mm: introduce vma detached flag
[linux-block.git] / include / linux / mm_types.h
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
2 #ifndef _LINUX_MM_TYPES_H
3 #define _LINUX_MM_TYPES_H
4
5 #include <linux/mm_types_task.h>
6
7 #include <linux/auxvec.h>
8 #include <linux/kref.h>
9 #include <linux/list.h>
10 #include <linux/spinlock.h>
11 #include <linux/rbtree.h>
12 #include <linux/maple_tree.h>
13 #include <linux/rwsem.h>
14 #include <linux/completion.h>
15 #include <linux/cpumask.h>
16 #include <linux/uprobes.h>
17 #include <linux/rcupdate.h>
18 #include <linux/page-flags-layout.h>
19 #include <linux/workqueue.h>
20 #include <linux/seqlock.h>
21 #include <linux/percpu_counter.h>
22
23 #include <asm/mmu.h>
24
25 #ifndef AT_VECTOR_SIZE_ARCH
26 #define AT_VECTOR_SIZE_ARCH 0
27 #endif
28 #define AT_VECTOR_SIZE (2*(AT_VECTOR_SIZE_ARCH + AT_VECTOR_SIZE_BASE + 1))
29
30 #define INIT_PASID      0
31
32 struct address_space;
33 struct mem_cgroup;
34
35 /*
36  * Each physical page in the system has a struct page associated with
37  * it to keep track of whatever it is we are using the page for at the
38  * moment. Note that we have no way to track which tasks are using
39  * a page, though if it is a pagecache page, rmap structures can tell us
40  * who is mapping it.
41  *
42  * If you allocate the page using alloc_pages(), you can use some of the
43  * space in struct page for your own purposes.  The five words in the main
44  * union are available, except for bit 0 of the first word which must be
45  * kept clear.  Many users use this word to store a pointer to an object
46  * which is guaranteed to be aligned.  If you use the same storage as
47  * page->mapping, you must restore it to NULL before freeing the page.
48  *
49  * If your page will not be mapped to userspace, you can also use the four
50  * bytes in the mapcount union, but you must call page_mapcount_reset()
51  * before freeing it.
52  *
53  * If you want to use the refcount field, it must be used in such a way
54  * that other CPUs temporarily incrementing and then decrementing the
55  * refcount does not cause problems.  On receiving the page from
56  * alloc_pages(), the refcount will be positive.
57  *
58  * If you allocate pages of order > 0, you can use some of the fields
59  * in each subpage, but you may need to restore some of their values
60  * afterwards.
61  *
62  * SLUB uses cmpxchg_double() to atomically update its freelist and counters.
63  * That requires that freelist & counters in struct slab be adjacent and
64  * double-word aligned. Because struct slab currently just reinterprets the
65  * bits of struct page, we align all struct pages to double-word boundaries,
66  * and ensure that 'freelist' is aligned within struct slab.
67  */
68 #ifdef CONFIG_HAVE_ALIGNED_STRUCT_PAGE
69 #define _struct_page_alignment  __aligned(2 * sizeof(unsigned long))
70 #else
71 #define _struct_page_alignment  __aligned(sizeof(unsigned long))
72 #endif
73
74 struct page {
75         unsigned long flags;            /* Atomic flags, some possibly
76                                          * updated asynchronously */
77         /*
78          * Five words (20/40 bytes) are available in this union.
79          * WARNING: bit 0 of the first word is used for PageTail(). That
80          * means the other users of this union MUST NOT use the bit to
81          * avoid collision and false-positive PageTail().
82          */
83         union {
84                 struct {        /* Page cache and anonymous pages */
85                         /**
86                          * @lru: Pageout list, eg. active_list protected by
87                          * lruvec->lru_lock.  Sometimes used as a generic list
88                          * by the page owner.
89                          */
90                         union {
91                                 struct list_head lru;
92
93                                 /* Or, for the Unevictable "LRU list" slot */
94                                 struct {
95                                         /* Always even, to negate PageTail */
96                                         void *__filler;
97                                         /* Count page's or folio's mlocks */
98                                         unsigned int mlock_count;
99                                 };
100
101                                 /* Or, free page */
102                                 struct list_head buddy_list;
103                                 struct list_head pcp_list;
104                         };
105                         /* See page-flags.h for PAGE_MAPPING_FLAGS */
106                         struct address_space *mapping;
107                         union {
108                                 pgoff_t index;          /* Our offset within mapping. */
109                                 unsigned long share;    /* share count for fsdax */
110                         };
111                         /**
112                          * @private: Mapping-private opaque data.
113                          * Usually used for buffer_heads if PagePrivate.
114                          * Used for swp_entry_t if PageSwapCache.
115                          * Indicates order in the buddy system if PageBuddy.
116                          */
117                         unsigned long private;
118                 };
119                 struct {        /* page_pool used by netstack */
120                         /**
121                          * @pp_magic: magic value to avoid recycling non
122                          * page_pool allocated pages.
123                          */
124                         unsigned long pp_magic;
125                         struct page_pool *pp;
126                         unsigned long _pp_mapping_pad;
127                         unsigned long dma_addr;
128                         union {
129                                 /**
130                                  * dma_addr_upper: might require a 64-bit
131                                  * value on 32-bit architectures.
132                                  */
133                                 unsigned long dma_addr_upper;
134                                 /**
135                                  * For frag page support, not supported in
136                                  * 32-bit architectures with 64-bit DMA.
137                                  */
138                                 atomic_long_t pp_frag_count;
139                         };
140                 };
141                 struct {        /* Tail pages of compound page */
142                         unsigned long compound_head;    /* Bit zero is set */
143                 };
144                 struct {        /* Page table pages */
145                         unsigned long _pt_pad_1;        /* compound_head */
146                         pgtable_t pmd_huge_pte; /* protected by page->ptl */
147                         unsigned long _pt_pad_2;        /* mapping */
148                         union {
149                                 struct mm_struct *pt_mm; /* x86 pgds only */
150                                 atomic_t pt_frag_refcount; /* powerpc */
151                         };
152 #if ALLOC_SPLIT_PTLOCKS
153                         spinlock_t *ptl;
154 #else
155                         spinlock_t ptl;
156 #endif
157                 };
158                 struct {        /* ZONE_DEVICE pages */
159                         /** @pgmap: Points to the hosting device page map. */
160                         struct dev_pagemap *pgmap;
161                         void *zone_device_data;
162                         /*
163                          * ZONE_DEVICE private pages are counted as being
164                          * mapped so the next 3 words hold the mapping, index,
165                          * and private fields from the source anonymous or
166                          * page cache page while the page is migrated to device
167                          * private memory.
