         dirty_pages, pos, copied,
1365                                         &cached_state, only_release_metadata);
1366
1367                 /*
1368                  * If we have not locked the extent range, because the range's
1369                  * start offset is >= i_size, we might still have a non-NULL
1370                  * cached extent state, acquired while marking the extent range
1371                  * as delalloc through btrfs_dirty_pages(). Therefore free any
1372                  * possible cached extent state to avoid a memory leak.
1373                  */
1374                 if (extents_locked)
1375                         unlock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, lockstart,
1376                                       lockend, &cached_state);
1377                 else
1378                         free_extent_state(cached_state);
1379
1380                 btrfs_delalloc_release_extents(BTRFS_I(inode), reserve_bytes);
1381                 if (ret) {
1382                         btrfs_drop_pages(fs_info, pages, num_pages, pos, copied);
1383                         break;
1384                 }
1385
1386                 release_bytes = 0;
1387                 if (only_release_metadata)
1388                         btrfs_check_nocow_unlock(BTRFS_I(inode));
1389
1390                 btrfs_drop_pages(fs_info, pages, num_pages, pos, copied);
1391
1392                 cond_resched();
1393
1394                 pos += copied;
1395                 num_written += copied;
1396         }
1397
1398         kfree(pages);
1399
1400         if (release_bytes) {
1401                 if (only_release_metadata) {
1402                         btrfs_check_nocow_unlock(BTRFS_I(inode));
1403                         btrfs_delalloc_release_metadata(BTRFS_I(inode),
1404                                         release_bytes, true);
1405                 } else {
1406                         btrfs_delalloc_release_space(BTRFS_I(inode),
1407                                         data_reserved,
1408                                         round_down(pos, fs_info->sectorsize),
1409                                         release_bytes, true);
1410                 }
1411         }
1412
1413         extent_changeset_free(data_reserved);
1414         if (num_written > 0) {
1415                 pagecache_isize_extended(inode, old_isize, iocb->ki_pos);
1416                 iocb->ki_pos += num_written;
1417         }
1418 out:
1419         btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
1420         return num_written ? num_written : ret;
1421 }
1422
1423 static ssize_t check_direct_IO(struct btrfs_fs_info *fs_info,
1424                                const struct iov_iter *iter, loff_t offset)
1425 {
1426         const u32 blocksize_mask = fs_info->sectorsize - 1;
1427
1428         if (offset & blocksize_mask)
1429                 return -EINVAL;
1430
1431         if (iov_iter_alignment(iter) & blocksize_mask)
1432                 return -EINVAL;
1433
1434         return 0;
1435 }
1436
1437 static ssize_t btrfs_direct_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
1438 {
1439         struct file *file = iocb->ki_filp;
1440         struct inode *inode = file_inode(file);
1441         struct btrfs_fs_info *fs_info = btrfs_sb(inode->i_sb);
1442         loff_t pos;
1443         ssize_t written = 0;
1444         ssize_t written_buffered;
1445         size_t prev_left = 0;
1446         loff_t endbyte;
1447         ssize_t err;
1448         unsigned int ilock_flags = 0;
1449         struct iomap_dio *dio;
1450
1451         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT)
1452                 ilock_flags |= BTRFS_ILOCK_TRY;
1453
1454         /* If the write DIO is within EOF, use a shared lock */
1455         if (iocb->ki_pos + iov_iter_count(from) <= i_size_read(inode))
1456                 ilock_flags |= BTRFS_ILOCK_SHARED;
1457
1458 relock:
1459         err = btrfs_inode_lock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
1460         if (err < 0)
1461                 return err;
1462
1463         err = generic_write_checks(iocb, from);
1464         if (err <= 0) {
1465                 btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
1466                 return err;
1467         }
1468
1469         err = btrfs_write_check(iocb, from, err);
1470         if (err < 0) {
1471                 btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
1472                 goto out;
1473         }
1474
1475         pos = iocb->ki_pos;
1476         /*
1477          * Re-check since file size may have changed just before taking the
1478          * lock or pos may have changed because of O_APPEND in generic_write_check()
1479          */
1480         if ((ilock_flags & BTRFS_ILOCK_SHARED) &&
1481             pos + iov_iter_count(from) > i_size_read(inode)) {
1482                 btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
1483                 ilock_flags &= ~BTRFS_ILOCK_SHARED;
1484                 goto relock;
1485         }
1486
1487         if (check_direct_IO(fs_info, from, pos)) {
1488                 btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
1489                 goto buffered;
1490         }
1491
1492         /*
1493          * The iov_iter can be mapped to the same file range we are writing to.
1494          * If that's the case, then we will deadlock in the iomap code, because
1495          * it first calls our callback btrfs_dio_iomap_begin(), which will create
1496          * an ordered extent, and after that it will fault in the pages that the
1497          * iov_iter refers to. During the fault in we end up in the readahead
1498          * pages code (starting at btrfs_readahead()), which will lock the range,
1499          * find that ordered extent and then wait for it to complete (at
1500          * btrfs_lock_and_flush_ordered_range()), resulting in a deadlock since
1501          * obviously the ordered extent can never complete as we didn't submit
1502          * yet the respective bio(s). This always happens when the buffer is
1503          * memory mapped to the same file range, since the iomap DIO code always
1504          * invalidates pages in the target file range (after starting and waiting
1505          * for any writeback).
1506          *
1507          * So here we disable page faults in the iov_iter and then retry if we
1508          * got -EFAULT, faulting in the pages before the retry.
1509          */
1510         from->nofault = true;
1511         dio = btrfs_dio_write(iocb, from, written);
1512         from->nofault = false;
1513
1514         /*
1515          * iomap_dio_complete() will call btrfs_sync_file() if we have a dsync
1516          * iocb, and that needs to lock the inode. So unlock it before calling
1517          * iomap_dio_complete() to avoid a deadlock.
1518          */
1519         btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), ilock_flags);
1520
1521         if (IS_ERR_OR_NULL(dio))
1522                 err = PTR_ERR_OR_ZERO(dio);
1523         else
1524                 err = iomap_dio_complete(dio);
1525
1526         /* No increment (+=) because iomap returns a cumulative value. */
1527         if (err > 0)
1528                 written = err;
1529
1530         if (iov_iter_count(from) > 0 && (err == -EFAULT || err > 0)) {
1531                 const size_t left = iov_iter_count(from);
1532                 /*
1533                  * We have more data left to write. Try to fault in as many as
1534                  * possible of the remainder pages and retry. We do this without
1535                  * releasing and locking again the inode, to prevent races with
1536                  * truncate.
1537                  *
1538                  * Also, in case the iov refers to pages in the file range of the
1539                  * file we want to write to (due to a mmap), we could enter an
1540                  * infinite loop if we retry after faulting the pages in, since
1541                  * iomap will invalidate any pages in the range early on, before
1542                  * it tries to fault in the pages of the iov. So we keep track of
1543                  * how much was left of iov in the previous EFAULT and fallback
1544                  * to buffered IO in case we haven't made any progress.
1545                  */
1546                 if (left == prev_left) {
1547                         err = -ENOTBLK;
1548                 } else {
1549                         fault_in_iov_iter_readable(from, left);
1550                         prev_left = left;
1551                         goto relock;
1552                 }
1553         }
1554
1555         /*
1556          * If 'err' is -ENOTBLK or we have not written all data, then it means
1557          * we must fallback to buffered IO.
1558          */
1559         if ((err < 0 && err != -ENOTBLK) || !iov_iter_count(from))
1560                 goto out;
1561
1562 buffered:
1563         /*
1564          * If we are in a NOWAIT context, then return -EAGAIN to signal the caller
1565          * it must retry the operation in a context where blocking is acceptable,
1566          * because even if we end up not blocking during the buffered IO attempt
1567          * below, we will block when flushing and waiting for the IO.
1568          */
1569         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
1570                 err = -EAGAIN;
1571                 goto out;
1572         }
1573
1574         pos = iocb->ki_pos;
1575         written_buffered = btrfs_buffered_write(iocb, from);
1576         if (written_buffered < 0) {
1577                 err = written_buffered;
1578                 goto out;
1579         }
1580         /*
1581          * Ensure all data is persisted. We want the next direct IO read to be
1582          * able to read what was just written.
1583          */
1584         endbyte = pos + written_buffered - 1;
1585         err = btrfs_fdatawrite_range(inode, pos, endbyte);
1586         if (err)
1587                 goto out;
1588         err = filemap_fdatawait_range(inode->i_mapping, pos, endbyte);
1589         if (err)
1590                 goto out;
1591         written += written_buffered;
1592         iocb->ki_pos = pos + written_buffered;
1593         invalidate_mapping_pages(file->f_mapping, pos >> PAGE_SHIFT,
1594                                  endbyte >> PAGE_SHIFT);
1595 out:
1596         return err < 0 ? err : written;
1597 }
1598
1599 static ssize_t btrfs_encoded_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from,
1600                         const struct btrfs_ioctl_encoded_io_args *encoded)
1601 {
1602         struct file *file = iocb->ki_filp;
1603         struct inode *inode = file_inode(file);
1604         loff_t count;
1605         ssize_t ret;
1606
1607         btrfs_inode_lock(BTRFS_I(inode), 0);
1608         count = encoded->len;
1609         ret = generic_write_checks_count(iocb, &count);
1610         if (ret == 0 && count != encoded->len) {
1611                 /*
1612                  * The write got truncated by generic_write_checks_count(). We
1613                  * can't do a partial encoded write.
1614                  */
1615                 ret = -EFBIG;
1616         }
1617         if (ret || encoded->len == 0)
1618                 goto out;
1619
1620         ret = btrfs_write_check(iocb, from, encoded->len);
1621         if (ret < 0)
1622                 goto out;
1623
1624         ret = btrfs_do_encoded_write(iocb, from, encoded);
1625 out:
1626         btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), 0);
1627         return ret;
1628 }
1629
1630 ssize_t btrfs_do_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from,
1631                             const struct btrfs_ioctl_encoded_io_args *encoded)
1632 {
1633         struct file *file = iocb->ki_filp;
1634         struct btrfs_inode *inode = BTRFS_I(file_inode(file));
1635         ssize_t num_written, num_sync;
1636
1637         /*
1638          * If the fs flips readonly due to some impossible error, although we
1639          * have opened a file as writable, we have to stop this write operation
1640          * to ensure consistency.
1641          */
1642         if (BTRFS_FS_ERROR(inode->root->fs_info))
1643                 return -EROFS;
1644
1645         if (encoded && (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT))
1646                 return -EOPNOTSUPP;
1647
1648         if (encoded) {
1649                 num_written = btrfs_encoded_write(iocb, from, encoded);
1650                 num_sync = encoded->len;
1651         } else if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
1652                 num_written = btrfs_direct_write(iocb, from);
1653                 num_sync = num_written;
1654         } else {
1655                 num_written = btrfs_buffered_write(iocb, from);
1656                 num_sync = num_written;
1657         }
1658
1659         btrfs_set_inode_last_sub_trans(inode);
1660
1661         if (num_sync > 0) {
1662                 num_sync = generic_write_sync(iocb, num_sync);
1663                 if (num_sync < 0)
1664                         num_written = num_sync;
1665         }
1666
1667         return num_written;
1668 }
1669
1670 static ssize_t btrfs_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
1671 {
1672         return btrfs_do_write_iter(iocb, from, NULL);
1673 }
1674
1675 int btrfs_release_file(struct inode *inode, struct file *filp)
1676 {
1677         struct btrfs_file_private *private = filp->private_data;
1678
1679         if (private) {
1680                 kfree(private->filldir_buf);
1681                 free_extent_state(private->llseek_cached_state);
1682                 kfree(private);
1683                 filp->private_data = NULL;
1684         }
1685
1686         /*
1687          * Set by setattr when we are about to truncate a file from a non-zero
1688          * size to a zero size.  This tries to flush down new bytes that may
1689          * have been written if the application were using truncate to replace
1690          * a file in place.
