mm: use pmdp_get_lockless() without surplus barrier()
[linux-2.6-block.git] / mm / filemap.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *      linux/mm/filemap.c
4  *
5  * Copyright (C) 1994-1999  Linus Torvalds
6  */
7
8 /*
9  * This file handles the generic file mmap semantics used by
10  * most "normal" filesystems (but you don't /have/ to use this:
11  * the NFS filesystem used to do this differently, for example)
12  */
13 #include <linux/export.h>
14 #include <linux/compiler.h>
15 #include <linux/dax.h>
16 #include <linux/fs.h>
17 #include <linux/sched/signal.h>
18 #include <linux/uaccess.h>
19 #include <linux/capability.h>
20 #include <linux/kernel_stat.h>
21 #include <linux/gfp.h>
22 #include <linux/mm.h>
23 #include <linux/swap.h>
24 #include <linux/swapops.h>
25 #include <linux/syscalls.h>
26 #include <linux/mman.h>
27 #include <linux/pagemap.h>
28 #include <linux/file.h>
29 #include <linux/uio.h>
30 #include <linux/error-injection.h>
31 #include <linux/hash.h>
32 #include <linux/writeback.h>
33 #include <linux/backing-dev.h>
34 #include <linux/pagevec.h>
35 #include <linux/security.h>
36 #include <linux/cpuset.h>
37 #include <linux/hugetlb.h>
38 #include <linux/memcontrol.h>
39 #include <linux/shmem_fs.h>
40 #include <linux/rmap.h>
41 #include <linux/delayacct.h>
42 #include <linux/psi.h>
43 #include <linux/ramfs.h>
44 #include <linux/page_idle.h>
45 #include <linux/migrate.h>
46 #include <linux/pipe_fs_i.h>
47 #include <linux/splice.h>
48 #include <asm/pgalloc.h>
49 #include <asm/tlbflush.h>
50 #include "internal.h"
51
52 #define CREATE_TRACE_POINTS
53 #include <trace/events/filemap.h>
54
55 /*
56  * FIXME: remove all knowledge of the buffer layer from the core VM
57  */
58 #include <linux/buffer_head.h> /* for try_to_free_buffers */
59
60 #include <asm/mman.h>
61
62 #include "swap.h"
63
64 /*
65  * Shared mappings implemented 30.11.1994. It's not fully working yet,
66  * though.
67  *
68  * Shared mappings now work. 15.8.1995  Bruno.
69  *
70  * finished 'unifying' the page and buffer cache and SMP-threaded the
71  * page-cache, 21.05.1999, Ingo Molnar <mingo@redhat.com>
72  *
73  * SMP-threaded pagemap-LRU 1999, Andrea Arcangeli <andrea@suse.de>
74  */
75
76 /*
77  * Lock ordering:
78  *
79  *  ->i_mmap_rwsem              (truncate_pagecache)
80  *    ->private_lock            (__free_pte->block_dirty_folio)
81  *      ->swap_lock             (exclusive_swap_page, others)
82  *        ->i_pages lock
83  *
84  *  ->i_rwsem
85  *    ->invalidate_lock         (acquired by fs in truncate path)
86  *      ->i_mmap_rwsem          (truncate->unmap_mapping_range)
87  *
88  *  ->mmap_lock
89  *    ->i_mmap_rwsem
90  *      ->page_table_lock or pte_lock   (various, mainly in memory.c)
91  *        ->i_pages lock        (arch-dependent flush_dcache_mmap_lock)
92  *
93  *  ->mmap_lock
94  *    ->invalidate_lock         (filemap_fault)
95  *      ->lock_page             (filemap_fault, access_process_vm)
96  *
97  *  ->i_rwsem                   (generic_perform_write)
98  *    ->mmap_lock               (fault_in_readable->do_page_fault)
99  *
100  *  bdi->wb.list_lock
101  *    sb_lock                   (fs/fs-writeback.c)
102  *    ->i_pages lock            (__sync_single_inode)
103  *
104  *  ->i_mmap_rwsem
105  *    ->anon_vma.lock           (vma_merge)
106  *
107  *  ->anon_vma.lock
108  *    ->page_table_lock or pte_lock     (anon_vma_prepare and various)
109  *
110  *  ->page_table_lock or pte_lock
111  *    ->swap_lock               (try_to_unmap_one)
112  *    ->private_lock            (try_to_unmap_one)
113  *    ->i_pages lock            (try_to_unmap_one)
114  *    ->lruvec->lru_lock        (follow_page->mark_page_accessed)
115  *    ->lruvec->lru_lock        (check_pte_range->isolate_lru_page)
116  *    ->private_lock            (page_remove_rmap->set_page_dirty)
117  *    ->i_pages lock            (page_remove_rmap->set_page_dirty)
118  *    bdi.wb->list_lock         (page_remove_rmap->set_page_dirty)
119  *    ->inode->i_lock           (page_remove_rmap->set_page_dirty)
120  *    ->memcg->move_lock        (page_remove_rmap->lock_page_memcg)
121  *    bdi.wb->list_lock         (zap_pte_range->set_page_dirty)
122  *    ->inode->i_lock           (zap_pte_range->set_page_dirty)
123  *    ->private_lock            (zap_pte_range->block_dirty_folio)
124  *
125  * ->i_mmap_rwsem
126  *   ->tasklist_lock            (memory_failure, collect_procs_ao)
127  */
128
129 static void page_cache_delete(struct address_space *mapping,
130                                    struct folio *folio, void *shadow)
131 {
132         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, folio->index);
133         long nr = 1;
134
135         mapping_set_update(&xas, mapping);
136
137         /* hugetlb pages are represented by a single entry in the xarray */
138         if (!folio_test_hugetlb(folio)) {
139                 xas_set_order(&xas, folio->index, folio_order(folio));
140                 nr = folio_nr_pages(folio);
141         }
142
143         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
144
145         xas_store(&xas, shadow);
146         xas_init_marks(&xas);
147
148         folio->mapping = NULL;
149         /* Leave page->index set: truncation lookup relies upon it */
150         mapping->nrpages -= nr;
151 }
152
153 static void filemap_unaccount_folio(struct address_space *mapping,
154                 struct folio *folio)
155 {
156         long nr;
157
158         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_mapped(folio), folio);
159         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM) && unlikely(folio_mapped(folio))) {
160                 pr_alert("BUG: Bad page cache in process %s  pfn:%05lx\n",
161                          current->comm, folio_pfn(folio));
162                 dump_page(&folio->page, "still mapped when deleted");
163                 dump_stack();
164                 add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
165
166                 if (mapping_exiting(mapping) && !folio_test_large(folio)) {
167                         int mapcount = page_mapcount(&folio->page);
168
169                         if (folio_ref_count(folio) >= mapcount + 2) {
170                                 /*
171                                  * All vmas have already been torn down, so it's
172                                  * a good bet that actually the page is unmapped
173                                  * and we'd rather not leak it: if we're wrong,
174                                  * another bad page check should catch it later.
175                                  */
176                                 page_mapcount_reset(&folio->page);
177                                 folio_ref_sub(folio, mapcount);
178                         }
179                 }
180         }
181
182         /* hugetlb folios do not participate in page cache accounting. */
183         if (folio_test_hugetlb(folio))
184                 return;
185
186         nr = folio_nr_pages(folio);
187
188         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_PAGES, -nr);
189         if (folio_test_swapbacked(folio)) {
190                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_SHMEM, -nr);
191                 if (folio_test_pmd_mappable(folio))
192                         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_SHMEM_THPS, -nr);
193         } else if (folio_test_pmd_mappable(folio)) {
194                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_THPS, -nr);
195                 filemap_nr_thps_dec(mapping);
196         }
197
198         /*
199          * At this point folio must be either written or cleaned by
200          * truncate.  Dirty folio here signals a bug and loss of
201          * unwritten data - on ordinary filesystems.
202          *
203          * But it's harmless on in-memory filesystems like tmpfs; and can
204          * occur when a driver which did get_user_pages() sets page dirty
205          * before putting it, while the inode is being finally evicted.
206          *
207          * Below fixes dirty accounting after removing the folio entirely
208          * but leaves the dirty flag set: it has no effect for truncated
209          * folio and anyway will be cleared before returning folio to
210          * buddy allocator.
211          */
212         if (WARN_ON_ONCE(folio_test_dirty(folio) &&
213                          mapping_can_writeback(mapping)))
214                 folio_account_cleaned(folio, inode_to_wb(mapping->host));
215 }
216
217 /*
218  * Delete a page from the page cache and free it. Caller has to make
219  * sure the page is locked and that nobody else uses it - or that usage
220  * is safe.  The caller must hold the i_pages lock.
221  */
222 void __filemap_remove_folio(struct folio *folio, void *shadow)
223 {
224         struct address_space *mapping = folio->mapping;
225
226         trace_mm_filemap_delete_from_page_cache(folio);
227         filemap_unaccount_folio(mapping, folio);
228         page_cache_delete(mapping, folio, shadow);
229 }
230
231 void filemap_free_folio(struct address_space *mapping, struct folio *folio)
232 {
233         void (*free_folio)(struct folio *);
234         int refs = 1;
235
236         free_folio = mapping->a_ops->free_folio;
237         if (free_folio)
238                 free_folio(folio);
239
240         if (folio_test_large(folio) && !folio_test_hugetlb(folio))
241                 refs = folio_nr_pages(folio);
242         folio_put_refs(folio, refs);
243 }
244
245 /**
246  * filemap_remove_folio - Remove folio from page cache.
247  * @folio: The folio.
248  *
249  * This must be called only on folios that are locked and have been
250  * verified to be in the page cache.  It will never put the folio into
251  * the free list because the caller has a reference on the page.
252  */
253 void filemap_remove_folio(struct folio *folio)
254 {
255         struct address_space *mapping = folio->mapping;
256
257         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
258         spin_lock(&mapping->host->i_lock);
259         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
260         __filemap_remove_folio(folio, NULL);
261         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
262         if (mapping_shrinkable(mapping))
263                 inode_add_lru(mapping->host);
264         spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
265
266         filemap_free_folio(mapping, folio);
267 }
268
269 /*
270  * page_cache_delete_batch - delete several folios from page cache
271  * @mapping: the mapping to which folios belong
272  * @fbatch: batch of folios to delete
273  *
274  * The function walks over mapping->i_pages and removes folios passed in
275  * @fbatch from the mapping. The function expects @fbatch to be sorted
276  * by page index and is optimised for it to be dense.
277  * It tolerates holes in @fbatch (mapping entries at those indices are not
278  * modified).
279  *
280  * The function expects the i_pages lock to be held.
281  */
282 static void page_cache_delete_batch(struct address_space *mapping,
283                              struct folio_batch *fbatch)
284 {
285         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, fbatch->folios[0]->index);
286         long total_pages = 0;
287         int i = 0;
288         struct folio *folio;
289
290         mapping_set_update(&xas, mapping);
291         xas_for_each(&xas, folio, ULONG_MAX) {
292                 if (i >= folio_batch_count(fbatch))
293                         break;
294
295                 /* A swap/dax/shadow entry got inserted? Skip it. */
296                 if (xa_is_value(folio))
297                         continue;
298                 /*
299                  * A page got inserted in our range? Skip it. We have our
300                  * pages locked so they are protected from being removed.
301                  * If we see a page whose index is higher than ours, it
302                  * means our page has been removed, which shouldn't be
303                  * possible because we're holding the PageLock.
304                  */
305                 if (folio != fbatch->folios[i]) {
306                         VM_BUG_ON_FOLIO(folio->index >
307                                         fbatch->folios[i]->index, folio);
308                         continue;
309                 }
310
311                 WARN_ON_ONCE(!folio_test_locked(folio));
312
313                 folio->mapping = NULL;
314                 /* Leave folio->index set: truncation lookup relies on it */
315
316                 i++;
317                 xas_store(&xas, NULL);
318                 total_pages += folio_nr_pages(folio);
319         }
320         mapping->nrpages -= total_pages;
321 }
322
323 void delete_from_page_cache_batch(struct address_space *mapping,
324                                   struct folio_batch *fbatch)
325 {
326         int i;
327
328         if (!folio_batch_count(fbatch))
329                 return;
330
331         spin_lock(&mapping->host->i_lock);
332         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
333         for (i = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++) {
334                 struct folio *folio = fbatch->folios[i];
335
336                 trace_mm_filemap_delete_from_page_cache(folio);
337                 filemap_unaccount_folio(mapping, folio);
338         }
339         page_cache_delete_batch(mapping, fbatch);
340         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
341         if (mapping_shrinkable(mapping))
342                 inode_add_lru(mapping->host);
343         spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
344
345         for (i = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++)
346                 filemap_free_folio(mapping, fbatch->folios[i]);
347 }
348
349 int filemap_check_errors(struct address_space *mapping)
350 {
351         int ret = 0;
352         /* Check for outstanding write errors */
353         if (test_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags) &&
354             test_and_clear_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags))
355                 ret = -ENOSPC;
356         if (test_bit(AS_EIO, &mapping->flags) &&
357             test_and_clear_bit(AS_EIO, &mapping->flags))
358                 ret = -EIO;
359         return ret;
360 }
361 EXPORT_SYMBOL(filemap_check_errors);
362
363 static int filemap_check_and_keep_errors(struct address_space *mapping)
364 {
365         /* Check for outstanding write errors */
366         if (test_bit(AS_EIO, &mapping->flags))
367                 return -EIO;
368         if (test_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags))
369                 return -ENOSPC;
370         return 0;
371 }
372
373 /**
374  * filemap_fdatawrite_wbc - start writeback on mapping dirty pages in range
375  * @mapping:    address space structure to write
376  * @wbc:        the writeback_control controlling the writeout
377  *
378  * Call writepages on the mapping using the provided wbc to control the
379  * writeout.