168                          * ZONE_DEVICE MEMORY_DEVICE_FS_DAX pages also
169                          * use the mapping, index, and private fields when
170                          * pmem backed DAX files are mapped.
171                          */
172                 };
173
174                 /** @rcu_head: You can use this to free a page by RCU. */
175                 struct rcu_head rcu_head;
176         };
177
178         union {         /* This union is 4 bytes in size. */
179                 /*
180                  * If the page can be mapped to userspace, encodes the number
181                  * of times this page is referenced by a page table.
182                  */
183                 atomic_t _mapcount;
184
185                 /*
186                  * If the page is neither PageSlab nor mappable to userspace,
187                  * the value stored here may help determine what this page
188                  * is used for.  See page-flags.h for a list of page types
189                  * which are currently stored here.
190                  */
191                 unsigned int page_type;
192         };
193
194         /* Usage count. *DO NOT USE DIRECTLY*. See page_ref.h */
195         atomic_t _refcount;
196
197 #ifdef CONFIG_MEMCG
198         unsigned long memcg_data;
199 #endif
200
201         /*
202          * On machines where all RAM is mapped into kernel address space,
203          * we can simply calculate the virtual address. On machines with
204          * highmem some memory is mapped into kernel virtual memory
205          * dynamically, so we need a place to store that address.
206          * Note that this field could be 16 bits on x86 ... ;)
207          *
208          * Architectures with slow multiplication can define
209          * WANT_PAGE_VIRTUAL in asm/page.h
210          */
211 #if defined(WANT_PAGE_VIRTUAL)
212         void *virtual;                  /* Kernel virtual address (NULL if
213                                            not kmapped, ie. highmem) */
214 #endif /* WANT_PAGE_VIRTUAL */
215
216 #ifdef CONFIG_KMSAN
217         /*
218          * KMSAN metadata for this page:
219          *  - shadow page: every bit indicates whether the corresponding
220          *    bit of the original page is initialized (0) or not (1);
221          *  - origin page: every 4 bytes contain an id of the stack trace
222          *    where the uninitialized value was created.
223          */
224         struct page *kmsan_shadow;
225         struct page *kmsan_origin;
226 #endif
227
228 #ifdef LAST_CPUPID_NOT_IN_PAGE_FLAGS
229         int _last_cpupid;
230 #endif
231 } _struct_page_alignment;
232
233 /*
234  * struct encoded_page - a nonexistent type marking this pointer
235  *
236  * An 'encoded_page' pointer is a pointer to a regular 'struct page', but
237  * with the low bits of the pointer indicating extra context-dependent
238  * information. Not super-common, but happens in mmu_gather and mlock
239  * handling, and this acts as a type system check on that use.
240  *
241  * We only really have two guaranteed bits in general, although you could
242  * play with 'struct page' alignment (see CONFIG_HAVE_ALIGNED_STRUCT_PAGE)
243  * for more.
244  *
245  * Use the supplied helper functions to endcode/decode the pointer and bits.
246  */
247 struct encoded_page;
248 #define ENCODE_PAGE_BITS 3ul
249 static __always_inline struct encoded_page *encode_page(struct page *page, unsigned long flags)
250 {
251         BUILD_BUG_ON(flags > ENCODE_PAGE_BITS);
252         return (struct encoded_page *)(flags | (unsigned long)page);
253 }
254
255 static inline unsigned long encoded_page_flags(struct encoded_page *page)
256 {
257         return ENCODE_PAGE_BITS & (unsigned long)page;
258 }
259
260 static inline struct page *encoded_page_ptr(struct encoded_page *page)
261 {
262         return (struct page *)(~ENCODE_PAGE_BITS & (unsigned long)page);
263 }
264
265 /**
266  * struct folio - Represents a contiguous set of bytes.
267  * @flags: Identical to the page flags.
268  * @lru: Least Recently Used list; tracks how recently this folio was used.
269  * @mlock_count: Number of times this folio has been pinned by mlock().
270  * @mapping: The file this page belongs to, or refers to the anon_vma for
271  *    anonymous memory.
272  * @index: Offset within the file, in units of pages.  For anonymous memory,
273  *    this is the index from the beginning of the mmap.
274  * @private: Filesystem per-folio data (see folio_attach_private()).
275  *    Used for swp_entry_t if folio_test_swapcache().
276  * @_mapcount: Do not access this member directly.  Use folio_mapcount() to
277  *    find out how many times this folio is mapped by userspace.
278  * @_refcount: Do not access this member directly.  Use folio_ref_count()
279  *    to find how many references there are to this folio.
280  * @memcg_data: Memory Control Group data.
281  * @_folio_dtor: Which destructor to use for this folio.
282  * @_folio_order: Do not use directly, call folio_order().
283  * @_entire_mapcount: Do not use directly, call folio_entire_mapcount().
284  * @_nr_pages_mapped: Do not use directly, call folio_mapcount().
285  * @_pincount: Do not use directly, call folio_maybe_dma_pinned().
286  * @_folio_nr_pages: Do not use directly, call folio_nr_pages().
287  * @_hugetlb_subpool: Do not use directly, use accessor in hugetlb.h.
288  * @_hugetlb_cgroup: Do not use directly, use accessor in hugetlb_cgroup.h.
289  * @_hugetlb_cgroup_rsvd: Do not use directly, use accessor in hugetlb_cgroup.h.
290  * @_hugetlb_hwpoison: Do not use directly, call raw_hwp_list_head().
291  * @_deferred_list: Folios to be split under memory pressure.
292  *
293  * A folio is a physically, virtually and logically contiguous set
294  * of bytes.  It is a power-of-two in size, and it is aligned to that
295  * same power-of-two.  It is at least as large as %PAGE_SIZE.  If it is
296  * in the page cache, it is at a file offset which is a multiple of that
297  * power-of-two.  It may be mapped into userspace at an address which is
298  * at an arbitrary page offset, but its kernel virtual address is aligned
299  * to its size.