1691          */
1692         if (test_and_clear_bit(BTRFS_INODE_FLUSH_ON_CLOSE,
1693                                &BTRFS_I(inode)->runtime_flags))
1694                         filemap_flush(inode->i_mapping);
1695         return 0;
1696 }
1697
1698 static int start_ordered_ops(struct inode *inode, loff_t start, loff_t end)
1699 {
1700         int ret;
1701         struct blk_plug plug;
1702
1703         /*
1704          * This is only called in fsync, which would do synchronous writes, so
1705          * a plug can merge adjacent IOs as much as possible.  Esp. in case of
1706          * multiple disks using raid profile, a large IO can be split to
1707          * several segments of stripe length (currently 64K).
1708          */
1709         blk_start_plug(&plug);
1710         ret = btrfs_fdatawrite_range(inode, start, end);
1711         blk_finish_plug(&plug);
1712
1713         return ret;
1714 }
1715
1716 static inline bool skip_inode_logging(const struct btrfs_log_ctx *ctx)
1717 {
1718         struct btrfs_inode *inode = BTRFS_I(ctx->inode);
1719         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
1720
1721         if (btrfs_inode_in_log(inode, fs_info->generation) &&
1722             list_empty(&ctx->ordered_extents))
1723                 return true;
1724
1725         /*
1726          * If we are doing a fast fsync we can not bail out if the inode's
1727          * last_trans is <= then the last committed transaction, because we only
1728          * update the last_trans of the inode during ordered extent completion,
1729          * and for a fast fsync we don't wait for that, we only wait for the
1730          * writeback to complete.
1731          */
1732         if (inode->last_trans <= fs_info->last_trans_committed &&
1733             (test_bit(BTRFS_INODE_NEEDS_FULL_SYNC, &inode->runtime_flags) ||
1734              list_empty(&ctx->ordered_extents)))
1735                 return true;
1736
1737         return false;
1738 }
1739
1740 /*
1741  * fsync call for both files and directories.  This logs the inode into
1742  * the tree log instead of forcing full commits whenever possible.
1743  *
1744  * It needs to call filemap_fdatawait so that all ordered extent updates are
1745  * in the metadata btree are up to date for copying to the log.
1746  *
1747  * It drops the inode mutex before doing the tree log commit.  This is an
1748  * important optimization for directories because holding the mutex prevents
1749  * new operations on the dir while we write to disk.
1750  */
1751 int btrfs_sync_file(struct file *file, loff_t start, loff_t end, int datasync)
1752 {
1753         struct dentry *dentry = file_dentry(file);
1754         struct inode *inode = d_inode(dentry);
1755         struct btrfs_fs_info *fs_info = btrfs_sb(inode->i_sb);
1756         struct btrfs_root *root = BTRFS_I(inode)->root;
1757         struct btrfs_trans_handle *trans;
1758         struct btrfs_log_ctx ctx;
1759         int ret = 0, err;
1760         u64 len;
1761         bool full_sync;
1762
1763         trace_btrfs_sync_file(file, datasync);
1764
1765         btrfs_init_log_ctx(&ctx, inode);
1766
1767         /*
1768          * Always set the range to a full range, otherwise we can get into
1769          * several problems, from missing file extent items to represent holes
1770          * when not using the NO_HOLES feature, to log tree corruption due to
1771          * races between hole detection during logging and completion of ordered
1772          * extents outside the range, to missing checksums due to ordered extents
1773          * for which we flushed only a subset of their pages.
1774          */
1775         start = 0;
1776         end = LLONG_MAX;
1777         len = (u64)LLONG_MAX + 1;
1778
1779         /*
1780          * We write the dirty pages in the range and wait until they complete
1781          * out of the ->i_mutex. If so, we can flush the dirty pages by
1782          * multi-task, and make the performance up.  See
1783          * btrfs_wait_ordered_range for an explanation of the ASYNC check.
1784          */
1785         ret = start_ordered_ops(inode, start, end);
1786         if (ret)
1787                 goto out;
1788
1789         btrfs_inode_lock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_MMAP);
1790
1791         atomic_inc(&root->log_batch);
1792
1793         /*
1794          * Before we acquired the inode's lock and the mmap lock, someone may
1795          * have dirtied more pages in the target range. We need to make sure
1796          * that writeback for any such pages does not start while we are logging
1797          * the inode, because if it does, any of the following might happen when
1798          * we are not doing a full inode sync:
1799          *
1800          * 1) We log an extent after its writeback finishes but before its
1801          *    checksums are added to the csum tree, leading to -EIO errors
1802          *    when attempting to read the extent after a log replay.
1803          *
1804          * 2) We can end up logging an extent before its writeback finishes.
1805          *    Therefore after the log replay we will have a file extent item
1806          *    pointing to an unwritten extent (and no data checksums as well).
1807          *
1808          * So trigger writeback for any eventual new dirty pages and then we
1809          * wait for all ordered extents to complete below.
1810          */
1811         ret = start_ordered_ops(inode, start, end);
1812         if (ret) {
1813                 btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_MMAP);
1814                 goto out;
1815         }
1816
1817         /*
1818          * Always check for the full sync flag while holding the inode's lock,
1819          * to avoid races with other tasks. The flag must be either set all the
1820          * time during logging or always off all the time while logging.
1821          * We check the flag here after starting delalloc above, because when
1822          * running delalloc the full sync flag may be set if we need to drop
1823          * extra extent map ranges due to temporary memory allocation failures.
1824          */
1825         full_sync = test_bit(BTRFS_INODE_NEEDS_FULL_SYNC,
1826                              &BTRFS_I(inode)->runtime_flags);
1827
1828         /*
1829          * We have to do this here to avoid the priority inversion of waiting on
1830          * IO of a lower priority task while holding a transaction open.
1831          *
1832          * For a full fsync we wait for the ordered extents to complete while
1833          * for a fast fsync we wait just for writeback to complete, and then
1834          * attach the ordered extents to the transaction so that a transaction
1835          * commit waits for their completion, to avoid data loss if we fsync,
1836          * the current transaction commits before the ordered extents complete
1837          * and a power failure happens right after that.
1838          *
1839          * For zoned filesystem, if a write IO uses a ZONE_APPEND command, the
1840          * logical address recorded in the ordered extent may change. We need
1841          * to wait for the IO to stabilize the logical address.
1842          */
1843         if (full_sync || btrfs_is_zoned(fs_info)) {
1844                 ret = btrfs_wait_ordered_range(inode, start, len);
1845         } else {
1846                 /*
1847                  * Get our ordered extents as soon as possible to avoid doing
1848                  * checksum lookups in the csum tree, and use instead the
1849                  * checksums attached to the ordered extents.
1850                  */
1851                 btrfs_get_ordered_extents_for_logging(BTRFS_I(inode),
1852                                                       &ctx.ordered_extents);
1853                 ret = filemap_fdatawait_range(inode->i_mapping, start, end);
1854         }
1855
1856         if (ret)
1857                 goto out_release_extents;
1858
1859         atomic_inc(&root->log_batch);
1860
1861         smp_mb();
1862         if (skip_inode_logging(&ctx)) {
1863                 /*
1864                  * We've had everything committed since the last time we were
1865                  * modified so clear this flag in case it was set for whatever
1866                  * reason, it's no longer relevant.
1867                  */
1868                 clear_bit(BTRFS_INODE_NEEDS_FULL_SYNC,
1869                           &BTRFS_I(inode)->runtime_flags);
1870                 /*
1871                  * An ordered extent might have started before and completed
1872                  * already with io errors, in which case the inode was not
1873                  * updated and we end up here. So check the inode's mapping
1874                  * for any errors that might have happened since we last
1875                  * checked called fsync.
1876                  */
1877                 ret = filemap_check_wb_err(inode->i_mapping, file->f_wb_err);
1878                 goto out_release_extents;
1879         }
1880
1881         /*
1882          * We use start here because we will need to wait on the IO to complete
1883          * in btrfs_sync_log, which could require joining a transaction (for
1884          * example checking cross references in the nocow path).  If we use join
1885          * here we could get into a situation where we're waiting on IO to
1886          * happen that is blocked on a transaction trying to commit.  With start
1887          * we inc the extwriter counter, so we wait for all extwriters to exit
1888          * before we start blocking joiners.  This comment is to keep somebody
1889          * from thinking they are super smart and changing this to
1890          * btrfs_join_transaction *cough*Josef*cough*.
1891          */
1892         trans = btrfs_start_transaction(root, 0);
1893         if (IS_ERR(trans)) {
1894                 ret = PTR_ERR(trans);
1895                 goto out_release_extents;
1896         }
1897         trans->in_fsync = true;
1898
1899         ret = btrfs_log_dentry_safe(trans, dentry, &ctx);
1900         btrfs_release_log_ctx_extents(&ctx);
1901         if (ret < 0) {
1902                 /* Fallthrough and commit/free transaction. */
1903                 ret = BTRFS_LOG_FORCE_COMMIT;
1904         }
1905
1906         /* we've logged all the items and now have a consistent
1907          * version of the file in the log.  It is possible that
1908          * someone will come in and modify the file, but that's
1909          * fine because the log is consistent on disk, and we
1910          * have references to all of the file's extents
1911          *
1912          * It is possible that someone will come in and log the
1913          * file again, but that will end up using the synchronization
1914          * inside btrfs_sync_log to keep things safe.
1915          */
1916         btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_MMAP);
1917
1918         if (ret == BTRFS_NO_LOG_SYNC) {
1919                 ret = btrfs_end_transaction(trans);
1920                 goto out;
1921         }
1922
1923         /* We successfully logged the inode, attempt to sync the log. */
1924         if (!ret) {
1925                 ret = btrfs_sync_log(trans, root, &ctx);
1926                 if (!ret) {
1927                         ret = btrfs_end_transaction(trans);
1928                         goto out;
1929                 }
1930         }
1931
1932         /*
1933          * At this point we need to commit the transaction because we had
1934          * btrfs_need_log_full_commit() or some other error.
1935          *
1936          * If we didn't do a full sync we have to stop the trans handle, wait on
1937          * the ordered extents, start it again and commit the transaction.  If
1938          * we attempt to wait on the ordered extents here we could deadlock with
1939          * something like fallocate() that is holding the extent lock trying to
1940          * start a transaction while some other thread is trying to commit the
1941          * transaction while we (fsync) are currently holding the transaction
1942          * open.
1943          */
1944         if (!full_sync) {
1945                 ret = btrfs_end_transaction(trans);
1946                 if (ret)
1947                         goto out;
1948                 ret = btrfs_wait_ordered_range(inode, start, len);
1949                 if (ret)
1950                         goto out;
1951
1952                 /*
1953                  * This is safe to use here because we're only interested in
1954                  * making sure the transaction that had the ordered extents is
1955                  * committed.  We aren't waiting on anything past this point,
1956                  * we're purely getting the transaction and committing it.
1957                  */
1958                 trans = btrfs_attach_transaction_barrier(root);
1959                 if (IS_ERR(trans)) {
1960                         ret = PTR_ERR(trans);
1961
1962                         /*
1963                          * We committed the transaction and there's no currently
1964                          * running transaction, this means everything we care
1965                          * about made it to disk and we are done.
