drivers/block/loop.c

   1 /*
   2  *  linux/drivers/block/loop.c
   3  *
   4  *  Written by Theodore Ts'o, 3/29/93
   5  *
   6  * Copyright 1993 by Theodore Ts'o.  Redistribution of this file is
   7  * permitted under the GNU General Public License.
   8  *
   9  * DES encryption plus some minor changes by Werner Almesberger, 30-MAY-1993
  10  * more DES encryption plus IDEA encryption by Nicholas J. Leon, June 20, 1996
  11  *
  12  * Modularized and updated for 1.1.16 kernel - Mitch Dsouza 28th May 1994
  13  * Adapted for 1.3.59 kernel - Andries Brouwer, 1 Feb 1996
  14  *
  15  * Fixed do_loop_request() re-entrancy - Vincent.Renardias@waw.com Mar 20, 1997
  16  *
  17  * Added devfs support - Richard Gooch <rgooch@atnf.csiro.au> 16-Jan-1998
  18  *
  19  * Handle sparse backing files correctly - Kenn Humborg, Jun 28, 1998
  20  *
  21  * Loadable modules and other fixes by AK, 1998
  22  *
  23  * Make real block number available to downstream transfer functions, enables
  24  * CBC (and relatives) mode encryption requiring unique IVs per data block.
  25  * Reed H. Petty, rhp@draper.net
  26  *
  27  * Maximum number of loop devices now dynamic via max_loop module parameter.
  28  * Russell Kroll <rkroll@exploits.org> 19990701
  29  *
  30  * Maximum number of loop devices when compiled-in now selectable by passing
  31  * max_loop=<1-255> to the kernel on boot.
  32  * Erik I. Bolsø, <eriki@himolde.no>, Oct 31, 1999
  33  *
  34  * Completely rewrite request handling to be make_request_fn style and
  35  * non blocking, pushing work to a helper thread. Lots of fixes from
  36  * Al Viro too.
  37  * Jens Axboe <axboe@suse.de>, Nov 2000
  38  *
  39  * Support up to 256 loop devices
  40  * Heinz Mauelshagen <mge@sistina.com>, Feb 2002
  41  *
  42  * Support for falling back on the write file operation when the address space
  43  * operations write_begin is not available on the backing filesystem.
  44  * Anton Altaparmakov, 16 Feb 2005
  45  *
  46  * Still To Fix:
  47  * - Advisory locking is ignored here.
  48  * - Should use an own CAP_* category instead of CAP_SYS_ADMIN
  49  *
  50  */
  51
  52 #include <linux/module.h>
  53 #include <linux/moduleparam.h>
  54 #include <linux/sched.h>
  55 #include <linux/fs.h>
  56 #include <linux/file.h>
  57 #include <linux/stat.h>
  58 #include <linux/errno.h>
  59 #include <linux/major.h>
  60 #include <linux/wait.h>
  61 #include <linux/blkdev.h>
  62 #include <linux/blkpg.h>
  63 #include <linux/init.h>
  64 #include <linux/swap.h>
  65 #include <linux/slab.h>
  66 #include <linux/compat.h>
  67 #include <linux/suspend.h>
  68 #include <linux/freezer.h>
  69 #include <linux/mutex.h>
  70 #include <linux/writeback.h>
  71 #include <linux/completion.h>
  72 #include <linux/highmem.h>
  73 #include <linux/kthread.h>
  74 #include <linux/splice.h>
  75 #include <linux/sysfs.h>
  76 #include <linux/miscdevice.h>
  77 #include <linux/falloc.h>
  78 #include <linux/uio.h>
  79 #include <linux/ioprio.h>
  80 #include <linux/blk-cgroup.h>
  81
  82 #include "loop.h"
  83
  84 #include <linux/uaccess.h>
  85
  86 static DEFINE_IDR(loop_index_idr);
  87 static DEFINE_MUTEX(loop_ctl_mutex);
  88
  89 static int max_part;
  90 static int part_shift;
  91
  92 static int transfer_xor(struct loop_device *lo, int cmd,
  93                         struct page *raw_page, unsigned raw_off,
  94                         struct page *loop_page, unsigned loop_off,
  95                         int size, sector_t real_block)
  96 {
  97         char *raw_buf = kmap_atomic(raw_page) + raw_off;
  98         char *loop_buf = kmap_atomic(loop_page) + loop_off;
  99         char *in, *out, *key;
 100         int i, keysize;
 101
 102         if (cmd == READ) {
 103                 in = raw_buf;
 104                 out = loop_buf;
 105         } else {
 106                 in = loop_buf;
 107                 out = raw_buf;
 108         }
 109
 110         key = lo->lo_encrypt_key;
 111         keysize = lo->lo_encrypt_key_size;
 112         for (i = 0; i < size; i++)
 113                 *out++ = *in++ ^ key[(i & 511) % keysize];
 114
 115         kunmap_atomic(loop_buf);
 116         kunmap_atomic(raw_buf);
 117         cond_resched();
 118         return 0;
 119 }
 120
 121 static int xor_init(struct loop_device *lo, const struct loop_info64 *info)
 122 {
 123         if (unlikely(info->lo_encrypt_key_size <= 0))
 124                 return -EINVAL;
 125         return 0;
 126 }
 127
 128 static struct loop_func_table none_funcs = {
 129         .number = LO_CRYPT_NONE,
 130 };
 131
 132 static struct loop_func_table xor_funcs = {
 133         .number = LO_CRYPT_XOR,
 134         .transfer = transfer_xor,
 135         .init = xor_init
 136 };
 137
 138 /* xfer_funcs[0] is special - its release function is never called */
 139 static struct loop_func_table *xfer_funcs[MAX_LO_CRYPT] = {
 140         &none_funcs,
 141         &xor_funcs
 142 };
 143
 144 static loff_t get_size(loff_t offset, loff_t sizelimit, struct file *file)
 145 {
 146         loff_t loopsize;
 147
 148         /* Compute loopsize in bytes */
 149         loopsize = i_size_read(file->f_mapping->host);
 150         if (offset > 0)
 151                 loopsize -= offset;
 152         /* offset is beyond i_size, weird but possible */
 153         if (loopsize < 0)
 154                 return 0;
 155
 156         if (sizelimit > 0 && sizelimit < loopsize)
 157                 loopsize = sizelimit;
 158         /*
 159          * Unfortunately, if we want to do I/O on the device,
 160          * the number of 512-byte sectors has to fit into a sector_t.
 161          */
 162         return loopsize >> 9;
 163 }
 164
 165 static loff_t get_loop_size(struct loop_device *lo, struct file *file)
 166 {
 167         return get_size(lo->lo_offset, lo->lo_sizelimit, file);
 168 }
 169
 170 static void __loop_update_dio(struct loop_device *lo, bool dio)
 171 {
 172         struct file *file = lo->lo_backing_file;
 173         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
 174         struct inode *inode = mapping->host;
 175         unsigned short sb_bsize = 0;
 176         unsigned dio_align = 0;
 177         bool use_dio;
 178
 179         if (inode->i_sb->s_bdev) {
 180                 sb_bsize = bdev_logical_block_size(inode->i_sb->s_bdev);
 181                 dio_align = sb_bsize - 1;
 182         }
 183
 184         /*
 185          * We support direct I/O only if lo_offset is aligned with the
 186          * logical I/O size of backing device, and the logical block
 187          * size of loop is bigger than the backing device's and the loop
 188          * needn't transform transfer.
 189          *
 190          * TODO: the above condition may be loosed in the future, and
 191          * direct I/O may be switched runtime at that time because most
 192          * of requests in sane applications should be PAGE_SIZE aligned
 193          */
 194         if (dio) {
 195                 if (queue_logical_block_size(lo->lo_queue) >= sb_bsize &&
 196                                 !(lo->lo_offset & dio_align) &&
 197                                 mapping->a_ops->direct_IO &&
 198                                 !lo->transfer)
 199                         use_dio = true;
 200                 else
 201                         use_dio = false;
 202         } else {
 203                 use_dio = false;
 204         }
 205
 206         if (lo->use_dio == use_dio)
 207                 return;
 208
 209         /* flush dirty pages before changing direct IO */
 210         vfs_fsync(file, 0);
 211
 212         /*
 213          * The flag of LO_FLAGS_DIRECT_IO is handled similarly with
 214          * LO_FLAGS_READ_ONLY, both are set from kernel, and losetup
 215          * will get updated by ioctl(LOOP_GET_STATUS)
 216          */
 217         if (lo->lo_state == Lo_bound)
 218                 blk_mq_freeze_queue(lo->lo_queue);
 219         lo->use_dio = use_dio;
 220         if (use_dio) {
 221                 blk_queue_flag_clear(QUEUE_FLAG_NOMERGES, lo->lo_queue);
 222                 lo->lo_flags |= LO_FLAGS_DIRECT_IO;
 223         } else {
 224                 blk_queue_flag_set(QUEUE_FLAG_NOMERGES, lo->lo_queue);
 225                 lo->lo_flags &= ~LO_FLAGS_DIRECT_IO;
 226         }
 227         if (lo->lo_state == Lo_bound)
 228                 blk_mq_unfreeze_queue(lo->lo_queue);
 229 }
 230
 231 /**
 232  * loop_validate_block_size() - validates the passed in block size
 233  * @bsize: size to validate
 234  */
 235 static int
 236 loop_validate_block_size(unsigned short bsize)
 237 {
 238         if (bsize < 512 || bsize > PAGE_SIZE || !is_power_of_2(bsize))
 239                 return -EINVAL;
 240
 241         return 0;
 242 }
 243
 244 /**
 245  * loop_set_size() - sets device size and notifies userspace
 246  * @lo: struct loop_device to set the size for
 247  * @size: new size of the loop device
 248  *
 249  * Callers must validate that the size passed into this function fits into
 250  * a sector_t, eg using loop_validate_size()
 251  */
 252 static void loop_set_size(struct loop_device *lo, loff_t size)
 253 {
 254         if (!set_capacity_and_notify(lo->lo_disk, size))
 255                 kobject_uevent(&disk_to_dev(lo->lo_disk)->kobj, KOBJ_CHANGE);
 256 }
 257
 258 static inline int
 259 lo_do_transfer(struct loop_device *lo, int cmd,
 260                struct page *rpage, unsigned roffs,
 261                struct page *lpage, unsigned loffs,
 262                int size, sector_t rblock)
 263 {
 264         int ret;
 265
 266         ret = lo->transfer(lo, cmd, rpage, roffs, lpage, loffs, size, rblock);
 267         if (likely(!ret))
 268                 return 0;
 269
 270         printk_ratelimited(KERN_ERR
 271                 "loop: Transfer error at byte offset %llu, length %i.\n",
 272                 (unsigned long long)rblock << 9, size);
 273         return ret;
 274 }
 275
 276 static int lo_write_bvec(struct file *file, struct bio_vec *bvec, loff_t *ppos)
 277 {
 278         struct iov_iter i;
 279         ssize_t bw;
 280
 281         iov_iter_bvec(&i, WRITE, bvec, 1, bvec->bv_len);
 282
 283         file_start_write(file);
 284         bw = vfs_iter_write(file, &i, ppos, 0);
 285         file_end_write(file);
 286
 287         if (likely(bw ==  bvec->bv_len))
 288                 return 0;
 289
 290         printk_ratelimited(KERN_ERR
 291                 "loop: Write error at byte offset %llu, length %i.\n",
 292                 (unsigned long long)*ppos, bvec->bv_len);
 293         if (bw >= 0)
 294                 bw = -EIO;
 295         return bw;
 296 }
 297
 298 static int lo_write_simple(struct loop_device *lo, struct request *rq,
 299                 loff_t pos)
 300 {
 301         struct bio_vec bvec;
 302         struct req_iterator iter;
 303         int ret = 0;
 304
 305         rq_for_each_segment(bvec, rq, iter) {
 306                 ret = lo_write_bvec(lo->lo_backing_file, &bvec, &pos);
 307                 if (ret < 0)
 308                         break;
 309                 cond_resched();
 310         }
 311
 312         return ret;
 313 }
 314
 315 /*
 316  * This is the slow, transforming version that needs to double buffer the
 317  * data as it cannot do the transformations in place without having direct
 318  * access to the destination pages of the backing file.
