include/linux/iomap.h

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
   2 #ifndef LINUX_IOMAP_H
   3 #define LINUX_IOMAP_H 1
   4
   5 #include <linux/atomic.h>
   6 #include <linux/bitmap.h>
   7 #include <linux/blk_types.h>
   8 #include <linux/mm.h>
   9 #include <linux/types.h>
  10 #include <linux/mm_types.h>
  11 #include <linux/blkdev.h>
  12
  13 struct address_space;
  14 struct fiemap_extent_info;
  15 struct inode;
  16 struct iomap_dio;
  17 struct iomap_writepage_ctx;
  18 struct iov_iter;
  19 struct kiocb;
  20 struct page;
  21 struct vm_area_struct;
  22 struct vm_fault;
  23
  24 /*
  25  * Types of block ranges for iomap mappings:
  26  */
  27 #define IOMAP_HOLE      0       /* no blocks allocated, need allocation */
  28 #define IOMAP_DELALLOC  1       /* delayed allocation blocks */
  29 #define IOMAP_MAPPED    2       /* blocks allocated at @addr */
  30 #define IOMAP_UNWRITTEN 3       /* blocks allocated at @addr in unwritten state */
  31 #define IOMAP_INLINE    4       /* data inline in the inode */
  32
  33 /*
  34  * Flags reported by the file system from iomap_begin:
  35  *
  36  * IOMAP_F_NEW indicates that the blocks have been newly allocated and need
  37  * zeroing for areas that no data is copied to.
  38  *
  39  * IOMAP_F_DIRTY indicates the inode has uncommitted metadata needed to access
  40  * written data and requires fdatasync to commit them to persistent storage.
  41  * This needs to take into account metadata changes that *may* be made at IO
  42  * completion, such as file size updates from direct IO.
  43  *
  44  * IOMAP_F_SHARED indicates that the blocks are shared, and will need to be
  45  * unshared as part a write.
  46  *
  47  * IOMAP_F_MERGED indicates that the iomap contains the merge of multiple block
  48  * mappings.
  49  *
  50  * IOMAP_F_BUFFER_HEAD indicates that the file system requires the use of
  51  * buffer heads for this mapping.
  52  *
  53  * IOMAP_F_XATTR indicates that the iomap is for an extended attribute extent
  54  * rather than a file data extent.
  55  */
  56 #define IOMAP_F_NEW             (1U << 0)
  57 #define IOMAP_F_DIRTY           (1U << 1)
  58 #define IOMAP_F_SHARED          (1U << 2)
  59 #define IOMAP_F_MERGED          (1U << 3)
  60 #define IOMAP_F_BUFFER_HEAD     (1U << 4)
  61 #define IOMAP_F_ZONE_APPEND     (1U << 5)
  62 #define IOMAP_F_XATTR           (1U << 6)
  63
  64 /*
  65  * Flags set by the core iomap code during operations:
  66  *
  67  * IOMAP_F_SIZE_CHANGED indicates to the iomap_end method that the file size
  68  * has changed as the result of this write operation.
  69  *
  70  * IOMAP_F_STALE indicates that the iomap is not valid any longer and the file
  71  * range it covers needs to be remapped by the high level before the operation
  72  * can proceed.
  73  */
  74 #define IOMAP_F_SIZE_CHANGED    (1U << 8)
  75 #define IOMAP_F_STALE           (1U << 9)
  76
  77 /*
  78  * Flags from 0x1000 up are for file system specific usage:
  79  */
  80 #define IOMAP_F_PRIVATE         (1U << 12)
  81
  82
  83 /*
  84  * Magic value for addr:
  85  */
  86 #define IOMAP_NULL_ADDR -1ULL   /* addr is not valid */
  87
  88 struct iomap_page_ops;
  89
  90 struct iomap {
  91         u64                     addr; /* disk offset of mapping, bytes */
  92         loff_t                  offset; /* file offset of mapping, bytes */
  93         u64                     length; /* length of mapping, bytes */
  94         u16                     type;   /* type of mapping */
  95         u16                     flags;  /* flags for mapping */
  96         struct block_device     *bdev;  /* block device for I/O */
  97         struct dax_device       *dax_dev; /* dax_dev for dax operations */
  98         void                    *inline_data;
  99         void                    *private; /* filesystem private */
 100         const struct iomap_page_ops *page_ops;
 101         u64                     validity_cookie; /* used with .iomap_valid() */
 102 };
 103
 104 static inline sector_t iomap_sector(const struct iomap *iomap, loff_t pos)
 105 {
 106         return (iomap->addr + pos - iomap->offset) >> SECTOR_SHIFT;
 107 }
 108
 109 /*
 110  * Returns the inline data pointer for logical offset @pos.