380  *
381  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
382  */
383 int filemap_fdatawrite_wbc(struct address_space *mapping,
384                            struct writeback_control *wbc)
385 {
386         int ret;
387
388         if (!mapping_can_writeback(mapping) ||
389             !mapping_tagged(mapping, PAGECACHE_TAG_DIRTY))
390                 return 0;
391
392         wbc_attach_fdatawrite_inode(wbc, mapping->host);
393         ret = do_writepages(mapping, wbc);
394         wbc_detach_inode(wbc);
395         return ret;
396 }
397 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite_wbc);
398
399 /**
400  * __filemap_fdatawrite_range - start writeback on mapping dirty pages in range
401  * @mapping:    address space structure to write
402  * @start:      offset in bytes where the range starts
403  * @end:        offset in bytes where the range ends (inclusive)
404  * @sync_mode:  enable synchronous operation
405  *
406  * Start writeback against all of a mapping's dirty pages that lie
407  * within the byte offsets <start, end> inclusive.
408  *
409  * If sync_mode is WB_SYNC_ALL then this is a "data integrity" operation, as
410  * opposed to a regular memory cleansing writeback.  The difference between
411  * these two operations is that if a dirty page/buffer is encountered, it must
412  * be waited upon, and not just skipped over.
413  *
414  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
415  */
416 int __filemap_fdatawrite_range(struct address_space *mapping, loff_t start,
417                                 loff_t end, int sync_mode)
418 {
419         struct writeback_control wbc = {
420                 .sync_mode = sync_mode,
421                 .nr_to_write = LONG_MAX,
422                 .range_start = start,
423                 .range_end = end,
424         };
425
426         return filemap_fdatawrite_wbc(mapping, &wbc);
427 }
428
429 static inline int __filemap_fdatawrite(struct address_space *mapping,
430         int sync_mode)
431 {
432         return __filemap_fdatawrite_range(mapping, 0, LLONG_MAX, sync_mode);
433 }
434
435 int filemap_fdatawrite(struct address_space *mapping)
436 {
437         return __filemap_fdatawrite(mapping, WB_SYNC_ALL);
438 }
439 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite);
440
441 int filemap_fdatawrite_range(struct address_space *mapping, loff_t start,
442                                 loff_t end)
443 {
444         return __filemap_fdatawrite_range(mapping, start, end, WB_SYNC_ALL);
445 }
446 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite_range);
447
448 /**
449  * filemap_flush - mostly a non-blocking flush
450  * @mapping:    target address_space
451  *
452  * This is a mostly non-blocking flush.  Not suitable for data-integrity
453  * purposes - I/O may not be started against all dirty pages.
454  *
455  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
456  */
457 int filemap_flush(struct address_space *mapping)
458 {
459         return __filemap_fdatawrite(mapping, WB_SYNC_NONE);
460 }
461 EXPORT_SYMBOL(filemap_flush);
462
463 /**
464  * filemap_range_has_page - check if a page exists in range.
465  * @mapping:           address space within which to check
466  * @start_byte:        offset in bytes where the range starts
467  * @end_byte:          offset in bytes where the range ends (inclusive)
468  *
469  * Find at least one page in the range supplied, usually used to check if
470  * direct writing in this range will trigger a writeback.
471  *
472  * Return: %true if at least one page exists in the specified range,
473  * %false otherwise.
474  */
475 bool filemap_range_has_page(struct address_space *mapping,
476                            loff_t start_byte, loff_t end_byte)
477 {
478         struct folio *folio;
479         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_byte >> PAGE_SHIFT);
480         pgoff_t max = end_byte >> PAGE_SHIFT;
481
482         if (end_byte < start_byte)
483                 return false;
484
485         rcu_read_lock();
486         for (;;) {
487                 folio = xas_find(&xas, max);
488                 if (xas_retry(&xas, folio))
489                         continue;
490                 /* Shadow entries don't count */
491                 if (xa_is_value(folio))
492                         continue;
493                 /*
494                  * We don't need to try to pin this page; we're about to
495                  * release the RCU lock anyway.  It is enough to know that
496                  * there was a page here recently.
497                  */
498                 break;
499         }
500         rcu_read_unlock();
501
502         return folio != NULL;
503 }
504 EXPORT_SYMBOL(filemap_range_has_page);
505
506 static void __filemap_fdatawait_range(struct address_space *mapping,
507                                      loff_t start_byte, loff_t end_byte)
508 {
509         pgoff_t index = start_byte >> PAGE_SHIFT;
510         pgoff_t end = end_byte >> PAGE_SHIFT;
511         struct folio_batch fbatch;
512         unsigned nr_folios;
513
514         folio_batch_init(&fbatch);
515
516         while (index <= end) {
517                 unsigned i;
518
519                 nr_folios = filemap_get_folios_tag(mapping, &index, end,
520                                 PAGECACHE_TAG_WRITEBACK, &fbatch);
521
522                 if (!nr_folios)
523                         break;
524
525                 for (i = 0; i < nr_folios; i++) {
526                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
527
528                         folio_wait_writeback(folio);
529                         folio_clear_error(folio);
530                 }
531                 folio_batch_release(&fbatch);
532                 cond_resched();
533         }
534 }
535
536 /**
537  * filemap_fdatawait_range - wait for writeback to complete
538  * @mapping:            address space structure to wait for
539  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
540  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
541  *
542  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space
543  * in the given range and wait for all of them.  Check error status of
544  * the address space and return it.
545  *
546  * Since the error status of the address space is cleared by this function,
547  * callers are responsible for checking the return value and handling and/or
548  * reporting the error.
549  *
550  * Return: error status of the address space.
551  */
552 int filemap_fdatawait_range(struct address_space *mapping, loff_t start_byte,
553                             loff_t end_byte)
554 {
555         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
556         return filemap_check_errors(mapping);
557 }
558 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_range);
559
560 /**
561  * filemap_fdatawait_range_keep_errors - wait for writeback to complete
562  * @mapping:            address space structure to wait for
563  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
564  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
565  *
566  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space in the
567  * given range and wait for all of them.  Unlike filemap_fdatawait_range(),
568  * this function does not clear error status of the address space.
569  *
570  * Use this function if callers don't handle errors themselves.  Expected
571  * call sites are system-wide / filesystem-wide data flushers: e.g. sync(2),
572  * fsfreeze(8)
573  */
574 int filemap_fdatawait_range_keep_errors(struct address_space *mapping,
575                 loff_t start_byte, loff_t end_byte)
576 {
577         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
578         return filemap_check_and_keep_errors(mapping);
579 }
580 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_range_keep_errors);
581
582 /**
583  * file_fdatawait_range - wait for writeback to complete
584  * @file:               file pointing to address space structure to wait for
585  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
586  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
587  *
588  * Walk the list of under-writeback pages of the address space that file
589  * refers to, in the given range and wait for all of them.  Check error
590  * status of the address space vs. the file->f_wb_err cursor and return it.
591  *
592  * Since the error status of the file is advanced by this function,
593  * callers are responsible for checking the return value and handling and/or
594  * reporting the error.
595  *
596  * Return: error status of the address space vs. the file->f_wb_err cursor.
597  */
598 int file_fdatawait_range(struct file *file, loff_t start_byte, loff_t end_byte)
599 {
600         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
601
602         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
603         return file_check_and_advance_wb_err(file);
604 }
605 EXPORT_SYMBOL(file_fdatawait_range);
606
607 /**
608  * filemap_fdatawait_keep_errors - wait for writeback without clearing errors
609  * @mapping: address space structure to wait for
610  *
611  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space
612  * and wait for all of them.  Unlike filemap_fdatawait(), this function
613  * does not clear error status of the address space.
614  *
615  * Use this function if callers don't handle errors themselves.  Expected
616  * call sites are system-wide / filesystem-wide data flushers: e.g. sync(2),
617  * fsfreeze(8)
618  *
619  * Return: error status of the address space.
620  */
621 int filemap_fdatawait_keep_errors(struct address_space *mapping)
622 {
623         __filemap_fdatawait_range(mapping, 0, LLONG_MAX);
624         return filemap_check_and_keep_errors(mapping);
625 }
626 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_keep_errors);
627
628 /* Returns true if writeback might be needed or already in progress. */
629 static bool mapping_needs_writeback(struct address_space *mapping)
630 {
631         return mapping->nrpages;
632 }
633
634 bool filemap_range_has_writeback(struct address_space *mapping,
635                                  loff_t start_byte, loff_t end_byte)
636 {
637         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_byte >> PAGE_SHIFT);
638         pgoff_t max = end_byte >> PAGE_SHIFT;
639         struct folio *folio;
640
641         if (end_byte < start_byte)
642                 return false;
643
644         rcu_read_lock();
645         xas_for_each(&xas, folio, max) {
646                 if (xas_retry(&xas, folio))
647                         continue;
648                 if (xa_is_value(folio))
649                         continue;
650                 if (folio_test_dirty(folio) || folio_test_locked(folio) ||
651                                 folio_test_writeback(folio))
652                         break;
653         }
654         rcu_read_unlock();
655         return folio != NULL;
656 }
657 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_range_has_writeback);
658
659 /**
660  * filemap_write_and_wait_range - write out & wait on a file range
661  * @mapping:    the address_space for the pages
662  * @lstart:     offset in bytes where the range starts
663  * @lend:       offset in bytes where the range ends (inclusive)
664  *
665  * Write out and wait upon file offsets lstart->lend, inclusive.
666  *
667  * Note that @lend is inclusive (describes the last byte to be written) so
668  * that this function can be used to write to the very end-of-file (end = -1).
669  *
670  * Return: error status of the address space.
671  */
672 int filemap_write_and_wait_range(struct address_space *mapping,
673                                  loff_t lstart, loff_t lend)
674 {
675         int err = 0, err2;
676
677         if (lend < lstart)
678                 return 0;
679
680         if (mapping_needs_writeback(mapping)) {
681                 err = __filemap_fdatawrite_range(mapping, lstart, lend,
682                                                  WB_SYNC_ALL);
683                 /*
684                  * Even if the above returned error, the pages may be
685                  * written partially (e.g. -ENOSPC), so we wait for it.
686                  * But the -EIO is special case, it may indicate the worst
687                  * thing (e.g. bug) happened, so we avoid waiting for it.
688                  */
689                 if (err != -EIO)
690                         __filemap_fdatawait_range(mapping, lstart, lend);
691         }
692         err2 = filemap_check_errors(mapping);
693         if (!err)
694                 err = err2;
695         return err;
696 }
697 EXPORT_SYMBOL(filemap_write_and_wait_range);
698
699 void __filemap_set_wb_err(struct address_space *mapping, int err)
700 {
701         errseq_t eseq = errseq_set(&mapping->wb_err, err);
702
703         trace_filemap_set_wb_err(mapping, eseq);
704 }
705 EXPORT_SYMBOL(__filemap_set_wb_err);
706
707 /**
708  * file_check_and_advance_wb_err - report wb error (if any) that was previously
709  *                                 and advance wb_err to current one
710  * @file: struct file on which the error is being reported
711  *
712  * When userland calls fsync (or something like nfsd does the equivalent), we
713  * want to report any writeback errors that occurred since the last fsync (or
714  * since the file was opened if there haven't been any).
715  *
716  * Grab the wb_err from the mapping. If it matches what we have in the file,
717  * then just quickly return 0. The file is all caught up.
718  *
719  * If it doesn't match, then take the mapping value, set the "seen" flag in
720  * it and try to swap it into place. If it works, or another task beat us
721  * to it with the new value, then update the f_wb_err and return the error
722  * portion. The error at this point must be reported via proper channels
723  * (a'la fsync, or NFS COMMIT operation, etc.).
724  *
725  * While we handle mapping->wb_err with atomic operations, the f_wb_err
726  * value is protected by the f_lock since we must ensure that it reflects
727  * the latest value swapped in for this file descriptor.
728  *
729  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
730  */
731 int file_check_and_advance_wb_err(struct file *file)
732 {
733         int err = 0;
734         errseq_t old = READ_ONCE(file->f_wb_err);
735         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
736
737         /* Locklessly handle the common case where nothing has changed */
738         if (errseq_check(&mapping->wb_err, old)) {
739                 /* Something changed, must use slow path */
740                 spin_lock(&file->f_lock);
741                 old = file->f_wb_err;
742                 err = errseq_check_and_advance(&mapping->wb_err,
743                                                 &file->f_wb_err);
744                 trace_file_check_and_advance_wb_err(file, old);
745                 spin_unlock(&file->f_lock);
746         }
747
748         /*
749          * We're mostly using this function as a drop in replacement for
750          * filemap_check_errors. Clear AS_EIO/AS_ENOSPC to emulate the effect
751          * that the legacy code would have had on these flags.
752          */
753         clear_bit(AS_EIO, &mapping->flags);
754         clear_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags);
755         return err;
756 }
757 EXPORT_SYMBOL(file_check_and_advance_wb_err);
758
759 /**
760  * file_write_and_wait_range - write out & wait on a file range
761  * @file:       file pointing to address_space with pages
762  * @lstart:     offset in bytes where the range starts
763  * @lend:       offset in bytes where the range ends (inclusive)
764  *
765  * Write out and wait upon file offsets lstart->lend, inclusive.
766  *
767  * Note that @lend is inclusive (describes the last byte to be written) so
768  * that this function can be used to write to the very end-of-file (end = -1).