 319  */
 320 static int lo_write_transfer(struct loop_device *lo, struct request *rq,
 321                 loff_t pos)
 322 {
 323         struct bio_vec bvec, b;
 324         struct req_iterator iter;
 325         struct page *page;
 326         int ret = 0;
 327
 328         page = alloc_page(GFP_NOIO);
 329         if (unlikely(!page))
 330                 return -ENOMEM;
 331
 332         rq_for_each_segment(bvec, rq, iter) {
 333                 ret = lo_do_transfer(lo, WRITE, page, 0, bvec.bv_page,
 334                         bvec.bv_offset, bvec.bv_len, pos >> 9);
 335                 if (unlikely(ret))
 336                         break;
 337
 338                 b.bv_page = page;
 339                 b.bv_offset = 0;
 340                 b.bv_len = bvec.bv_len;
 341                 ret = lo_write_bvec(lo->lo_backing_file, &b, &pos);
 342                 if (ret < 0)
 343                         break;
 344         }
 345
 346         __free_page(page);
 347         return ret;
 348 }
 349
 350 static int lo_read_simple(struct loop_device *lo, struct request *rq,
 351                 loff_t pos)
 352 {
 353         struct bio_vec bvec;
 354         struct req_iterator iter;
 355         struct iov_iter i;
 356         ssize_t len;
 357
 358         rq_for_each_segment(bvec, rq, iter) {
 359                 iov_iter_bvec(&i, READ, &bvec, 1, bvec.bv_len);
 360                 len = vfs_iter_read(lo->lo_backing_file, &i, &pos, 0);
 361                 if (len < 0)
 362                         return len;
 363
 364                 flush_dcache_page(bvec.bv_page);
 365
 366                 if (len != bvec.bv_len) {
 367                         struct bio *bio;
 368
 369                         __rq_for_each_bio(bio, rq)
 370                                 zero_fill_bio(bio);
 371                         break;
 372                 }
 373                 cond_resched();
 374         }
 375
 376         return 0;
 377 }
 378
 379 static int lo_read_transfer(struct loop_device *lo, struct request *rq,
 380                 loff_t pos)
 381 {
 382         struct bio_vec bvec, b;
 383         struct req_iterator iter;
 384         struct iov_iter i;
 385         struct page *page;
 386         ssize_t len;
 387         int ret = 0;
 388
 389         page = alloc_page(GFP_NOIO);
 390         if (unlikely(!page))
 391                 return -ENOMEM;
 392
 393         rq_for_each_segment(bvec, rq, iter) {
 394                 loff_t offset = pos;
 395
 396                 b.bv_page = page;
 397                 b.bv_offset = 0;
 398                 b.bv_len = bvec.bv_len;
 399
 400                 iov_iter_bvec(&i, READ, &b, 1, b.bv_len);
 401                 len = vfs_iter_read(lo->lo_backing_file, &i, &pos, 0);
 402                 if (len < 0) {
 403                         ret = len;
 404                         goto out_free_page;
 405                 }
 406
 407                 ret = lo_do_transfer(lo, READ, page, 0, bvec.bv_page,
 408                         bvec.bv_offset, len, offset >> 9);
 409                 if (ret)
 410                         goto out_free_page;
 411
 412                 flush_dcache_page(bvec.bv_page);
 413
 414                 if (len != bvec.bv_len) {
 415                         struct bio *bio;
 416
 417                         __rq_for_each_bio(bio, rq)
 418                                 zero_fill_bio(bio);
 419                         break;
 420                 }
 421         }
 422
 423         ret = 0;
 424 out_free_page:
 425         __free_page(page);
 426         return ret;
 427 }
 428
 429 static int lo_fallocate(struct loop_device *lo, struct request *rq, loff_t pos,
 430                         int mode)
 431 {
 432         /*
 433          * We use fallocate to manipulate the space mappings used by the image
 434          * a.k.a. discard/zerorange. However we do not support this if
 435          * encryption is enabled, because it may give an attacker useful
 436          * information.
 437          */
 438         struct file *file = lo->lo_backing_file;
 439         struct request_queue *q = lo->lo_queue;
 440         int ret;
 441
 442         mode |= FALLOC_FL_KEEP_SIZE;
 443
 444         if (!blk_queue_discard(q)) {
 445                 ret = -EOPNOTSUPP;
 446                 goto out;
 447         }
 448
 449         ret = file->f_op->fallocate(file, mode, pos, blk_rq_bytes(rq));
 450         if (unlikely(ret && ret != -EINVAL && ret != -EOPNOTSUPP))
 451                 ret = -EIO;
 452  out:
 453         return ret;
 454 }
 455
 456 static int lo_req_flush(struct loop_device *lo, struct request *rq)
 457 {
 458         struct file *file = lo->lo_backing_file;
 459         int ret = vfs_fsync(file, 0);
 460         if (unlikely(ret && ret != -EINVAL))
 461                 ret = -EIO;
 462
 463         return ret;
 464 }
 465
 466 static void lo_complete_rq(struct request *rq)
 467 {
 468         struct loop_cmd *cmd = blk_mq_rq_to_pdu(rq);
 469         blk_status_t ret = BLK_STS_OK;
 470
 471         if (!cmd->use_aio || cmd->ret < 0 || cmd->ret == blk_rq_bytes(rq) ||
 472             req_op(rq) != REQ_OP_READ) {
 473                 if (cmd->ret < 0)
 474                         ret = errno_to_blk_status(cmd->ret);
 475                 goto end_io;
 476         }
 477
 478         /*
 479          * Short READ - if we got some data, advance our request and
 480          * retry it. If we got no data, end the rest with EIO.
 481          */
 482         if (cmd->ret) {
 483                 blk_update_request(rq, BLK_STS_OK, cmd->ret);
 484                 cmd->ret = 0;
 485                 blk_mq_requeue_request(rq, true);
 486         } else {
 487                 if (cmd->use_aio) {
 488                         struct bio *bio = rq->bio;
 489
 490                         while (bio) {
 491                                 zero_fill_bio(bio);
 492                                 bio = bio->bi_next;
 493                         }
 494                 }
 495                 ret = BLK_STS_IOERR;
 496 end_io:
 497                 blk_mq_end_request(rq, ret);
 498         }
 499 }
 500
 501 static void lo_rw_aio_do_completion(struct loop_cmd *cmd)
 502 {
 503         struct request *rq = blk_mq_rq_from_pdu(cmd);
 504
 505         if (!atomic_dec_and_test(&cmd->ref))
 506                 return;
 507         kfree(cmd->bvec);
 508         cmd->bvec = NULL;
 509         if (likely(!blk_should_fake_timeout(rq->q)))
 510                 blk_mq_complete_request(rq);
 511 }
 512
 513 static void lo_rw_aio_complete(struct kiocb *iocb, long ret, long ret2)
 514 {
 515         struct loop_cmd *cmd = container_of(iocb, struct loop_cmd, iocb);
 516
 517         if (cmd->css)
 518                 css_put(cmd->css);
 519         cmd->ret = ret;
 520         lo_rw_aio_do_completion(cmd);
 521 }
 522
 523 static int lo_rw_aio(struct loop_device *lo, struct loop_cmd *cmd,
 524                      loff_t pos, bool rw)
 525 {
 526         struct iov_iter iter;
 527         struct req_iterator rq_iter;
 528         struct bio_vec *bvec;
 529         struct request *rq = blk_mq_rq_from_pdu(cmd);
 530         struct bio *bio = rq->bio;
 531         struct file *file = lo->lo_backing_file;
 532         struct bio_vec tmp;
 533         unsigned int offset;
 534         int nr_bvec = 0;
 535         int ret;
 536
 537         rq_for_each_bvec(tmp, rq, rq_iter)
 538                 nr_bvec++;
 539
 540         if (rq->bio != rq->biotail) {
 541
 542                 bvec = kmalloc_array(nr_bvec, sizeof(struct bio_vec),
 543                                      GFP_NOIO);
 544                 if (!bvec)
 545                         return -EIO;
 546                 cmd->bvec = bvec;
 547
 548                 /*
 549                  * The bios of the request may be started from the middle of
 550                  * the 'bvec' because of bio splitting, so we can't directly
 551                  * copy bio->bi_iov_vec to new bvec. The rq_for_each_bvec
 552                  * API will take care of all details for us.
 553                  */
 554                 rq_for_each_bvec(tmp, rq, rq_iter) {
 555                         *bvec = tmp;
 556                         bvec++;
 557                 }
 558                 bvec = cmd->bvec;
 559                 offset = 0;
 560         } else {
 561                 /*
 562                  * Same here, this bio may be started from the middle of the
 563                  * 'bvec' because of bio splitting, so offset from the bvec
 564                  * must be passed to iov iterator
 565                  */
 566                 offset = bio->bi_iter.bi_bvec_done;
 567                 bvec = __bvec_iter_bvec(bio->bi_io_vec, bio->bi_iter);
 568         }
 569         atomic_set(&cmd->ref, 2);
 570
 571         iov_iter_bvec(&iter, rw, bvec, nr_bvec, blk_rq_bytes(rq));
 572         iter.iov_offset = offset;
 573
 574         cmd->iocb.ki_pos = pos;
 575         cmd->iocb.ki_filp = file;
 576         cmd->iocb.ki_complete = lo_rw_aio_complete;
 577         cmd->iocb.ki_flags = IOCB_DIRECT;
 578         cmd->iocb.ki_ioprio = IOPRIO_PRIO_VALUE(IOPRIO_CLASS_NONE, 0);
 579         if (cmd->css)
 580                 kthread_associate_blkcg(cmd->css);
 581
 582         if (rw == WRITE)
 583                 ret = call_write_iter(file, &cmd->iocb, &iter);
 584         else
 585                 ret = call_read_iter(file, &cmd->iocb, &iter);
 586
 587         lo_rw_aio_do_completion(cmd);
 588         kthread_associate_blkcg(NULL);
 589
 590         if (ret != -EIOCBQUEUED)
 591                 cmd->iocb.ki_complete(&cmd->iocb, ret, 0);
 592         return 0;
 593 }
 594
 595 static int do_req_filebacked(struct loop_device *lo, struct request *rq)
 596 {
 597         struct loop_cmd *cmd = blk_mq_rq_to_pdu(rq);
 598         loff_t pos = ((loff_t) blk_rq_pos(rq) << 9) + lo->lo_offset;
 599
 600         /*
 601          * lo_write_simple and lo_read_simple should have been covered
 602          * by io submit style function like lo_rw_aio(), one blocker
 603          * is that lo_read_simple() need to call flush_dcache_page after
 604          * the page is written from kernel, and it isn't easy to handle
 605          * this in io submit style function which submits all segments
 606          * of the req at one time. And direct read IO doesn't need to
 607          * run flush_dcache_page().