300  */
301 struct folio {
302         /* private: don't document the anon union */
303         union {
304                 struct {
305         /* public: */
306                         unsigned long flags;
307                         union {
308                                 struct list_head lru;
309         /* private: avoid cluttering the output */
310                                 struct {
311                                         void *__filler;
312         /* public: */
313                                         unsigned int mlock_count;
314         /* private: */
315                                 };
316         /* public: */
317                         };
318                         struct address_space *mapping;
319                         pgoff_t index;
320                         void *private;
321                         atomic_t _mapcount;
322                         atomic_t _refcount;
323 #ifdef CONFIG_MEMCG
324                         unsigned long memcg_data;
325 #endif
326         /* private: the union with struct page is transitional */
327                 };
328                 struct page page;
329         };
330         union {
331                 struct {
332                         unsigned long _flags_1;
333                         unsigned long _head_1;
334         /* public: */
335                         unsigned char _folio_dtor;
336                         unsigned char _folio_order;
337                         atomic_t _entire_mapcount;
338                         atomic_t _nr_pages_mapped;
339                         atomic_t _pincount;
340 #ifdef CONFIG_64BIT
341                         unsigned int _folio_nr_pages;
342 #endif
343         /* private: the union with struct page is transitional */
344                 };
345                 struct page __page_1;
346         };
347         union {
348                 struct {
349                         unsigned long _flags_2;
350                         unsigned long _head_2;
351         /* public: */
352                         void *_hugetlb_subpool;
353                         void *_hugetlb_cgroup;
354                         void *_hugetlb_cgroup_rsvd;
355                         void *_hugetlb_hwpoison;
356         /* private: the union with struct page is transitional */
357                 };
358                 struct {
359                         unsigned long _flags_2a;
360                         unsigned long _head_2a;
361         /* public: */
362                         struct list_head _deferred_list;
363         /* private: the union with struct page is transitional */
364                 };
365                 struct page __page_2;
366         };
367 };
368
369 #define FOLIO_MATCH(pg, fl)                                             \
370         static_assert(offsetof(struct page, pg) == offsetof(struct folio, fl))
371 FOLIO_MATCH(flags, flags);
372 FOLIO_MATCH(lru, lru);
373 FOLIO_MATCH(mapping, mapping);
374 FOLIO_MATCH(compound_head, lru);
375 FOLIO_MATCH(index, index);
376 FOLIO_MATCH(private, private);
377 FOLIO_MATCH(_mapcount, _mapcount);
378 FOLIO_MATCH(_refcount, _refcount);
379 #ifdef CONFIG_MEMCG
380 FOLIO_MATCH(memcg_data, memcg_data);
381 #endif
382 #undef FOLIO_MATCH
383 #define FOLIO_MATCH(pg, fl)                                             \
384         static_assert(offsetof(struct folio, fl) ==                     \
385                         offsetof(struct page, pg) + sizeof(struct page))
386 FOLIO_MATCH(flags, _flags_1);
387 FOLIO_MATCH(compound_head, _head_1);
388 #undef FOLIO_MATCH
389 #define FOLIO_MATCH(pg, fl)                                             \
390         static_assert(offsetof(struct folio, fl) ==                     \
391                         offsetof(struct page, pg) + 2 * sizeof(struct page))
392 FOLIO_MATCH(flags, _flags_2);
393 FOLIO_MATCH(compound_head, _head_2);
394 #undef FOLIO_MATCH
395
396 /*
397  * Used for sizing the vmemmap region on some architectures
398  */
399 #define STRUCT_PAGE_MAX_SHIFT   (order_base_2(sizeof(struct page)))
400
401 #define PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE        __ALIGN_MASK(32768, ~PAGE_MASK)
402 #define PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER       get_order(PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
403
404 /*
405  * page_private can be used on tail pages.  However, PagePrivate is only
406  * checked by the VM on the head page.  So page_private on the tail pages
407  * should be used for data that's ancillary to the head page (eg attaching
408  * buffer heads to tail pages after attaching buffer heads to the head page)
409  */
410 #define page_private(page)              ((page)->private)
411
412 static inline void set_page_private(struct page *page, unsigned long private)
413 {
414         page->private = private;
415 }
416
417 static inline void *folio_get_private(struct folio *folio)
418 {
419         return folio->private;
420 }
421
422 struct page_frag_cache {
423         void * va;
424 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
425         __u16 offset;
426         __u16 size;
427 #else
428         __u32 offset;
429 #endif
430         /* we maintain a pagecount bias, so that we dont dirty cache line
431          * containing page->_refcount every time we allocate a fragment.
432          */
433         unsigned int            pagecnt_bias;
434         bool pfmemalloc;
435 };
436
437 typedef unsigned long vm_flags_t;
438
439 /*
440  * A region containing a mapping of a non-memory backed file under NOMMU
441  * conditions.  These are held in a global tree and are pinned by the VMAs that
442  * map parts of them.
443  */
444 struct vm_region {
445         struct rb_node  vm_rb;          /* link in global region tree */
446         vm_flags_t      vm_flags;       /* VMA vm_flags */
447         unsigned long   vm_start;       /* start address of region */
448         unsigned long   vm_end;         /* region initialised to here */
449         unsigned long   vm_top;         /* region allocated to here */
450         unsigned long   vm_pgoff;       /* the offset in vm_file corresponding to vm_start */
451         struct file     *vm_file;       /* the backing file or NULL */
452
453         int             vm_usage;       /* region usage count (access under nommu_region_sem) */
454         bool            vm_icache_flushed : 1; /* true if the icache has been flushed for
455                                                 * this region */
456 };
457
458 #ifdef CONFIG_USERFAULTFD
459 #define NULL_VM_UFFD_CTX ((struct vm_userfaultfd_ctx) { NULL, })
460 struct vm_userfaultfd_ctx {
461         struct userfaultfd_ctx *ctx;
462 };
463 #else /* CONFIG_USERFAULTFD */
464 #define NULL_VM_UFFD_CTX ((struct vm_userfaultfd_ctx) {})
465 struct vm_userfaultfd_ctx {};
466 #endif /* CONFIG_USERFAULTFD */
467
468 struct anon_vma_name {
469         struct kref kref;
470         /* The name needs to be at the end because it is dynamically sized. */
471         char name[];
472 };
473
474 /*
475  * This struct describes a virtual memory area. There is one of these
476  * per VM-area/task. A VM area is any part of the process virtual memory
477  * space that has a special rule for the page-fault handlers (ie a shared
478  * library, the executable area etc).