769  *
770  * After writing out and waiting on the data, we check and advance the
771  * f_wb_err cursor to the latest value, and return any errors detected there.
772  *
773  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
774  */
775 int file_write_and_wait_range(struct file *file, loff_t lstart, loff_t lend)
776 {
777         int err = 0, err2;
778         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
779
780         if (lend < lstart)
781                 return 0;
782
783         if (mapping_needs_writeback(mapping)) {
784                 err = __filemap_fdatawrite_range(mapping, lstart, lend,
785                                                  WB_SYNC_ALL);
786                 /* See comment of filemap_write_and_wait() */
787                 if (err != -EIO)
788                         __filemap_fdatawait_range(mapping, lstart, lend);
789         }
790         err2 = file_check_and_advance_wb_err(file);
791         if (!err)
792                 err = err2;
793         return err;
794 }
795 EXPORT_SYMBOL(file_write_and_wait_range);
796
797 /**
798  * replace_page_cache_folio - replace a pagecache folio with a new one
799  * @old:        folio to be replaced
800  * @new:        folio to replace with
801  *
802  * This function replaces a folio in the pagecache with a new one.  On
803  * success it acquires the pagecache reference for the new folio and
804  * drops it for the old folio.  Both the old and new folios must be
805  * locked.  This function does not add the new folio to the LRU, the
806  * caller must do that.
807  *
808  * The remove + add is atomic.  This function cannot fail.
809  */
810 void replace_page_cache_folio(struct folio *old, struct folio *new)
811 {
812         struct address_space *mapping = old->mapping;
813         void (*free_folio)(struct folio *) = mapping->a_ops->free_folio;
814         pgoff_t offset = old->index;
815         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, offset);
816
817         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(old), old);
818         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(new), new);
819         VM_BUG_ON_FOLIO(new->mapping, new);
820
821         folio_get(new);
822         new->mapping = mapping;
823         new->index = offset;
824
825         mem_cgroup_migrate(old, new);
826
827         xas_lock_irq(&xas);
828         xas_store(&xas, new);
829
830         old->mapping = NULL;
831         /* hugetlb pages do not participate in page cache accounting. */
832         if (!folio_test_hugetlb(old))
833                 __lruvec_stat_sub_folio(old, NR_FILE_PAGES);
834         if (!folio_test_hugetlb(new))
835                 __lruvec_stat_add_folio(new, NR_FILE_PAGES);
836         if (folio_test_swapbacked(old))
837                 __lruvec_stat_sub_folio(old, NR_SHMEM);
838         if (folio_test_swapbacked(new))
839                 __lruvec_stat_add_folio(new, NR_SHMEM);
840         xas_unlock_irq(&xas);
841         if (free_folio)
842                 free_folio(old);
843         folio_put(old);
844 }
845 EXPORT_SYMBOL_GPL(replace_page_cache_folio);
846
847 noinline int __filemap_add_folio(struct address_space *mapping,
848                 struct folio *folio, pgoff_t index, gfp_t gfp, void **shadowp)
849 {
850         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
851         int huge = folio_test_hugetlb(folio);
852         bool charged = false;
853         long nr = 1;
854
855         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
856         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_swapbacked(folio), folio);
857         mapping_set_update(&xas, mapping);
858
859         if (!huge) {
860                 int error = mem_cgroup_charge(folio, NULL, gfp);
861                 VM_BUG_ON_FOLIO(index & (folio_nr_pages(folio) - 1), folio);
862                 if (error)
863                         return error;
864                 charged = true;
865                 xas_set_order(&xas, index, folio_order(folio));
866                 nr = folio_nr_pages(folio);
867         }
868
869         gfp &= GFP_RECLAIM_MASK;
870         folio_ref_add(folio, nr);
871         folio->mapping = mapping;
872         folio->index = xas.xa_index;
873
874         do {
875                 unsigned int order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
876                 void *entry, *old = NULL;
877
878                 if (order > folio_order(folio))
879                         xas_split_alloc(&xas, xa_load(xas.xa, xas.xa_index),
880                                         order, gfp);
881                 xas_lock_irq(&xas);
882                 xas_for_each_conflict(&xas, entry) {
883                         old = entry;
884                         if (!xa_is_value(entry)) {
885                                 xas_set_err(&xas, -EEXIST);
886                                 goto unlock;
887                         }
888                 }
889
890                 if (old) {
891                         if (shadowp)
892                                 *shadowp = old;
893                         /* entry may have been split before we acquired lock */
894                         order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
895                         if (order > folio_order(folio)) {
896                                 /* How to handle large swap entries? */
897                                 BUG_ON(shmem_mapping(mapping));
898                                 xas_split(&xas, old, order);
899                                 xas_reset(&xas);
900                         }
901                 }
902
903                 xas_store(&xas, folio);
904                 if (xas_error(&xas))
905                         goto unlock;
906
907                 mapping->nrpages += nr;
908
909                 /* hugetlb pages do not participate in page cache accounting */
910                 if (!huge) {
911                         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_PAGES, nr);
912                         if (folio_test_pmd_mappable(folio))
913                                 __lruvec_stat_mod_folio(folio,
914                                                 NR_FILE_THPS, nr);
915                 }
916 unlock:
917                 xas_unlock_irq(&xas);
918         } while (xas_nomem(&xas, gfp));
919
920         if (xas_error(&xas))
921                 goto error;
922
923         trace_mm_filemap_add_to_page_cache(folio);
924         return 0;
925 error:
926         if (charged)
927                 mem_cgroup_uncharge(folio);
928         folio->mapping = NULL;
929         /* Leave page->index set: truncation relies upon it */
930         folio_put_refs(folio, nr);
931         return xas_error(&xas);
932 }
933 ALLOW_ERROR_INJECTION(__filemap_add_folio, ERRNO);
934
935 int filemap_add_folio(struct address_space *mapping, struct folio *folio,
936                                 pgoff_t index, gfp_t gfp)
937 {
938         void *shadow = NULL;
939         int ret;
940
941         __folio_set_locked(folio);
942         ret = __filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp, &shadow);
943         if (unlikely(ret))
944                 __folio_clear_locked(folio);
945         else {
946                 /*
947                  * The folio might have been evicted from cache only
948                  * recently, in which case it should be activated like
949                  * any other repeatedly accessed folio.
950                  * The exception is folios getting rewritten; evicting other
951                  * data from the working set, only to cache data that will
952                  * get overwritten with something else, is a waste of memory.
953                  */
954                 WARN_ON_ONCE(folio_test_active(folio));
955                 if (!(gfp & __GFP_WRITE) && shadow)
956                         workingset_refault(folio, shadow);
957                 folio_add_lru(folio);
958         }
959         return ret;
960 }
961 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_add_folio);
962
963 #ifdef CONFIG_NUMA
964 struct folio *filemap_alloc_folio(gfp_t gfp, unsigned int order)
965 {
966         int n;
967         struct folio *folio;
968
969         if (cpuset_do_page_mem_spread()) {
970                 unsigned int cpuset_mems_cookie;
971                 do {
972                         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
973                         n = cpuset_mem_spread_node();
974                         folio = __folio_alloc_node(gfp, order, n);
975                 } while (!folio && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
976
977                 return folio;
978         }
979         return folio_alloc(gfp, order);
980 }
981 EXPORT_SYMBOL(filemap_alloc_folio);
982 #endif
983
984 /*
985  * filemap_invalidate_lock_two - lock invalidate_lock for two mappings
986  *
987  * Lock exclusively invalidate_lock of any passed mapping that is not NULL.
988  *
989  * @mapping1: the first mapping to lock
990  * @mapping2: the second mapping to lock
991  */
992 void filemap_invalidate_lock_two(struct address_space *mapping1,
993                                  struct address_space *mapping2)
994 {
995         if (mapping1 > mapping2)
996                 swap(mapping1, mapping2);
997         if (mapping1)
998                 down_write(&mapping1->invalidate_lock);
999         if (mapping2 && mapping1 != mapping2)
1000                 down_write_nested(&mapping2->invalidate_lock, 1);
1001 }
1002 EXPORT_SYMBOL(filemap_invalidate_lock_two);
1003
1004 /*
1005  * filemap_invalidate_unlock_two - unlock invalidate_lock for two mappings
1006  *
1007  * Unlock exclusive invalidate_lock of any passed mapping that is not NULL.
1008  *
1009  * @mapping1: the first mapping to unlock
1010  * @mapping2: the second mapping to unlock
1011  */
1012 void filemap_invalidate_unlock_two(struct address_space *mapping1,
1013                                    struct address_space *mapping2)
1014 {
1015         if (mapping1)
1016                 up_write(&mapping1->invalidate_lock);
1017         if (mapping2 && mapping1 != mapping2)
1018                 up_write(&mapping2->invalidate_lock);
1019 }
1020 EXPORT_SYMBOL(filemap_invalidate_unlock_two);
1021
1022 /*
1023  * In order to wait for pages to become available there must be
1024  * waitqueues associated with pages. By using a hash table of
1025  * waitqueues where the bucket discipline is to maintain all
1026  * waiters on the same queue and wake all when any of the pages
1027  * become available, and for the woken contexts to check to be
1028  * sure the appropriate page became available, this saves space
1029  * at a cost of "thundering herd" phenomena during rare hash
1030  * collisions.
1031  */
1032 #define PAGE_WAIT_TABLE_BITS 8
1033 #define PAGE_WAIT_TABLE_SIZE (1 << PAGE_WAIT_TABLE_BITS)
1034 static wait_queue_head_t folio_wait_table[PAGE_WAIT_TABLE_SIZE] __cacheline_aligned;
1035
1036 static wait_queue_head_t *folio_waitqueue(struct folio *folio)
1037 {
1038         return &folio_wait_table[hash_ptr(folio, PAGE_WAIT_TABLE_BITS)];
1039 }
1040
1041 void __init pagecache_init(void)
1042 {
1043         int i;
1044
1045         for (i = 0; i < PAGE_WAIT_TABLE_SIZE; i++)
1046                 init_waitqueue_head(&folio_wait_table[i]);
1047
1048         page_writeback_init();
1049 }
1050
1051 /*
1052  * The page wait code treats the "wait->flags" somewhat unusually, because
1053  * we have multiple different kinds of waits, not just the usual "exclusive"
1054  * one.
1055  *
1056  * We have:
1057  *
1058  *  (a) no special bits set:
1059  *
1060  *      We're just waiting for the bit to be released, and when a waker
1061  *      calls the wakeup function, we set WQ_FLAG_WOKEN and wake it up,
1062  *      and remove it from the wait queue.
1063  *
1064  *      Simple and straightforward.
1065  *
1066  *  (b) WQ_FLAG_EXCLUSIVE:
1067  *
1068  *      The waiter is waiting to get the lock, and only one waiter should
1069  *      be woken up to avoid any thundering herd behavior. We'll set the
1070  *      WQ_FLAG_WOKEN bit, wake it up, and remove it from the wait queue.
1071  *
1072  *      This is the traditional exclusive wait.
1073  *
1074  *  (c) WQ_FLAG_EXCLUSIVE | WQ_FLAG_CUSTOM:
1075  *
1076  *      The waiter is waiting to get the bit, and additionally wants the
1077  *      lock to be transferred to it for fair lock behavior. If the lock
1078  *      cannot be taken, we stop walking the wait queue without waking
1079  *      the waiter.
1080  *
1081  *      This is the "fair lock handoff" case, and in addition to setting
1082  *      WQ_FLAG_WOKEN, we set WQ_FLAG_DONE to let the waiter easily see
1083  *      that it now has the lock.
1084  */
1085 static int wake_page_function(wait_queue_entry_t *wait, unsigned mode, int sync, void *arg)
1086 {
1087         unsigned int flags;
1088         struct wait_page_key *key = arg;
1089         struct wait_page_queue *wait_page
1090                 = container_of(wait, struct wait_page_queue, wait);
1091
1092         if (!wake_page_match(wait_page, key))
1093                 return 0;
1094
1095         /*
1096          * If it's a lock handoff wait, we get the bit for it, and
1097          * stop walking (and do not wake it up) if we can't.
1098          */
1099         flags = wait->flags;
1100         if (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) {
1101                 if (test_bit(key->bit_nr, &key->folio->flags))
1102                         return -1;
1103                 if (flags & WQ_FLAG_CUSTOM) {
1104                         if (test_and_set_bit(key->bit_nr, &key->folio->flags))
1105                                 return -1;
1106                         flags |= WQ_FLAG_DONE;
1107                 }
1108         }
1109
1110         /*
1111          * We are holding the wait-queue lock, but the waiter that
1112          * is waiting for this will be checking the flags without
1113          * any locking.
1114          *
1115          * So update the flags atomically, and wake up the waiter
1116          * afterwards to avoid any races. This store-release pairs
1117          * with the load-acquire in folio_wait_bit_common().
1118          */
1119         smp_store_release(&wait->flags, flags | WQ_FLAG_WOKEN);
1120         wake_up_state(wait->private, mode);
1121
1122         /*
1123          * Ok, we have successfully done what we're waiting for,
1124          * and we can unconditionally remove the wait entry.
1125          *
1126          * Note that this pairs with the "finish_wait()" in the
1127          * waiter, and has to be the absolute last thing we do.
1128          * After this list_del_init(&wait->entry) the wait entry
1129          * might be de-allocated and the process might even have
1130          * exited.