 608          */
 609         switch (req_op(rq)) {
 610         case REQ_OP_FLUSH:
 611                 return lo_req_flush(lo, rq);
 612         case REQ_OP_WRITE_ZEROES:
 613                 /*
 614                  * If the caller doesn't want deallocation, call zeroout to
 615                  * write zeroes the range.  Otherwise, punch them out.
 616                  */
 617                 return lo_fallocate(lo, rq, pos,
 618                         (rq->cmd_flags & REQ_NOUNMAP) ?
 619                                 FALLOC_FL_ZERO_RANGE :
 620                                 FALLOC_FL_PUNCH_HOLE);
 621         case REQ_OP_DISCARD:
 622                 return lo_fallocate(lo, rq, pos, FALLOC_FL_PUNCH_HOLE);
 623         case REQ_OP_WRITE:
 624                 if (lo->transfer)
 625                         return lo_write_transfer(lo, rq, pos);
 626                 else if (cmd->use_aio)
 627                         return lo_rw_aio(lo, cmd, pos, WRITE);
 628                 else
 629                         return lo_write_simple(lo, rq, pos);
 630         case REQ_OP_READ:
 631                 if (lo->transfer)
 632                         return lo_read_transfer(lo, rq, pos);
 633                 else if (cmd->use_aio)
 634                         return lo_rw_aio(lo, cmd, pos, READ);
 635                 else
 636                         return lo_read_simple(lo, rq, pos);
 637         default:
 638                 WARN_ON_ONCE(1);
 639                 return -EIO;
 640         }
 641 }
 642
 643 static inline void loop_update_dio(struct loop_device *lo)
 644 {
 645         __loop_update_dio(lo, (lo->lo_backing_file->f_flags & O_DIRECT) |
 646                                 lo->use_dio);
 647 }
 648
 649 static void loop_reread_partitions(struct loop_device *lo,
 650                                    struct block_device *bdev)
 651 {
 652         int rc;
 653
 654         mutex_lock(&bdev->bd_mutex);
 655         rc = bdev_disk_changed(bdev, false);
 656         mutex_unlock(&bdev->bd_mutex);
 657         if (rc)
 658                 pr_warn("%s: partition scan of loop%d (%s) failed (rc=%d)\n",
 659                         __func__, lo->lo_number, lo->lo_file_name, rc);
 660 }
 661
 662 static inline int is_loop_device(struct file *file)
 663 {
 664         struct inode *i = file->f_mapping->host;
 665
 666         return i && S_ISBLK(i->i_mode) && MAJOR(i->i_rdev) == LOOP_MAJOR;
 667 }
 668
 669 static int loop_validate_file(struct file *file, struct block_device *bdev)
 670 {
 671         struct inode    *inode = file->f_mapping->host;
 672         struct file     *f = file;
 673
 674         /* Avoid recursion */
 675         while (is_loop_device(f)) {
 676                 struct loop_device *l;
 677
 678                 if (f->f_mapping->host->i_rdev == bdev->bd_dev)
 679                         return -EBADF;
 680
 681                 l = I_BDEV(f->f_mapping->host)->bd_disk->private_data;
 682                 if (l->lo_state != Lo_bound) {
 683                         return -EINVAL;
 684                 }
 685                 f = l->lo_backing_file;
 686         }
 687         if (!S_ISREG(inode->i_mode) && !S_ISBLK(inode->i_mode))
 688                 return -EINVAL;
 689         return 0;
 690 }
 691
 692 /*
 693  * loop_change_fd switched the backing store of a loopback device to
 694  * a new file. This is useful for operating system installers to free up
 695  * the original file and in High Availability environments to switch to
 696  * an alternative location for the content in case of server meltdown.
 697  * This can only work if the loop device is used read-only, and if the
 698  * new backing store is the same size and type as the old backing store.
 699  */
 700 static int loop_change_fd(struct loop_device *lo, struct block_device *bdev,
 701                           unsigned int arg)
 702 {
 703         struct file     *file = NULL, *old_file;
 704         int             error;
 705         bool            partscan;
 706
 707         error = mutex_lock_killable(&loop_ctl_mutex);
 708         if (error)
 709                 return error;
 710         error = -ENXIO;
 711         if (lo->lo_state != Lo_bound)
 712                 goto out_err;
 713
 714         /* the loop device has to be read-only */
 715         error = -EINVAL;
 716         if (!(lo->lo_flags & LO_FLAGS_READ_ONLY))
 717                 goto out_err;
 718
 719         error = -EBADF;
 720         file = fget(arg);
 721         if (!file)
 722                 goto out_err;
 723
 724         error = loop_validate_file(file, bdev);
 725         if (error)
 726                 goto out_err;
 727
 728         old_file = lo->lo_backing_file;
 729
 730         error = -EINVAL;
 731
 732         /* size of the new backing store needs to be the same */
 733         if (get_loop_size(lo, file) != get_loop_size(lo, old_file))
 734                 goto out_err;
 735
 736         /* and ... switch */
 737         blk_mq_freeze_queue(lo->lo_queue);
 738         mapping_set_gfp_mask(old_file->f_mapping, lo->old_gfp_mask);
 739         lo->lo_backing_file = file;
 740         lo->old_gfp_mask = mapping_gfp_mask(file->f_mapping);
 741         mapping_set_gfp_mask(file->f_mapping,
 742                              lo->old_gfp_mask & ~(__GFP_IO|__GFP_FS));
 743         loop_update_dio(lo);
 744         blk_mq_unfreeze_queue(lo->lo_queue);
 745         partscan = lo->lo_flags & LO_FLAGS_PARTSCAN;
 746         mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
 747         /*
 748          * We must drop file reference outside of loop_ctl_mutex as dropping
 749          * the file ref can take bd_mutex which creates circular locking
 750          * dependency.
 751          */
 752         fput(old_file);
 753         if (partscan)
 754                 loop_reread_partitions(lo, bdev);
 755         return 0;
 756
 757 out_err:
 758         mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
 759         if (file)
 760                 fput(file);
 761         return error;
 762 }
 763
 764 /* loop sysfs attributes */
 765
 766 static ssize_t loop_attr_show(struct device *dev, char *page,
 767                               ssize_t (*callback)(struct loop_device *, char *))
 768 {
 769         struct gendisk *disk = dev_to_disk(dev);
 770         struct loop_device *lo = disk->private_data;
 771
 772         return callback(lo, page);
 773 }
 774
 775 #define LOOP_ATTR_RO(_name)                                             \
 776 static ssize_t loop_attr_##_name##_show(struct loop_device *, char *);  \
 777 static ssize_t loop_attr_do_show_##_name(struct device *d,              \
 778                                 struct device_attribute *attr, char *b) \
 779 {                                                                       \
 780         return loop_attr_show(d, b, loop_attr_##_name##_show);          \
 781 }                                                                       \
 782 static struct device_attribute loop_attr_##_name =                      \
 783         __ATTR(_name, 0444, loop_attr_do_show_##_name, NULL);
 784
 785 static ssize_t loop_attr_backing_file_show(struct loop_device *lo, char *buf)
 786 {
 787         ssize_t ret;
 788         char *p = NULL;
 789
 790         spin_lock_irq(&lo->lo_lock);
 791         if (lo->lo_backing_file)
 792                 p = file_path(lo->lo_backing_file, buf, PAGE_SIZE - 1);
 793         spin_unlock_irq(&lo->lo_lock);
 794
 795         if (IS_ERR_OR_NULL(p))
 796                 ret = PTR_ERR(p);
 797         else {
 798                 ret = strlen(p);
 799                 memmove(buf, p, ret);
 800                 buf[ret++] = '\n';
 801                 buf[ret] = 0;
 802         }
 803
 804         return ret;
 805 }
 806
 807 static ssize_t loop_attr_offset_show(struct loop_device *lo, char *buf)
 808 {
 809         return sprintf(buf, "%llu\n", (unsigned long long)lo->lo_offset);
 810 }
 811
 812 static ssize_t loop_attr_sizelimit_show(struct loop_device *lo, char *buf)
 813 {
 814         return sprintf(buf, "%llu\n", (unsigned long long)lo->lo_sizelimit);
 815 }
 816
 817 static ssize_t loop_attr_autoclear_show(struct loop_device *lo, char *buf)
 818 {
 819         int autoclear = (lo->lo_flags & LO_FLAGS_AUTOCLEAR);
 820
 821         return sprintf(buf, "%s\n", autoclear ? "1" : "0");
 822 }
 823
 824 static ssize_t loop_attr_partscan_show(struct loop_device *lo, char *buf)
 825 {
 826         int partscan = (lo->lo_flags & LO_FLAGS_PARTSCAN);
 827
 828         return sprintf(buf, "%s\n", partscan ? "1" : "0");
 829 }
 830
 831 static ssize_t loop_attr_dio_show(struct loop_device *lo, char *buf)
 832 {
 833         int dio = (lo->lo_flags & LO_FLAGS_DIRECT_IO);
 834
 835         return sprintf(buf, "%s\n", dio ? "1" : "0");
 836 }
 837
 838 LOOP_ATTR_RO(backing_file);
 839 LOOP_ATTR_RO(offset);
 840 LOOP_ATTR_RO(sizelimit);
 841 LOOP_ATTR_RO(autoclear);
 842 LOOP_ATTR_RO(partscan);
 843 LOOP_ATTR_RO(dio);
 844
 845 static struct attribute *loop_attrs[] = {
 846         &loop_attr_backing_file.attr,
 847         &loop_attr_offset.attr,
 848         &loop_attr_sizelimit.attr,
 849         &loop_attr_autoclear.attr,
 850         &loop_attr_partscan.attr,
 851         &loop_attr_dio.attr,
 852         NULL,
 853 };
 854
 855 static struct attribute_group loop_attribute_group = {
 856         .name = "loop",
 857         .attrs= loop_attrs,
 858 };
 859
 860 static void loop_sysfs_init(struct loop_device *lo)
 861 {
 862         lo->sysfs_inited = !sysfs_create_group(&disk_to_dev(lo->lo_disk)->kobj,
 863                                                 &loop_attribute_group);
 864 }
 865
 866 static void loop_sysfs_exit(struct loop_device *lo)
 867 {
 868         if (lo->sysfs_inited)
 869                 sysfs_remove_group(&disk_to_dev(lo->lo_disk)->kobj,
 870                                    &loop_attribute_group);
 871 }
 872
 873 static void loop_config_discard(struct loop_device *lo)
 874 {
 875         struct file *file = lo->lo_backing_file;
 876         struct inode *inode = file->f_mapping->host;
 877         struct request_queue *q = lo->lo_queue;
 878         u32 granularity, max_discard_sectors;
 879
 880         /*
 881          * If the backing device is a block device, mirror its zeroing
 882          * capability. Set the discard sectors to the block device's zeroing
 883          * capabilities because loop discards result in blkdev_issue_zeroout(),
 884          * not blkdev_issue_discard(). This maintains consistent behavior with
 885          * file-backed loop devices: discarded regions read back as zero.
 886          */
 887         if (S_ISBLK(inode->i_mode) && !lo->lo_encrypt_key_size) {
 888                 struct request_queue *backingq = bdev_get_queue(I_BDEV(inode));
 889
 890                 max_discard_sectors = backingq->limits.max_write_zeroes_sectors;
 891                 granularity = backingq->limits.discard_granularity ?:
 892                         queue_physical_block_size(backingq);
 893
 894         /*
 895          * We use punch hole to reclaim the free space used by the
 896          * image a.k.a. discard. However we do not support discard if
 897          * encryption is enabled, because it may give an attacker
 898          * useful information.