479  */
480 struct vm_area_struct {
481         /* The first cache line has the info for VMA tree walking. */
482
483         union {
484                 struct {
485                         /* VMA covers [vm_start; vm_end) addresses within mm */
486                         unsigned long vm_start;
487                         unsigned long vm_end;
488                 };
489 #ifdef CONFIG_PER_VMA_LOCK
490                 struct rcu_head vm_rcu; /* Used for deferred freeing. */
491 #endif
492         };
493
494         struct mm_struct *vm_mm;        /* The address space we belong to. */
495         pgprot_t vm_page_prot;          /* Access permissions of this VMA. */
496
497         /*
498          * Flags, see mm.h.
499          * To modify use vm_flags_{init|reset|set|clear|mod} functions.
500          */
501         union {
502                 const vm_flags_t vm_flags;
503                 vm_flags_t __private __vm_flags;
504         };
505
506 #ifdef CONFIG_PER_VMA_LOCK
507         int vm_lock_seq;
508         struct rw_semaphore lock;
509
510         /* Flag to indicate areas detached from the mm->mm_mt tree */
511         bool detached;
512 #endif
513
514         /*
515          * For areas with an address space and backing store,
516          * linkage into the address_space->i_mmap interval tree.
517          *
518          */
519         struct {
520                 struct rb_node rb;
521                 unsigned long rb_subtree_last;
522         } shared;
523
524         /*
525          * A file's MAP_PRIVATE vma can be in both i_mmap tree and anon_vma
526          * list, after a COW of one of the file pages.  A MAP_SHARED vma
527          * can only be in the i_mmap tree.  An anonymous MAP_PRIVATE, stack
528          * or brk vma (with NULL file) can only be in an anon_vma list.
529          */
530         struct list_head anon_vma_chain; /* Serialized by mmap_lock &
531                                           * page_table_lock */
532         struct anon_vma *anon_vma;      /* Serialized by page_table_lock */
533
534         /* Function pointers to deal with this struct. */
535         const struct vm_operations_struct *vm_ops;
536
537         /* Information about our backing store: */
538         unsigned long vm_pgoff;         /* Offset (within vm_file) in PAGE_SIZE
539                                            units */
540         struct file * vm_file;          /* File we map to (can be NULL). */
541         void * vm_private_data;         /* was vm_pte (shared mem) */
542
543 #ifdef CONFIG_ANON_VMA_NAME
544         /*
545          * For private and shared anonymous mappings, a pointer to a null
546          * terminated string containing the name given to the vma, or NULL if
547          * unnamed. Serialized by mmap_lock. Use anon_vma_name to access.
548          */
549         struct anon_vma_name *anon_name;
550 #endif
551 #ifdef CONFIG_SWAP
552         atomic_long_t swap_readahead_info;
553 #endif
554 #ifndef CONFIG_MMU
555         struct vm_region *vm_region;    /* NOMMU mapping region */
556 #endif
557 #ifdef CONFIG_NUMA
558         struct mempolicy *vm_policy;    /* NUMA policy for the VMA */
559 #endif
560         struct vm_userfaultfd_ctx vm_userfaultfd_ctx;
561 } __randomize_layout;
562
563 struct kioctx_table;
564 struct mm_struct {
565         struct {
566                 struct maple_tree mm_mt;
567 #ifdef CONFIG_MMU
568                 unsigned long (*get_unmapped_area) (struct file *filp,
569                                 unsigned long addr, unsigned long len,
570                                 unsigned long pgoff, unsigned long flags);
571 #endif
572                 unsigned long mmap_base;        /* base of mmap area */
573                 unsigned long mmap_legacy_base; /* base of mmap area in bottom-up allocations */
574 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_COMPAT_MMAP_BASES
575                 /* Base addresses for compatible mmap() */
576                 unsigned long mmap_compat_base;
577                 unsigned long mmap_compat_legacy_base;
578 #endif
579                 unsigned long task_size;        /* size of task vm space */
580                 pgd_t * pgd;
581
582 #ifdef CONFIG_MEMBARRIER
583                 /**
584                  * @membarrier_state: Flags controlling membarrier behavior.
585                  *
586                  * This field is close to @pgd to hopefully fit in the same
587                  * cache-line, which needs to be touched by switch_mm().
588                  */
589                 atomic_t membarrier_state;
590 #endif
591
592                 /**
593                  * @mm_users: The number of users including userspace.
594                  *
595                  * Use mmget()/mmget_not_zero()/mmput() to modify. When this
596                  * drops to 0 (i.e. when the task exits and there are no other
597                  * temporary reference holders), we also release a reference on
598                  * @mm_count (which may then free the &struct mm_struct if
599                  * @mm_count also drops to 0).
600                  */
601                 atomic_t mm_users;
602
603                 /**
604                  * @mm_count: The number of references to &struct mm_struct
605                  * (@mm_users count as 1).
606                  *
607                  * Use mmgrab()/mmdrop() to modify. When this drops to 0, the
608                  * &struct mm_struct is freed.
609                  */
610                 atomic_t mm_count;
611 #ifdef CONFIG_SCHED_MM_CID
612                 /**
613                  * @cid_lock: Protect cid bitmap updates vs lookups.
614                  *
615                  * Prevent situations where updates to the cid bitmap happen
616                  * concurrently with lookups. Those can lead to situations
617                  * where a lookup cannot find a free bit simply because it was
618                  * unlucky enough to load, non-atomically, bitmap words as they
619                  * were being concurrently updated by the updaters.