1966                          */
1967                         if (ret == -ENOENT)
1968                                 ret = 0;
1969                         goto out;
1970                 }
1971         }
1972
1973         ret = btrfs_commit_transaction(trans);
1974 out:
1975         ASSERT(list_empty(&ctx.list));
1976         ASSERT(list_empty(&ctx.conflict_inodes));
1977         err = file_check_and_advance_wb_err(file);
1978         if (!ret)
1979                 ret = err;
1980         return ret > 0 ? -EIO : ret;
1981
1982 out_release_extents:
1983         btrfs_release_log_ctx_extents(&ctx);
1984         btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_MMAP);
1985         goto out;
1986 }
1987
1988 static const struct vm_operations_struct btrfs_file_vm_ops = {
1989         .fault          = filemap_fault,
1990         .map_pages      = filemap_map_pages,
1991         .page_mkwrite   = btrfs_page_mkwrite,
1992 };
1993
1994 static int btrfs_file_mmap(struct file  *filp, struct vm_area_struct *vma)
1995 {
1996         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
1997
1998         if (!mapping->a_ops->read_folio)
1999                 return -ENOEXEC;
2000
2001         file_accessed(filp);
2002         vma->vm_ops = &btrfs_file_vm_ops;
2003
2004         return 0;
2005 }
2006
2007 static int hole_mergeable(struct btrfs_inode *inode, struct extent_buffer *leaf,
2008                           int slot, u64 start, u64 end)
2009 {
2010         struct btrfs_file_extent_item *fi;
2011         struct btrfs_key key;
2012
2013         if (slot < 0 || slot >= btrfs_header_nritems(leaf))
2014                 return 0;
2015
2016         btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &key, slot);
2017         if (key.objectid != btrfs_ino(inode) ||
2018             key.type != BTRFS_EXTENT_DATA_KEY)
2019                 return 0;
2020
2021         fi = btrfs_item_ptr(leaf, slot, struct btrfs_file_extent_item);
2022
2023         if (btrfs_file_extent_type(leaf, fi) != BTRFS_FILE_EXTENT_REG)
2024                 return 0;
2025
2026         if (btrfs_file_extent_disk_bytenr(leaf, fi))
2027                 return 0;
2028
2029         if (key.offset == end)
2030                 return 1;
2031         if (key.offset + btrfs_file_extent_num_bytes(leaf, fi) == start)
2032                 return 1;
2033         return 0;
2034 }
2035
2036 static int fill_holes(struct btrfs_trans_handle *trans,
2037                 struct btrfs_inode *inode,
2038                 struct btrfs_path *path, u64 offset, u64 end)
2039 {
2040         struct btrfs_fs_info *fs_info = trans->fs_info;
2041         struct btrfs_root *root = inode->root;
2042         struct extent_buffer *leaf;
2043         struct btrfs_file_extent_item *fi;
2044         struct extent_map *hole_em;
2045         struct btrfs_key key;
2046         int ret;
2047
2048         if (btrfs_fs_incompat(fs_info, NO_HOLES))
2049                 goto out;
2050
2051         key.objectid = btrfs_ino(inode);
2052         key.type = BTRFS_EXTENT_DATA_KEY;
2053         key.offset = offset;
2054
2055         ret = btrfs_search_slot(trans, root, &key, path, 0, 1);
2056         if (ret <= 0) {
2057                 /*
2058                  * We should have dropped this offset, so if we find it then
2059                  * something has gone horribly wrong.
2060                  */
2061                 if (ret == 0)
2062                         ret = -EINVAL;
2063                 return ret;
2064         }
2065
2066         leaf = path->nodes[0];
2067         if (hole_mergeable(inode, leaf, path->slots[0] - 1, offset, end)) {
2068                 u64 num_bytes;
2069
2070                 path->slots[0]--;
2071                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
2072                                     struct btrfs_file_extent_item);
2073                 num_bytes = btrfs_file_extent_num_bytes(leaf, fi) +
2074                         end - offset;
2075                 btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi, num_bytes);
2076                 btrfs_set_file_extent_ram_bytes(leaf, fi, num_bytes);
2077                 btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi, 0);
2078                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi, trans->transid);
2079                 btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
2080                 goto out;
2081         }
2082
2083         if (hole_mergeable(inode, leaf, path->slots[0], offset, end)) {
2084                 u64 num_bytes;
2085
2086                 key.offset = offset;
2087                 btrfs_set_item_key_safe(fs_info, path, &key);
2088                 fi = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
2089                                     struct btrfs_file_extent_item);
2090                 num_bytes = btrfs_file_extent_num_bytes(leaf, fi) + end -
2091                         offset;
2092                 btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, fi, num_bytes);
2093                 btrfs_set_file_extent_ram_bytes(leaf, fi, num_bytes);
2094                 btrfs_set_file_extent_offset(leaf, fi, 0);
2095                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, fi, trans->transid);
2096                 btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
2097                 goto out;
2098         }
2099         btrfs_release_path(path);
2100
2101         ret = btrfs_insert_hole_extent(trans, root, btrfs_ino(inode), offset,
2102                                        end - offset);
2103         if (ret)
2104                 return ret;
2105
2106 out:
2107         btrfs_release_path(path);
2108
2109         hole_em = alloc_extent_map();
2110         if (!hole_em) {
2111                 btrfs_drop_extent_map_range(inode, offset, end - 1, false);
2112                 btrfs_set_inode_full_sync(inode);
2113         } else {
2114                 hole_em->start = offset;
2115                 hole_em->len = end - offset;
2116                 hole_em->ram_bytes = hole_em->len;
2117                 hole_em->orig_start = offset;
2118
2119                 hole_em->block_start = EXTENT_MAP_HOLE;
2120                 hole_em->block_len = 0;
2121                 hole_em->orig_block_len = 0;
2122                 hole_em->compress_type = BTRFS_COMPRESS_NONE;
2123                 hole_em->generation = trans->transid;
2124
2125                 ret = btrfs_replace_extent_map_range(inode, hole_em, true);
2126                 free_extent_map(hole_em);
2127                 if (ret)
2128                         btrfs_set_inode_full_sync(inode);
2129         }
2130
2131         return 0;
2132 }
2133
2134 /*
2135  * Find a hole extent on given inode and change start/len to the end of hole
2136  * extent.(hole/vacuum extent whose em->start <= start &&
2137  *         em->start + em->len > start)
2138  * When a hole extent is found, return 1 and modify start/len.
2139  */
2140 static int find_first_non_hole(struct btrfs_inode *inode, u64 *start, u64 *len)
2141 {
2142         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
2143         struct extent_map *em;
2144         int ret = 0;
2145
2146         em = btrfs_get_extent(inode, NULL, 0,
2147                               round_down(*start, fs_info->sectorsize),
2148                               round_up(*len, fs_info->sectorsize));
2149         if (IS_ERR(em))
2150                 return PTR_ERR(em);
2151
2152         /* Hole or vacuum extent(only exists in no-hole mode) */
2153         if (em->block_start == EXTENT_MAP_HOLE) {
2154                 ret = 1;
2155                 *len = em->start + em->len > *start + *len ?
2156                        0 : *start + *len - em->start - em->len;
2157                 *start = em->start + em->len;
2158         }
2159         free_extent_map(em);
2160         return ret;
2161 }
2162
2163 static void btrfs_punch_hole_lock_range(struct inode *inode,
2164                                         const u64 lockstart,
2165                                         const u64 lockend,
2166                                         struct extent_state **cached_state)
2167 {
2168         /*
2169          * For subpage case, if the range is not at page boundary, we could
2170          * have pages at the leading/tailing part of the range.
2171          * This could lead to dead loop since filemap_range_has_page()
2172          * will always return true.
2173          * So here we need to do extra page alignment for
2174          * filemap_range_has_page().
2175          */
2176         const u64 page_lockstart = round_up(lockstart, PAGE_SIZE);
2177         const u64 page_lockend = round_down(lockend + 1, PAGE_SIZE) - 1;
2178
2179         while (1) {
2180                 truncate_pagecache_range(inode, lockstart, lockend);
2181
2182                 lock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, lockstart, lockend,
2183                             cached_state);
2184                 /*
2185                  * We can't have ordered extents in the range, nor dirty/writeback
2186                  * pages, because we have locked the inode's VFS lock in exclusive
2187                  * mode, we have locked the inode's i_mmap_lock in exclusive mode,
2188                  * we have flushed all delalloc in the range and we have waited
2189                  * for any ordered extents in the range to complete.
2190                  * We can race with anyone reading pages from this range, so after
2191                  * locking the range check if we have pages in the range, and if
2192                  * we do, unlock the range and retry.
2193                  */
2194                 if (!filemap_range_has_page(inode->i_mapping, page_lockstart,
2195                                             page_lockend))
2196                         break;
2197
2198                 unlock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, lockstart, lockend,
2199                               cached_state);
2200         }
2201
2202         btrfs_assert_inode_range_clean(BTRFS_I(inode), lockstart, lockend);
2203 }
2204
2205 static int btrfs_insert_replace_extent(struct btrfs_trans_handle *trans,
2206                                      struct btrfs_inode *inode,
2207                                      struct btrfs_path *path,
2208                                      struct btrfs_replace_extent_info *extent_info,
2209                                      const u64 replace_len,
2210                                      const u64 bytes_to_drop)
2211 {
2212         struct btrfs_fs_info *fs_info = trans->fs_info;
2213         struct btrfs_root *root = inode->root;
2214         struct btrfs_file_extent_item *extent;
2215         struct extent_buffer *leaf;
2216         struct btrfs_key key;
2217         int slot;
2218         struct btrfs_ref ref = { 0 };
2219         int ret;
2220
2221         if (replace_len == 0)
2222                 return 0;
2223
2224         if (extent_info->disk_offset == 0 &&
2225             btrfs_fs_incompat(fs_info, NO_HOLES)) {
2226                 btrfs_update_inode_bytes(inode, 0, bytes_to_drop);
2227                 return 0;
2228         }
2229
2230         key.objectid = btrfs_ino(inode);
2231         key.type = BTRFS_EXTENT_DATA_KEY;
2232         key.offset = extent_info->file_offset;
2233         ret = btrfs_insert_empty_item(trans, root, path, &key,
2234                                       sizeof(struct btrfs_file_extent_item));
2235         if (ret)
2236                 return ret;
2237         leaf = path->nodes[0];
2238         slot = path->slots[0];
2239         write_extent_buffer(leaf, extent_info->extent_buf,
2240                             btrfs_item_ptr_offset(leaf, slot),
2241                             sizeof(struct btrfs_file_extent_item));
2242         extent = btrfs_item_ptr(leaf, slot, struct btrfs_file_extent_item);
2243         ASSERT(btrfs_file_extent_type(leaf, extent) != BTRFS_FILE_EXTENT_INLINE);
2244         btrfs_set_file_extent_offset(leaf, extent, extent_info->data_offset);
2245         btrfs_set_file_extent_num_bytes(leaf, extent, replace_len);
2246         if (extent_info->is_new_extent)
2247                 btrfs_set_file_extent_generation(leaf, extent, trans->transid);
2248         btrfs_mark_buffer_dirty(leaf);
2249         btrfs_release_path(path);
2250
2251         ret = btrfs_inode_set_file_extent_range(inode, extent_info->file_offset,
2252                                                 replace_len);
2253         if (ret)
2254                 return ret;
2255
2256         /* If it's a hole, nothing more needs to be done. */
2257         if (extent_info->disk_offset == 0) {
2258                 btrfs_update_inode_bytes(inode, 0, bytes_to_drop);
2259                 return 0;
2260         }
2261
2262         btrfs_update_inode_bytes(inode, replace_len, bytes_to_drop);
2263
2264         if (extent_info->is_new_extent && extent_info->insertions == 0) {
2265                 key.objectid = extent_info->disk_offset;
2266                 key.type = BTRFS_EXTENT_ITEM_KEY;
2267                 key.offset = extent_info->disk_len;
2268                 ret = btrfs_alloc_reserved_file_extent(trans, root,
2269                                                        btrfs_ino(inode),
2270                                                        extent_info->file_offset,
2271                                                        extent_info->qgroup_reserved,
2272                                                        &key);
2273         } else {
2274                 u64 ref_offset;
2275
2276                 btrfs_init_generic_ref(&ref, BTRFS_ADD_DELAYED_REF,
2277                                        extent_info->disk_offset,
2278                                        extent_info->disk_len, 0);
2279                 ref_offset = extent_info->file_offset - extent_info->data_offset;
2280                 btrfs_init_data_ref(&ref, root->root_key.objectid,
2281                                     btrfs_ino(inode), ref_offset, 0, false);
2282                 ret = btrfs_inc_extent_ref(trans, &ref);
2283         }
2284
2285         extent_info->insertions++;
2286
2287         return ret;
2288 }
2289
2290 /*
2291  * The respective range must have been previously locked, as well as the inode.