 899          */
 900         } else if (!file->f_op->fallocate || lo->lo_encrypt_key_size) {
 901                 max_discard_sectors = 0;
 902                 granularity = 0;
 903
 904         } else {
 905                 max_discard_sectors = UINT_MAX >> 9;
 906                 granularity = inode->i_sb->s_blocksize;
 907         }
 908
 909         if (max_discard_sectors) {
 910                 q->limits.discard_granularity = granularity;
 911                 blk_queue_max_discard_sectors(q, max_discard_sectors);
 912                 blk_queue_max_write_zeroes_sectors(q, max_discard_sectors);
 913                 blk_queue_flag_set(QUEUE_FLAG_DISCARD, q);
 914         } else {
 915                 q->limits.discard_granularity = 0;
 916                 blk_queue_max_discard_sectors(q, 0);
 917                 blk_queue_max_write_zeroes_sectors(q, 0);
 918                 blk_queue_flag_clear(QUEUE_FLAG_DISCARD, q);
 919         }
 920         q->limits.discard_alignment = 0;
 921 }
 922
 923 static void loop_unprepare_queue(struct loop_device *lo)
 924 {
 925         kthread_flush_worker(&lo->worker);
 926         kthread_stop(lo->worker_task);
 927 }
 928
 929 static int loop_kthread_worker_fn(void *worker_ptr)
 930 {
 931         current->flags |= PF_LOCAL_THROTTLE | PF_MEMALLOC_NOIO;
 932         return kthread_worker_fn(worker_ptr);
 933 }
 934
 935 static int loop_prepare_queue(struct loop_device *lo)
 936 {
 937         kthread_init_worker(&lo->worker);
 938         lo->worker_task = kthread_run(loop_kthread_worker_fn,
 939                         &lo->worker, "loop%d", lo->lo_number);
 940         if (IS_ERR(lo->worker_task))
 941                 return -ENOMEM;
 942         set_user_nice(lo->worker_task, MIN_NICE);
 943         return 0;
 944 }
 945
 946 static void loop_update_rotational(struct loop_device *lo)
 947 {
 948         struct file *file = lo->lo_backing_file;
 949         struct inode *file_inode = file->f_mapping->host;
 950         struct block_device *file_bdev = file_inode->i_sb->s_bdev;
 951         struct request_queue *q = lo->lo_queue;
 952         bool nonrot = true;
 953
 954         /* not all filesystems (e.g. tmpfs) have a sb->s_bdev */
 955         if (file_bdev)
 956                 nonrot = blk_queue_nonrot(bdev_get_queue(file_bdev));
 957
 958         if (nonrot)
 959                 blk_queue_flag_set(QUEUE_FLAG_NONROT, q);
 960         else
 961                 blk_queue_flag_clear(QUEUE_FLAG_NONROT, q);
 962 }
 963
 964 static int
 965 loop_release_xfer(struct loop_device *lo)
 966 {
 967         int err = 0;
 968         struct loop_func_table *xfer = lo->lo_encryption;
 969
 970         if (xfer) {
 971                 if (xfer->release)
 972                         err = xfer->release(lo);
 973                 lo->transfer = NULL;
 974                 lo->lo_encryption = NULL;
 975                 module_put(xfer->owner);
 976         }
 977         return err;
 978 }
 979
 980 static int
 981 loop_init_xfer(struct loop_device *lo, struct loop_func_table *xfer,
 982                const struct loop_info64 *i)
 983 {
 984         int err = 0;
 985
 986         if (xfer) {
 987                 struct module *owner = xfer->owner;
 988
 989                 if (!try_module_get(owner))
 990                         return -EINVAL;
 991                 if (xfer->init)
 992                         err = xfer->init(lo, i);
 993                 if (err)
 994                         module_put(owner);
 995                 else
 996                         lo->lo_encryption = xfer;
 997         }
 998         return err;
 999 }
1000
1001 /**
1002  * loop_set_status_from_info - configure device from loop_info
1003  * @lo: struct loop_device to configure
1004  * @info: struct loop_info64 to configure the device with
1005  *
1006  * Configures the loop device parameters according to the passed
1007  * in loop_info64 configuration.
1008  */
1009 static int
1010 loop_set_status_from_info(struct loop_device *lo,
1011                           const struct loop_info64 *info)
1012 {
1013         int err;
1014         struct loop_func_table *xfer;
1015         kuid_t uid = current_uid();
1016
1017         if ((unsigned int) info->lo_encrypt_key_size > LO_KEY_SIZE)
1018                 return -EINVAL;
1019
1020         err = loop_release_xfer(lo);
1021         if (err)
1022                 return err;
1023
1024         if (info->lo_encrypt_type) {
1025                 unsigned int type = info->lo_encrypt_type;
1026
1027                 if (type >= MAX_LO_CRYPT)
1028                         return -EINVAL;
1029                 xfer = xfer_funcs[type];
1030                 if (xfer == NULL)
1031                         return -EINVAL;
1032         } else
1033                 xfer = NULL;
1034
1035         err = loop_init_xfer(lo, xfer, info);
1036         if (err)
1037                 return err;
1038
1039         lo->lo_offset = info->lo_offset;
1040         lo->lo_sizelimit = info->lo_sizelimit;
1041         memcpy(lo->lo_file_name, info->lo_file_name, LO_NAME_SIZE);
1042         memcpy(lo->lo_crypt_name, info->lo_crypt_name, LO_NAME_SIZE);
1043         lo->lo_file_name[LO_NAME_SIZE-1] = 0;
1044         lo->lo_crypt_name[LO_NAME_SIZE-1] = 0;
1045
1046         if (!xfer)
1047                 xfer = &none_funcs;
1048         lo->transfer = xfer->transfer;
1049         lo->ioctl = xfer->ioctl;
1050
1051         lo->lo_flags = info->lo_flags;
1052
1053         lo->lo_encrypt_key_size = info->lo_encrypt_key_size;
1054         lo->lo_init[0] = info->lo_init[0];
1055         lo->lo_init[1] = info->lo_init[1];
1056         if (info->lo_encrypt_key_size) {
1057                 memcpy(lo->lo_encrypt_key, info->lo_encrypt_key,
1058                        info->lo_encrypt_key_size);
1059                 lo->lo_key_owner = uid;
1060         }
1061
1062         return 0;
1063 }
1064
1065 static int loop_configure(struct loop_device *lo, fmode_t mode,
1066                           struct block_device *bdev,
1067                           const struct loop_config *config)
1068 {
1069         struct file     *file;
1070         struct inode    *inode;
1071         struct address_space *mapping;
1072         struct block_device *claimed_bdev = NULL;
1073         int             error;
1074         loff_t          size;
1075         bool            partscan;
1076         unsigned short  bsize;
1077
1078         /* This is safe, since we have a reference from open(). */
1079         __module_get(THIS_MODULE);
1080
1081         error = -EBADF;
1082         file = fget(config->fd);
1083         if (!file)
1084                 goto out;
1085
1086         /*
1087          * If we don't hold exclusive handle for the device, upgrade to it
1088          * here to avoid changing device under exclusive owner.
1089          */
1090         if (!(mode & FMODE_EXCL)) {
1091                 claimed_bdev = bdev->bd_contains;
1092                 error = bd_prepare_to_claim(bdev, claimed_bdev, loop_configure);
1093                 if (error)
1094                         goto out_putf;
1095         }
1096
1097         error = mutex_lock_killable(&loop_ctl_mutex);
1098         if (error)
1099                 goto out_bdev;
1100
1101         error = -EBUSY;
1102         if (lo->lo_state != Lo_unbound)
1103                 goto out_unlock;
1104
1105         error = loop_validate_file(file, bdev);
1106         if (error)
1107                 goto out_unlock;
1108
1109         mapping = file->f_mapping;
1110         inode = mapping->host;
1111
1112         if ((config->info.lo_flags & ~LOOP_CONFIGURE_SETTABLE_FLAGS) != 0) {
1113                 error = -EINVAL;
1114                 goto out_unlock;
1115         }
1116
1117         if (config->block_size) {
1118                 error = loop_validate_block_size(config->block_size);
1119                 if (error)
1120                         goto out_unlock;
1121         }
1122
1123         error = loop_set_status_from_info(lo, &config->info);
1124         if (error)
1125                 goto out_unlock;
1126
1127         if (!(file->f_mode & FMODE_WRITE) || !(mode & FMODE_WRITE) ||
1128             !file->f_op->write_iter)
1129                 lo->lo_flags |= LO_FLAGS_READ_ONLY;
1130
1131         error = loop_prepare_queue(lo);
1132         if (error)
1133                 goto out_unlock;
1134
1135         set_disk_ro(lo->lo_disk, (lo->lo_flags & LO_FLAGS_READ_ONLY) != 0);
1136
1137         lo->use_dio = lo->lo_flags & LO_FLAGS_DIRECT_IO;
1138         lo->lo_device = bdev;
1139         lo->lo_backing_file = file;
1140         lo->old_gfp_mask = mapping_gfp_mask(mapping);
1141         mapping_set_gfp_mask(mapping, lo->old_gfp_mask & ~(__GFP_IO|__GFP_FS));
1142
1143         if (!(lo->lo_flags & LO_FLAGS_READ_ONLY) && file->f_op->fsync)
1144                 blk_queue_write_cache(lo->lo_queue, true, false);
1145
1146         if (config->block_size)
1147                 bsize = config->block_size;
1148         else if ((lo->lo_backing_file->f_flags & O_DIRECT) && inode->i_sb->s_bdev)
1149                 /* In case of direct I/O, match underlying block size */
1150                 bsize = bdev_logical_block_size(inode->i_sb->s_bdev);
1151         else
1152                 bsize = 512;
1153
1154         blk_queue_logical_block_size(lo->lo_queue, bsize);
1155         blk_queue_physical_block_size(lo->lo_queue, bsize);
1156         blk_queue_io_min(lo->lo_queue, bsize);
1157
1158         loop_update_rotational(lo);
1159         loop_update_dio(lo);
1160         loop_sysfs_init(lo);
1161
1162         size = get_loop_size(lo, file);
1163         loop_set_size(lo, size);
1164
1165         lo->lo_state = Lo_bound;
1166         if (part_shift)
1167                 lo->lo_flags |= LO_FLAGS_PARTSCAN;
1168         partscan = lo->lo_flags & LO_FLAGS_PARTSCAN;
1169         if (partscan)
1170                 lo->lo_disk->flags &= ~GENHD_FL_NO_PART_SCAN;
1171
1172         /* Grab the block_device to prevent its destruction after we
1173          * put /dev/loopXX inode. Later in __loop_clr_fd() we bdput(bdev).