1131          */
1132         list_del_init_careful(&wait->entry);
1133         return (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) != 0;
1134 }
1135
1136 static void folio_wake_bit(struct folio *folio, int bit_nr)
1137 {
1138         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1139         struct wait_page_key key;
1140         unsigned long flags;
1141         wait_queue_entry_t bookmark;
1142
1143         key.folio = folio;
1144         key.bit_nr = bit_nr;
1145         key.page_match = 0;
1146
1147         bookmark.flags = 0;
1148         bookmark.private = NULL;
1149         bookmark.func = NULL;
1150         INIT_LIST_HEAD(&bookmark.entry);
1151
1152         spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1153         __wake_up_locked_key_bookmark(q, TASK_NORMAL, &key, &bookmark);
1154
1155         while (bookmark.flags & WQ_FLAG_BOOKMARK) {
1156                 /*
1157                  * Take a breather from holding the lock,
1158                  * allow pages that finish wake up asynchronously
1159                  * to acquire the lock and remove themselves
1160                  * from wait queue
1161                  */
1162                 spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1163                 cpu_relax();
1164                 spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1165                 __wake_up_locked_key_bookmark(q, TASK_NORMAL, &key, &bookmark);
1166         }
1167
1168         /*
1169          * It's possible to miss clearing waiters here, when we woke our page
1170          * waiters, but the hashed waitqueue has waiters for other pages on it.
1171          * That's okay, it's a rare case. The next waker will clear it.
1172          *
1173          * Note that, depending on the page pool (buddy, hugetlb, ZONE_DEVICE,
1174          * other), the flag may be cleared in the course of freeing the page;
1175          * but that is not required for correctness.
1176          */
1177         if (!waitqueue_active(q) || !key.page_match)
1178                 folio_clear_waiters(folio);
1179
1180         spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1181 }
1182
1183 static void folio_wake(struct folio *folio, int bit)
1184 {
1185         if (!folio_test_waiters(folio))
1186                 return;
1187         folio_wake_bit(folio, bit);
1188 }
1189
1190 /*
1191  * A choice of three behaviors for folio_wait_bit_common():
1192  */
1193 enum behavior {
1194         EXCLUSIVE,      /* Hold ref to page and take the bit when woken, like
1195                          * __folio_lock() waiting on then setting PG_locked.
1196                          */
1197         SHARED,         /* Hold ref to page and check the bit when woken, like
1198                          * folio_wait_writeback() waiting on PG_writeback.
1199                          */
1200         DROP,           /* Drop ref to page before wait, no check when woken,
1201                          * like folio_put_wait_locked() on PG_locked.
1202                          */
1203 };
1204
1205 /*
1206  * Attempt to check (or get) the folio flag, and mark us done
1207  * if successful.
1208  */
1209 static inline bool folio_trylock_flag(struct folio *folio, int bit_nr,
1210                                         struct wait_queue_entry *wait)
1211 {
1212         if (wait->flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) {
1213                 if (test_and_set_bit(bit_nr, &folio->flags))
1214                         return false;
1215         } else if (test_bit(bit_nr, &folio->flags))
1216                 return false;
1217
1218         wait->flags |= WQ_FLAG_WOKEN | WQ_FLAG_DONE;
1219         return true;
1220 }
1221
1222 /* How many times do we accept lock stealing from under a waiter? */
1223 int sysctl_page_lock_unfairness = 5;
1224
1225 static inline int folio_wait_bit_common(struct folio *folio, int bit_nr,
1226                 int state, enum behavior behavior)
1227 {
1228         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1229         int unfairness = sysctl_page_lock_unfairness;
1230         struct wait_page_queue wait_page;
1231         wait_queue_entry_t *wait = &wait_page.wait;
1232         bool thrashing = false;
1233         unsigned long pflags;
1234         bool in_thrashing;
1235
1236         if (bit_nr == PG_locked &&
1237             !folio_test_uptodate(folio) && folio_test_workingset(folio)) {
1238                 delayacct_thrashing_start(&in_thrashing);
1239                 psi_memstall_enter(&pflags);
1240                 thrashing = true;
1241         }
1242
1243         init_wait(wait);
1244         wait->func = wake_page_function;
1245         wait_page.folio = folio;
1246         wait_page.bit_nr = bit_nr;
1247
1248 repeat:
1249         wait->flags = 0;
1250         if (behavior == EXCLUSIVE) {
1251                 wait->flags = WQ_FLAG_EXCLUSIVE;
1252                 if (--unfairness < 0)
1253                         wait->flags |= WQ_FLAG_CUSTOM;
1254         }
1255
1256         /*
1257          * Do one last check whether we can get the
1258          * page bit synchronously.
1259          *
1260          * Do the folio_set_waiters() marking before that
1261          * to let any waker we _just_ missed know they
1262          * need to wake us up (otherwise they'll never
1263          * even go to the slow case that looks at the
1264          * page queue), and add ourselves to the wait
1265          * queue if we need to sleep.
1266          *
1267          * This part needs to be done under the queue
1268          * lock to avoid races.
1269          */
1270         spin_lock_irq(&q->lock);
1271         folio_set_waiters(folio);
1272         if (!folio_trylock_flag(folio, bit_nr, wait))
1273                 __add_wait_queue_entry_tail(q, wait);
1274         spin_unlock_irq(&q->lock);
1275
1276         /*
1277          * From now on, all the logic will be based on
1278          * the WQ_FLAG_WOKEN and WQ_FLAG_DONE flag, to
1279          * see whether the page bit testing has already
1280          * been done by the wake function.
1281          *
1282          * We can drop our reference to the folio.
1283          */
1284         if (behavior == DROP)
1285                 folio_put(folio);
1286
1287         /*
1288          * Note that until the "finish_wait()", or until
1289          * we see the WQ_FLAG_WOKEN flag, we need to
1290          * be very careful with the 'wait->flags', because
1291          * we may race with a waker that sets them.
1292          */
1293         for (;;) {
1294                 unsigned int flags;
1295
1296                 set_current_state(state);
1297
1298                 /* Loop until we've been woken or interrupted */
1299                 flags = smp_load_acquire(&wait->flags);
1300                 if (!(flags & WQ_FLAG_WOKEN)) {
1301                         if (signal_pending_state(state, current))
1302                                 break;
1303
1304                         io_schedule();
1305                         continue;
1306                 }
1307
1308                 /* If we were non-exclusive, we're done */
1309                 if (behavior != EXCLUSIVE)
1310                         break;
1311
1312                 /* If the waker got the lock for us, we're done */
1313                 if (flags & WQ_FLAG_DONE)
1314                         break;
1315
1316                 /*
1317                  * Otherwise, if we're getting the lock, we need to
1318                  * try to get it ourselves.
1319                  *
1320                  * And if that fails, we'll have to retry this all.
1321                  */
1322                 if (unlikely(test_and_set_bit(bit_nr, folio_flags(folio, 0))))
1323                         goto repeat;
1324
1325                 wait->flags |= WQ_FLAG_DONE;
1326                 break;
1327         }
1328
1329         /*
1330          * If a signal happened, this 'finish_wait()' may remove the last
1331          * waiter from the wait-queues, but the folio waiters bit will remain
1332          * set. That's ok. The next wakeup will take care of it, and trying
1333          * to do it here would be difficult and prone to races.
1334          */
1335         finish_wait(q, wait);
1336
1337         if (thrashing) {
1338                 delayacct_thrashing_end(&in_thrashing);
1339                 psi_memstall_leave(&pflags);
1340         }
1341
1342         /*
1343          * NOTE! The wait->flags weren't stable until we've done the
1344          * 'finish_wait()', and we could have exited the loop above due
1345          * to a signal, and had a wakeup event happen after the signal
1346          * test but before the 'finish_wait()'.
1347          *
1348          * So only after the finish_wait() can we reliably determine
1349          * if we got woken up or not, so we can now figure out the final
1350          * return value based on that state without races.
1351          *
1352          * Also note that WQ_FLAG_WOKEN is sufficient for a non-exclusive
1353          * waiter, but an exclusive one requires WQ_FLAG_DONE.
1354          */
1355         if (behavior == EXCLUSIVE)
1356                 return wait->flags & WQ_FLAG_DONE ? 0 : -EINTR;
1357
1358         return wait->flags & WQ_FLAG_WOKEN ? 0 : -EINTR;
1359 }
1360
1361 #ifdef CONFIG_MIGRATION
1362 /**
1363  * migration_entry_wait_on_locked - Wait for a migration entry to be removed
1364  * @entry: migration swap entry.
1365  * @ptep: mapped pte pointer. Will return with the ptep unmapped. Only required
1366  *        for pte entries, pass NULL for pmd entries.
1367  * @ptl: already locked ptl. This function will drop the lock.
1368  *
1369  * Wait for a migration entry referencing the given page to be removed. This is
1370  * equivalent to put_and_wait_on_page_locked(page, TASK_UNINTERRUPTIBLE) except
1371  * this can be called without taking a reference on the page. Instead this
1372  * should be called while holding the ptl for the migration entry referencing
1373  * the page.
1374  *
1375  * Returns after unmapping and unlocking the pte/ptl with pte_unmap_unlock().
1376  *
1377  * This follows the same logic as folio_wait_bit_common() so see the comments
1378  * there.
1379  */
1380 void migration_entry_wait_on_locked(swp_entry_t entry, pte_t *ptep,
1381                                 spinlock_t *ptl)
1382 {
1383         struct wait_page_queue wait_page;
1384         wait_queue_entry_t *wait = &wait_page.wait;
1385         bool thrashing = false;
1386         unsigned long pflags;
1387         bool in_thrashing;
1388         wait_queue_head_t *q;
1389         struct folio *folio = page_folio(pfn_swap_entry_to_page(entry));
1390
1391         q = folio_waitqueue(folio);
1392         if (!folio_test_uptodate(folio) && folio_test_workingset(folio)) {
1393                 delayacct_thrashing_start(&in_thrashing);
1394                 psi_memstall_enter(&pflags);
1395                 thrashing = true;
1396         }
1397
1398         init_wait(wait);
1399         wait->func = wake_page_function;
1400         wait_page.folio = folio;
1401         wait_page.bit_nr = PG_locked;
1402         wait->flags = 0;
1403
1404         spin_lock_irq(&q->lock);
1405         folio_set_waiters(folio);
1406         if (!folio_trylock_flag(folio, PG_locked, wait))
1407                 __add_wait_queue_entry_tail(q, wait);
1408         spin_unlock_irq(&q->lock);
1409
1410         /*
1411          * If a migration entry exists for the page the migration path must hold
1412          * a valid reference to the page, and it must take the ptl to remove the
1413          * migration entry. So the page is valid until the ptl is dropped.
1414          */
1415         if (ptep)
1416                 pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
1417         else
1418                 spin_unlock(ptl);
1419
1420         for (;;) {
1421                 unsigned int flags;
1422
1423                 set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
1424
1425                 /* Loop until we've been woken or interrupted */
1426                 flags = smp_load_acquire(&wait->flags);
1427                 if (!(flags & WQ_FLAG_WOKEN)) {
1428                         if (signal_pending_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE, current))
1429                                 break;
1430
1431                         io_schedule();
1432                         continue;
1433                 }
1434                 break;
1435         }
1436
1437         finish_wait(q, wait);
1438
1439         if (thrashing) {
1440                 delayacct_thrashing_end(&in_thrashing);
1441                 psi_memstall_leave(&pflags);
1442         }
1443 }
1444 #endif
1445
1446 void folio_wait_bit(struct folio *folio, int bit_nr)
1447 {
1448         folio_wait_bit_common(folio, bit_nr, TASK_UNINTERRUPTIBLE, SHARED);
1449 }
1450 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_bit);
1451
1452 int folio_wait_bit_killable(struct folio *folio, int bit_nr)
1453 {
1454         return folio_wait_bit_common(folio, bit_nr, TASK_KILLABLE, SHARED);
1455 }
1456 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_bit_killable);
1457
1458 /**
1459  * folio_put_wait_locked - Drop a reference and wait for it to be unlocked
1460  * @folio: The folio to wait for.
1461  * @state: The sleep state (TASK_KILLABLE, TASK_UNINTERRUPTIBLE, etc).
1462  *
1463  * The caller should hold a reference on @folio.  They expect the page to
1464  * become unlocked relatively soon, but do not wish to hold up migration
1465  * (for example) by holding the reference while waiting for the folio to
1466  * come unlocked.  After this function returns, the caller should not
1467  * dereference @folio.
1468  *
1469  * Return: 0 if the folio was unlocked or -EINTR if interrupted by a signal.
1470  */
1471 static int folio_put_wait_locked(struct folio *folio, int state)
1472 {
1473         return folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, state, DROP);
1474 }
1475
1476 /**
1477  * folio_add_wait_queue - Add an arbitrary waiter to a folio's wait queue
1478  * @folio: Folio defining the wait queue of interest
1479  * @waiter: Waiter to add to the queue
1480  *
1481  * Add an arbitrary @waiter to the wait queue for the nominated @folio.
1482  */
1483 void folio_add_wait_queue(struct folio *folio, wait_queue_entry_t *waiter)
1484 {
1485         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1486         unsigned long flags;
1487
1488         spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1489         __add_wait_queue_entry_tail(q, waiter);
1490         folio_set_waiters(folio);
1491         spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1492 }
1493 EXPORT_SYMBOL_GPL(folio_add_wait_queue);
1494
1495 #ifndef clear_bit_unlock_is_negative_byte
1496
1497 /*
1498  * PG_waiters is the high bit in the same byte as PG_lock.
1499  *
1500  * On x86 (and on many other architectures), we can clear PG_lock and
1501  * test the sign bit at the same time. But if the architecture does
1502  * not support that special operation, we just do this all by hand
1503  * instead.