2292  * The end offset is inclusive (last byte of the range).
2293  * @extent_info is NULL for fallocate's hole punching and non-NULL when replacing
2294  * the file range with an extent.
2295  * When not punching a hole, we don't want to end up in a state where we dropped
2296  * extents without inserting a new one, so we must abort the transaction to avoid
2297  * a corruption.
2298  */
2299 int btrfs_replace_file_extents(struct btrfs_inode *inode,
2300                                struct btrfs_path *path, const u64 start,
2301                                const u64 end,
2302                                struct btrfs_replace_extent_info *extent_info,
2303                                struct btrfs_trans_handle **trans_out)
2304 {
2305         struct btrfs_drop_extents_args drop_args = { 0 };
2306         struct btrfs_root *root = inode->root;
2307         struct btrfs_fs_info *fs_info = root->fs_info;
2308         u64 min_size = btrfs_calc_insert_metadata_size(fs_info, 1);
2309         u64 ino_size = round_up(inode->vfs_inode.i_size, fs_info->sectorsize);
2310         struct btrfs_trans_handle *trans = NULL;
2311         struct btrfs_block_rsv *rsv;
2312         unsigned int rsv_count;
2313         u64 cur_offset;
2314         u64 len = end - start;
2315         int ret = 0;
2316
2317         if (end <= start)
2318                 return -EINVAL;
2319
2320         rsv = btrfs_alloc_block_rsv(fs_info, BTRFS_BLOCK_RSV_TEMP);
2321         if (!rsv) {
2322                 ret = -ENOMEM;
2323                 goto out;
2324         }
2325         rsv->size = btrfs_calc_insert_metadata_size(fs_info, 1);
2326         rsv->failfast = true;
2327
2328         /*
2329          * 1 - update the inode
2330          * 1 - removing the extents in the range
2331          * 1 - adding the hole extent if no_holes isn't set or if we are
2332          *     replacing the range with a new extent
2333          */
2334         if (!btrfs_fs_incompat(fs_info, NO_HOLES) || extent_info)
2335                 rsv_count = 3;
2336         else
2337                 rsv_count = 2;
2338
2339         trans = btrfs_start_transaction(root, rsv_count);
2340         if (IS_ERR(trans)) {
2341                 ret = PTR_ERR(trans);
2342                 trans = NULL;
2343                 goto out_free;
2344         }
2345
2346         ret = btrfs_block_rsv_migrate(&fs_info->trans_block_rsv, rsv,
2347                                       min_size, false);
2348         if (WARN_ON(ret))
2349                 goto out_trans;
2350         trans->block_rsv = rsv;
2351
2352         cur_offset = start;
2353         drop_args.path = path;
2354         drop_args.end = end + 1;
2355         drop_args.drop_cache = true;
2356         while (cur_offset < end) {
2357                 drop_args.start = cur_offset;
2358                 ret = btrfs_drop_extents(trans, root, inode, &drop_args);
2359                 /* If we are punching a hole decrement the inode's byte count */
2360                 if (!extent_info)
2361                         btrfs_update_inode_bytes(inode, 0,
2362                                                  drop_args.bytes_found);
2363                 if (ret != -ENOSPC) {
2364                         /*
2365                          * The only time we don't want to abort is if we are
2366                          * attempting to clone a partial inline extent, in which
2367                          * case we'll get EOPNOTSUPP.  However if we aren't
2368                          * clone we need to abort no matter what, because if we
2369                          * got EOPNOTSUPP via prealloc then we messed up and
2370                          * need to abort.
2371                          */
2372                         if (ret &&
2373                             (ret != -EOPNOTSUPP ||
2374                              (extent_info && extent_info->is_new_extent)))
2375                                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2376                         break;
2377                 }
2378
2379                 trans->block_rsv = &fs_info->trans_block_rsv;
2380
2381                 if (!extent_info && cur_offset < drop_args.drop_end &&
2382                     cur_offset < ino_size) {
2383                         ret = fill_holes(trans, inode, path, cur_offset,
2384                                          drop_args.drop_end);
2385                         if (ret) {
2386                                 /*
2387                                  * If we failed then we didn't insert our hole
2388                                  * entries for the area we dropped, so now the
2389                                  * fs is corrupted, so we must abort the
2390                                  * transaction.
2391                                  */
2392                                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2393                                 break;
2394                         }
2395                 } else if (!extent_info && cur_offset < drop_args.drop_end) {
2396                         /*
2397                          * We are past the i_size here, but since we didn't
2398                          * insert holes we need to clear the mapped area so we
2399                          * know to not set disk_i_size in this area until a new
2400                          * file extent is inserted here.
2401                          */
2402                         ret = btrfs_inode_clear_file_extent_range(inode,
2403                                         cur_offset,
2404                                         drop_args.drop_end - cur_offset);
2405                         if (ret) {
2406                                 /*
2407                                  * We couldn't clear our area, so we could
2408                                  * presumably adjust up and corrupt the fs, so
2409                                  * we need to abort.
2410                                  */
2411                                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2412                                 break;
2413                         }
2414                 }
2415
2416                 if (extent_info &&
2417                     drop_args.drop_end > extent_info->file_offset) {
2418                         u64 replace_len = drop_args.drop_end -
2419                                           extent_info->file_offset;
2420
2421                         ret = btrfs_insert_replace_extent(trans, inode, path,
2422                                         extent_info, replace_len,
2423                                         drop_args.bytes_found);
2424                         if (ret) {
2425                                 btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2426                                 break;
2427                         }
2428                         extent_info->data_len -= replace_len;
2429                         extent_info->data_offset += replace_len;
2430                         extent_info->file_offset += replace_len;
2431                 }
2432
2433                 /*
2434                  * We are releasing our handle on the transaction, balance the
2435                  * dirty pages of the btree inode and flush delayed items, and
2436                  * then get a new transaction handle, which may now point to a
2437                  * new transaction in case someone else may have committed the
2438                  * transaction we used to replace/drop file extent items. So
2439                  * bump the inode's iversion and update mtime and ctime except
2440                  * if we are called from a dedupe context. This is because a
2441                  * power failure/crash may happen after the transaction is
2442                  * committed and before we finish replacing/dropping all the
2443                  * file extent items we need.
2444                  */
2445                 inode_inc_iversion(&inode->vfs_inode);
2446
2447                 if (!extent_info || extent_info->update_times)
2448                         inode->vfs_inode.i_mtime = inode_set_ctime_current(&inode->vfs_inode);
2449
2450                 ret = btrfs_update_inode(trans, root, inode);
2451                 if (ret)
2452                         break;
2453
2454                 btrfs_end_transaction(trans);
2455                 btrfs_btree_balance_dirty(fs_info);
2456
2457                 trans = btrfs_start_transaction(root, rsv_count);
2458                 if (IS_ERR(trans)) {
2459                         ret = PTR_ERR(trans);
2460                         trans = NULL;
2461                         break;
2462                 }
2463
2464                 ret = btrfs_block_rsv_migrate(&fs_info->trans_block_rsv,
2465                                               rsv, min_size, false);
2466                 if (WARN_ON(ret))
2467                         break;
2468                 trans->block_rsv = rsv;
2469
2470                 cur_offset = drop_args.drop_end;
2471                 len = end - cur_offset;
2472                 if (!extent_info && len) {
2473                         ret = find_first_non_hole(inode, &cur_offset, &len);
2474                         if (unlikely(ret < 0))
2475                                 break;
2476                         if (ret && !len) {
2477                                 ret = 0;
2478                                 break;
2479                         }
2480                 }
2481         }
2482
2483         /*
2484          * If we were cloning, force the next fsync to be a full one since we
2485          * we replaced (or just dropped in the case of cloning holes when
2486          * NO_HOLES is enabled) file extent items and did not setup new extent
2487          * maps for the replacement extents (or holes).
2488          */
2489         if (extent_info && !extent_info->is_new_extent)
2490                 btrfs_set_inode_full_sync(inode);
2491
2492         if (ret)
2493                 goto out_trans;
2494
2495         trans->block_rsv = &fs_info->trans_block_rsv;
2496         /*
2497          * If we are using the NO_HOLES feature we might have had already an
2498          * hole that overlaps a part of the region [lockstart, lockend] and
2499          * ends at (or beyond) lockend. Since we have no file extent items to
2500          * represent holes, drop_end can be less than lockend and so we must
2501          * make sure we have an extent map representing the existing hole (the
2502          * call to __btrfs_drop_extents() might have dropped the existing extent
2503          * map representing the existing hole), otherwise the fast fsync path
2504          * will not record the existence of the hole region
2505          * [existing_hole_start, lockend].
2506          */
2507         if (drop_args.drop_end <= end)
2508                 drop_args.drop_end = end + 1;
2509         /*
2510          * Don't insert file hole extent item if it's for a range beyond eof
2511          * (because it's useless) or if it represents a 0 bytes range (when
2512          * cur_offset == drop_end).
2513          */
2514         if (!extent_info && cur_offset < ino_size &&
2515             cur_offset < drop_args.drop_end) {
2516                 ret = fill_holes(trans, inode, path, cur_offset,
2517                                  drop_args.drop_end);
2518                 if (ret) {
2519                         /* Same comment as above. */
2520                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2521                         goto out_trans;
2522                 }
2523         } else if (!extent_info && cur_offset < drop_args.drop_end) {
2524                 /* See the comment in the loop above for the reasoning here. */
2525                 ret = btrfs_inode_clear_file_extent_range(inode, cur_offset,
2526                                         drop_args.drop_end - cur_offset);
2527                 if (ret) {
2528                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2529                         goto out_trans;
2530                 }
2531
2532         }
2533         if (extent_info) {
2534                 ret = btrfs_insert_replace_extent(trans, inode, path,
2535                                 extent_info, extent_info->data_len,
2536                                 drop_args.bytes_found);
2537                 if (ret) {
2538                         btrfs_abort_transaction(trans, ret);
2539                         goto out_trans;
2540                 }
2541         }
2542
2543 out_trans:
2544         if (!trans)
2545                 goto out_free;
2546
2547         trans->block_rsv = &fs_info->trans_block_rsv;
2548         if (ret)
2549                 btrfs_end_transaction(trans);
2550         else
2551                 *trans_out = trans;
2552 out_free:
2553         btrfs_free_block_rsv(fs_info, rsv);
2554 out:
2555         return ret;
2556 }
2557
2558 static int btrfs_punch_hole(struct file *file, loff_t offset, loff_t len)
2559 {
2560         struct inode *inode = file_inode(file);
2561         struct btrfs_fs_info *fs_info = btrfs_sb(inode->i_sb);
2562         struct btrfs_root *root = BTRFS_I(inode)->root;
2563         struct extent_state *cached_state = NULL;
2564         struct btrfs_path *path;
2565         struct btrfs_trans_handle *trans = NULL;
2566         u64 lockstart;
2567         u64 lockend;
2568         u64 tail_start;
2569         u64 tail_len;
2570         u64 orig_start = offset;
2571         int ret = 0;
2572         bool same_block;
2573         u64 ino_size;
2574         bool truncated_block = false;
2575         bool updated_inode = false;
2576
2577         btrfs_inode_lock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_MMAP);
2578
2579         ret = btrfs_wait_ordered_range(inode, offset, len);
2580         if (ret)
2581                 goto out_only_mutex;
2582
2583         ino_size = round_up(inode->i_size, fs_info->sectorsize);
2584         ret = find_first_non_hole(BTRFS_I(inode), &offset, &len);
2585         if (ret < 0)
2586                 goto out_only_mutex;
2587         if (ret && !len) {
2588                 /* Already in a large hole */
2589                 ret = 0;
2590                 goto out_only_mutex;
2591         }
2592
2593         ret = file_modified(file);
2594         if (ret)
2595                 goto out_only_mutex;
2596
2597         lockstart = round_up(offset, fs_info->sectorsize);
2598         lockend = round_down(offset + len, fs_info->sectorsize) - 1;
2599         same_block = (BTRFS_BYTES_TO_BLKS(fs_info, offset))
2600                 == (BTRFS_BYTES_TO_BLKS(fs_info, offset + len - 1));
2601         /*
2602          * We needn't truncate any block which is beyond the end of the file
2603          * because we are sure there is no data there.