620                  */
621                 raw_spinlock_t cid_lock;
622 #endif
623 #ifdef CONFIG_MMU
624                 atomic_long_t pgtables_bytes;   /* size of all page tables */
625 #endif
626                 int map_count;                  /* number of VMAs */
627
628                 spinlock_t page_table_lock; /* Protects page tables and some
629                                              * counters
630                                              */
631                 /*
632                  * With some kernel config, the current mmap_lock's offset
633                  * inside 'mm_struct' is at 0x120, which is very optimal, as
634                  * its two hot fields 'count' and 'owner' sit in 2 different
635                  * cachelines,  and when mmap_lock is highly contended, both
636                  * of the 2 fields will be accessed frequently, current layout
637                  * will help to reduce cache bouncing.
638                  *
639                  * So please be careful with adding new fields before
640                  * mmap_lock, which can easily push the 2 fields into one
641                  * cacheline.
642                  */
643                 struct rw_semaphore mmap_lock;
644
645                 struct list_head mmlist; /* List of maybe swapped mm's. These
646                                           * are globally strung together off
647                                           * init_mm.mmlist, and are protected
648                                           * by mmlist_lock
649                                           */
650 #ifdef CONFIG_PER_VMA_LOCK
651                 int mm_lock_seq;
652 #endif
653
654
655                 unsigned long hiwater_rss; /* High-watermark of RSS usage */
656                 unsigned long hiwater_vm;  /* High-water virtual memory usage */
657
658                 unsigned long total_vm;    /* Total pages mapped */
659                 unsigned long locked_vm;   /* Pages that have PG_mlocked set */
660                 atomic64_t    pinned_vm;   /* Refcount permanently increased */
661                 unsigned long data_vm;     /* VM_WRITE & ~VM_SHARED & ~VM_STACK */
662                 unsigned long exec_vm;     /* VM_EXEC & ~VM_WRITE & ~VM_STACK */
663                 unsigned long stack_vm;    /* VM_STACK */
664                 unsigned long def_flags;
665
666                 /**
667                  * @write_protect_seq: Locked when any thread is write
668                  * protecting pages mapped by this mm to enforce a later COW,
669                  * for instance during page table copying for fork().
670                  */
671                 seqcount_t write_protect_seq;
672
673                 spinlock_t arg_lock; /* protect the below fields */
674
675                 unsigned long start_code, end_code, start_data, end_data;
676                 unsigned long start_brk, brk, start_stack;
677                 unsigned long arg_start, arg_end, env_start, env_end;
678
679                 unsigned long saved_auxv[AT_VECTOR_SIZE]; /* for /proc/PID/auxv */
680
681                 struct percpu_counter rss_stat[NR_MM_COUNTERS];
682
683                 struct linux_binfmt *binfmt;
684
685                 /* Architecture-specific MM context */
686                 mm_context_t context;
687
688                 unsigned long flags; /* Must use atomic bitops to access */
689
690 #ifdef CONFIG_AIO
691                 spinlock_t                      ioctx_lock;
692                 struct kioctx_table __rcu       *ioctx_table;
693 #endif
694 #ifdef CONFIG_MEMCG
695                 /*
696                  * "owner" points to a task that is regarded as the canonical
697                  * user/owner of this mm. All of the following must be true in
698                  * order for it to be changed:
699                  *
700                  * current == mm->owner
701                  * current->mm != mm
702                  * new_owner->mm == mm
703                  * new_owner->alloc_lock is held
704                  */
705                 struct task_struct __rcu *owner;
706 #endif
707                 struct user_namespace *user_ns;
708
709                 /* store ref to file /proc/<pid>/exe symlink points to */
710                 struct file __rcu *exe_file;
711 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
712                 struct mmu_notifier_subscriptions *notifier_subscriptions;
713 #endif
714 #if defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) && !USE_SPLIT_PMD_PTLOCKS
715                 pgtable_t pmd_huge_pte; /* protected by page_table_lock */
716 #endif
717 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
718                 /*
719                  * numa_next_scan is the next time that PTEs will be remapped
720                  * PROT_NONE to trigger NUMA hinting faults; such faults gather
721                  * statistics and migrate pages to new nodes if necessary.
722                  */
723                 unsigned long numa_next_scan;
724
725                 /* Restart point for scanning and remapping PTEs. */
726                 unsigned long numa_scan_offset;
727
728                 /* numa_scan_seq prevents two threads remapping PTEs. */
729                 int numa_scan_seq;
730 #endif
731                 /*
732                  * An operation with batched TLB flushing is going on. Anything
733                  * that can move process memory needs to flush the TLB when
734                  * moving a PROT_NONE mapped page.
735                  */
736                 atomic_t tlb_flush_pending;
737 #ifdef CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH
738                 /* See flush_tlb_batched_pending() */
739                 atomic_t tlb_flush_batched;
740 #endif
741                 struct uprobes_state uprobes_state;
742 #ifdef CONFIG_PREEMPT_RT
743                 struct rcu_head delayed_drop;
744 #endif
745 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
746                 atomic_long_t hugetlb_usage;
747 #endif
748                 struct work_struct async_put_work;
749
750 #ifdef CONFIG_IOMMU_SVA
751                 u32 pasid;
752 #endif
753 #ifdef CONFIG_KSM
754                 /*
755                  * Represent how many pages of this process are involved in KSM
756                  * merging.
757                  */
758                 unsigned long ksm_merging_pages;
759                 /*
760                  * Represent how many pages are checked for ksm merging
761                  * including merged and not merged.
762                  */
763                 unsigned long ksm_rmap_items;
764 #endif
765 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
766                 struct {
767                         /* this mm_struct is on lru_gen_mm_list */
768                         struct list_head list;
769                         /*
770                          * Set when switching to this mm_struct, as a hint of
771                          * whether it has been used since the last time per-node
772                          * page table walkers cleared the corresponding bits.
773                          */
774                         unsigned long bitmap;
775 #ifdef CONFIG_MEMCG
776                         /* points to the memcg of "owner" above */
777                         struct mem_cgroup *memcg;
778 #endif
779                 } lru_gen;
780 #endif /* CONFIG_LRU_GEN */
781         } __randomize_layout;
782
783         /*
784          * The mm_cpumask needs to be at the end of mm_struct, because it
785          * is dynamically sized based on nr_cpu_ids.