1504  *
1505  * The read of PG_waiters has to be after (or concurrently with) PG_locked
1506  * being cleared, but a memory barrier should be unnecessary since it is
1507  * in the same byte as PG_locked.
1508  */
1509 static inline bool clear_bit_unlock_is_negative_byte(long nr, volatile void *mem)
1510 {
1511         clear_bit_unlock(nr, mem);
1512         /* smp_mb__after_atomic(); */
1513         return test_bit(PG_waiters, mem);
1514 }
1515
1516 #endif
1517
1518 /**
1519  * folio_unlock - Unlock a locked folio.
1520  * @folio: The folio.
1521  *
1522  * Unlocks the folio and wakes up any thread sleeping on the page lock.
1523  *
1524  * Context: May be called from interrupt or process context.  May not be
1525  * called from NMI context.
1526  */
1527 void folio_unlock(struct folio *folio)
1528 {
1529         /* Bit 7 allows x86 to check the byte's sign bit */
1530         BUILD_BUG_ON(PG_waiters != 7);
1531         BUILD_BUG_ON(PG_locked > 7);
1532         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
1533         if (clear_bit_unlock_is_negative_byte(PG_locked, folio_flags(folio, 0)))
1534                 folio_wake_bit(folio, PG_locked);
1535 }
1536 EXPORT_SYMBOL(folio_unlock);
1537
1538 /**
1539  * folio_end_private_2 - Clear PG_private_2 and wake any waiters.
1540  * @folio: The folio.
1541  *
1542  * Clear the PG_private_2 bit on a folio and wake up any sleepers waiting for
1543  * it.  The folio reference held for PG_private_2 being set is released.
1544  *
1545  * This is, for example, used when a netfs folio is being written to a local
1546  * disk cache, thereby allowing writes to the cache for the same folio to be
1547  * serialised.
1548  */
1549 void folio_end_private_2(struct folio *folio)
1550 {
1551         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_private_2(folio), folio);
1552         clear_bit_unlock(PG_private_2, folio_flags(folio, 0));
1553         folio_wake_bit(folio, PG_private_2);
1554         folio_put(folio);
1555 }
1556 EXPORT_SYMBOL(folio_end_private_2);
1557
1558 /**
1559  * folio_wait_private_2 - Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio.
1560  * @folio: The folio to wait on.
1561  *
1562  * Wait for PG_private_2 (aka PG_fscache) to be cleared on a folio.
1563  */
1564 void folio_wait_private_2(struct folio *folio)
1565 {
1566         while (folio_test_private_2(folio))
1567                 folio_wait_bit(folio, PG_private_2);
1568 }
1569 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_private_2);
1570
1571 /**
1572  * folio_wait_private_2_killable - Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio.
1573  * @folio: The folio to wait on.
1574  *
1575  * Wait for PG_private_2 (aka PG_fscache) to be cleared on a folio or until a
1576  * fatal signal is received by the calling task.
1577  *
1578  * Return:
1579  * - 0 if successful.
1580  * - -EINTR if a fatal signal was encountered.
1581  */
1582 int folio_wait_private_2_killable(struct folio *folio)
1583 {
1584         int ret = 0;
1585
1586         while (folio_test_private_2(folio)) {
1587                 ret = folio_wait_bit_killable(folio, PG_private_2);
1588                 if (ret < 0)
1589                         break;
1590         }
1591
1592         return ret;
1593 }
1594 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_private_2_killable);
1595
1596 /**
1597  * folio_end_writeback - End writeback against a folio.
1598  * @folio: The folio.
1599  */
1600 void folio_end_writeback(struct folio *folio)
1601 {
1602         /*
1603          * folio_test_clear_reclaim() could be used here but it is an
1604          * atomic operation and overkill in this particular case. Failing
1605          * to shuffle a folio marked for immediate reclaim is too mild
1606          * a gain to justify taking an atomic operation penalty at the
1607          * end of every folio writeback.
1608          */
1609         if (folio_test_reclaim(folio)) {
1610                 folio_clear_reclaim(folio);
1611                 folio_rotate_reclaimable(folio);
1612         }
1613
1614         /*
1615          * Writeback does not hold a folio reference of its own, relying
1616          * on truncation to wait for the clearing of PG_writeback.
1617          * But here we must make sure that the folio is not freed and
1618          * reused before the folio_wake().
1619          */
1620         folio_get(folio);
1621         if (!__folio_end_writeback(folio))
1622                 BUG();
1623
1624         smp_mb__after_atomic();
1625         folio_wake(folio, PG_writeback);
1626         acct_reclaim_writeback(folio);
1627         folio_put(folio);
1628 }
1629 EXPORT_SYMBOL(folio_end_writeback);
1630
1631 /**
1632  * __folio_lock - Get a lock on the folio, assuming we need to sleep to get it.
1633  * @folio: The folio to lock
1634  */
1635 void __folio_lock(struct folio *folio)
1636 {
1637         folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, TASK_UNINTERRUPTIBLE,
1638                                 EXCLUSIVE);
1639 }
1640 EXPORT_SYMBOL(__folio_lock);
1641
1642 int __folio_lock_killable(struct folio *folio)
1643 {
1644         return folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, TASK_KILLABLE,
1645                                         EXCLUSIVE);
1646 }
1647 EXPORT_SYMBOL_GPL(__folio_lock_killable);
1648
1649 static int __folio_lock_async(struct folio *folio, struct wait_page_queue *wait)
1650 {
1651         struct wait_queue_head *q = folio_waitqueue(folio);
1652         int ret = 0;
1653
1654         wait->folio = folio;
1655         wait->bit_nr = PG_locked;
1656
1657         spin_lock_irq(&q->lock);
1658         __add_wait_queue_entry_tail(q, &wait->wait);
1659         folio_set_waiters(folio);
1660         ret = !folio_trylock(folio);
1661         /*
1662          * If we were successful now, we know we're still on the
1663          * waitqueue as we're still under the lock. This means it's
1664          * safe to remove and return success, we know the callback
1665          * isn't going to trigger.
1666          */
1667         if (!ret)
1668                 __remove_wait_queue(q, &wait->wait);
1669         else
1670                 ret = -EIOCBQUEUED;
1671         spin_unlock_irq(&q->lock);
1672         return ret;
1673 }
1674
1675 /*
1676  * Return values:
1677  * true - folio is locked; mmap_lock is still held.
1678  * false - folio is not locked.
1679  *     mmap_lock has been released (mmap_read_unlock(), unless flags had both
1680  *     FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY and FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT set, in
1681  *     which case mmap_lock is still held.
1682  *
1683  * If neither ALLOW_RETRY nor KILLABLE are set, will always return true
1684  * with the folio locked and the mmap_lock unperturbed.
1685  */
1686 bool __folio_lock_or_retry(struct folio *folio, struct mm_struct *mm,
1687                          unsigned int flags)
1688 {
1689         if (fault_flag_allow_retry_first(flags)) {
1690                 /*
1691                  * CAUTION! In this case, mmap_lock is not released
1692                  * even though return 0.
1693                  */
1694                 if (flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT)
1695                         return false;
1696
1697                 mmap_read_unlock(mm);
1698                 if (flags & FAULT_FLAG_KILLABLE)
1699                         folio_wait_locked_killable(folio);
1700                 else
1701                         folio_wait_locked(folio);
1702                 return false;
1703         }
1704         if (flags & FAULT_FLAG_KILLABLE) {
1705                 bool ret;
1706
1707                 ret = __folio_lock_killable(folio);
1708                 if (ret) {
1709                         mmap_read_unlock(mm);
1710                         return false;
1711                 }
1712         } else {
1713                 __folio_lock(folio);
1714         }
1715
1716         return true;
1717 }
1718
1719 /**
1720  * page_cache_next_miss() - Find the next gap in the page cache.
1721  * @mapping: Mapping.
1722  * @index: Index.
1723  * @max_scan: Maximum range to search.
1724  *
1725  * Search the range [index, min(index + max_scan - 1, ULONG_MAX)] for the
1726  * gap with the lowest index.
1727  *
1728  * This function may be called under the rcu_read_lock.  However, this will
1729  * not atomically search a snapshot of the cache at a single point in time.
1730  * For example, if a gap is created at index 5, then subsequently a gap is
1731  * created at index 10, page_cache_next_miss covering both indices may
1732  * return 10 if called under the rcu_read_lock.
1733  *
1734  * Return: The index of the gap if found, otherwise an index outside the
1735  * range specified (in which case 'return - index >= max_scan' will be true).
1736  * In the rare case of index wrap-around, 0 will be returned.
1737  */
1738 pgoff_t page_cache_next_miss(struct address_space *mapping,
1739                              pgoff_t index, unsigned long max_scan)
1740 {
1741         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1742
1743         while (max_scan--) {
1744                 void *entry = xas_next(&xas);
1745                 if (!entry || xa_is_value(entry))
1746                         break;
1747                 if (xas.xa_index == 0)
1748                         break;
1749         }
1750
1751         return xas.xa_index;
1752 }
1753 EXPORT_SYMBOL(page_cache_next_miss);
1754
1755 /**
1756  * page_cache_prev_miss() - Find the previous gap in the page cache.
1757  * @mapping: Mapping.
1758  * @index: Index.
1759  * @max_scan: Maximum range to search.
1760  *
1761  * Search the range [max(index - max_scan + 1, 0), index] for the
1762  * gap with the highest index.
1763  *
1764  * This function may be called under the rcu_read_lock.  However, this will
1765  * not atomically search a snapshot of the cache at a single point in time.
1766  * For example, if a gap is created at index 10, then subsequently a gap is
1767  * created at index 5, page_cache_prev_miss() covering both indices may
1768  * return 5 if called under the rcu_read_lock.
1769  *
1770  * Return: The index of the gap if found, otherwise an index outside the
1771  * range specified (in which case 'index - return >= max_scan' will be true).
1772  * In the rare case of wrap-around, ULONG_MAX will be returned.
1773  */
1774 pgoff_t page_cache_prev_miss(struct address_space *mapping,
1775                              pgoff_t index, unsigned long max_scan)
1776 {
1777         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1778
1779         while (max_scan--) {
1780                 void *entry = xas_prev(&xas);
1781                 if (!entry || xa_is_value(entry))
1782                         break;
1783                 if (xas.xa_index == ULONG_MAX)
1784                         break;
1785         }
1786
1787         return xas.xa_index;
1788 }
1789 EXPORT_SYMBOL(page_cache_prev_miss);
1790
1791 /*
1792  * Lockless page cache protocol:
1793  * On the lookup side:
1794  * 1. Load the folio from i_pages
1795  * 2. Increment the refcount if it's not zero
1796  * 3. If the folio is not found by xas_reload(), put the refcount and retry
1797  *
1798  * On the removal side:
1799  * A. Freeze the page (by zeroing the refcount if nobody else has a reference)
1800  * B. Remove the page from i_pages
1801  * C. Return the page to the page allocator
1802  *
1803  * This means that any page may have its reference count temporarily
1804  * increased by a speculative page cache (or fast GUP) lookup as it can
1805  * be allocated by another user before the RCU grace period expires.
1806  * Because the refcount temporarily acquired here may end up being the
1807  * last refcount on the page, any page allocation must be freeable by
1808  * folio_put().
1809  */
1810
1811 /*
1812  * filemap_get_entry - Get a page cache entry.
1813  * @mapping: the address_space to search
1814  * @index: The page cache index.
1815  *
1816  * Looks up the page cache entry at @mapping & @index.  If it is a folio,
1817  * it is returned with an increased refcount.  If it is a shadow entry
1818  * of a previously evicted folio, or a swap entry from shmem/tmpfs,
1819  * it is returned without further action.
1820  *
1821  * Return: The folio, swap or shadow entry, %NULL if nothing is found.
1822  */
1823 void *filemap_get_entry(struct address_space *mapping, pgoff_t index)
1824 {
1825         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1826         struct folio *folio;
1827
1828         rcu_read_lock();
1829 repeat:
1830         xas_reset(&xas);
1831         folio = xas_load(&xas);
1832         if (xas_retry(&xas, folio))
1833                 goto repeat;
1834         /*
1835          * A shadow entry of a recently evicted page, or a swap entry from
1836          * shmem/tmpfs.  Return it without attempting to raise page count.
1837          */
1838         if (!folio || xa_is_value(folio))
1839                 goto out;
1840
1841         if (!folio_try_get_rcu(folio))
1842                 goto repeat;
1843
1844         if (unlikely(folio != xas_reload(&xas))) {
1845                 folio_put(folio);
1846                 goto repeat;
1847         }
1848 out:
1849         rcu_read_unlock();
1850
1851         return folio;
1852 }
1853
1854 /**
1855  * __filemap_get_folio - Find and get a reference to a folio.
1856  * @mapping: The address_space to search.
1857  * @index: The page index.
1858  * @fgp_flags: %FGP flags modify how the folio is returned.
1859  * @gfp: Memory allocation flags to use if %FGP_CREAT is specified.
1860  *
1861  * Looks up the page cache entry at @mapping & @index.
1862  *
1863  * @fgp_flags can be zero or more of these flags:
1864  *
1865  * * %FGP_ACCESSED - The folio will be marked accessed.
1866  * * %FGP_LOCK - The folio is returned locked.
1867  * * %FGP_CREAT - If no page is present then a new page is allocated using
1868  *   @gfp and added to the page cache and the VM's LRU list.
1869  *   The page is returned locked and with an increased refcount.