1174          */
1175         bdgrab(bdev);
1176         mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
1177         if (partscan)
1178                 loop_reread_partitions(lo, bdev);
1179         if (claimed_bdev)
1180                 bd_abort_claiming(bdev, claimed_bdev, loop_configure);
1181         return 0;
1182
1183 out_unlock:
1184         mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
1185 out_bdev:
1186         if (claimed_bdev)
1187                 bd_abort_claiming(bdev, claimed_bdev, loop_configure);
1188 out_putf:
1189         fput(file);
1190 out:
1191         /* This is safe: open() is still holding a reference. */
1192         module_put(THIS_MODULE);
1193         return error;
1194 }
1195
1196 static int __loop_clr_fd(struct loop_device *lo, bool release)
1197 {
1198         struct file *filp = NULL;
1199         gfp_t gfp = lo->old_gfp_mask;
1200         struct block_device *bdev = lo->lo_device;
1201         int err = 0;
1202         bool partscan = false;
1203         int lo_number;
1204
1205         mutex_lock(&loop_ctl_mutex);
1206         if (WARN_ON_ONCE(lo->lo_state != Lo_rundown)) {
1207                 err = -ENXIO;
1208                 goto out_unlock;
1209         }
1210
1211         filp = lo->lo_backing_file;
1212         if (filp == NULL) {
1213                 err = -EINVAL;
1214                 goto out_unlock;
1215         }
1216
1217         /* freeze request queue during the transition */
1218         blk_mq_freeze_queue(lo->lo_queue);
1219
1220         spin_lock_irq(&lo->lo_lock);
1221         lo->lo_backing_file = NULL;
1222         spin_unlock_irq(&lo->lo_lock);
1223
1224         loop_release_xfer(lo);
1225         lo->transfer = NULL;
1226         lo->ioctl = NULL;
1227         lo->lo_device = NULL;
1228         lo->lo_encryption = NULL;
1229         lo->lo_offset = 0;
1230         lo->lo_sizelimit = 0;
1231         lo->lo_encrypt_key_size = 0;
1232         memset(lo->lo_encrypt_key, 0, LO_KEY_SIZE);
1233         memset(lo->lo_crypt_name, 0, LO_NAME_SIZE);
1234         memset(lo->lo_file_name, 0, LO_NAME_SIZE);
1235         blk_queue_logical_block_size(lo->lo_queue, 512);
1236         blk_queue_physical_block_size(lo->lo_queue, 512);
1237         blk_queue_io_min(lo->lo_queue, 512);
1238         if (bdev) {
1239                 bdput(bdev);
1240                 invalidate_bdev(bdev);
1241                 bdev->bd_inode->i_mapping->wb_err = 0;
1242         }
1243         set_capacity(lo->lo_disk, 0);
1244         loop_sysfs_exit(lo);
1245         if (bdev) {
1246                 bd_set_nr_sectors(bdev, 0);
1247                 /* let user-space know about this change */
1248                 kobject_uevent(&disk_to_dev(bdev->bd_disk)->kobj, KOBJ_CHANGE);
1249         }
1250         mapping_set_gfp_mask(filp->f_mapping, gfp);
1251         /* This is safe: open() is still holding a reference. */
1252         module_put(THIS_MODULE);
1253         blk_mq_unfreeze_queue(lo->lo_queue);
1254
1255         partscan = lo->lo_flags & LO_FLAGS_PARTSCAN && bdev;
1256         lo_number = lo->lo_number;
1257         loop_unprepare_queue(lo);
1258 out_unlock:
1259         mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
1260         if (partscan) {
1261                 /*
1262                  * bd_mutex has been held already in release path, so don't
1263                  * acquire it if this function is called in such case.
1264                  *
1265                  * If the reread partition isn't from release path, lo_refcnt
1266                  * must be at least one and it can only become zero when the
1267                  * current holder is released.
1268                  */
1269                 if (!release)
1270                         mutex_lock(&bdev->bd_mutex);
1271                 err = bdev_disk_changed(bdev, false);
1272                 if (!release)
1273                         mutex_unlock(&bdev->bd_mutex);
1274                 if (err)
1275                         pr_warn("%s: partition scan of loop%d failed (rc=%d)\n",
1276                                 __func__, lo_number, err);
1277                 /* Device is gone, no point in returning error */
1278                 err = 0;
1279         }
1280
1281         /*
1282          * lo->lo_state is set to Lo_unbound here after above partscan has
1283          * finished.
1284          *
1285          * There cannot be anybody else entering __loop_clr_fd() as
1286          * lo->lo_backing_file is already cleared and Lo_rundown state
1287          * protects us from all the other places trying to change the 'lo'
1288          * device.
1289          */
1290         mutex_lock(&loop_ctl_mutex);
1291         lo->lo_flags = 0;
1292         if (!part_shift)
1293                 lo->lo_disk->flags |= GENHD_FL_NO_PART_SCAN;
1294         lo->lo_state = Lo_unbound;
1295         mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
1296
1297         /*
1298          * Need not hold loop_ctl_mutex to fput backing file.
1299          * Calling fput holding loop_ctl_mutex triggers a circular
1300          * lock dependency possibility warning as fput can take
1301          * bd_mutex which is usually taken before loop_ctl_mutex.
1302          */
1303         if (filp)
1304                 fput(filp);
1305         return err;
1306 }
1307
1308 static int loop_clr_fd(struct loop_device *lo)
1309 {
1310         int err;
1311
1312         err = mutex_lock_killable(&loop_ctl_mutex);
1313         if (err)
1314                 return err;
1315         if (lo->lo_state != Lo_bound) {
1316                 mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
1317                 return -ENXIO;
1318         }
1319         /*
1320          * If we've explicitly asked to tear down the loop device,
1321          * and it has an elevated reference count, set it for auto-teardown when
1322          * the last reference goes away. This stops $!~#$@ udev from
1323          * preventing teardown because it decided that it needs to run blkid on
1324          * the loopback device whenever they appear. xfstests is notorious for
1325          * failing tests because blkid via udev races with a losetup
1326          * <dev>/do something like mkfs/losetup -d <dev> causing the losetup -d
1327          * command to fail with EBUSY.
1328          */
1329         if (atomic_read(&lo->lo_refcnt) > 1) {
1330                 lo->lo_flags |= LO_FLAGS_AUTOCLEAR;
1331                 mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
1332                 return 0;
1333         }
1334         lo->lo_state = Lo_rundown;
1335         mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
1336
1337         return __loop_clr_fd(lo, false);
1338 }
1339
1340 static int
1341 loop_set_status(struct loop_device *lo, const struct loop_info64 *info)
1342 {
1343         int err;
1344         struct block_device *bdev;
1345         kuid_t uid = current_uid();
1346         int prev_lo_flags;
1347         bool partscan = false;
1348         bool size_changed = false;
1349
1350         err = mutex_lock_killable(&loop_ctl_mutex);
1351         if (err)
1352                 return err;
1353         if (lo->lo_encrypt_key_size &&
1354             !uid_eq(lo->lo_key_owner, uid) &&
1355             !capable(CAP_SYS_ADMIN)) {
1356                 err = -EPERM;
1357                 goto out_unlock;
1358         }
1359         if (lo->lo_state != Lo_bound) {
1360                 err = -ENXIO;
1361                 goto out_unlock;
1362         }
1363
1364         if (lo->lo_offset != info->lo_offset ||
1365             lo->lo_sizelimit != info->lo_sizelimit) {
1366                 size_changed = true;
1367                 sync_blockdev(lo->lo_device);
1368                 invalidate_bdev(lo->lo_device);
1369         }
1370
1371         /* I/O need to be drained during transfer transition */
1372         blk_mq_freeze_queue(lo->lo_queue);
1373
1374         if (size_changed && lo->lo_device->bd_inode->i_mapping->nrpages) {
1375                 /* If any pages were dirtied after invalidate_bdev(), try again */
1376                 err = -EAGAIN;
1377                 pr_warn("%s: loop%d (%s) has still dirty pages (nrpages=%lu)\n",
1378                         __func__, lo->lo_number, lo->lo_file_name,
1379                         lo->lo_device->bd_inode->i_mapping->nrpages);
1380                 goto out_unfreeze;
1381         }
1382
1383         prev_lo_flags = lo->lo_flags;
1384
1385         err = loop_set_status_from_info(lo, info);
1386         if (err)
1387                 goto out_unfreeze;
1388
1389         /* Mask out flags that can't be set using LOOP_SET_STATUS. */
1390         lo->lo_flags &= LOOP_SET_STATUS_SETTABLE_FLAGS;
1391         /* For those flags, use the previous values instead */
1392         lo->lo_flags |= prev_lo_flags & ~LOOP_SET_STATUS_SETTABLE_FLAGS;
1393         /* For flags that can't be cleared, use previous values too */
1394         lo->lo_flags |= prev_lo_flags & ~LOOP_SET_STATUS_CLEARABLE_FLAGS;
1395
1396         if (size_changed) {
1397                 loff_t new_size = get_size(lo->lo_offset, lo->lo_sizelimit,
1398                                            lo->lo_backing_file);
1399                 loop_set_size(lo, new_size);
1400         }
1401
1402         loop_config_discard(lo);
1403
1404         /* update dio if lo_offset or transfer is changed */
1405         __loop_update_dio(lo, lo->use_dio);
1406
1407 out_unfreeze:
1408         blk_mq_unfreeze_queue(lo->lo_queue);
1409
1410         if (!err && (lo->lo_flags & LO_FLAGS_PARTSCAN) &&
1411              !(prev_lo_flags & LO_FLAGS_PARTSCAN)) {
1412                 lo->lo_disk->flags &= ~GENHD_FL_NO_PART_SCAN;
1413                 bdev = lo->lo_device;
1414                 partscan = true;
1415         }
1416 out_unlock:
1417         mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
1418         if (partscan)
1419                 loop_reread_partitions(lo, bdev);
1420
1421         return err;
1422 }
1423
1424 static int
1425 loop_get_status(struct loop_device *lo, struct loop_info64 *info)
1426 {
1427         struct path path;
1428         struct kstat stat;
1429         int ret;
1430
1431         ret = mutex_lock_killable(&loop_ctl_mutex);
1432         if (ret)
1433                 return ret;
1434         if (lo->lo_state != Lo_bound) {
1435                 mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
1436                 return -ENXIO;
1437         }
1438
1439         memset(info, 0, sizeof(*info));
1440         info->lo_number = lo->lo_number;
1441         info->lo_offset = lo->lo_offset;
1442         info->lo_sizelimit = lo->lo_sizelimit;
1443         info->lo_flags = lo->lo_flags;
1444         memcpy(info->lo_file_name, lo->lo_file_name, LO_NAME_SIZE);
1445         memcpy(info->lo_crypt_name, lo->lo_crypt_name, LO_NAME_SIZE);
1446         info->lo_encrypt_type =
1447                 lo->lo_encryption ? lo->lo_encryption->number : 0;
1448         if (lo->lo_encrypt_key_size && capable(CAP_SYS_ADMIN)) {
1449                 info->lo_encrypt_key_size = lo->lo_encrypt_key_size;
1450                 memcpy(info->lo_encrypt_key, lo->lo_encrypt_key,
1451                        lo->lo_encrypt_key_size);
1452         }
1453
1454         /* Drop loop_ctl_mutex while we call into the filesystem. */
1455         path = lo->lo_backing_file->f_path;
1456         path_get(&path);
1457         mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
1458         ret = vfs_getattr(&path, &stat, STATX_INO, AT_STATX_SYNC_AS_STAT);
1459         if (!ret) {
1460                 info->lo_device = huge_encode_dev(stat.dev);
1461                 info->lo_inode = stat.ino;
1462                 info->lo_rdevice = huge_encode_dev(stat.rdev);
1463         }
1464         path_put(&path);
1465         return ret;
1466 }
1467
1468 static void
1469 loop_info64_from_old(const struct loop_info *info, struct loop_info64 *info64)
1470 {
1471         memset(info64, 0, sizeof(*info64));