786          */
787         unsigned long cpu_bitmap[];
788 };
789
790 #define MM_MT_FLAGS     (MT_FLAGS_ALLOC_RANGE | MT_FLAGS_LOCK_EXTERN)
791 extern struct mm_struct init_mm;
792
793 /* Pointer magic because the dynamic array size confuses some compilers. */
794 static inline void mm_init_cpumask(struct mm_struct *mm)
795 {
796         unsigned long cpu_bitmap = (unsigned long)mm;
797
798         cpu_bitmap += offsetof(struct mm_struct, cpu_bitmap);
799         cpumask_clear((struct cpumask *)cpu_bitmap);
800 }
801
802 /* Future-safe accessor for struct mm_struct's cpu_vm_mask. */
803 static inline cpumask_t *mm_cpumask(struct mm_struct *mm)
804 {
805         return (struct cpumask *)&mm->cpu_bitmap;
806 }
807
808 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
809
810 struct lru_gen_mm_list {
811         /* mm_struct list for page table walkers */
812         struct list_head fifo;
813         /* protects the list above */
814         spinlock_t lock;
815 };
816
817 void lru_gen_add_mm(struct mm_struct *mm);
818 void lru_gen_del_mm(struct mm_struct *mm);
819 #ifdef CONFIG_MEMCG
820 void lru_gen_migrate_mm(struct mm_struct *mm);
821 #endif
822
823 static inline void lru_gen_init_mm(struct mm_struct *mm)
824 {
825         INIT_LIST_HEAD(&mm->lru_gen.list);
826         mm->lru_gen.bitmap = 0;
827 #ifdef CONFIG_MEMCG
828         mm->lru_gen.memcg = NULL;
829 #endif
830 }
831
832 static inline void lru_gen_use_mm(struct mm_struct *mm)
833 {
834         /*
835          * When the bitmap is set, page reclaim knows this mm_struct has been
836          * used since the last time it cleared the bitmap. So it might be worth
837          * walking the page tables of this mm_struct to clear the accessed bit.
838          */
839         WRITE_ONCE(mm->lru_gen.bitmap, -1);
840 }
841
842 #else /* !CONFIG_LRU_GEN */
843
844 static inline void lru_gen_add_mm(struct mm_struct *mm)
845 {
846 }
847
848 static inline void lru_gen_del_mm(struct mm_struct *mm)
849 {
850 }
851
852 #ifdef CONFIG_MEMCG
853 static inline void lru_gen_migrate_mm(struct mm_struct *mm)
854 {
855 }
856 #endif
857
858 static inline void lru_gen_init_mm(struct mm_struct *mm)
859 {
860 }
861
862 static inline void lru_gen_use_mm(struct mm_struct *mm)
863 {
864 }
865
866 #endif /* CONFIG_LRU_GEN */
867
868 struct vma_iterator {
869         struct ma_state mas;
870 };
871
872 #define VMA_ITERATOR(name, __mm, __addr)                                \
873         struct vma_iterator name = {                                    \
874                 .mas = {                                                \
875                         .tree = &(__mm)->mm_mt,                         \
876                         .index = __addr,                                \
877                         .node = MAS_START,                              \
878                 },                                                      \
879         }
880
881 static inline void vma_iter_init(struct vma_iterator *vmi,
882                 struct mm_struct *mm, unsigned long addr)
883 {
884         mas_init(&vmi->mas, &mm->mm_mt, addr);
885 }
886
887 #ifdef CONFIG_SCHED_MM_CID
888 /* Accessor for struct mm_struct's cidmask. */
889 static inline cpumask_t *mm_cidmask(struct mm_struct *mm)
890 {
891         unsigned long cid_bitmap = (unsigned long)mm;
892
893         cid_bitmap += offsetof(struct mm_struct, cpu_bitmap);
894         /* Skip cpu_bitmap */
895         cid_bitmap += cpumask_size();
896         return (struct cpumask *)cid_bitmap;
897 }
898
899 static inline void mm_init_cid(struct mm_struct *mm)
900 {
901         raw_spin_lock_init(&mm->cid_lock);
902         cpumask_clear(mm_cidmask(mm));
903 }
904
905 static inline unsigned int mm_cid_size(void)
906 {
907         return cpumask_size();
908 }
909 #else /* CONFIG_SCHED_MM_CID */
910 static inline void mm_init_cid(struct mm_struct *mm) { }
911 static inline unsigned int mm_cid_size(void)
912 {
913         return 0;
914 }
915 #endif /* CONFIG_SCHED_MM_CID */
916
917 struct mmu_gather;
918 extern void tlb_gather_mmu(struct mmu_gather *tlb, struct mm_struct *mm);
919 extern void tlb_gather_mmu_fullmm(struct mmu_gather *tlb, struct mm_struct *mm);
920 extern void tlb_finish_mmu(struct mmu_gather *tlb);
921
922 struct vm_fault;
923
924 /**
925  * typedef vm_fault_t - Return type for page fault handlers.
926  *
927  * Page fault handlers return a bitmask of %VM_FAULT values.
928  */
929 typedef __bitwise unsigned int vm_fault_t;
930
931 /**
932  * enum vm_fault_reason - Page fault handlers return a bitmask of
933  * these values to tell the core VM what happened when handling the
934  * fault. Used to decide whether a process gets delivered SIGBUS or
935  * just gets major/minor fault counters bumped up.