 111  */
 112 static inline void *iomap_inline_data(const struct iomap *iomap, loff_t pos)
 113 {
 114         return iomap->inline_data + pos - iomap->offset;
 115 }
 116
 117 /*
 118  * Check if the mapping's length is within the valid range for inline data.
 119  * This is used to guard against accessing data beyond the page inline_data
 120  * points at.
 121  */
 122 static inline bool iomap_inline_data_valid(const struct iomap *iomap)
 123 {
 124         return iomap->length <= PAGE_SIZE - offset_in_page(iomap->inline_data);
 125 }
 126
 127 /*
 128  * When a filesystem sets page_ops in an iomap mapping it returns, page_prepare
 129  * and page_done will be called for each page written to.  This only applies to
 130  * buffered writes as unbuffered writes will not typically have pages
 131  * associated with them.
 132  *
 133  * When page_prepare succeeds, page_done will always be called to do any
 134  * cleanup work necessary.  In that page_done call, @page will be NULL if the
 135  * associated page could not be obtained.
 136  */
 137 struct iomap_page_ops {
 138         int (*page_prepare)(struct inode *inode, loff_t pos, unsigned len);
 139         void (*page_done)(struct inode *inode, loff_t pos, unsigned copied,
 140                         struct page *page);
 141
 142         /*
 143          * Check that the cached iomap still maps correctly to the filesystem's
 144          * internal extent map. FS internal extent maps can change while iomap
 145          * is iterating a cached iomap, so this hook allows iomap to detect that
 146          * the iomap needs to be refreshed during a long running write
 147          * operation.
 148          *
 149          * The filesystem can store internal state (e.g. a sequence number) in
 150          * iomap->validity_cookie when the iomap is first mapped to be able to
 151          * detect changes between mapping time and whenever .iomap_valid() is
 152          * called.
 153          *
 154          * This is called with the folio over the specified file position held
 155          * locked by the iomap code.
 156          */
 157         bool (*iomap_valid)(struct inode *inode, const struct iomap *iomap);
 158 };
 159
 160 /*
 161  * Flags for iomap_begin / iomap_end.  No flag implies a read.
 162  */
 163 #define IOMAP_WRITE             (1 << 0) /* writing, must allocate blocks */
 164 #define IOMAP_ZERO              (1 << 1) /* zeroing operation, may skip holes */
 165 #define IOMAP_REPORT            (1 << 2) /* report extent status, e.g. FIEMAP */
 166 #define IOMAP_FAULT             (1 << 3) /* mapping for page fault */
 167 #define IOMAP_DIRECT            (1 << 4) /* direct I/O */
 168 #define IOMAP_NOWAIT            (1 << 5) /* do not block */
 169 #define IOMAP_OVERWRITE_ONLY    (1 << 6) /* only pure overwrites allowed */
 170 #define IOMAP_UNSHARE           (1 << 7) /* unshare_file_range */
 171 #ifdef CONFIG_FS_DAX
 172 #define IOMAP_DAX               (1 << 8) /* DAX mapping */
 173 #else
 174 #define IOMAP_DAX               0
 175 #endif /* CONFIG_FS_DAX */
 176
 177 struct iomap_ops {
 178         /*
 179          * Return the existing mapping at pos, or reserve space starting at
 180          * pos for up to length, as long as we can do it as a single mapping.
 181          * The actual length is returned in iomap->length.
 182          */
 183         int (*iomap_begin)(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t length,
 184                         unsigned flags, struct iomap *iomap,
 185                         struct iomap *srcmap);
 186
 187         /*
 188          * Commit and/or unreserve space previous allocated using iomap_begin.
 189          * Written indicates the length of the successful write operation which
 190          * needs to be commited, while the rest needs to be unreserved.
 191          * Written might be zero if no data was written.
 192          */
 193         int (*iomap_end)(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t length,
 194                         ssize_t written, unsigned flags, struct iomap *iomap);
 195 };
 196
 197 /**
 198  * struct iomap_iter - Iterate through a range of a file
 199  * @inode: Set at the start of the iteration and should not change.
 200  * @pos: The current file position we are operating on.  It is updated by
 201  *      calls to iomap_iter().  Treat as read-only in the body.
 202  * @len: The remaining length of the file segment we're operating on.
 203  *      It is updated at the same time as @pos.