1472         info64->lo_number = info->lo_number;
1473         info64->lo_device = info->lo_device;
1474         info64->lo_inode = info->lo_inode;
1475         info64->lo_rdevice = info->lo_rdevice;
1476         info64->lo_offset = info->lo_offset;
1477         info64->lo_sizelimit = 0;
1478         info64->lo_encrypt_type = info->lo_encrypt_type;
1479         info64->lo_encrypt_key_size = info->lo_encrypt_key_size;
1480         info64->lo_flags = info->lo_flags;
1481         info64->lo_init[0] = info->lo_init[0];
1482         info64->lo_init[1] = info->lo_init[1];
1483         if (info->lo_encrypt_type == LO_CRYPT_CRYPTOAPI)
1484                 memcpy(info64->lo_crypt_name, info->lo_name, LO_NAME_SIZE);
1485         else
1486                 memcpy(info64->lo_file_name, info->lo_name, LO_NAME_SIZE);
1487         memcpy(info64->lo_encrypt_key, info->lo_encrypt_key, LO_KEY_SIZE);
1488 }
1489
1490 static int
1491 loop_info64_to_old(const struct loop_info64 *info64, struct loop_info *info)
1492 {
1493         memset(info, 0, sizeof(*info));
1494         info->lo_number = info64->lo_number;
1495         info->lo_device = info64->lo_device;
1496         info->lo_inode = info64->lo_inode;
1497         info->lo_rdevice = info64->lo_rdevice;
1498         info->lo_offset = info64->lo_offset;
1499         info->lo_encrypt_type = info64->lo_encrypt_type;
1500         info->lo_encrypt_key_size = info64->lo_encrypt_key_size;
1501         info->lo_flags = info64->lo_flags;
1502         info->lo_init[0] = info64->lo_init[0];
1503         info->lo_init[1] = info64->lo_init[1];
1504         if (info->lo_encrypt_type == LO_CRYPT_CRYPTOAPI)
1505                 memcpy(info->lo_name, info64->lo_crypt_name, LO_NAME_SIZE);
1506         else
1507                 memcpy(info->lo_name, info64->lo_file_name, LO_NAME_SIZE);
1508         memcpy(info->lo_encrypt_key, info64->lo_encrypt_key, LO_KEY_SIZE);
1509
1510         /* error in case values were truncated */
1511         if (info->lo_device != info64->lo_device ||
1512             info->lo_rdevice != info64->lo_rdevice ||
1513             info->lo_inode != info64->lo_inode ||
1514             info->lo_offset != info64->lo_offset)
1515                 return -EOVERFLOW;
1516
1517         return 0;
1518 }
1519
1520 static int
1521 loop_set_status_old(struct loop_device *lo, const struct loop_info __user *arg)
1522 {
1523         struct loop_info info;
1524         struct loop_info64 info64;
1525
1526         if (copy_from_user(&info, arg, sizeof (struct loop_info)))
1527                 return -EFAULT;
1528         loop_info64_from_old(&info, &info64);
1529         return loop_set_status(lo, &info64);
1530 }
1531
1532 static int
1533 loop_set_status64(struct loop_device *lo, const struct loop_info64 __user *arg)
1534 {
1535         struct loop_info64 info64;
1536
1537         if (copy_from_user(&info64, arg, sizeof (struct loop_info64)))
1538                 return -EFAULT;
1539         return loop_set_status(lo, &info64);
1540 }
1541
1542 static int
1543 loop_get_status_old(struct loop_device *lo, struct loop_info __user *arg) {
1544         struct loop_info info;
1545         struct loop_info64 info64;
1546         int err;
1547
1548         if (!arg)
1549                 return -EINVAL;
1550         err = loop_get_status(lo, &info64);
1551         if (!err)
1552                 err = loop_info64_to_old(&info64, &info);
1553         if (!err && copy_to_user(arg, &info, sizeof(info)))
1554                 err = -EFAULT;
1555
1556         return err;
1557 }
1558
1559 static int
1560 loop_get_status64(struct loop_device *lo, struct loop_info64 __user *arg) {
1561         struct loop_info64 info64;
1562         int err;
1563
1564         if (!arg)
1565                 return -EINVAL;
1566         err = loop_get_status(lo, &info64);
1567         if (!err && copy_to_user(arg, &info64, sizeof(info64)))
1568                 err = -EFAULT;
1569
1570         return err;
1571 }
1572
1573 static int loop_set_capacity(struct loop_device *lo)
1574 {
1575         loff_t size;
1576
1577         if (unlikely(lo->lo_state != Lo_bound))
1578                 return -ENXIO;
1579
1580         size = get_loop_size(lo, lo->lo_backing_file);
1581         loop_set_size(lo, size);
1582
1583         return 0;
1584 }
1585
1586 static int loop_set_dio(struct loop_device *lo, unsigned long arg)
1587 {
1588         int error = -ENXIO;
1589         if (lo->lo_state != Lo_bound)
1590                 goto out;
1591
1592         __loop_update_dio(lo, !!arg);
1593         if (lo->use_dio == !!arg)
1594                 return 0;
1595         error = -EINVAL;
1596  out:
1597         return error;
1598 }
1599
1600 static int loop_set_block_size(struct loop_device *lo, unsigned long arg)
1601 {
1602         int err = 0;
1603
1604         if (lo->lo_state != Lo_bound)
1605                 return -ENXIO;
1606
1607         err = loop_validate_block_size(arg);
1608         if (err)
1609                 return err;
1610
1611         if (lo->lo_queue->limits.logical_block_size == arg)
1612                 return 0;
1613
1614         sync_blockdev(lo->lo_device);
1615         invalidate_bdev(lo->lo_device);
1616
1617         blk_mq_freeze_queue(lo->lo_queue);
1618
1619         /* invalidate_bdev should have truncated all the pages */
1620         if (lo->lo_device->bd_inode->i_mapping->nrpages) {
1621                 err = -EAGAIN;
1622                 pr_warn("%s: loop%d (%s) has still dirty pages (nrpages=%lu)\n",
1623                         __func__, lo->lo_number, lo->lo_file_name,
1624                         lo->lo_device->bd_inode->i_mapping->nrpages);
1625                 goto out_unfreeze;
1626         }
1627
1628         blk_queue_logical_block_size(lo->lo_queue, arg);
1629         blk_queue_physical_block_size(lo->lo_queue, arg);
1630         blk_queue_io_min(lo->lo_queue, arg);
1631         loop_update_dio(lo);
1632 out_unfreeze:
1633         blk_mq_unfreeze_queue(lo->lo_queue);
1634
1635         return err;
1636 }
1637
1638 static int lo_simple_ioctl(struct loop_device *lo, unsigned int cmd,
1639                            unsigned long arg)
1640 {
1641         int err;
1642
1643         err = mutex_lock_killable(&loop_ctl_mutex);
1644         if (err)
1645                 return err;
1646         switch (cmd) {
1647         case LOOP_SET_CAPACITY:
1648                 err = loop_set_capacity(lo);
1649                 break;
1650         case LOOP_SET_DIRECT_IO:
1651                 err = loop_set_dio(lo, arg);
1652                 break;
1653         case LOOP_SET_BLOCK_SIZE:
1654                 err = loop_set_block_size(lo, arg);
1655                 break;
1656         default:
1657                 err = lo->ioctl ? lo->ioctl(lo, cmd, arg) : -EINVAL;
1658         }
1659         mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
1660         return err;
1661 }
1662
1663 static int lo_ioctl(struct block_device *bdev, fmode_t mode,
1664         unsigned int cmd, unsigned long arg)
1665 {
1666         struct loop_device *lo = bdev->bd_disk->private_data;
1667         void __user *argp = (void __user *) arg;
1668         int err;
1669
1670         switch (cmd) {
1671         case LOOP_SET_FD: {
1672                 /*
1673                  * Legacy case - pass in a zeroed out struct loop_config with
1674                  * only the file descriptor set , which corresponds with the
1675                  * default parameters we'd have used otherwise.
1676                  */
1677                 struct loop_config config;
1678
1679                 memset(&config, 0, sizeof(config));
1680                 config.fd = arg;
1681
1682                 return loop_configure(lo, mode, bdev, &config);
1683         }
1684         case LOOP_CONFIGURE: {
1685                 struct loop_config config;
1686
1687                 if (copy_from_user(&config, argp, sizeof(config)))
1688                         return -EFAULT;
1689
1690                 return loop_configure(lo, mode, bdev, &config);
1691         }
1692         case LOOP_CHANGE_FD:
1693                 return loop_change_fd(lo, bdev, arg);
1694         case LOOP_CLR_FD:
1695                 return loop_clr_fd(lo);
1696         case LOOP_SET_STATUS:
1697                 err = -EPERM;
1698                 if ((mode & FMODE_WRITE) || capable(CAP_SYS_ADMIN)) {
1699                         err = loop_set_status_old(lo, argp);
1700                 }
1701                 break;
1702         case LOOP_GET_STATUS:
1703                 return loop_get_status_old(lo, argp);
1704         case LOOP_SET_STATUS64:
1705                 err = -EPERM;
1706                 if ((mode & FMODE_WRITE) || capable(CAP_SYS_ADMIN)) {
1707                         err = loop_set_status64(lo, argp);
1708                 }
1709                 break;
1710         case LOOP_GET_STATUS64:
1711                 return loop_get_status64(lo, argp);
1712         case LOOP_SET_CAPACITY:
1713         case LOOP_SET_DIRECT_IO:
1714         case LOOP_SET_BLOCK_SIZE:
1715                 if (!(mode & FMODE_WRITE) && !capable(CAP_SYS_ADMIN))
1716                         return -EPERM;
1717                 fallthrough;
1718         default:
1719                 err = lo_simple_ioctl(lo, cmd, arg);
1720                 break;
1721         }
1722
1723         return err;
1724 }
1725
1726 #ifdef CONFIG_COMPAT
1727 struct compat_loop_info {
1728         compat_int_t    lo_number;      /* ioctl r/o */
1729         compat_dev_t    lo_device;      /* ioctl r/o */
1730         compat_ulong_t  lo_inode;       /* ioctl r/o */
1731         compat_dev_t    lo_rdevice;     /* ioctl r/o */
1732         compat_int_t    lo_offset;
1733         compat_int_t    lo_encrypt_type;
1734         compat_int_t    lo_encrypt_key_size;    /* ioctl w/o */
1735         compat_int_t    lo_flags;       /* ioctl r/o */
1736         char            lo_name[LO_NAME_SIZE];
1737         unsigned char   lo_encrypt_key[LO_KEY_SIZE]; /* ioctl w/o */
1738         compat_ulong_t  lo_init[2];
1739         char            reserved[4];
1740 };
1741
1742 /*
1743  * Transfer 32-bit compatibility structure in userspace to 64-bit loop info
1744  * - noinlined to reduce stack space usage in main part of driver
1745  */
1746 static noinline int
1747 loop_info64_from_compat(const struct compat_loop_info __user *arg,
1748                         struct loop_info64 *info64)
1749 {
1750         struct compat_loop_info info;
1751
1752         if (copy_from_user(&info, arg, sizeof(info)))
1753                 return -EFAULT;
1754
1755         memset(info64, 0, sizeof(*info64));
1756         info64->lo_number = info.lo_number;
1757         info64->lo_device = info.lo_device;
1758         info64->lo_inode = info.lo_inode;
1759         info64->lo_rdevice = info.lo_rdevice;
1760         info64->lo_offset = info.lo_offset;
1761         info64->lo_sizelimit = 0;
1762         info64->lo_encrypt_type = info.lo_encrypt_type;
1763         info64->lo_encrypt_key_size = info.lo_encrypt_key_size;
1764         info64->lo_flags = info.lo_flags;
1765         info64->lo_init[0] = info.lo_init[0];
1766         info64->lo_init[1] = info.lo_init[1];
1767         if (info.lo_encrypt_type == LO_CRYPT_CRYPTOAPI)
1768                 memcpy(info64->lo_crypt_name, info.lo_name, LO_NAME_SIZE);
1769         else
1770                 memcpy(info64->lo_file_name, info.lo_name, LO_NAME_SIZE);
1771         memcpy(info64->lo_encrypt_key, info.lo_encrypt_key, LO_KEY_SIZE);
1772         return 0;
1773 }
1774
1775 /*
1776  * Transfer 64-bit loop info to 32-bit compatibility structure in userspace
1777  * - noinlined to reduce stack space usage in main part of driver
1778  */
1779 static noinline int
1780 loop_info64_to_compat(const struct loop_info64 *info64,
1781                       struct compat_loop_info __user *arg)
1782 {
1783         struct compat_loop_info info;
1784
1785         memset(&info, 0, sizeof(info));
1786         info.lo_number = info64->lo_number;
1787         info.lo_device = info64->lo_device;
1788         info.lo_inode = info64->lo_inode;