936  *
937  * @VM_FAULT_OOM:               Out Of Memory
938  * @VM_FAULT_SIGBUS:            Bad access
939  * @VM_FAULT_MAJOR:             Page read from storage
940  * @VM_FAULT_HWPOISON:          Hit poisoned small page
941  * @VM_FAULT_HWPOISON_LARGE:    Hit poisoned large page. Index encoded
942  *                              in upper bits
943  * @VM_FAULT_SIGSEGV:           segmentation fault
944  * @VM_FAULT_NOPAGE:            ->fault installed the pte, not return page
945  * @VM_FAULT_LOCKED:            ->fault locked the returned page
946  * @VM_FAULT_RETRY:             ->fault blocked, must retry
947  * @VM_FAULT_FALLBACK:          huge page fault failed, fall back to small
948  * @VM_FAULT_DONE_COW:          ->fault has fully handled COW
949  * @VM_FAULT_NEEDDSYNC:         ->fault did not modify page tables and needs
950  *                              fsync() to complete (for synchronous page faults
951  *                              in DAX)
952  * @VM_FAULT_COMPLETED:         ->fault completed, meanwhile mmap lock released
953  * @VM_FAULT_HINDEX_MASK:       mask HINDEX value
954  *
955  */
956 enum vm_fault_reason {
957         VM_FAULT_OOM            = (__force vm_fault_t)0x000001,
958         VM_FAULT_SIGBUS         = (__force vm_fault_t)0x000002,
959         VM_FAULT_MAJOR          = (__force vm_fault_t)0x000004,
960         VM_FAULT_HWPOISON       = (__force vm_fault_t)0x000010,
961         VM_FAULT_HWPOISON_LARGE = (__force vm_fault_t)0x000020,
962         VM_FAULT_SIGSEGV        = (__force vm_fault_t)0x000040,
963         VM_FAULT_NOPAGE         = (__force vm_fault_t)0x000100,
964         VM_FAULT_LOCKED         = (__force vm_fault_t)0x000200,
965         VM_FAULT_RETRY          = (__force vm_fault_t)0x000400,
966         VM_FAULT_FALLBACK       = (__force vm_fault_t)0x000800,
967         VM_FAULT_DONE_COW       = (__force vm_fault_t)0x001000,
968         VM_FAULT_NEEDDSYNC      = (__force vm_fault_t)0x002000,
969         VM_FAULT_COMPLETED      = (__force vm_fault_t)0x004000,
970         VM_FAULT_HINDEX_MASK    = (__force vm_fault_t)0x0f0000,
971 };
972
973 /* Encode hstate index for a hwpoisoned large page */
974 #define VM_FAULT_SET_HINDEX(x) ((__force vm_fault_t)((x) << 16))
975 #define VM_FAULT_GET_HINDEX(x) (((__force unsigned int)(x) >> 16) & 0xf)
976
977 #define VM_FAULT_ERROR (VM_FAULT_OOM | VM_FAULT_SIGBUS |        \
978                         VM_FAULT_SIGSEGV | VM_FAULT_HWPOISON |  \
979                         VM_FAULT_HWPOISON_LARGE | VM_FAULT_FALLBACK)
980
981 #define VM_FAULT_RESULT_TRACE \
982         { VM_FAULT_OOM,                 "OOM" },        \
983         { VM_FAULT_SIGBUS,              "SIGBUS" },     \
984         { VM_FAULT_MAJOR,               "MAJOR" },      \
985         { VM_FAULT_HWPOISON,            "HWPOISON" },   \
986         { VM_FAULT_HWPOISON_LARGE,      "HWPOISON_LARGE" },     \
987         { VM_FAULT_SIGSEGV,             "SIGSEGV" },    \
988         { VM_FAULT_NOPAGE,              "NOPAGE" },     \
989         { VM_FAULT_LOCKED,              "LOCKED" },     \
990         { VM_FAULT_RETRY,               "RETRY" },      \
991         { VM_FAULT_FALLBACK,            "FALLBACK" },   \
992         { VM_FAULT_DONE_COW,            "DONE_COW" },   \
993         { VM_FAULT_NEEDDSYNC,           "NEEDDSYNC" }
994
995 struct vm_special_mapping {
996         const char *name;       /* The name, e.g. "[vdso]". */
997
998         /*
999          * If .fault is not provided, this points to a
1000          * NULL-terminated array of pages that back the special mapping.
1001          *
1002          * This must not be NULL unless .fault is provided.
1003          */
1004         struct page **pages;
1005
1006         /*
1007          * If non-NULL, then this is called to resolve page faults
1008          * on the special mapping.  If used, .pages is not checked.
1009          */
1010         vm_fault_t (*fault)(const struct vm_special_mapping *sm,
1011                                 struct vm_area_struct *vma,
1012                                 struct vm_fault *vmf);
1013
1014         int (*mremap)(const struct vm_special_mapping *sm,
1015                      struct vm_area_struct *new_vma);
1016 };
1017
1018 enum tlb_flush_reason {
1019         TLB_FLUSH_ON_TASK_SWITCH,
1020         TLB_REMOTE_SHOOTDOWN,
1021         TLB_LOCAL_SHOOTDOWN,
1022         TLB_LOCAL_MM_SHOOTDOWN,
1023         TLB_REMOTE_SEND_IPI,
1024         NR_TLB_FLUSH_REASONS,
1025 };
1026
1027  /*
1028   * A swap entry has to fit into a "unsigned long", as the entry is hidden
1029   * in the "index" field of the swapper address space.
1030   */
1031 typedef struct {
1032         unsigned long val;
1033 } swp_entry_t;
1034
1035 /**
1036  * enum fault_flag - Fault flag definitions.
1037  * @FAULT_FLAG_WRITE: Fault was a write fault.
1038  * @FAULT_FLAG_MKWRITE: Fault was mkwrite of existing PTE.
1039  * @FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY: Allow to retry the fault if blocked.
1040  * @FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT: Don't drop mmap_lock and wait when retrying.
1041  * @FAULT_FLAG_KILLABLE: The fault task is in SIGKILL killable region.
1042  * @FAULT_FLAG_TRIED: The fault has been tried once.
1043  * @FAULT_FLAG_USER: The fault originated in userspace.
1044  * @FAULT_FLAG_REMOTE: The fault is not for current task/mm.
1045  * @FAULT_FLAG_INSTRUCTION: The fault was during an instruction fetch.
1046  * @FAULT_FLAG_INTERRUPTIBLE: The fault can be interrupted by non-fatal signals.
1047  * @FAULT_FLAG_UNSHARE: The fault is an unsharing request to break COW in a
1048  *                      COW mapping, making sure that an exclusive anon page is
1049  *                      mapped after the fault.
1050  * @FAULT_FLAG_ORIG_PTE_VALID: whether the fault has vmf->orig_pte cached.
1051  *                        We should only access orig_pte if this flag set.