 204  * @processed: The number of bytes processed by the body in the most recent
 205  *      iteration, or a negative errno. 0 causes the iteration to stop.
 206  * @flags: Zero or more of the iomap_begin flags above.
 207  * @iomap: Map describing the I/O iteration
 208  * @srcmap: Source map for COW operations
 209  */
 210 struct iomap_iter {
 211         struct inode *inode;
 212         loff_t pos;
 213         u64 len;
 214         s64 processed;
 215         unsigned flags;
 216         struct iomap iomap;
 217         struct iomap srcmap;
 218         void *private;
 219 };
 220
 221 int iomap_iter(struct iomap_iter *iter, const struct iomap_ops *ops);
 222
 223 /**
 224  * iomap_length - length of the current iomap iteration
 225  * @iter: iteration structure
 226  *
 227  * Returns the length that the operation applies to for the current iteration.
 228  */
 229 static inline u64 iomap_length(const struct iomap_iter *iter)
 230 {
 231         u64 end = iter->iomap.offset + iter->iomap.length;
 232
 233         if (iter->srcmap.type != IOMAP_HOLE)
 234                 end = min(end, iter->srcmap.offset + iter->srcmap.length);
 235         return min(iter->len, end - iter->pos);
 236 }
 237
 238 /**
 239  * iomap_iter_srcmap - return the source map for the current iomap iteration
 240  * @i: iteration structure
 241  *
 242  * Write operations on file systems with reflink support might require a
 243  * source and a destination map.  This function retourns the source map
 244  * for a given operation, which may or may no be identical to the destination
 245  * map in &i->iomap.
 246  */
 247 static inline const struct iomap *iomap_iter_srcmap(const struct iomap_iter *i)
 248 {
 249         if (i->srcmap.type != IOMAP_HOLE)
 250                 return &i->srcmap;
 251         return &i->iomap;
 252 }
 253
 254 ssize_t iomap_file_buffered_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from,
 255                 const struct iomap_ops *ops);
 256 int iomap_file_buffered_write_punch_delalloc(struct inode *inode,
 257                 struct iomap *iomap, loff_t pos, loff_t length, ssize_t written,
 258                 int (*punch)(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t length));
 259
 260 int iomap_read_folio(struct folio *folio, const struct iomap_ops *ops);
 261 void iomap_readahead(struct readahead_control *, const struct iomap_ops *ops);
 262 bool iomap_is_partially_uptodate(struct folio *, size_t from, size_t count);
 263 bool iomap_release_folio(struct folio *folio, gfp_t gfp_flags);
 264 void iomap_invalidate_folio(struct folio *folio, size_t offset, size_t len);
 265 int iomap_file_unshare(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t len,
 266                 const struct iomap_ops *ops);
 267 int iomap_zero_range(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t len,
 268                 bool *did_zero, const struct iomap_ops *ops);
 269 int iomap_truncate_page(struct inode *inode, loff_t pos, bool *did_zero,
 270                 const struct iomap_ops *ops);
 271 vm_fault_t iomap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf,
 272                         const struct iomap_ops *ops);
 273 int iomap_fiemap(struct inode *inode, struct fiemap_extent_info *fieinfo,
 274                 u64 start, u64 len, const struct iomap_ops *ops);
 275 loff_t iomap_seek_hole(struct inode *inode, loff_t offset,
 276                 const struct iomap_ops *ops);
 277 loff_t iomap_seek_data(struct inode *inode, loff_t offset,
 278                 const struct iomap_ops *ops);
 279 sector_t iomap_bmap(struct address_space *mapping, sector_t bno,
 280                 const struct iomap_ops *ops);
 281
 282 /*
 283  * Structure for writeback I/O completions.
 284  */
 285 struct iomap_ioend {
 286         struct list_head        io_list;        /* next ioend in chain */
 287         u16                     io_type;
 288         u16                     io_flags;       /* IOMAP_F_* */
 289         u32                     io_folios;      /* folios added to ioend */
 290         struct inode            *io_inode;      /* file being written to */
 291         size_t                  io_size;        /* size of the extent */
 292         loff_t                  io_offset;      /* offset in the file */
 293         sector_t                io_sector;      /* start sector of ioend */
 294         struct bio              *io_bio;        /* bio being built */
 295         struct bio              io_inline_bio;  /* MUST BE LAST! */
 296 };
 297
 298 struct iomap_writeback_ops {
 299         /*
 300          * Required, maps the blocks so that writeback can be performed on
 301          * the range starting at offset.