1870  * * %FGP_FOR_MMAP - The caller wants to do its own locking dance if the
1871  *   page is already in cache.  If the page was allocated, unlock it before
1872  *   returning so the caller can do the same dance.
1873  * * %FGP_WRITE - The page will be written to by the caller.
1874  * * %FGP_NOFS - __GFP_FS will get cleared in gfp.
1875  * * %FGP_NOWAIT - Don't get blocked by page lock.
1876  * * %FGP_STABLE - Wait for the folio to be stable (finished writeback)
1877  *
1878  * If %FGP_LOCK or %FGP_CREAT are specified then the function may sleep even
1879  * if the %GFP flags specified for %FGP_CREAT are atomic.
1880  *
1881  * If there is a page cache page, it is returned with an increased refcount.
1882  *
1883  * Return: The found folio or an ERR_PTR() otherwise.
1884  */
1885 struct folio *__filemap_get_folio(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
1886                 int fgp_flags, gfp_t gfp)
1887 {
1888         struct folio *folio;
1889
1890 repeat:
1891         folio = filemap_get_entry(mapping, index);
1892         if (xa_is_value(folio))
1893                 folio = NULL;
1894         if (!folio)
1895                 goto no_page;
1896
1897         if (fgp_flags & FGP_LOCK) {
1898                 if (fgp_flags & FGP_NOWAIT) {
1899                         if (!folio_trylock(folio)) {
1900                                 folio_put(folio);
1901                                 return ERR_PTR(-EAGAIN);
1902                         }
1903                 } else {
1904                         folio_lock(folio);
1905                 }
1906
1907                 /* Has the page been truncated? */
1908                 if (unlikely(folio->mapping != mapping)) {
1909                         folio_unlock(folio);
1910                         folio_put(folio);
1911                         goto repeat;
1912                 }
1913                 VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, index), folio);
1914         }
1915
1916         if (fgp_flags & FGP_ACCESSED)
1917                 folio_mark_accessed(folio);
1918         else if (fgp_flags & FGP_WRITE) {
1919                 /* Clear idle flag for buffer write */
1920                 if (folio_test_idle(folio))
1921                         folio_clear_idle(folio);
1922         }
1923
1924         if (fgp_flags & FGP_STABLE)
1925                 folio_wait_stable(folio);
1926 no_page:
1927         if (!folio && (fgp_flags & FGP_CREAT)) {
1928                 int err;
1929                 if ((fgp_flags & FGP_WRITE) && mapping_can_writeback(mapping))
1930                         gfp |= __GFP_WRITE;
1931                 if (fgp_flags & FGP_NOFS)
1932                         gfp &= ~__GFP_FS;
1933                 if (fgp_flags & FGP_NOWAIT) {
1934                         gfp &= ~GFP_KERNEL;
1935                         gfp |= GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN;
1936                 }
1937
1938                 folio = filemap_alloc_folio(gfp, 0);
1939                 if (!folio)
1940                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
1941
1942                 if (WARN_ON_ONCE(!(fgp_flags & (FGP_LOCK | FGP_FOR_MMAP))))
1943                         fgp_flags |= FGP_LOCK;
1944
1945                 /* Init accessed so avoid atomic mark_page_accessed later */
1946                 if (fgp_flags & FGP_ACCESSED)
1947                         __folio_set_referenced(folio);
1948
1949                 err = filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp);
1950                 if (unlikely(err)) {
1951                         folio_put(folio);
1952                         folio = NULL;
1953                         if (err == -EEXIST)
1954                                 goto repeat;
1955                 }
1956
1957                 /*
1958                  * filemap_add_folio locks the page, and for mmap
1959                  * we expect an unlocked page.
1960                  */
1961                 if (folio && (fgp_flags & FGP_FOR_MMAP))
1962                         folio_unlock(folio);
1963         }
1964
1965         if (!folio)
1966                 return ERR_PTR(-ENOENT);
1967         return folio;
1968 }
1969 EXPORT_SYMBOL(__filemap_get_folio);
1970
1971 static inline struct folio *find_get_entry(struct xa_state *xas, pgoff_t max,
1972                 xa_mark_t mark)
1973 {
1974         struct folio *folio;
1975
1976 retry:
1977         if (mark == XA_PRESENT)
1978                 folio = xas_find(xas, max);
1979         else
1980                 folio = xas_find_marked(xas, max, mark);
1981
1982         if (xas_retry(xas, folio))
1983                 goto retry;
1984         /*
1985          * A shadow entry of a recently evicted page, a swap
1986          * entry from shmem/tmpfs or a DAX entry.  Return it
1987          * without attempting to raise page count.
1988          */
1989         if (!folio || xa_is_value(folio))
1990                 return folio;
1991
1992         if (!folio_try_get_rcu(folio))
1993                 goto reset;
1994
1995         if (unlikely(folio != xas_reload(xas))) {
1996                 folio_put(folio);
1997                 goto reset;
1998         }
1999
2000         return folio;
2001 reset:
2002         xas_reset(xas);
2003         goto retry;
2004 }
2005
2006 /**
2007  * find_get_entries - gang pagecache lookup
2008  * @mapping:    The address_space to search
2009  * @start:      The starting page cache index
2010  * @end:        The final page index (inclusive).
2011  * @fbatch:     Where the resulting entries are placed.
2012  * @indices:    The cache indices corresponding to the entries in @entries
2013  *
2014  * find_get_entries() will search for and return a batch of entries in
2015  * the mapping.  The entries are placed in @fbatch.  find_get_entries()
2016  * takes a reference on any actual folios it returns.
2017  *
2018  * The entries have ascending indexes.  The indices may not be consecutive
2019  * due to not-present entries or large folios.
2020  *
2021  * Any shadow entries of evicted folios, or swap entries from
2022  * shmem/tmpfs, are included in the returned array.
2023  *
2024  * Return: The number of entries which were found.
2025  */
2026 unsigned find_get_entries(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2027                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch, pgoff_t *indices)
2028 {
2029         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2030         struct folio *folio;
2031
2032         rcu_read_lock();
2033         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT)) != NULL) {
2034                 indices[fbatch->nr] = xas.xa_index;
2035                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2036                         break;
2037         }
2038         rcu_read_unlock();
2039
2040         if (folio_batch_count(fbatch)) {
2041                 unsigned long nr = 1;
2042                 int idx = folio_batch_count(fbatch) - 1;
2043
2044                 folio = fbatch->folios[idx];
2045                 if (!xa_is_value(folio) && !folio_test_hugetlb(folio))
2046                         nr = folio_nr_pages(folio);
2047                 *start = indices[idx] + nr;
2048         }
2049         return folio_batch_count(fbatch);
2050 }
2051
2052 /**
2053  * find_lock_entries - Find a batch of pagecache entries.
2054  * @mapping:    The address_space to search.
2055  * @start:      The starting page cache index.
2056  * @end:        The final page index (inclusive).
2057  * @fbatch:     Where the resulting entries are placed.
2058  * @indices:    The cache indices of the entries in @fbatch.
2059  *
2060  * find_lock_entries() will return a batch of entries from @mapping.
2061  * Swap, shadow and DAX entries are included.  Folios are returned
2062  * locked and with an incremented refcount.  Folios which are locked
2063  * by somebody else or under writeback are skipped.  Folios which are
2064  * partially outside the range are not returned.
2065  *
2066  * The entries have ascending indexes.  The indices may not be consecutive
2067  * due to not-present entries, large folios, folios which could not be
2068  * locked or folios under writeback.
2069  *
2070  * Return: The number of entries which were found.
2071  */
2072 unsigned find_lock_entries(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2073                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch, pgoff_t *indices)
2074 {
2075         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2076         struct folio *folio;
2077
2078         rcu_read_lock();
2079         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT))) {
2080                 if (!xa_is_value(folio)) {
2081                         if (folio->index < *start)
2082                                 goto put;
2083                         if (folio->index + folio_nr_pages(folio) - 1 > end)
2084                                 goto put;
2085                         if (!folio_trylock(folio))
2086                                 goto put;
2087                         if (folio->mapping != mapping ||
2088                             folio_test_writeback(folio))
2089                                 goto unlock;
2090                         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, xas.xa_index),
2091                                         folio);
2092                 }
2093                 indices[fbatch->nr] = xas.xa_index;
2094                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2095                         break;
2096                 continue;
2097 unlock:
2098                 folio_unlock(folio);
2099 put:
2100                 folio_put(folio);
2101         }
2102         rcu_read_unlock();
2103
2104         if (folio_batch_count(fbatch)) {
2105                 unsigned long nr = 1;
2106                 int idx = folio_batch_count(fbatch) - 1;
2107
2108                 folio = fbatch->folios[idx];
2109                 if (!xa_is_value(folio) && !folio_test_hugetlb(folio))
2110                         nr = folio_nr_pages(folio);
2111                 *start = indices[idx] + nr;
2112         }
2113         return folio_batch_count(fbatch);
2114 }
2115
2116 /**
2117  * filemap_get_folios - Get a batch of folios
2118  * @mapping:    The address_space to search
2119  * @start:      The starting page index
2120  * @end:        The final page index (inclusive)
2121  * @fbatch:     The batch to fill.
2122  *
2123  * Search for and return a batch of folios in the mapping starting at
2124  * index @start and up to index @end (inclusive).  The folios are returned
2125  * in @fbatch with an elevated reference count.
2126  *
2127  * The first folio may start before @start; if it does, it will contain
2128  * @start.  The final folio may extend beyond @end; if it does, it will
2129  * contain @end.  The folios have ascending indices.  There may be gaps
2130  * between the folios if there are indices which have no folio in the
2131  * page cache.  If folios are added to or removed from the page cache
2132  * while this is running, they may or may not be found by this call.
2133  *
2134  * Return: The number of folios which were found.
2135  * We also update @start to index the next folio for the traversal.
2136  */
2137 unsigned filemap_get_folios(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2138                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch)
2139 {
2140         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2141         struct folio *folio;
2142
2143         rcu_read_lock();
2144         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT)) != NULL) {
2145                 /* Skip over shadow, swap and DAX entries */
2146                 if (xa_is_value(folio))
2147                         continue;
2148                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio)) {
2149                         unsigned long nr = folio_nr_pages(folio);
2150
2151                         if (folio_test_hugetlb(folio))
2152                                 nr = 1;
2153                         *start = folio->index + nr;
2154                         goto out;
2155                 }
2156         }
2157
2158         /*
2159          * We come here when there is no page beyond @end. We take care to not
2160          * overflow the index @start as it confuses some of the callers. This
2161          * breaks the iteration when there is a page at index -1 but that is
2162          * already broken anyway.
2163          */
2164         if (end == (pgoff_t)-1)
2165                 *start = (pgoff_t)-1;
2166         else
2167                 *start = end + 1;
2168 out:
2169         rcu_read_unlock();
2170
2171         return folio_batch_count(fbatch);
2172 }
2173 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios);
2174
2175 static inline
2176 bool folio_more_pages(struct folio *folio, pgoff_t index, pgoff_t max)
2177 {
2178         if (!folio_test_large(folio) || folio_test_hugetlb(folio))
2179                 return false;
2180         if (index >= max)
2181                 return false;
2182         return index < folio->index + folio_nr_pages(folio) - 1;
2183 }
2184
2185 /**
2186  * filemap_get_folios_contig - Get a batch of contiguous folios
2187  * @mapping:    The address_space to search
2188  * @start:      The starting page index
2189  * @end:        The final page index (inclusive)
2190  * @fbatch:     The batch to fill
2191  *
2192  * filemap_get_folios_contig() works exactly like filemap_get_folios(),
2193  * except the returned folios are guaranteed to be contiguous. This may
2194  * not return all contiguous folios if the batch gets filled up.
2195  *
2196  * Return: The number of folios found.
2197  * Also update @start to be positioned for traversal of the next folio.
2198  */
2199
2200 unsigned filemap_get_folios_contig(struct address_space *mapping,
2201                 pgoff_t *start, pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch)
2202 {
2203         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2204         unsigned long nr;
2205         struct folio *folio;
2206
2207         rcu_read_lock();
2208
2209         for (folio = xas_load(&xas); folio && xas.xa_index <= end;
2210                         folio = xas_next(&xas)) {
2211                 if (xas_retry(&xas, folio))
2212                         continue;
2213                 /*
2214                  * If the entry has been swapped out, we can stop looking.
2215                  * No current caller is looking for DAX entries.
2216                  */
2217                 if (xa_is_value(folio))
2218                         goto update_start;
2219
2220                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
2221                         goto retry;
2222
2223                 if (unlikely(folio != xas_reload(&xas)))
2224                         goto put_folio;
2225
2226                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio)) {
2227                         nr = folio_nr_pages(folio);
2228
2229                         if (folio_test_hugetlb(folio))
2230                                 nr = 1;
2231                         *start = folio->index + nr;
2232                         goto out;
2233                 }
2234                 continue;
2235 put_folio:
2236                 folio_put(folio);
2237
2238 retry:
2239                 xas_reset(&xas);
2240         }
2241
2242 update_start:
2243         nr = folio_batch_count(fbatch);
2244
2245         if (nr) {
2246                 folio = fbatch->folios[nr - 1];
2247                 if (folio_test_hugetlb(folio))
2248                         *start = folio->index + 1;
2249                 else
2250                         *start = folio->index + folio_nr_pages(folio);
2251         }
2252 out:
2253         rcu_read_unlock();
2254         return folio_batch_count(fbatch);
2255 }
2256 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios_contig);
2257
2258 /**
2259  * filemap_get_folios_tag - Get a batch of folios matching @tag
2260  * @mapping:    The address_space to search
2261  * @start:      The starting page index
2262  * @end:        The final page index (inclusive)
2263  * @tag:        The tag index
2264  * @fbatch:     The batch to fill
2265  *
2266  * Same as filemap_get_folios(), but only returning folios tagged with @tag.