2604          */
2605         /*
2606          * Only do this if we are in the same block and we aren't doing the
2607          * entire block.
2608          */
2609         if (same_block && len < fs_info->sectorsize) {
2610                 if (offset < ino_size) {
2611                         truncated_block = true;
2612                         ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode), offset, len,
2613                                                    0);
2614                 } else {
2615                         ret = 0;
2616                 }
2617                 goto out_only_mutex;
2618         }
2619
2620         /* zero back part of the first block */
2621         if (offset < ino_size) {
2622                 truncated_block = true;
2623                 ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode), offset, 0, 0);
2624                 if (ret) {
2625                         btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_MMAP);
2626                         return ret;
2627                 }
2628         }
2629
2630         /* Check the aligned pages after the first unaligned page,
2631          * if offset != orig_start, which means the first unaligned page
2632          * including several following pages are already in holes,
2633          * the extra check can be skipped */
2634         if (offset == orig_start) {
2635                 /* after truncate page, check hole again */
2636                 len = offset + len - lockstart;
2637                 offset = lockstart;
2638                 ret = find_first_non_hole(BTRFS_I(inode), &offset, &len);
2639                 if (ret < 0)
2640                         goto out_only_mutex;
2641                 if (ret && !len) {
2642                         ret = 0;
2643                         goto out_only_mutex;
2644                 }
2645                 lockstart = offset;
2646         }
2647
2648         /* Check the tail unaligned part is in a hole */
2649         tail_start = lockend + 1;
2650         tail_len = offset + len - tail_start;
2651         if (tail_len) {
2652                 ret = find_first_non_hole(BTRFS_I(inode), &tail_start, &tail_len);
2653                 if (unlikely(ret < 0))
2654                         goto out_only_mutex;
2655                 if (!ret) {
2656                         /* zero the front end of the last page */
2657                         if (tail_start + tail_len < ino_size) {
2658                                 truncated_block = true;
2659                                 ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode),
2660                                                         tail_start + tail_len,
2661                                                         0, 1);
2662                                 if (ret)
2663                                         goto out_only_mutex;
2664                         }
2665                 }
2666         }
2667
2668         if (lockend < lockstart) {
2669                 ret = 0;
2670                 goto out_only_mutex;
2671         }
2672
2673         btrfs_punch_hole_lock_range(inode, lockstart, lockend, &cached_state);
2674
2675         path = btrfs_alloc_path();
2676         if (!path) {
2677                 ret = -ENOMEM;
2678                 goto out;
2679         }
2680
2681         ret = btrfs_replace_file_extents(BTRFS_I(inode), path, lockstart,
2682                                          lockend, NULL, &trans);
2683         btrfs_free_path(path);
2684         if (ret)
2685                 goto out;
2686
2687         ASSERT(trans != NULL);
2688         inode_inc_iversion(inode);
2689         inode->i_mtime = inode_set_ctime_current(inode);
2690         ret = btrfs_update_inode(trans, root, BTRFS_I(inode));
2691         updated_inode = true;
2692         btrfs_end_transaction(trans);
2693         btrfs_btree_balance_dirty(fs_info);
2694 out:
2695         unlock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, lockstart, lockend,
2696                       &cached_state);
2697 out_only_mutex:
2698         if (!updated_inode && truncated_block && !ret) {
2699                 /*
2700                  * If we only end up zeroing part of a page, we still need to
2701                  * update the inode item, so that all the time fields are
2702                  * updated as well as the necessary btrfs inode in memory fields
2703                  * for detecting, at fsync time, if the inode isn't yet in the
2704                  * log tree or it's there but not up to date.
2705                  */
2706                 struct timespec64 now = inode_set_ctime_current(inode);
2707
2708                 inode_inc_iversion(inode);
2709                 inode->i_mtime = now;
2710                 trans = btrfs_start_transaction(root, 1);
2711                 if (IS_ERR(trans)) {
2712                         ret = PTR_ERR(trans);
2713                 } else {
2714                         int ret2;
2715
2716                         ret = btrfs_update_inode(trans, root, BTRFS_I(inode));
2717                         ret2 = btrfs_end_transaction(trans);
2718                         if (!ret)
2719                                 ret = ret2;
2720                 }
2721         }
2722         btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_MMAP);
2723         return ret;
2724 }
2725
2726 /* Helper structure to record which range is already reserved */
2727 struct falloc_range {
2728         struct list_head list;
2729         u64 start;
2730         u64 len;
2731 };
2732
2733 /*
2734  * Helper function to add falloc range
2735  *
2736  * Caller should have locked the larger range of extent containing
2737  * [start, len)
2738  */
2739 static int add_falloc_range(struct list_head *head, u64 start, u64 len)
2740 {
2741         struct falloc_range *range = NULL;
2742
2743         if (!list_empty(head)) {
2744                 /*
2745                  * As fallocate iterates by bytenr order, we only need to check
2746                  * the last range.
2747                  */
2748                 range = list_last_entry(head, struct falloc_range, list);
2749                 if (range->start + range->len == start) {
2750                         range->len += len;
2751                         return 0;
2752                 }
2753         }
2754
2755         range = kmalloc(sizeof(*range), GFP_KERNEL);
2756         if (!range)
2757                 return -ENOMEM;
2758         range->start = start;
2759         range->len = len;
2760         list_add_tail(&range->list, head);
2761         return 0;
2762 }
2763
2764 static int btrfs_fallocate_update_isize(struct inode *inode,
2765                                         const u64 end,
2766                                         const int mode)
2767 {
2768         struct btrfs_trans_handle *trans;
2769         struct btrfs_root *root = BTRFS_I(inode)->root;
2770         int ret;
2771         int ret2;
2772
2773         if (mode & FALLOC_FL_KEEP_SIZE || end <= i_size_read(inode))
2774                 return 0;
2775
2776         trans = btrfs_start_transaction(root, 1);
2777         if (IS_ERR(trans))
2778                 return PTR_ERR(trans);
2779
2780         inode_set_ctime_current(inode);
2781         i_size_write(inode, end);
2782         btrfs_inode_safe_disk_i_size_write(BTRFS_I(inode), 0);
2783         ret = btrfs_update_inode(trans, root, BTRFS_I(inode));
2784         ret2 = btrfs_end_transaction(trans);
2785
2786         return ret ? ret : ret2;
2787 }
2788
2789 enum {
2790         RANGE_BOUNDARY_WRITTEN_EXTENT,
2791         RANGE_BOUNDARY_PREALLOC_EXTENT,
2792         RANGE_BOUNDARY_HOLE,
2793 };
2794
2795 static int btrfs_zero_range_check_range_boundary(struct btrfs_inode *inode,
2796                                                  u64 offset)
2797 {
2798         const u64 sectorsize = inode->root->fs_info->sectorsize;
2799         struct extent_map *em;
2800         int ret;
2801
2802         offset = round_down(offset, sectorsize);
2803         em = btrfs_get_extent(inode, NULL, 0, offset, sectorsize);
2804         if (IS_ERR(em))
2805                 return PTR_ERR(em);
2806
2807         if (em->block_start == EXTENT_MAP_HOLE)
2808                 ret = RANGE_BOUNDARY_HOLE;
2809         else if (test_bit(EXTENT_FLAG_PREALLOC, &em->flags))
2810                 ret = RANGE_BOUNDARY_PREALLOC_EXTENT;
2811         else
2812                 ret = RANGE_BOUNDARY_WRITTEN_EXTENT;
2813
2814         free_extent_map(em);
2815         return ret;
2816 }
2817
2818 static int btrfs_zero_range(struct inode *inode,
2819                             loff_t offset,
2820                             loff_t len,
2821                             const int mode)
2822 {
2823         struct btrfs_fs_info *fs_info = BTRFS_I(inode)->root->fs_info;
2824         struct extent_map *em;
2825         struct extent_changeset *data_reserved = NULL;
2826         int ret;
2827         u64 alloc_hint = 0;
2828         const u64 sectorsize = fs_info->sectorsize;
2829         u64 alloc_start = round_down(offset, sectorsize);
2830         u64 alloc_end = round_up(offset + len, sectorsize);
2831         u64 bytes_to_reserve = 0;
2832         bool space_reserved = false;
2833
2834         em = btrfs_get_extent(BTRFS_I(inode), NULL, 0, alloc_start,
2835                               alloc_end - alloc_start);
2836         if (IS_ERR(em)) {
2837                 ret = PTR_ERR(em);
2838                 goto out;
2839         }
2840
2841         /*
2842          * Avoid hole punching and extent allocation for some cases. More cases
2843          * could be considered, but these are unlikely common and we keep things
2844          * as simple as possible for now. Also, intentionally, if the target
2845          * range contains one or more prealloc extents together with regular
2846          * extents and holes, we drop all the existing extents and allocate a
2847          * new prealloc extent, so that we get a larger contiguous disk extent.
2848          */
2849         if (em->start <= alloc_start &&
2850             test_bit(EXTENT_FLAG_PREALLOC, &em->flags)) {
2851                 const u64 em_end = em->start + em->len;
2852
2853                 if (em_end >= offset + len) {
2854                         /*
2855                          * The whole range is already a prealloc extent,
2856                          * do nothing except updating the inode's i_size if
2857                          * needed.
2858                          */
2859                         free_extent_map(em);
2860                         ret = btrfs_fallocate_update_isize(inode, offset + len,
2861                                                            mode);
2862                         goto out;
2863                 }
2864                 /*
2865                  * Part of the range is already a prealloc extent, so operate
2866                  * only on the remaining part of the range.
2867                  */
2868                 alloc_start = em_end;
2869                 ASSERT(IS_ALIGNED(alloc_start, sectorsize));
2870                 len = offset + len - alloc_start;
2871                 offset = alloc_start;
2872                 alloc_hint = em->block_start + em->len;
2873         }
2874         free_extent_map(em);
2875
2876         if (BTRFS_BYTES_TO_BLKS(fs_info, offset) ==
2877             BTRFS_BYTES_TO_BLKS(fs_info, offset + len - 1)) {
2878                 em = btrfs_get_extent(BTRFS_I(inode), NULL, 0, alloc_start,
2879                                       sectorsize);
2880                 if (IS_ERR(em)) {
2881                         ret = PTR_ERR(em);
2882                         goto out;
2883                 }
2884
2885                 if (test_bit(EXTENT_FLAG_PREALLOC, &em->flags)) {
2886                         free_extent_map(em);
2887                         ret = btrfs_fallocate_update_isize(inode, offset + len,
2888                                                            mode);
2889                         goto out;
2890                 }
2891                 if (len < sectorsize && em->block_start != EXTENT_MAP_HOLE) {
2892                         free_extent_map(em);
2893                         ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode), offset, len,
2894                                                    0);
2895                         if (!ret)
2896                                 ret = btrfs_fallocate_update_isize(inode,
2897                                                                    offset + len,
2898                                                                    mode);
2899                         return ret;
2900                 }
2901                 free_extent_map(em);
2902                 alloc_start = round_down(offset, sectorsize);
2903                 alloc_end = alloc_start + sectorsize;
2904                 goto reserve_space;
2905         }
2906
2907         alloc_start = round_up(offset, sectorsize);
2908         alloc_end = round_down(offset + len, sectorsize);
2909
2910         /*
2911          * For unaligned ranges, check the pages at the boundaries, they might
2912          * map to an extent, in which case we need to partially zero them, or
2913          * they might map to a hole, in which case we need our allocation range
2914          * to cover them.