1789         info.lo_rdevice = info64->lo_rdevice;
1790         info.lo_offset = info64->lo_offset;
1791         info.lo_encrypt_type = info64->lo_encrypt_type;
1792         info.lo_encrypt_key_size = info64->lo_encrypt_key_size;
1793         info.lo_flags = info64->lo_flags;
1794         info.lo_init[0] = info64->lo_init[0];
1795         info.lo_init[1] = info64->lo_init[1];
1796         if (info.lo_encrypt_type == LO_CRYPT_CRYPTOAPI)
1797                 memcpy(info.lo_name, info64->lo_crypt_name, LO_NAME_SIZE);
1798         else
1799                 memcpy(info.lo_name, info64->lo_file_name, LO_NAME_SIZE);
1800         memcpy(info.lo_encrypt_key, info64->lo_encrypt_key, LO_KEY_SIZE);
1801
1802         /* error in case values were truncated */
1803         if (info.lo_device != info64->lo_device ||
1804             info.lo_rdevice != info64->lo_rdevice ||
1805             info.lo_inode != info64->lo_inode ||
1806             info.lo_offset != info64->lo_offset ||
1807             info.lo_init[0] != info64->lo_init[0] ||
1808             info.lo_init[1] != info64->lo_init[1])
1809                 return -EOVERFLOW;
1810
1811         if (copy_to_user(arg, &info, sizeof(info)))
1812                 return -EFAULT;
1813         return 0;
1814 }
1815
1816 static int
1817 loop_set_status_compat(struct loop_device *lo,
1818                        const struct compat_loop_info __user *arg)
1819 {
1820         struct loop_info64 info64;
1821         int ret;
1822
1823         ret = loop_info64_from_compat(arg, &info64);
1824         if (ret < 0)
1825                 return ret;
1826         return loop_set_status(lo, &info64);
1827 }
1828
1829 static int
1830 loop_get_status_compat(struct loop_device *lo,
1831                        struct compat_loop_info __user *arg)
1832 {
1833         struct loop_info64 info64;
1834         int err;
1835
1836         if (!arg)
1837                 return -EINVAL;
1838         err = loop_get_status(lo, &info64);
1839         if (!err)
1840                 err = loop_info64_to_compat(&info64, arg);
1841         return err;
1842 }
1843
1844 static int lo_compat_ioctl(struct block_device *bdev, fmode_t mode,
1845                            unsigned int cmd, unsigned long arg)
1846 {
1847         struct loop_device *lo = bdev->bd_disk->private_data;
1848         int err;
1849
1850         switch(cmd) {
1851         case LOOP_SET_STATUS:
1852                 err = loop_set_status_compat(lo,
1853                              (const struct compat_loop_info __user *)arg);
1854                 break;
1855         case LOOP_GET_STATUS:
1856                 err = loop_get_status_compat(lo,
1857                                      (struct compat_loop_info __user *)arg);
1858                 break;
1859         case LOOP_SET_CAPACITY:
1860         case LOOP_CLR_FD:
1861         case LOOP_GET_STATUS64:
1862         case LOOP_SET_STATUS64:
1863         case LOOP_CONFIGURE:
1864                 arg = (unsigned long) compat_ptr(arg);
1865                 fallthrough;
1866         case LOOP_SET_FD:
1867         case LOOP_CHANGE_FD:
1868         case LOOP_SET_BLOCK_SIZE:
1869         case LOOP_SET_DIRECT_IO:
1870                 err = lo_ioctl(bdev, mode, cmd, arg);
1871                 break;
1872         default:
1873                 err = -ENOIOCTLCMD;
1874                 break;
1875         }
1876         return err;
1877 }
1878 #endif
1879
1880 static int lo_open(struct block_device *bdev, fmode_t mode)
1881 {
1882         struct loop_device *lo;
1883         int err;
1884
1885         err = mutex_lock_killable(&loop_ctl_mutex);
1886         if (err)
1887                 return err;
1888         lo = bdev->bd_disk->private_data;
1889         if (!lo) {
1890                 err = -ENXIO;
1891                 goto out;
1892         }
1893
1894         atomic_inc(&lo->lo_refcnt);
1895 out:
1896         mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
1897         return err;
1898 }
1899
1900 static void lo_release(struct gendisk *disk, fmode_t mode)
1901 {
1902         struct loop_device *lo;
1903
1904         mutex_lock(&loop_ctl_mutex);
1905         lo = disk->private_data;
1906         if (atomic_dec_return(&lo->lo_refcnt))
1907                 goto out_unlock;
1908
1909         if (lo->lo_flags & LO_FLAGS_AUTOCLEAR) {
1910                 if (lo->lo_state != Lo_bound)
1911                         goto out_unlock;
1912                 lo->lo_state = Lo_rundown;
1913                 mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
1914                 /*
1915                  * In autoclear mode, stop the loop thread
1916                  * and remove configuration after last close.
1917                  */
1918                 __loop_clr_fd(lo, true);
1919                 return;
1920         } else if (lo->lo_state == Lo_bound) {
1921                 /*
1922                  * Otherwise keep thread (if running) and config,
1923                  * but flush possible ongoing bios in thread.
1924                  */
1925                 blk_mq_freeze_queue(lo->lo_queue);
1926                 blk_mq_unfreeze_queue(lo->lo_queue);
1927         }
1928
1929 out_unlock:
1930         mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
1931 }
1932
1933 static const struct block_device_operations lo_fops = {
1934         .owner =        THIS_MODULE,
1935         .open =         lo_open,
1936         .release =      lo_release,
1937         .ioctl =        lo_ioctl,
1938 #ifdef CONFIG_COMPAT
1939         .compat_ioctl = lo_compat_ioctl,
1940 #endif
1941 };
1942
1943 /*
1944  * And now the modules code and kernel interface.
1945  */
1946 static int max_loop;
1947 module_param(max_loop, int, 0444);
1948 MODULE_PARM_DESC(max_loop, "Maximum number of loop devices");
1949 module_param(max_part, int, 0444);
1950 MODULE_PARM_DESC(max_part, "Maximum number of partitions per loop device");
1951 MODULE_LICENSE("GPL");
1952 MODULE_ALIAS_BLOCKDEV_MAJOR(LOOP_MAJOR);
1953
1954 int loop_register_transfer(struct loop_func_table *funcs)
1955 {
1956         unsigned int n = funcs->number;
1957
1958         if (n >= MAX_LO_CRYPT || xfer_funcs[n])
1959                 return -EINVAL;
1960         xfer_funcs[n] = funcs;
1961         return 0;
1962 }
1963
1964 static int unregister_transfer_cb(int id, void *ptr, void *data)
1965 {
1966         struct loop_device *lo = ptr;
1967         struct loop_func_table *xfer = data;
1968
1969         mutex_lock(&loop_ctl_mutex);
1970         if (lo->lo_encryption == xfer)
1971                 loop_release_xfer(lo);
1972         mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
1973         return 0;
1974 }
1975
1976 int loop_unregister_transfer(int number)
1977 {
1978         unsigned int n = number;
1979         struct loop_func_table *xfer;
1980
1981         if (n == 0 || n >= MAX_LO_CRYPT || (xfer = xfer_funcs[n]) == NULL)
1982                 return -EINVAL;
1983
1984         xfer_funcs[n] = NULL;
1985         idr_for_each(&loop_index_idr, &unregister_transfer_cb, xfer);
1986         return 0;
1987 }
1988
1989 EXPORT_SYMBOL(loop_register_transfer);
1990 EXPORT_SYMBOL(loop_unregister_transfer);
1991
1992 static blk_status_t loop_queue_rq(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
1993                 const struct blk_mq_queue_data *bd)
1994 {
1995         struct request *rq = bd->rq;
1996         struct loop_cmd *cmd = blk_mq_rq_to_pdu(rq);
1997         struct loop_device *lo = rq->q->queuedata;
1998
1999         blk_mq_start_request(rq);
2000
2001         if (lo->lo_state != Lo_bound)
2002                 return BLK_STS_IOERR;
2003
2004         switch (req_op(rq)) {
2005         case REQ_OP_FLUSH:
2006         case REQ_OP_DISCARD:
2007         case REQ_OP_WRITE_ZEROES:
2008                 cmd->use_aio = false;
2009                 break;
2010         default:
2011                 cmd->use_aio = lo->use_dio;
2012                 break;
2013         }
2014
2015         /* always use the first bio's css */
2016 #ifdef CONFIG_BLK_CGROUP
2017         if (cmd->use_aio && rq->bio && rq->bio->bi_blkg) {
2018                 cmd->css = &bio_blkcg(rq->bio)->css;
2019                 css_get(cmd->css);
2020         } else
2021 #endif
2022                 cmd->css = NULL;
2023         kthread_queue_work(&lo->worker, &cmd->work);
2024
2025         return BLK_STS_OK;
2026 }
2027
2028 static void loop_handle_cmd(struct loop_cmd *cmd)
2029 {
2030         struct request *rq = blk_mq_rq_from_pdu(cmd);
2031         const bool write = op_is_write(req_op(rq));
2032         struct loop_device *lo = rq->q->queuedata;
2033         int ret = 0;
2034
2035         if (write && (lo->lo_flags & LO_FLAGS_READ_ONLY)) {
2036                 ret = -EIO;
2037                 goto failed;
2038         }
2039
2040         ret = do_req_filebacked(lo, rq);
2041  failed:
2042         /* complete non-aio request */
2043         if (!cmd->use_aio || ret) {
2044                 if (ret == -EOPNOTSUPP)
2045                         cmd->ret = ret;
2046                 else
2047                         cmd->ret = ret ? -EIO : 0;
2048                 if (likely(!blk_should_fake_timeout(rq->q)))
2049                         blk_mq_complete_request(rq);
2050         }
2051 }
2052
2053 static void loop_queue_work(struct kthread_work *work)
2054 {
2055         struct loop_cmd *cmd =
2056                 container_of(work, struct loop_cmd, work);
2057
2058         loop_handle_cmd(cmd);
2059 }
2060
2061 static int loop_init_request(struct blk_mq_tag_set *set, struct request *rq,
2062                 unsigned int hctx_idx, unsigned int numa_node)
2063 {
2064         struct loop_cmd *cmd = blk_mq_rq_to_pdu(rq);
2065
2066         kthread_init_work(&cmd->work, loop_queue_work);
2067         return 0;
2068 }
2069
2070 static const struct blk_mq_ops loop_mq_ops = {
2071         .queue_rq       = loop_queue_rq,
2072         .init_request   = loop_init_request,
2073         .complete       = lo_complete_rq,
2074 };
2075
2076 static int loop_add(struct loop_device **l, int i)
2077 {
2078         struct loop_device *lo;
2079         struct gendisk *disk;
2080         int err;
2081
2082         err = -ENOMEM;
2083         lo = kzalloc(sizeof(*lo), GFP_KERNEL);
2084         if (!lo)
2085                 goto out;
2086
2087         lo->lo_state = Lo_unbound;
2088
2089         /* allocate id, if @id >= 0, we're requesting that specific id */
2090         if (i >= 0) {
2091                 err = idr_alloc(&loop_index_idr, lo, i, i + 1, GFP_KERNEL);
2092                 if (err == -ENOSPC)
2093                         err = -EEXIST;
2094         } else {
2095                 err = idr_alloc(&loop_index_idr, lo, 0, 0, GFP_KERNEL);
2096         }
2097         if (err < 0)
2098                 goto out_free_dev;
2099         i = err;
2100
2101         err = -ENOMEM;
2102         lo->tag_set.ops = &loop_mq_ops;
2103         lo->tag_set.nr_hw_queues = 1;
2104         lo->tag_set.queue_depth = 128;
2105         lo->tag_set.numa_node = NUMA_NO_NODE;
2106         lo->tag_set.cmd_size = sizeof(struct loop_cmd);
2107         lo->tag_set.flags = BLK_MQ_F_SHOULD_MERGE | BLK_MQ_F_STACKING;
2108         lo->tag_set.driver_data = lo;
2109
2110         err = blk_mq_alloc_tag_set(&lo->tag_set);
2111         if (err)
2112                 goto out_free_idr;
2113
2114         lo->lo_queue = blk_mq_init_queue(&lo->tag_set);
2115         if (IS_ERR(lo->lo_queue)) {
2116                 err = PTR_ERR(lo->lo_queue);
2117                 goto out_cleanup_tags;
2118         }
2119         lo->lo_queue->queuedata = lo;
2120
2121         blk_queue_max_hw_sectors(lo->lo_queue, BLK_DEF_MAX_SECTORS);
2122
2123         /*
2124          * By default, we do buffer IO, so it doesn't make sense to enable
2125          * merge because the I/O submitted to backing file is handled page by
2126          * page. For directio mode, merge does help to dispatch bigger request
2127          * to underlayer disk. We will enable merge once directio is enabled.