1052  *
1053  * About @FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY and @FAULT_FLAG_TRIED: we can specify
1054  * whether we would allow page faults to retry by specifying these two
1055  * fault flags correctly.  Currently there can be three legal combinations:
1056  *
1057  * (a) ALLOW_RETRY and !TRIED:  this means the page fault allows retry, and
1058  *                              this is the first try
1059  *
1060  * (b) ALLOW_RETRY and TRIED:   this means the page fault allows retry, and
1061  *                              we've already tried at least once
1062  *
1063  * (c) !ALLOW_RETRY and !TRIED: this means the page fault does not allow retry
1064  *
1065  * The unlisted combination (!ALLOW_RETRY && TRIED) is illegal and should never
1066  * be used.  Note that page faults can be allowed to retry for multiple times,
1067  * in which case we'll have an initial fault with flags (a) then later on
1068  * continuous faults with flags (b).  We should always try to detect pending
1069  * signals before a retry to make sure the continuous page faults can still be
1070  * interrupted if necessary.
1071  *
1072  * The combination FAULT_FLAG_WRITE|FAULT_FLAG_UNSHARE is illegal.
1073  * FAULT_FLAG_UNSHARE is ignored and treated like an ordinary read fault when
1074  * applied to mappings that are not COW mappings.
1075  */
1076 enum fault_flag {
1077         FAULT_FLAG_WRITE =              1 << 0,
1078         FAULT_FLAG_MKWRITE =            1 << 1,
1079         FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY =        1 << 2,
1080         FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT =       1 << 3,
1081         FAULT_FLAG_KILLABLE =           1 << 4,
1082         FAULT_FLAG_TRIED =              1 << 5,
1083         FAULT_FLAG_USER =               1 << 6,
1084         FAULT_FLAG_REMOTE =             1 << 7,
1085         FAULT_FLAG_INSTRUCTION =        1 << 8,
1086         FAULT_FLAG_INTERRUPTIBLE =      1 << 9,
1087         FAULT_FLAG_UNSHARE =            1 << 10,
1088         FAULT_FLAG_ORIG_PTE_VALID =     1 << 11,
1089 };
1090
1091 typedef unsigned int __bitwise zap_flags_t;
1092
1093 /*
1094  * FOLL_PIN and FOLL_LONGTERM may be used in various combinations with each
1095  * other. Here is what they mean, and how to use them:
1096  *
1097  *
1098  * FIXME: For pages which are part of a filesystem, mappings are subject to the
1099  * lifetime enforced by the filesystem and we need guarantees that longterm
1100  * users like RDMA and V4L2 only establish mappings which coordinate usage with
1101  * the filesystem.  Ideas for this coordination include revoking the longterm
1102  * pin, delaying writeback, bounce buffer page writeback, etc.  As FS DAX was
1103  * added after the problem with filesystems was found FS DAX VMAs are
1104  * specifically failed.  Filesystem pages are still subject to bugs and use of
1105  * FOLL_LONGTERM should be avoided on those pages.
1106  *
1107  * In the CMA case: long term pins in a CMA region would unnecessarily fragment
1108  * that region.  And so, CMA attempts to migrate the page before pinning, when
1109  * FOLL_LONGTERM is specified.
1110  *
1111  * FOLL_PIN indicates that a special kind of tracking (not just page->_refcount,
1112  * but an additional pin counting system) will be invoked. This is intended for
1113  * anything that gets a page reference and then touches page data (for example,
1114  * Direct IO). This lets the filesystem know that some non-file-system entity is
1115  * potentially changing the pages' data. In contrast to FOLL_GET (whose pages
1116  * are released via put_page()), FOLL_PIN pages must be released, ultimately, by
1117  * a call to unpin_user_page().
1118  *
1119  * FOLL_PIN is similar to FOLL_GET: both of these pin pages. They use different
1120  * and separate refcounting mechanisms, however, and that means that each has
1121  * its own acquire and release mechanisms:
1122  *
1123  *     FOLL_GET: get_user_pages*() to acquire, and put_page() to release.
1124  *
1125  *     FOLL_PIN: pin_user_pages*() to acquire, and unpin_user_pages to release.
1126  *
1127  * FOLL_PIN and FOLL_GET are mutually exclusive for a given function call.
1128  * (The underlying pages may experience both FOLL_GET-based and FOLL_PIN-based
1129  * calls applied to them, and that's perfectly OK. This is a constraint on the
1130  * callers, not on the pages.)
1131  *
1132  * FOLL_PIN should be set internally by the pin_user_pages*() APIs, never
1133  * directly by the caller. That's in order to help avoid mismatches when
1134  * releasing pages: get_user_pages*() pages must be released via put_page(),
1135  * while pin_user_pages*() pages must be released via unpin_user_page().
1136  *
1137  * Please see Documentation/core-api/pin_user_pages.rst for more information.
1138  */
1139
1140 enum {
1141         /* check pte is writable */
1142         FOLL_WRITE = 1 << 0,
1143         /* do get_page on page */
1144         FOLL_GET = 1 << 1,
1145         /* give error on hole if it would be zero */
1146         FOLL_DUMP = 1 << 2,
1147         /* get_user_pages read/write w/o permission */
1148         FOLL_FORCE = 1 << 3,
1149         /*
1150          * if a disk transfer is needed, start the IO and return without waiting
1151          * upon it
1152          */
1153         FOLL_NOWAIT = 1 << 4,
1154         /* do not fault in pages */
1155         FOLL_NOFAULT = 1 << 5,
1156         /* check page is hwpoisoned */
1157         FOLL_HWPOISON = 1 << 6,
1158         /* don't do file mappings */
1159         FOLL_ANON = 1 << 7,
1160         /*
1161          * FOLL_LONGTERM indicates that the page will be held for an indefinite
1162          * time period _often_ under userspace control.  This is in contrast to
1163          * iov_iter_get_pages(), whose usages are transient.
1164          */
1165         FOLL_LONGTERM = 1 << 8,
1166         /* split huge pmd before returning */
1167         FOLL_SPLIT_PMD = 1 << 9,
1168         /* allow returning PCI P2PDMA pages */
1169         FOLL_PCI_P2PDMA = 1 << 10,
1170         /* allow interrupts from generic signals */
1171         FOLL_INTERRUPTIBLE = 1 << 11,
1172
1173         /* See also internal only FOLL flags in mm/internal.h */
1174 };
1175
1176 #endif /* _LINUX_MM_TYPES_H */