2915          */
2916         if (!IS_ALIGNED(offset, sectorsize)) {
2917                 ret = btrfs_zero_range_check_range_boundary(BTRFS_I(inode),
2918                                                             offset);
2919                 if (ret < 0)
2920                         goto out;
2921                 if (ret == RANGE_BOUNDARY_HOLE) {
2922                         alloc_start = round_down(offset, sectorsize);
2923                         ret = 0;
2924                 } else if (ret == RANGE_BOUNDARY_WRITTEN_EXTENT) {
2925                         ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode), offset, 0, 0);
2926                         if (ret)
2927                                 goto out;
2928                 } else {
2929                         ret = 0;
2930                 }
2931         }
2932
2933         if (!IS_ALIGNED(offset + len, sectorsize)) {
2934                 ret = btrfs_zero_range_check_range_boundary(BTRFS_I(inode),
2935                                                             offset + len);
2936                 if (ret < 0)
2937                         goto out;
2938                 if (ret == RANGE_BOUNDARY_HOLE) {
2939                         alloc_end = round_up(offset + len, sectorsize);
2940                         ret = 0;
2941                 } else if (ret == RANGE_BOUNDARY_WRITTEN_EXTENT) {
2942                         ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode), offset + len,
2943                                                    0, 1);
2944                         if (ret)
2945                                 goto out;
2946                 } else {
2947                         ret = 0;
2948                 }
2949         }
2950
2951 reserve_space:
2952         if (alloc_start < alloc_end) {
2953                 struct extent_state *cached_state = NULL;
2954                 const u64 lockstart = alloc_start;
2955                 const u64 lockend = alloc_end - 1;
2956
2957                 bytes_to_reserve = alloc_end - alloc_start;
2958                 ret = btrfs_alloc_data_chunk_ondemand(BTRFS_I(inode),
2959                                                       bytes_to_reserve);
2960                 if (ret < 0)
2961                         goto out;
2962                 space_reserved = true;
2963                 btrfs_punch_hole_lock_range(inode, lockstart, lockend,
2964                                             &cached_state);
2965                 ret = btrfs_qgroup_reserve_data(BTRFS_I(inode), &data_reserved,
2966                                                 alloc_start, bytes_to_reserve);
2967                 if (ret) {
2968                         unlock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, lockstart,
2969                                       lockend, &cached_state);
2970                         goto out;
2971                 }
2972                 ret = btrfs_prealloc_file_range(inode, mode, alloc_start,
2973                                                 alloc_end - alloc_start,
2974                                                 i_blocksize(inode),
2975                                                 offset + len, &alloc_hint);
2976                 unlock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, lockstart, lockend,
2977                               &cached_state);
2978                 /* btrfs_prealloc_file_range releases reserved space on error */
2979                 if (ret) {
2980                         space_reserved = false;
2981                         goto out;
2982                 }
2983         }
2984         ret = btrfs_fallocate_update_isize(inode, offset + len, mode);
2985  out:
2986         if (ret && space_reserved)
2987                 btrfs_free_reserved_data_space(BTRFS_I(inode), data_reserved,
2988                                                alloc_start, bytes_to_reserve);
2989         extent_changeset_free(data_reserved);
2990
2991         return ret;
2992 }
2993
2994 static long btrfs_fallocate(struct file *file, int mode,
2995                             loff_t offset, loff_t len)
2996 {
2997         struct inode *inode = file_inode(file);
2998         struct extent_state *cached_state = NULL;
2999         struct extent_changeset *data_reserved = NULL;
3000         struct falloc_range *range;
3001         struct falloc_range *tmp;
3002         LIST_HEAD(reserve_list);
3003         u64 cur_offset;
3004         u64 last_byte;
3005         u64 alloc_start;
3006         u64 alloc_end;
3007         u64 alloc_hint = 0;
3008         u64 locked_end;
3009         u64 actual_end = 0;
3010         u64 data_space_needed = 0;
3011         u64 data_space_reserved = 0;
3012         u64 qgroup_reserved = 0;
3013         struct extent_map *em;
3014         int blocksize = BTRFS_I(inode)->root->fs_info->sectorsize;
3015         int ret;
3016
3017         /* Do not allow fallocate in ZONED mode */
3018         if (btrfs_is_zoned(btrfs_sb(inode->i_sb)))
3019                 return -EOPNOTSUPP;
3020
3021         alloc_start = round_down(offset, blocksize);
3022         alloc_end = round_up(offset + len, blocksize);
3023         cur_offset = alloc_start;
3024
3025         /* Make sure we aren't being give some crap mode */
3026         if (mode & ~(FALLOC_FL_KEEP_SIZE | FALLOC_FL_PUNCH_HOLE |
3027                      FALLOC_FL_ZERO_RANGE))
3028                 return -EOPNOTSUPP;
3029
3030         if (mode & FALLOC_FL_PUNCH_HOLE)
3031                 return btrfs_punch_hole(file, offset, len);
3032
3033         btrfs_inode_lock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_MMAP);
3034
3035         if (!(mode & FALLOC_FL_KEEP_SIZE) && offset + len > inode->i_size) {
3036                 ret = inode_newsize_ok(inode, offset + len);
3037                 if (ret)
3038                         goto out;
3039         }
3040
3041         ret = file_modified(file);
3042         if (ret)
3043                 goto out;
3044
3045         /*
3046          * TODO: Move these two operations after we have checked
3047          * accurate reserved space, or fallocate can still fail but
3048          * with page truncated or size expanded.
3049          *
3050          * But that's a minor problem and won't do much harm BTW.
3051          */
3052         if (alloc_start > inode->i_size) {
3053                 ret = btrfs_cont_expand(BTRFS_I(inode), i_size_read(inode),
3054                                         alloc_start);
3055                 if (ret)
3056                         goto out;
3057         } else if (offset + len > inode->i_size) {
3058                 /*
3059                  * If we are fallocating from the end of the file onward we
3060                  * need to zero out the end of the block if i_size lands in the
3061                  * middle of a block.
3062                  */
3063                 ret = btrfs_truncate_block(BTRFS_I(inode), inode->i_size, 0, 0);
3064                 if (ret)
3065                         goto out;
3066         }
3067
3068         /*
3069          * We have locked the inode at the VFS level (in exclusive mode) and we
3070          * have locked the i_mmap_lock lock (in exclusive mode). Now before
3071          * locking the file range, flush all dealloc in the range and wait for
3072          * all ordered extents in the range to complete. After this we can lock
3073          * the file range and, due to the previous locking we did, we know there
3074          * can't be more delalloc or ordered extents in the range.
3075          */
3076         ret = btrfs_wait_ordered_range(inode, alloc_start,
3077                                        alloc_end - alloc_start);
3078         if (ret)
3079                 goto out;
3080
3081         if (mode & FALLOC_FL_ZERO_RANGE) {
3082                 ret = btrfs_zero_range(inode, offset, len, mode);
3083                 btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_MMAP);
3084                 return ret;
3085         }
3086
3087         locked_end = alloc_end - 1;
3088         lock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, alloc_start, locked_end,
3089                     &cached_state);
3090
3091         btrfs_assert_inode_range_clean(BTRFS_I(inode), alloc_start, locked_end);
3092
3093         /* First, check if we exceed the qgroup limit */
3094         while (cur_offset < alloc_end) {
3095                 em = btrfs_get_extent(BTRFS_I(inode), NULL, 0, cur_offset,
3096                                       alloc_end - cur_offset);
3097                 if (IS_ERR(em)) {
3098                         ret = PTR_ERR(em);
3099                         break;
3100                 }
3101                 last_byte = min(extent_map_end(em), alloc_end);
3102                 actual_end = min_t(u64, extent_map_end(em), offset + len);
3103                 last_byte = ALIGN(last_byte, blocksize);
3104                 if (em->block_start == EXTENT_MAP_HOLE ||
3105                     (cur_offset >= inode->i_size &&
3106                      !test_bit(EXTENT_FLAG_PREALLOC, &em->flags))) {
3107                         const u64 range_len = last_byte - cur_offset;
3108
3109                         ret = add_falloc_range(&reserve_list, cur_offset, range_len);
3110                         if (ret < 0) {
3111                                 free_extent_map(em);
3112                                 break;
3113                         }
3114                         ret = btrfs_qgroup_reserve_data(BTRFS_I(inode),
3115                                         &data_reserved, cur_offset, range_len);
3116                         if (ret < 0) {
3117                                 free_extent_map(em);
3118                                 break;
3119                         }
3120                         qgroup_reserved += range_len;
3121                         data_space_needed += range_len;
3122                 }
3123                 free_extent_map(em);
3124                 cur_offset = last_byte;
3125         }
3126
3127         if (!ret && data_space_needed > 0) {
3128                 /*
3129                  * We are safe to reserve space here as we can't have delalloc
3130                  * in the range, see above.
3131                  */
3132                 ret = btrfs_alloc_data_chunk_ondemand(BTRFS_I(inode),
3133                                                       data_space_needed);
3134                 if (!ret)
3135                         data_space_reserved = data_space_needed;
3136         }
3137
3138         /*
3139          * If ret is still 0, means we're OK to fallocate.
3140          * Or just cleanup the list and exit.
3141          */
3142         list_for_each_entry_safe(range, tmp, &reserve_list, list) {
3143                 if (!ret) {
3144                         ret = btrfs_prealloc_file_range(inode, mode,
3145                                         range->start,
3146                                         range->len, i_blocksize(inode),
3147                                         offset + len, &alloc_hint);
3148                         /*
3149                          * btrfs_prealloc_file_range() releases space even
3150                          * if it returns an error.
3151                          */
3152                         data_space_reserved -= range->len;
3153                         qgroup_reserved -= range->len;
3154                 } else if (data_space_reserved > 0) {
3155                         btrfs_free_reserved_data_space(BTRFS_I(inode),
3156                                                data_reserved, range->start,
3157                                                range->len);
3158                         data_space_reserved -= range->len;
3159                         qgroup_reserved -= range->len;
3160                 } else if (qgroup_reserved > 0) {
3161                         btrfs_qgroup_free_data(BTRFS_I(inode), data_reserved,
3162                                                range->start, range->len);
3163                         qgroup_reserved -= range->len;
3164                 }
3165                 list_del(&range->list);
3166                 kfree(range);
3167         }
3168         if (ret < 0)
3169                 goto out_unlock;
3170
3171         /*
3172          * We didn't need to allocate any more space, but we still extended the
3173          * size of the file so we need to update i_size and the inode item.
3174          */
3175         ret = btrfs_fallocate_update_isize(inode, actual_end, mode);
3176 out_unlock:
3177         unlock_extent(&BTRFS_I(inode)->io_tree, alloc_start, locked_end,
3178                       &cached_state);
3179 out:
3180         btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_MMAP);
3181         extent_changeset_free(data_reserved);
3182         return ret;
3183 }
3184
3185 /*
3186  * Helper for btrfs_find_delalloc_in_range(). Find a subrange in a given range
3187  * that has unflushed and/or flushing delalloc. There might be other adjacent
3188  * subranges after the one it found, so btrfs_find_delalloc_in_range() keeps
3189  * looping while it gets adjacent subranges, and merging them together.
3190  */
3191 static bool find_delalloc_subrange(struct btrfs_inode *inode, u64 start, u64 end,
3192                                    struct extent_state **cached_state,
3193                                    bool *search_io_tree,
3194                                    u64 *delalloc_start_ret, u64 *delalloc_end_ret)
3195 {
3196         u64 len = end + 1 - start;
3197         u64 delalloc_len = 0;
3198         struct btrfs_ordered_extent *oe;
3199         u64 oe_start;
3200         u64 oe_end;
3201
3202         /*
3203          * Search the io tree first for EXTENT_DELALLOC. If we find any, it
3204          * means we have delalloc (dirty pages) for which writeback has not
3205          * started yet.