2128          */
2129         blk_queue_flag_set(QUEUE_FLAG_NOMERGES, lo->lo_queue);
2130
2131         err = -ENOMEM;
2132         disk = lo->lo_disk = alloc_disk(1 << part_shift);
2133         if (!disk)
2134                 goto out_free_queue;
2135
2136         /*
2137          * Disable partition scanning by default. The in-kernel partition
2138          * scanning can be requested individually per-device during its
2139          * setup. Userspace can always add and remove partitions from all
2140          * devices. The needed partition minors are allocated from the
2141          * extended minor space, the main loop device numbers will continue
2142          * to match the loop minors, regardless of the number of partitions
2143          * used.
2144          *
2145          * If max_part is given, partition scanning is globally enabled for
2146          * all loop devices. The minors for the main loop devices will be
2147          * multiples of max_part.
2148          *
2149          * Note: Global-for-all-devices, set-only-at-init, read-only module
2150          * parameteters like 'max_loop' and 'max_part' make things needlessly
2151          * complicated, are too static, inflexible and may surprise
2152          * userspace tools. Parameters like this in general should be avoided.
2153          */
2154         if (!part_shift)
2155                 disk->flags |= GENHD_FL_NO_PART_SCAN;
2156         disk->flags |= GENHD_FL_EXT_DEVT;
2157         atomic_set(&lo->lo_refcnt, 0);
2158         lo->lo_number           = i;
2159         spin_lock_init(&lo->lo_lock);
2160         disk->major             = LOOP_MAJOR;
2161         disk->first_minor       = i << part_shift;
2162         disk->fops              = &lo_fops;
2163         disk->private_data      = lo;
2164         disk->queue             = lo->lo_queue;
2165         sprintf(disk->disk_name, "loop%d", i);
2166         add_disk(disk);
2167         *l = lo;
2168         return lo->lo_number;
2169
2170 out_free_queue:
2171         blk_cleanup_queue(lo->lo_queue);
2172 out_cleanup_tags:
2173         blk_mq_free_tag_set(&lo->tag_set);
2174 out_free_idr:
2175         idr_remove(&loop_index_idr, i);
2176 out_free_dev:
2177         kfree(lo);
2178 out:
2179         return err;
2180 }
2181
2182 static void loop_remove(struct loop_device *lo)
2183 {
2184         del_gendisk(lo->lo_disk);
2185         blk_cleanup_queue(lo->lo_queue);
2186         blk_mq_free_tag_set(&lo->tag_set);
2187         put_disk(lo->lo_disk);
2188         kfree(lo);
2189 }
2190
2191 static int find_free_cb(int id, void *ptr, void *data)
2192 {
2193         struct loop_device *lo = ptr;
2194         struct loop_device **l = data;
2195
2196         if (lo->lo_state == Lo_unbound) {
2197                 *l = lo;
2198                 return 1;
2199         }
2200         return 0;
2201 }
2202
2203 static int loop_lookup(struct loop_device **l, int i)
2204 {
2205         struct loop_device *lo;
2206         int ret = -ENODEV;
2207
2208         if (i < 0) {
2209                 int err;
2210
2211                 err = idr_for_each(&loop_index_idr, &find_free_cb, &lo);
2212                 if (err == 1) {
2213                         *l = lo;
2214                         ret = lo->lo_number;
2215                 }
2216                 goto out;
2217         }
2218
2219         /* lookup and return a specific i */
2220         lo = idr_find(&loop_index_idr, i);
2221         if (lo) {
2222                 *l = lo;
2223                 ret = lo->lo_number;
2224         }
2225 out:
2226         return ret;
2227 }
2228
2229 static void loop_probe(dev_t dev)
2230 {
2231         int idx = MINOR(dev) >> part_shift;
2232         struct loop_device *lo;
2233
2234         if (max_loop && idx >= max_loop)
2235                 return;
2236
2237         mutex_lock(&loop_ctl_mutex);
2238         if (loop_lookup(&lo, idx) < 0)
2239                 loop_add(&lo, idx);
2240         mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
2241 }
2242
2243 static long loop_control_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd,
2244                                unsigned long parm)
2245 {
2246         struct loop_device *lo;
2247         int ret;
2248
2249         ret = mutex_lock_killable(&loop_ctl_mutex);
2250         if (ret)
2251                 return ret;
2252
2253         ret = -ENOSYS;
2254         switch (cmd) {
2255         case LOOP_CTL_ADD:
2256                 ret = loop_lookup(&lo, parm);
2257                 if (ret >= 0) {
2258                         ret = -EEXIST;
2259                         break;
2260                 }
2261                 ret = loop_add(&lo, parm);
2262                 break;
2263         case LOOP_CTL_REMOVE:
2264                 ret = loop_lookup(&lo, parm);
2265                 if (ret < 0)
2266                         break;
2267                 if (lo->lo_state != Lo_unbound) {
2268                         ret = -EBUSY;
2269                         break;
2270                 }
2271                 if (atomic_read(&lo->lo_refcnt) > 0) {
2272                         ret = -EBUSY;
2273                         break;
2274                 }
2275                 lo->lo_disk->private_data = NULL;
2276                 idr_remove(&loop_index_idr, lo->lo_number);
2277                 loop_remove(lo);
2278                 break;
2279         case LOOP_CTL_GET_FREE:
2280                 ret = loop_lookup(&lo, -1);
2281                 if (ret >= 0)
2282                         break;
2283                 ret = loop_add(&lo, -1);
2284         }
2285         mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
2286
2287         return ret;
2288 }
2289
2290 static const struct file_operations loop_ctl_fops = {
2291         .open           = nonseekable_open,
2292         .unlocked_ioctl = loop_control_ioctl,
2293         .compat_ioctl   = loop_control_ioctl,
2294         .owner          = THIS_MODULE,
2295         .llseek         = noop_llseek,
2296 };
2297
2298 static struct miscdevice loop_misc = {
2299         .minor          = LOOP_CTRL_MINOR,
2300         .name           = "loop-control",
2301         .fops           = &loop_ctl_fops,
2302 };
2303
2304 MODULE_ALIAS_MISCDEV(LOOP_CTRL_MINOR);
2305 MODULE_ALIAS("devname:loop-control");
2306
2307 static int __init loop_init(void)
2308 {
2309         int i, nr;
2310         unsigned long range;
2311         struct loop_device *lo;
2312         int err;
2313
2314         part_shift = 0;
2315         if (max_part > 0) {
2316                 part_shift = fls(max_part);
2317
2318                 /*
2319                  * Adjust max_part according to part_shift as it is exported
2320                  * to user space so that user can decide correct minor number
2321                  * if [s]he want to create more devices.
2322                  *
2323                  * Note that -1 is required because partition 0 is reserved
2324                  * for the whole disk.
2325                  */
2326                 max_part = (1UL << part_shift) - 1;
2327         }
2328
2329         if ((1UL << part_shift) > DISK_MAX_PARTS) {
2330                 err = -EINVAL;
2331                 goto err_out;
2332         }
2333
2334         if (max_loop > 1UL << (MINORBITS - part_shift)) {
2335                 err = -EINVAL;
2336                 goto err_out;
2337         }
2338
2339         /*
2340          * If max_loop is specified, create that many devices upfront.
2341          * This also becomes a hard limit. If max_loop is not specified,
2342          * create CONFIG_BLK_DEV_LOOP_MIN_COUNT loop devices at module
2343          * init time. Loop devices can be requested on-demand with the
2344          * /dev/loop-control interface, or be instantiated by accessing
2345          * a 'dead' device node.
2346          */
2347         if (max_loop) {
2348                 nr = max_loop;
2349                 range = max_loop << part_shift;
2350         } else {
2351                 nr = CONFIG_BLK_DEV_LOOP_MIN_COUNT;
2352                 range = 1UL << MINORBITS;
2353         }
2354
2355         err = misc_register(&loop_misc);
2356         if (err < 0)
2357                 goto err_out;
2358
2359
2360         if (__register_blkdev(LOOP_MAJOR, "loop", loop_probe)) {
2361                 err = -EIO;
2362                 goto misc_out;
2363         }
2364
2365         /* pre-create number of devices given by config or max_loop */
2366         mutex_lock(&loop_ctl_mutex);
2367         for (i = 0; i < nr; i++)
2368                 loop_add(&lo, i);
2369         mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
2370
2371         printk(KERN_INFO "loop: module loaded\n");
2372         return 0;
2373
2374 misc_out:
2375         misc_deregister(&loop_misc);
2376 err_out:
2377         return err;
2378 }
2379
2380 static int loop_exit_cb(int id, void *ptr, void *data)
2381 {
2382         struct loop_device *lo = ptr;
2383
2384         loop_remove(lo);
2385         return 0;
2386 }
2387
2388 static void __exit loop_exit(void)
2389 {
2390         mutex_lock(&loop_ctl_mutex);
2391
2392         idr_for_each(&loop_index_idr, &loop_exit_cb, NULL);
2393         idr_destroy(&loop_index_idr);
2394
2395         unregister_blkdev(LOOP_MAJOR, "loop");
2396
2397         misc_deregister(&loop_misc);
2398
2399         mutex_unlock(&loop_ctl_mutex);
2400 }
2401
2402 module_init(loop_init);
2403 module_exit(loop_exit);
2404
2405 #ifndef MODULE
2406 static int __init max_loop_setup(char *str)
2407 {
2408         max_loop = simple_strtol(str, NULL, 0);
2409         return 1;
2410 }
2411
2412 __setup("max_loop=", max_loop_setup);
2413 #endif