2267  *
2268  * Return: The number of folios found.
2269  * Also update @start to index the next folio for traversal.
2270  */
2271 unsigned filemap_get_folios_tag(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2272                         pgoff_t end, xa_mark_t tag, struct folio_batch *fbatch)
2273 {
2274         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2275         struct folio *folio;
2276
2277         rcu_read_lock();
2278         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, tag)) != NULL) {
2279                 /*
2280                  * Shadow entries should never be tagged, but this iteration
2281                  * is lockless so there is a window for page reclaim to evict
2282                  * a page we saw tagged. Skip over it.
2283                  */
2284                 if (xa_is_value(folio))
2285                         continue;
2286                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio)) {
2287                         unsigned long nr = folio_nr_pages(folio);
2288
2289                         if (folio_test_hugetlb(folio))
2290                                 nr = 1;
2291                         *start = folio->index + nr;
2292                         goto out;
2293                 }
2294         }
2295         /*
2296          * We come here when there is no page beyond @end. We take care to not
2297          * overflow the index @start as it confuses some of the callers. This
2298          * breaks the iteration when there is a page at index -1 but that is
2299          * already broke anyway.
2300          */
2301         if (end == (pgoff_t)-1)
2302                 *start = (pgoff_t)-1;
2303         else
2304                 *start = end + 1;
2305 out:
2306         rcu_read_unlock();
2307
2308         return folio_batch_count(fbatch);
2309 }
2310 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios_tag);
2311
2312 /*
2313  * CD/DVDs are error prone. When a medium error occurs, the driver may fail
2314  * a _large_ part of the i/o request. Imagine the worst scenario:
2315  *
2316  *      ---R__________________________________________B__________
2317  *         ^ reading here                             ^ bad block(assume 4k)
2318  *
2319  * read(R) => miss => readahead(R...B) => media error => frustrating retries
2320  * => failing the whole request => read(R) => read(R+1) =>
2321  * readahead(R+1...B+1) => bang => read(R+2) => read(R+3) =>
2322  * readahead(R+3...B+2) => bang => read(R+3) => read(R+4) =>
2323  * readahead(R+4...B+3) => bang => read(R+4) => read(R+5) => ......
2324  *
2325  * It is going insane. Fix it by quickly scaling down the readahead size.
2326  */
2327 static void shrink_readahead_size_eio(struct file_ra_state *ra)
2328 {
2329         ra->ra_pages /= 4;
2330 }
2331
2332 /*
2333  * filemap_get_read_batch - Get a batch of folios for read
2334  *
2335  * Get a batch of folios which represent a contiguous range of bytes in
2336  * the file.  No exceptional entries will be returned.  If @index is in
2337  * the middle of a folio, the entire folio will be returned.  The last
2338  * folio in the batch may have the readahead flag set or the uptodate flag
2339  * clear so that the caller can take the appropriate action.
2340  */
2341 static void filemap_get_read_batch(struct address_space *mapping,
2342                 pgoff_t index, pgoff_t max, struct folio_batch *fbatch)
2343 {
2344         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
2345         struct folio *folio;
2346
2347         rcu_read_lock();
2348         for (folio = xas_load(&xas); folio; folio = xas_next(&xas)) {
2349                 if (xas_retry(&xas, folio))
2350                         continue;
2351                 if (xas.xa_index > max || xa_is_value(folio))
2352                         break;
2353                 if (xa_is_sibling(folio))
2354                         break;
2355                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
2356                         goto retry;
2357
2358                 if (unlikely(folio != xas_reload(&xas)))
2359                         goto put_folio;
2360
2361                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2362                         break;
2363                 if (!folio_test_uptodate(folio))
2364                         break;
2365                 if (folio_test_readahead(folio))
2366                         break;
2367                 xas_advance(&xas, folio->index + folio_nr_pages(folio) - 1);
2368                 continue;
2369 put_folio:
2370                 folio_put(folio);
2371 retry:
2372                 xas_reset(&xas);
2373         }
2374         rcu_read_unlock();
2375 }
2376
2377 static int filemap_read_folio(struct file *file, filler_t filler,
2378                 struct folio *folio)
2379 {
2380         bool workingset = folio_test_workingset(folio);
2381         unsigned long pflags;
2382         int error;
2383
2384         /*
2385          * A previous I/O error may have been due to temporary failures,
2386          * eg. multipath errors.  PG_error will be set again if read_folio
2387          * fails.
2388          */
2389         folio_clear_error(folio);
2390
2391         /* Start the actual read. The read will unlock the page. */
2392         if (unlikely(workingset))
2393                 psi_memstall_enter(&pflags);
2394         error = filler(file, folio);
2395         if (unlikely(workingset))
2396                 psi_memstall_leave(&pflags);
2397         if (error)
2398                 return error;
2399
2400         error = folio_wait_locked_killable(folio);
2401         if (error)
2402                 return error;
2403         if (folio_test_uptodate(folio))
2404                 return 0;
2405         if (file)
2406                 shrink_readahead_size_eio(&file->f_ra);
2407         return -EIO;
2408 }
2409
2410 static bool filemap_range_uptodate(struct address_space *mapping,
2411                 loff_t pos, size_t count, struct folio *folio,
2412                 bool need_uptodate)
2413 {
2414         if (folio_test_uptodate(folio))
2415                 return true;
2416         /* pipes can't handle partially uptodate pages */
2417         if (need_uptodate)
2418                 return false;
2419         if (!mapping->a_ops->is_partially_uptodate)
2420                 return false;
2421         if (mapping->host->i_blkbits >= folio_shift(folio))
2422                 return false;
2423
2424         if (folio_pos(folio) > pos) {
2425                 count -= folio_pos(folio) - pos;
2426                 pos = 0;
2427         } else {
2428                 pos -= folio_pos(folio);
2429         }
2430
2431         return mapping->a_ops->is_partially_uptodate(folio, pos, count);
2432 }
2433
2434 static int filemap_update_page(struct kiocb *iocb,
2435                 struct address_space *mapping, size_t count,
2436                 struct folio *folio, bool need_uptodate)
2437 {
2438         int error;
2439
2440         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2441                 if (!filemap_invalidate_trylock_shared(mapping))
2442                         return -EAGAIN;
2443         } else {
2444                 filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
2445         }
2446
2447         if (!folio_trylock(folio)) {
2448                 error = -EAGAIN;
2449                 if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOWAIT | IOCB_NOIO))
2450                         goto unlock_mapping;
2451                 if (!(iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ)) {
2452                         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2453                         /*
2454                          * This is where we usually end up waiting for a
2455                          * previously submitted readahead to finish.
2456                          */
2457                         folio_put_wait_locked(folio, TASK_KILLABLE);
2458                         return AOP_TRUNCATED_PAGE;
2459                 }
2460                 error = __folio_lock_async(folio, iocb->ki_waitq);
2461                 if (error)
2462                         goto unlock_mapping;
2463         }
2464
2465         error = AOP_TRUNCATED_PAGE;
2466         if (!folio->mapping)
2467                 goto unlock;
2468
2469         error = 0;
2470         if (filemap_range_uptodate(mapping, iocb->ki_pos, count, folio,
2471                                    need_uptodate))
2472                 goto unlock;
2473
2474         error = -EAGAIN;
2475         if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOIO | IOCB_NOWAIT | IOCB_WAITQ))
2476                 goto unlock;
2477
2478         error = filemap_read_folio(iocb->ki_filp, mapping->a_ops->read_folio,
2479                         folio);
2480         goto unlock_mapping;
2481 unlock:
2482         folio_unlock(folio);
2483 unlock_mapping:
2484         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2485         if (error == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2486                 folio_put(folio);
2487         return error;
2488 }
2489
2490 static int filemap_create_folio(struct file *file,
2491                 struct address_space *mapping, pgoff_t index,
2492                 struct folio_batch *fbatch)
2493 {
2494         struct folio *folio;
2495         int error;
2496
2497         folio = filemap_alloc_folio(mapping_gfp_mask(mapping), 0);
2498         if (!folio)
2499                 return -ENOMEM;
2500
2501         /*
2502          * Protect against truncate / hole punch. Grabbing invalidate_lock
2503          * here assures we cannot instantiate and bring uptodate new
2504          * pagecache folios after evicting page cache during truncate
2505          * and before actually freeing blocks.  Note that we could
2506          * release invalidate_lock after inserting the folio into
2507          * the page cache as the locked folio would then be enough to
2508          * synchronize with hole punching. But there are code paths
2509          * such as filemap_update_page() filling in partially uptodate
2510          * pages or ->readahead() that need to hold invalidate_lock
2511          * while mapping blocks for IO so let's hold the lock here as
2512          * well to keep locking rules simple.
2513          */
2514         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
2515         error = filemap_add_folio(mapping, folio, index,
2516                         mapping_gfp_constraint(mapping, GFP_KERNEL));
2517         if (error == -EEXIST)
2518                 error = AOP_TRUNCATED_PAGE;
2519         if (error)
2520                 goto error;
2521
2522         error = filemap_read_folio(file, mapping->a_ops->read_folio, folio);
2523         if (error)
2524                 goto error;
2525
2526         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2527         folio_batch_add(fbatch, folio);
2528         return 0;
2529 error:
2530         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2531         folio_put(folio);
2532         return error;
2533 }
2534
2535 static int filemap_readahead(struct kiocb *iocb, struct file *file,
2536                 struct address_space *mapping, struct folio *folio,
2537                 pgoff_t last_index)
2538 {
2539         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, &file->f_ra, mapping, folio->index);
2540
2541         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOIO)
2542                 return -EAGAIN;
2543         page_cache_async_ra(&ractl, folio, last_index - folio->index);
2544         return 0;
2545 }
2546
2547 static int filemap_get_pages(struct kiocb *iocb, size_t count,
2548                 struct folio_batch *fbatch, bool need_uptodate)
2549 {
2550         struct file *filp = iocb->ki_filp;
2551         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
2552         struct file_ra_state *ra = &filp->f_ra;
2553         pgoff_t index = iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT;
2554         pgoff_t last_index;
2555         struct folio *folio;
2556         int err = 0;
2557
2558         /* "last_index" is the index of the page beyond the end of the read */
2559         last_index = DIV_ROUND_UP(iocb->ki_pos + count, PAGE_SIZE);
2560 retry:
2561         if (fatal_signal_pending(current))
2562                 return -EINTR;
2563
2564         filemap_get_read_batch(mapping, index, last_index - 1, fbatch);
2565         if (!folio_batch_count(fbatch)) {
2566                 if (iocb->ki_flags & IOCB_NOIO)
2567                         return -EAGAIN;
2568                 page_cache_sync_readahead(mapping, ra, filp, index,
2569                                 last_index - index);
2570                 filemap_get_read_batch(mapping, index, last_index - 1, fbatch);
2571         }
2572         if (!folio_batch_count(fbatch)) {
2573                 if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOWAIT | IOCB_WAITQ))
2574                         return -EAGAIN;
2575                 err = filemap_create_folio(filp, mapping,
2576                                 iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT, fbatch);
2577                 if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2578                         goto retry;
2579                 return err;
2580         }
2581
2582         folio = fbatch->folios[folio_batch_count(fbatch) - 1];
2583         if (folio_test_readahead(folio)) {
2584                 err = filemap_readahead(iocb, filp, mapping, folio, last_index);
2585                 if (err)
2586                         goto err;
2587         }
2588         if (!folio_test_uptodate(folio)) {
2589                 if ((iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ) &&
2590                     folio_batch_count(fbatch) > 1)
2591                         iocb->ki_flags |= IOCB_NOWAIT;
2592                 err = filemap_update_page(iocb, mapping, count, folio,
2593                                           need_uptodate);
2594                 if (err)
2595                         goto err;
2596         }
2597
2598         return 0;
2599 err:
2600         if (err < 0)
2601                 folio_put(folio);
2602         if (likely(--fbatch->nr))
2603                 return 0;
2604         if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2605                 goto retry;
2606         return err;
2607 }
2608
2609 static inline bool pos_same_folio(loff_t pos1, loff_t pos2, struct folio *folio)
2610 {
2611         unsigned int shift = folio_shift(folio);
2612
2613         return (pos1 >> shift == pos2 >> shift);
2614 }
2615
2616 /**
2617  * filemap_read - Read data from the page cache.
2618  * @iocb: The iocb to read.
2619  * @iter: Destination for the data.
2620  * @already_read: Number of bytes already read by the caller.
2621  *
2622  * Copies data from the page cache.  If the data is not currently present,
2623  * uses the readahead and read_folio address_space operations to fetch it.
2624  *
2625  * Return: Total number of bytes copied, including those already read by
2626  * the caller.  If an error happens before any bytes are copied, returns
2627  * a negative error number.
2628  */
2629 ssize_t filemap_read(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter,
2630                 ssize_t already_read)
2631 {
2632         struct file *filp = iocb->ki_filp;
2633         struct file_ra_state *ra = &filp->f_ra;
2634         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
2635         struct inode *inode = mapping->host;
2636         struct folio_batch fbatch;
2637         int i, error = 0;
2638         bool writably_mapped;
2639         loff_t isize, end_offset;
2640
2641         if (unlikely(iocb->ki_pos >= inode->i_sb->s_maxbytes))
2642                 return 0;
2643         if (unlikely(!iov_iter_count(iter)))
2644                 return 0;
2645
2646         iov_iter_truncate(iter, inode->i_sb->s_maxbytes);
2647         folio_batch_init(&fbatch);
2648
2649         do {
2650                 cond_resched();
2651
2652                 /*
2653                  * If we've already successfully copied some data, then we
2654                  * can no longer safely return -EIOCBQUEUED. Hence mark
2655                  * an async read NOWAIT at that point.