3206          */
3207         if (*search_io_tree) {
3208                 spin_lock(&inode->lock);
3209                 if (inode->delalloc_bytes > 0) {
3210                         spin_unlock(&inode->lock);
3211                         *delalloc_start_ret = start;
3212                         delalloc_len = count_range_bits(&inode->io_tree,
3213                                                         delalloc_start_ret, end,
3214                                                         len, EXTENT_DELALLOC, 1,
3215                                                         cached_state);
3216                 } else {
3217                         spin_unlock(&inode->lock);
3218                 }
3219         }
3220
3221         if (delalloc_len > 0) {
3222                 /*
3223                  * If delalloc was found then *delalloc_start_ret has a sector size
3224                  * aligned value (rounded down).
3225                  */
3226                 *delalloc_end_ret = *delalloc_start_ret + delalloc_len - 1;
3227
3228                 if (*delalloc_start_ret == start) {
3229                         /* Delalloc for the whole range, nothing more to do. */
3230                         if (*delalloc_end_ret == end)
3231                                 return true;
3232                         /* Else trim our search range for ordered extents. */
3233                         start = *delalloc_end_ret + 1;
3234                         len = end + 1 - start;
3235                 }
3236         } else {
3237                 /* No delalloc, future calls don't need to search again. */
3238                 *search_io_tree = false;
3239         }
3240
3241         /*
3242          * Now also check if there's any ordered extent in the range.
3243          * We do this because:
3244          *
3245          * 1) When delalloc is flushed, the file range is locked, we clear the
3246          *    EXTENT_DELALLOC bit from the io tree and create an extent map and
3247          *    an ordered extent for the write. So we might just have been called
3248          *    after delalloc is flushed and before the ordered extent completes
3249          *    and inserts the new file extent item in the subvolume's btree;
3250          *
3251          * 2) We may have an ordered extent created by flushing delalloc for a
3252          *    subrange that starts before the subrange we found marked with
3253          *    EXTENT_DELALLOC in the io tree.
3254          *
3255          * We could also use the extent map tree to find such delalloc that is
3256          * being flushed, but using the ordered extents tree is more efficient
3257          * because it's usually much smaller as ordered extents are removed from
3258          * the tree once they complete. With the extent maps, we mau have them
3259          * in the extent map tree for a very long time, and they were either
3260          * created by previous writes or loaded by read operations.
3261          */
3262         oe = btrfs_lookup_first_ordered_range(inode, start, len);
3263         if (!oe)
3264                 return (delalloc_len > 0);
3265
3266         /* The ordered extent may span beyond our search range. */
3267         oe_start = max(oe->file_offset, start);
3268         oe_end = min(oe->file_offset + oe->num_bytes - 1, end);
3269
3270         btrfs_put_ordered_extent(oe);
3271
3272         /* Don't have unflushed delalloc, return the ordered extent range. */
3273         if (delalloc_len == 0) {
3274                 *delalloc_start_ret = oe_start;
3275                 *delalloc_end_ret = oe_end;
3276                 return true;
3277         }
3278
3279         /*
3280          * We have both unflushed delalloc (io_tree) and an ordered extent.
3281          * If the ranges are adjacent returned a combined range, otherwise
3282          * return the leftmost range.
3283          */
3284         if (oe_start < *delalloc_start_ret) {
3285                 if (oe_end < *delalloc_start_ret)
3286                         *delalloc_end_ret = oe_end;
3287                 *delalloc_start_ret = oe_start;
3288         } else if (*delalloc_end_ret + 1 == oe_start) {
3289                 *delalloc_end_ret = oe_end;
3290         }
3291
3292         return true;
3293 }
3294
3295 /*
3296  * Check if there's delalloc in a given range.
3297  *
3298  * @inode:               The inode.
3299  * @start:               The start offset of the range. It does not need to be
3300  *                       sector size aligned.
3301  * @end:                 The end offset (inclusive value) of the search range.
3302  *                       It does not need to be sector size aligned.
3303  * @cached_state:        Extent state record used for speeding up delalloc
3304  *                       searches in the inode's io_tree. Can be NULL.
3305  * @delalloc_start_ret:  Output argument, set to the start offset of the
3306  *                       subrange found with delalloc (may not be sector size
3307  *                       aligned).
3308  * @delalloc_end_ret:    Output argument, set to he end offset (inclusive value)
3309  *                       of the subrange found with delalloc.
3310  *
3311  * Returns true if a subrange with delalloc is found within the given range, and
3312  * if so it sets @delalloc_start_ret and @delalloc_end_ret with the start and
3313  * end offsets of the subrange.
3314  */
3315 bool btrfs_find_delalloc_in_range(struct btrfs_inode *inode, u64 start, u64 end,
3316                                   struct extent_state **cached_state,
3317                                   u64 *delalloc_start_ret, u64 *delalloc_end_ret)
3318 {
3319         u64 cur_offset = round_down(start, inode->root->fs_info->sectorsize);
3320         u64 prev_delalloc_end = 0;
3321         bool search_io_tree = true;
3322         bool ret = false;
3323
3324         while (cur_offset <= end) {
3325                 u64 delalloc_start;
3326                 u64 delalloc_end;
3327                 bool delalloc;
3328
3329                 delalloc = find_delalloc_subrange(inode, cur_offset, end,
3330                                                   cached_state, &search_io_tree,
3331                                                   &delalloc_start,
3332                                                   &delalloc_end);
3333                 if (!delalloc)
3334                         break;
3335
3336                 if (prev_delalloc_end == 0) {
3337                         /* First subrange found. */
3338                         *delalloc_start_ret = max(delalloc_start, start);
3339                         *delalloc_end_ret = delalloc_end;
3340                         ret = true;
3341                 } else if (delalloc_start == prev_delalloc_end + 1) {
3342                         /* Subrange adjacent to the previous one, merge them. */
3343                         *delalloc_end_ret = delalloc_end;
3344                 } else {
3345                         /* Subrange not adjacent to the previous one, exit. */
3346                         break;
3347                 }
3348
3349                 prev_delalloc_end = delalloc_end;
3350                 cur_offset = delalloc_end + 1;
3351                 cond_resched();
3352         }
3353
3354         return ret;
3355 }
3356
3357 /*
3358  * Check if there's a hole or delalloc range in a range representing a hole (or
3359  * prealloc extent) found in the inode's subvolume btree.
3360  *
3361  * @inode:      The inode.
3362  * @whence:     Seek mode (SEEK_DATA or SEEK_HOLE).
3363  * @start:      Start offset of the hole region. It does not need to be sector
3364  *              size aligned.
3365  * @end:        End offset (inclusive value) of the hole region. It does not
3366  *              need to be sector size aligned.
3367  * @start_ret:  Return parameter, used to set the start of the subrange in the
3368  *              hole that matches the search criteria (seek mode), if such
3369  *              subrange is found (return value of the function is true).
3370  *              The value returned here may not be sector size aligned.
3371  *
3372  * Returns true if a subrange matching the given seek mode is found, and if one
3373  * is found, it updates @start_ret with the start of the subrange.
3374  */
3375 static bool find_desired_extent_in_hole(struct btrfs_inode *inode, int whence,
3376                                         struct extent_state **cached_state,
3377                                         u64 start, u64 end, u64 *start_ret)
3378 {
3379         u64 delalloc_start;
3380         u64 delalloc_end;
3381         bool delalloc;
3382
3383         delalloc = btrfs_find_delalloc_in_range(inode, start, end, cached_state,
3384                                                 &delalloc_start, &delalloc_end);
3385         if (delalloc && whence == SEEK_DATA) {
3386                 *start_ret = delalloc_start;
3387                 return true;
3388         }
3389
3390         if (delalloc && whence == SEEK_HOLE) {
3391                 /*
3392                  * We found delalloc but it starts after out start offset. So we
3393                  * have a hole between our start offset and the delalloc start.
3394                  */
3395                 if (start < delalloc_start) {
3396                         *start_ret = start;
3397                         return true;
3398                 }
3399                 /*
3400                  * Delalloc range starts at our start offset.
3401                  * If the delalloc range's length is smaller than our range,
3402                  * then it means we have a hole that starts where the delalloc
3403                  * subrange ends.
3404                  */
3405                 if (delalloc_end < end) {
3406                         *start_ret = delalloc_end + 1;
3407                         return true;
3408                 }
3409
3410                 /* There's delalloc for the whole range. */
3411                 return false;
3412         }
3413
3414         if (!delalloc && whence == SEEK_HOLE) {
3415                 *start_ret = start;
3416                 return true;
3417         }
3418
3419         /*
3420          * No delalloc in the range and we are seeking for data. The caller has
3421          * to iterate to the next extent item in the subvolume btree.
3422          */
3423         return false;
3424 }
3425
3426 static loff_t find_desired_extent(struct file *file, loff_t offset, int whence)
3427 {
3428         struct btrfs_inode *inode = BTRFS_I(file->f_mapping->host);
3429         struct btrfs_file_private *private = file->private_data;
3430         struct btrfs_fs_info *fs_info = inode->root->fs_info;
3431         struct extent_state *cached_state = NULL;
3432         struct extent_state **delalloc_cached_state;
3433         const loff_t i_size = i_size_read(&inode->vfs_inode);
3434         const u64 ino = btrfs_ino(inode);
3435         struct btrfs_root *root = inode->root;
3436         struct btrfs_path *path;
3437         struct btrfs_key key;
3438         u64 last_extent_end;
3439         u64 lockstart;
3440         u64 lockend;
3441         u64 start;
3442         int ret;
3443         bool found = false;
3444
3445         if (i_size == 0 || offset >= i_size)
3446                 return -ENXIO;
3447
3448         /*
3449          * Quick path. If the inode has no prealloc extents and its number of
3450          * bytes used matches its i_size, then it can not have holes.
3451          */
3452         if (whence == SEEK_HOLE &&
3453             !(inode->flags & BTRFS_INODE_PREALLOC) &&
3454             inode_get_bytes(&inode->vfs_inode) == i_size)
3455                 return i_size;
3456
3457         if (!private) {
3458                 private = kzalloc(sizeof(*private), GFP_KERNEL);
3459                 /*
3460                  * No worries if memory allocation failed.
3461                  * The private structure is used only for speeding up multiple
3462                  * lseek SEEK_HOLE/DATA calls to a file when there's delalloc,
3463                  * so everything will still be correct.
3464                  */
3465                 file->private_data = private;
3466         }
3467
3468         if (private)
3469                 delalloc_cached_state = &private->llseek_cached_state;
3470         else
3471                 delalloc_cached_state = NULL;
3472
3473         /*
3474          * offset can be negative, in this case we start finding DATA/HOLE from
3475          * the very start of the file.
3476          */
3477         start = max_t(loff_t, 0, offset);
3478
3479         lockstart = round_down(start, fs_info->sectorsize);
3480         lockend = round_up(i_size, fs_info->sectorsize);
3481         if (lockend <= lockstart)
3482                 lockend = lockstart + fs_info->sectorsize;
3483         lockend--;
3484
3485         path = btrfs_alloc_path();
3486         if (!path)
3487                 return -ENOMEM;
3488         path->reada = READA_FORWARD;
3489
3490         key.objectid = ino;
3491         key.type = BTRFS_EXTENT_DATA_KEY;
3492         key.offset = start;
3493
3494         last_extent_end = lockstart;
3495
3496         lock_extent(&inode->io_tree, lockstart, lockend, &cached_state);
3497
3498         ret = btrfs_search_slot(NULL, root, &key, path, 0, 0);
3499         if (ret < 0) {
3500                 goto out;
3501         } else if (ret > 0 && path->slots[0] > 0) {
3502                 btrfs_item_key_to_cpu(path->nodes[0], &key, path->slots[0] - 1);
3503                 if (key.objectid == ino && key.type == BTRFS_EXTENT_DATA_KEY)
3504                         path->slots[0]--;
3505         }
3506
3507         while (start < i_size) {
3508                 struct extent_buffer *leaf = path->nodes[0];
3509                 struct btrfs_file_extent_item *extent;
3510                 u64 extent_end;
3511                 u8 type;
3512
3513                 if (path->slots[0] >= btrfs_header_nritems(leaf)) {
3514                         ret = btrfs_next_leaf(root, path);
3515                         if (ret < 0)
3516                                 goto out;
3517                         else if (ret > 0)
3518                                 break;
3519
3520                         leaf = path->nodes[0];
3521                 }
3522
3523                 btrfs_item_key_to_cpu(leaf, &key, path->slots[0]);
3524                 if (key.objectid != ino || key.type != BTRFS_EXTENT_DATA_KEY)
3525                         break;
3526
3527                 extent_end = btrfs_file_extent_end(path);
3528
3529                 /*
3530                  * In the first iteration we may have a slot that points to an
3531                  * extent that ends before our start offset, so skip it.