 302          */
 303         int (*map_blocks)(struct iomap_writepage_ctx *wpc, struct inode *inode,
 304                                 loff_t offset);
 305
 306         /*
 307          * Optional, allows the file systems to perform actions just before
 308          * submitting the bio and/or override the bio end_io handler for complex
 309          * operations like copy on write extent manipulation or unwritten extent
 310          * conversions.
 311          */
 312         int (*prepare_ioend)(struct iomap_ioend *ioend, int status);
 313
 314         /*
 315          * Optional, allows the file system to discard state on a page where
 316          * we failed to submit any I/O.
 317          */
 318         void (*discard_folio)(struct folio *folio, loff_t pos);
 319 };
 320
 321 struct iomap_writepage_ctx {
 322         struct iomap            iomap;
 323         struct iomap_ioend      *ioend;
 324         const struct iomap_writeback_ops *ops;
 325 };
 326
 327 void iomap_finish_ioends(struct iomap_ioend *ioend, int error);
 328 void iomap_ioend_try_merge(struct iomap_ioend *ioend,
 329                 struct list_head *more_ioends);
 330 void iomap_sort_ioends(struct list_head *ioend_list);
 331 int iomap_writepages(struct address_space *mapping,
 332                 struct writeback_control *wbc, struct iomap_writepage_ctx *wpc,
 333                 const struct iomap_writeback_ops *ops);
 334
 335 /*
 336  * Flags for direct I/O ->end_io:
 337  */
 338 #define IOMAP_DIO_UNWRITTEN     (1 << 0)        /* covers unwritten extent(s) */
 339 #define IOMAP_DIO_COW           (1 << 1)        /* covers COW extent(s) */
 340
 341 struct iomap_dio_ops {
 342         int (*end_io)(struct kiocb *iocb, ssize_t size, int error,
 343                       unsigned flags);
 344         void (*submit_io)(const struct iomap_iter *iter, struct bio *bio,
 345                           loff_t file_offset);
 346
 347         /*
 348          * Filesystems wishing to attach private information to a direct io bio
 349          * must provide a ->submit_io method that attaches the additional
 350          * information to the bio and changes the ->bi_end_io callback to a
 351          * custom function.  This function should, at a minimum, perform any
 352          * relevant post-processing of the bio and end with a call to
 353          * iomap_dio_bio_end_io.
 354          */
 355         struct bio_set *bio_set;
 356 };
 357
 358 /*
 359  * Wait for the I/O to complete in iomap_dio_rw even if the kiocb is not
 360  * synchronous.
 361  */
 362 #define IOMAP_DIO_FORCE_WAIT    (1 << 0)
 363
 364 /*
 365  * Do not allocate blocks or zero partial blocks, but instead fall back to
 366  * the caller by returning -EAGAIN.  Used to optimize direct I/O writes that
 367  * are not aligned to the file system block size.
 368   */
 369 #define IOMAP_DIO_OVERWRITE_ONLY        (1 << 1)
 370
 371 /*
 372  * When a page fault occurs, return a partial synchronous result and allow
 373  * the caller to retry the rest of the operation after dealing with the page
 374  * fault.
 375  */
 376 #define IOMAP_DIO_PARTIAL               (1 << 2)
 377
 378 /*
 379  * The caller will sync the write if needed; do not sync it within
 380  * iomap_dio_rw.  Overrides IOMAP_DIO_FORCE_WAIT.
 381  */
 382 #define IOMAP_DIO_NOSYNC                (1 << 3)
 383
 384 ssize_t iomap_dio_rw(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter,
 385                 const struct iomap_ops *ops, const struct iomap_dio_ops *dops,
 386                 unsigned int dio_flags, void *private, size_t done_before);
 387 struct iomap_dio *__iomap_dio_rw(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter,
 388                 const struct iomap_ops *ops, const struct iomap_dio_ops *dops,
 389                 unsigned int dio_flags, void *private, size_t done_before);
 390 ssize_t iomap_dio_complete(struct iomap_dio *dio);
 391 void iomap_dio_bio_end_io(struct bio *bio);
 392
 393 #ifdef CONFIG_SWAP
 394 struct file;
 395 struct swap_info_struct;
 396
 397 int iomap_swapfile_activate(struct swap_info_struct *sis,
 398                 struct file *swap_file, sector_t *pagespan,
 399                 const struct iomap_ops *ops);
 400 #else
 401 # define iomap_swapfile_activate(sis, swapfile, pagespan, ops)  (-EIO)
 402 #endif /* CONFIG_SWAP */
 403
 404 #endif /* LINUX_IOMAP_H */