3532                  */
3533                 if (extent_end <= start) {
3534                         path->slots[0]++;
3535                         continue;
3536                 }
3537
3538                 /* We have an implicit hole, NO_HOLES feature is likely set. */
3539                 if (last_extent_end < key.offset) {
3540                         u64 search_start = last_extent_end;
3541                         u64 found_start;
3542
3543                         /*
3544                          * First iteration, @start matches @offset and it's
3545                          * within the hole.
3546                          */
3547                         if (start == offset)
3548                                 search_start = offset;
3549
3550                         found = find_desired_extent_in_hole(inode, whence,
3551                                                             delalloc_cached_state,
3552                                                             search_start,
3553                                                             key.offset - 1,
3554                                                             &found_start);
3555                         if (found) {
3556                                 start = found_start;
3557                                 break;
3558                         }
3559                         /*
3560                          * Didn't find data or a hole (due to delalloc) in the
3561                          * implicit hole range, so need to analyze the extent.
3562                          */
3563                 }
3564
3565                 extent = btrfs_item_ptr(leaf, path->slots[0],
3566                                         struct btrfs_file_extent_item);
3567                 type = btrfs_file_extent_type(leaf, extent);
3568
3569                 /*
3570                  * Can't access the extent's disk_bytenr field if this is an
3571                  * inline extent, since at that offset, it's where the extent
3572                  * data starts.
3573                  */
3574                 if (type == BTRFS_FILE_EXTENT_PREALLOC ||
3575                     (type == BTRFS_FILE_EXTENT_REG &&
3576                      btrfs_file_extent_disk_bytenr(leaf, extent) == 0)) {
3577                         /*
3578                          * Explicit hole or prealloc extent, search for delalloc.
3579                          * A prealloc extent is treated like a hole.
3580                          */
3581                         u64 search_start = key.offset;
3582                         u64 found_start;
3583
3584                         /*
3585                          * First iteration, @start matches @offset and it's
3586                          * within the hole.
3587                          */
3588                         if (start == offset)
3589                                 search_start = offset;
3590
3591                         found = find_desired_extent_in_hole(inode, whence,
3592                                                             delalloc_cached_state,
3593                                                             search_start,
3594                                                             extent_end - 1,
3595                                                             &found_start);
3596                         if (found) {
3597                                 start = found_start;
3598                                 break;
3599                         }
3600                         /*
3601                          * Didn't find data or a hole (due to delalloc) in the
3602                          * implicit hole range, so need to analyze the next
3603                          * extent item.
3604                          */
3605                 } else {
3606                         /*
3607                          * Found a regular or inline extent.
3608                          * If we are seeking for data, adjust the start offset
3609                          * and stop, we're done.
3610                          */
3611                         if (whence == SEEK_DATA) {
3612                                 start = max_t(u64, key.offset, offset);
3613                                 found = true;
3614                                 break;
3615                         }
3616                         /*
3617                          * Else, we are seeking for a hole, check the next file
3618                          * extent item.
3619                          */
3620                 }
3621
3622                 start = extent_end;
3623                 last_extent_end = extent_end;
3624                 path->slots[0]++;
3625                 if (fatal_signal_pending(current)) {
3626                         ret = -EINTR;
3627                         goto out;
3628                 }
3629                 cond_resched();
3630         }
3631
3632         /* We have an implicit hole from the last extent found up to i_size. */
3633         if (!found && start < i_size) {
3634                 found = find_desired_extent_in_hole(inode, whence,
3635                                                     delalloc_cached_state, start,
3636                                                     i_size - 1, &start);
3637                 if (!found)
3638                         start = i_size;
3639         }
3640
3641 out:
3642         unlock_extent(&inode->io_tree, lockstart, lockend, &cached_state);
3643         btrfs_free_path(path);
3644
3645         if (ret < 0)
3646                 return ret;
3647
3648         if (whence == SEEK_DATA && start >= i_size)
3649                 return -ENXIO;
3650
3651         return min_t(loff_t, start, i_size);
3652 }
3653
3654 static loff_t btrfs_file_llseek(struct file *file, loff_t offset, int whence)
3655 {
3656         struct inode *inode = file->f_mapping->host;
3657
3658         switch (whence) {
3659         default:
3660                 return generic_file_llseek(file, offset, whence);
3661         case SEEK_DATA:
3662         case SEEK_HOLE:
3663                 btrfs_inode_lock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_SHARED);
3664                 offset = find_desired_extent(file, offset, whence);
3665                 btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_SHARED);
3666                 break;
3667         }
3668
3669         if (offset < 0)
3670                 return offset;
3671
3672         return vfs_setpos(file, offset, inode->i_sb->s_maxbytes);
3673 }
3674
3675 static int btrfs_file_open(struct inode *inode, struct file *filp)
3676 {
3677         int ret;
3678
3679         filp->f_mode |= FMODE_NOWAIT | FMODE_BUF_RASYNC | FMODE_BUF_WASYNC |
3680                         FMODE_CAN_ODIRECT;
3681
3682         ret = fsverity_file_open(inode, filp);
3683         if (ret)
3684                 return ret;
3685         return generic_file_open(inode, filp);
3686 }
3687
3688 static int check_direct_read(struct btrfs_fs_info *fs_info,
3689                              const struct iov_iter *iter, loff_t offset)
3690 {
3691         int ret;
3692         int i, seg;
3693
3694         ret = check_direct_IO(fs_info, iter, offset);
3695         if (ret < 0)
3696                 return ret;
3697
3698         if (!iter_is_iovec(iter))
3699                 return 0;
3700
3701         for (seg = 0; seg < iter->nr_segs; seg++) {
3702                 for (i = seg + 1; i < iter->nr_segs; i++) {
3703                         const struct iovec *iov1 = iter_iov(iter) + seg;
3704                         const struct iovec *iov2 = iter_iov(iter) + i;
3705
3706                         if (iov1->iov_base == iov2->iov_base)
3707                                 return -EINVAL;
3708                 }
3709         }
3710         return 0;
3711 }
3712
3713 static ssize_t btrfs_direct_read(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *to)
3714 {
3715         struct inode *inode = file_inode(iocb->ki_filp);
3716         size_t prev_left = 0;
3717         ssize_t read = 0;
3718         ssize_t ret;
3719
3720         if (fsverity_active(inode))
3721                 return 0;
3722
3723         if (check_direct_read(btrfs_sb(inode->i_sb), to, iocb->ki_pos))
3724                 return 0;
3725
3726         btrfs_inode_lock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_SHARED);
3727 again:
3728         /*
3729          * This is similar to what we do for direct IO writes, see the comment
3730          * at btrfs_direct_write(), but we also disable page faults in addition
3731          * to disabling them only at the iov_iter level. This is because when
3732          * reading from a hole or prealloc extent, iomap calls iov_iter_zero(),
3733          * which can still trigger page fault ins despite having set ->nofault
3734          * to true of our 'to' iov_iter.
3735          *
3736          * The difference to direct IO writes is that we deadlock when trying
3737          * to lock the extent range in the inode's tree during he page reads
3738          * triggered by the fault in (while for writes it is due to waiting for
3739          * our own ordered extent). This is because for direct IO reads,
3740          * btrfs_dio_iomap_begin() returns with the extent range locked, which
3741          * is only unlocked in the endio callback (end_bio_extent_readpage()).
3742          */
3743         pagefault_disable();
3744         to->nofault = true;
3745         ret = btrfs_dio_read(iocb, to, read);
3746         to->nofault = false;
3747         pagefault_enable();
3748
3749         /* No increment (+=) because iomap returns a cumulative value. */
3750         if (ret > 0)
3751                 read = ret;
3752
3753         if (iov_iter_count(to) > 0 && (ret == -EFAULT || ret > 0)) {
3754                 const size_t left = iov_iter_count(to);
3755
3756                 if (left == prev_left) {
3757                         /*
3758                          * We didn't make any progress since the last attempt,
3759                          * fallback to a buffered read for the remainder of the
3760                          * range. This is just to avoid any possibility of looping
3761                          * for too long.
3762                          */
3763                         ret = read;
3764                 } else {
3765                         /*
3766                          * We made some progress since the last retry or this is
3767                          * the first time we are retrying. Fault in as many pages
3768                          * as possible and retry.
3769                          */
3770                         fault_in_iov_iter_writeable(to, left);
3771                         prev_left = left;
3772                         goto again;
3773                 }
3774         }
3775         btrfs_inode_unlock(BTRFS_I(inode), BTRFS_ILOCK_SHARED);
3776         return ret < 0 ? ret : read;
3777 }
3778
3779 static ssize_t btrfs_file_read_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *to)
3780 {
3781         ssize_t ret = 0;
3782
3783         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
3784                 ret = btrfs_direct_read(iocb, to);
3785                 if (ret < 0 || !iov_iter_count(to) ||
3786                     iocb->ki_pos >= i_size_read(file_inode(iocb->ki_filp)))
3787                         return ret;
3788         }
3789
3790         return filemap_read(iocb, to, ret);
3791 }
3792
3793 const struct file_operations btrfs_file_operations = {
3794         .llseek         = btrfs_file_llseek,
3795         .read_iter      = btrfs_file_read_iter,
3796         .splice_read    = filemap_splice_read,
3797         .write_iter     = btrfs_file_write_iter,
3798         .splice_write   = iter_file_splice_write,
3799         .mmap           = btrfs_file_mmap,
3800         .open           = btrfs_file_open,
3801         .release        = btrfs_release_file,
3802         .get_unmapped_area = thp_get_unmapped_area,
3803         .fsync          = btrfs_sync_file,
3804         .fallocate      = btrfs_fallocate,
3805         .unlocked_ioctl = btrfs_ioctl,
3806 #ifdef CONFIG_COMPAT
3807         .compat_ioctl   = btrfs_compat_ioctl,
3808 #endif
3809         .remap_file_range = btrfs_remap_file_range,
3810 };
3811
3812 int btrfs_fdatawrite_range(struct inode *inode, loff_t start, loff_t end)
3813 {
3814         int ret;
3815
3816         /*
3817          * So with compression we will find and lock a dirty page and clear the
3818          * first one as dirty, setup an async extent, and immediately return
3819          * with the entire range locked but with nobody actually marked with
3820          * writeback.  So we can't just filemap_write_and_wait_range() and
3821          * expect it to work since it will just kick off a thread to do the
3822          * actual work.  So we need to call filemap_fdatawrite_range _again_
3823          * since it will wait on the page lock, which won't be unlocked until
3824          * after the pages have been marked as writeback and so we're good to go
3825          * from there.  We have to do this otherwise we'll miss the ordered
3826          * extents and that results in badness.  Please Josef, do not think you
3827          * know better and pull this out at some point in the future, it is
3828          * right and you are wrong.
3829          */
3830         ret = filemap_fdatawrite_range(inode->i_mapping, start, end);
3831         if (!ret && test_bit(BTRFS_INODE_HAS_ASYNC_EXTENT,
3832                              &BTRFS_I(inode)->runtime_flags))
3833                 ret = filemap_fdatawrite_range(inode->i_mapping, start, end);
3834
3835         return ret;
3836 }