2656                  */
2657                 if ((iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ) && already_read)
2658                         iocb->ki_flags |= IOCB_NOWAIT;
2659
2660                 if (unlikely(iocb->ki_pos >= i_size_read(inode)))
2661                         break;
2662
2663                 error = filemap_get_pages(iocb, iter->count, &fbatch,
2664                                           iov_iter_is_pipe(iter));
2665                 if (error < 0)
2666                         break;
2667
2668                 /*
2669                  * i_size must be checked after we know the pages are Uptodate.
2670                  *
2671                  * Checking i_size after the check allows us to calculate
2672                  * the correct value for "nr", which means the zero-filled
2673                  * part of the page is not copied back to userspace (unless
2674                  * another truncate extends the file - this is desired though).
2675                  */
2676                 isize = i_size_read(inode);
2677                 if (unlikely(iocb->ki_pos >= isize))
2678                         goto put_folios;
2679                 end_offset = min_t(loff_t, isize, iocb->ki_pos + iter->count);
2680
2681                 /*
2682                  * Once we start copying data, we don't want to be touching any
2683                  * cachelines that might be contended:
2684                  */
2685                 writably_mapped = mapping_writably_mapped(mapping);
2686
2687                 /*
2688                  * When a read accesses the same folio several times, only
2689                  * mark it as accessed the first time.
2690                  */
2691                 if (!pos_same_folio(iocb->ki_pos, ra->prev_pos - 1,
2692                                                         fbatch.folios[0]))
2693                         folio_mark_accessed(fbatch.folios[0]);
2694
2695                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++) {
2696                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
2697                         size_t fsize = folio_size(folio);
2698                         size_t offset = iocb->ki_pos & (fsize - 1);
2699                         size_t bytes = min_t(loff_t, end_offset - iocb->ki_pos,
2700                                              fsize - offset);
2701                         size_t copied;
2702
2703                         if (end_offset < folio_pos(folio))
2704                                 break;
2705                         if (i > 0)
2706                                 folio_mark_accessed(folio);
2707                         /*
2708                          * If users can be writing to this folio using arbitrary
2709                          * virtual addresses, take care of potential aliasing
2710                          * before reading the folio on the kernel side.
2711                          */
2712                         if (writably_mapped)
2713                                 flush_dcache_folio(folio);
2714
2715                         copied = copy_folio_to_iter(folio, offset, bytes, iter);
2716
2717                         already_read += copied;
2718                         iocb->ki_pos += copied;
2719                         ra->prev_pos = iocb->ki_pos;
2720
2721                         if (copied < bytes) {
2722                                 error = -EFAULT;
2723                                 break;
2724                         }
2725                 }
2726 put_folios:
2727                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++)
2728                         folio_put(fbatch.folios[i]);
2729                 folio_batch_init(&fbatch);
2730         } while (iov_iter_count(iter) && iocb->ki_pos < isize && !error);
2731
2732         file_accessed(filp);
2733
2734         return already_read ? already_read : error;
2735 }
2736 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_read);
2737
2738 int kiocb_write_and_wait(struct kiocb *iocb, size_t count)
2739 {
2740         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
2741         loff_t pos = iocb->ki_pos;
2742         loff_t end = pos + count - 1;
2743
2744         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2745                 if (filemap_range_needs_writeback(mapping, pos, end))
2746                         return -EAGAIN;
2747                 return 0;
2748         }
2749
2750         return filemap_write_and_wait_range(mapping, pos, end);
2751 }
2752
2753 int kiocb_invalidate_pages(struct kiocb *iocb, size_t count)
2754 {
2755         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
2756         loff_t pos = iocb->ki_pos;
2757         loff_t end = pos + count - 1;
2758         int ret;
2759
2760         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2761                 /* we could block if there are any pages in the range */
2762                 if (filemap_range_has_page(mapping, pos, end))
2763                         return -EAGAIN;
2764         } else {
2765                 ret = filemap_write_and_wait_range(mapping, pos, end);
2766                 if (ret)
2767                         return ret;
2768         }
2769
2770         /*
2771          * After a write we want buffered reads to be sure to go to disk to get
2772          * the new data.  We invalidate clean cached page from the region we're
2773          * about to write.  We do this *before* the write so that we can return
2774          * without clobbering -EIOCBQUEUED from ->direct_IO().
2775          */
2776         return invalidate_inode_pages2_range(mapping, pos >> PAGE_SHIFT,
2777                                              end >> PAGE_SHIFT);
2778 }
2779
2780 /**
2781  * generic_file_read_iter - generic filesystem read routine
2782  * @iocb:       kernel I/O control block
2783  * @iter:       destination for the data read
2784  *
2785  * This is the "read_iter()" routine for all filesystems
2786  * that can use the page cache directly.
2787  *
2788  * The IOCB_NOWAIT flag in iocb->ki_flags indicates that -EAGAIN shall
2789  * be returned when no data can be read without waiting for I/O requests
2790  * to complete; it doesn't prevent readahead.
2791  *
2792  * The IOCB_NOIO flag in iocb->ki_flags indicates that no new I/O
2793  * requests shall be made for the read or for readahead.  When no data
2794  * can be read, -EAGAIN shall be returned.  When readahead would be
2795  * triggered, a partial, possibly empty read shall be returned.
2796  *
2797  * Return:
2798  * * number of bytes copied, even for partial reads
2799  * * negative error code (or 0 if IOCB_NOIO) if nothing was read
2800  */
2801 ssize_t
2802 generic_file_read_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter)
2803 {
2804         size_t count = iov_iter_count(iter);
2805         ssize_t retval = 0;
2806
2807         if (!count)
2808                 return 0; /* skip atime */
2809
2810         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
2811                 struct file *file = iocb->ki_filp;
2812                 struct address_space *mapping = file->f_mapping;
2813                 struct inode *inode = mapping->host;
2814
2815                 retval = kiocb_write_and_wait(iocb, count);
2816                 if (retval < 0)
2817                         return retval;
2818                 file_accessed(file);
2819
2820                 retval = mapping->a_ops->direct_IO(iocb, iter);
2821                 if (retval >= 0) {
2822                         iocb->ki_pos += retval;
2823                         count -= retval;
2824                 }
2825                 if (retval != -EIOCBQUEUED)
2826                         iov_iter_revert(iter, count - iov_iter_count(iter));
2827
2828                 /*
2829                  * Btrfs can have a short DIO read if we encounter
2830                  * compressed extents, so if there was an error, or if
2831                  * we've already read everything we wanted to, or if
2832                  * there was a short read because we hit EOF, go ahead
2833                  * and return.  Otherwise fallthrough to buffered io for
2834                  * the rest of the read.  Buffered reads will not work for
2835                  * DAX files, so don't bother trying.
2836                  */
2837                 if (retval < 0 || !count || IS_DAX(inode))
2838                         return retval;
2839                 if (iocb->ki_pos >= i_size_read(inode))
2840                         return retval;
2841         }
2842
2843         return filemap_read(iocb, iter, retval);
2844 }
2845 EXPORT_SYMBOL(generic_file_read_iter);
2846
2847 /*
2848  * Splice subpages from a folio into a pipe.
2849  */
2850 size_t splice_folio_into_pipe(struct pipe_inode_info *pipe,
2851                               struct folio *folio, loff_t fpos, size_t size)
2852 {
2853         struct page *page;
2854         size_t spliced = 0, offset = offset_in_folio(folio, fpos);
2855
2856         page = folio_page(folio, offset / PAGE_SIZE);
2857         size = min(size, folio_size(folio) - offset);
2858         offset %= PAGE_SIZE;
2859
2860         while (spliced < size &&
2861                !pipe_full(pipe->head, pipe->tail, pipe->max_usage)) {
2862                 struct pipe_buffer *buf = pipe_head_buf(pipe);
2863                 size_t part = min_t(size_t, PAGE_SIZE - offset, size - spliced);
2864
2865                 *buf = (struct pipe_buffer) {
2866                         .ops    = &page_cache_pipe_buf_ops,
2867                         .page   = page,
2868                         .offset = offset,
2869                         .len    = part,
2870                 };
2871                 folio_get(folio);
2872                 pipe->head++;
2873                 page++;
2874                 spliced += part;
2875                 offset = 0;
2876         }
2877
2878         return spliced;
2879 }
2880
2881 /*
2882  * Splice folios from the pagecache of a buffered (ie. non-O_DIRECT) file into
2883  * a pipe.
2884  */
2885 ssize_t filemap_splice_read(struct file *in, loff_t *ppos,
2886                             struct pipe_inode_info *pipe,
2887                             size_t len, unsigned int flags)
2888 {
2889         struct folio_batch fbatch;
2890         struct kiocb iocb;
2891         size_t total_spliced = 0, used, npages;
2892         loff_t isize, end_offset;
2893         bool writably_mapped;
2894         int i, error = 0;
2895
2896         init_sync_kiocb(&iocb, in);
2897         iocb.ki_pos = *ppos;
2898
2899         /* Work out how much data we can actually add into the pipe */
2900         used = pipe_occupancy(pipe->head, pipe->tail);
2901         npages = max_t(ssize_t, pipe->max_usage - used, 0);
2902         len = min_t(size_t, len, npages * PAGE_SIZE);
2903
2904         folio_batch_init(&fbatch);
2905
2906         do {
2907                 cond_resched();
2908
2909                 if (*ppos >= i_size_read(file_inode(in)))
2910                         break;
2911
2912                 iocb.ki_pos = *ppos;
2913                 error = filemap_get_pages(&iocb, len, &fbatch, true);
2914                 if (error < 0)
2915                         break;
2916
2917                 /*
2918                  * i_size must be checked after we know the pages are Uptodate.
2919                  *
2920                  * Checking i_size after the check allows us to calculate
2921                  * the correct value for "nr", which means the zero-filled
2922                  * part of the page is not copied back to userspace (unless
2923                  * another truncate extends the file - this is desired though).
2924                  */
2925                 isize = i_size_read(file_inode(in));
2926                 if (unlikely(*ppos >= isize))
2927                         break;
2928                 end_offset = min_t(loff_t, isize, *ppos + len);
2929
2930                 /*
2931                  * Once we start copying data, we don't want to be touching any
2932                  * cachelines that might be contended:
2933                  */
2934                 writably_mapped = mapping_writably_mapped(in->f_mapping);
2935
2936                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++) {
2937                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
2938                         size_t n;
2939
2940                         if (folio_pos(folio) >= end_offset)
2941                                 goto out;
2942                         folio_mark_accessed(folio);
2943
2944                         /*
2945                          * If users can be writing to this folio using arbitrary
2946                          * virtual addresses, take care of potential aliasing
2947                          * before reading the folio on the kernel side.
2948                          */
2949                         if (writably_mapped)
2950                                 flush_dcache_folio(folio);
2951
2952                         n = min_t(loff_t, len, isize - *ppos);
2953                         n = splice_folio_into_pipe(pipe, folio, *ppos, n);
2954                         if (!n)
2955                                 goto out;
2956                         len -= n;
2957                         total_spliced += n;
2958                         *ppos += n;
2959                         in->f_ra.prev_pos = *ppos;
2960                         if (pipe_full(pipe->head, pipe->tail, pipe->max_usage))
2961                                 goto out;
2962                 }
2963
2964                 folio_batch_release(&fbatch);
2965         } while (len);
2966
2967 out:
2968         folio_batch_release(&fbatch);
2969         file_accessed(in);
2970
2971         return total_spliced ? total_spliced : error;
2972 }
2973 EXPORT_SYMBOL(filemap_splice_read);
2974
2975 static inline loff_t folio_seek_hole_data(struct xa_state *xas,
2976                 struct address_space *mapping, struct folio *folio,
2977                 loff_t start, loff_t end, bool seek_data)
2978 {
2979         const struct address_space_operations *ops = mapping->a_ops;
2980         size_t offset, bsz = i_blocksize(mapping->host);
2981
2982         if (xa_is_value(folio) || folio_test_uptodate(folio))
2983                 return seek_data ? start : end;
2984         if (!ops->is_partially_uptodate)
2985                 return seek_data ? end : start;
2986
2987         xas_pause(xas);
2988         rcu_read_unlock();
2989         folio_lock(folio);
2990         if (unlikely(folio->mapping != mapping))
2991                 goto unlock;
2992
2993         offset = offset_in_folio(folio, start) & ~(bsz - 1);
2994
2995         do {
2996                 if (ops->is_partially_uptodate(folio, offset, bsz) ==
2997                                                         seek_data)
2998                         break;
2999                 start = (start + bsz) & ~(bsz - 1);
3000                 offset += bsz;
3001         } while (offset < folio_size(folio));
3002 unlock:
3003         folio_unlock(folio);
3004         rcu_read_lock();
3005         return start;
3006 }
3007
3008 static inline size_t seek_folio_size(struct xa_state *xas, struct folio *folio)
3009 {
3010         if (xa_is_value(folio))
3011                 return PAGE_SIZE << xa_get_order(xas->xa, xas->xa_index);
3012         return folio_size(folio);
3013 }
3014
3015 /**
3016  * mapping_seek_hole_data - Seek for SEEK_DATA / SEEK_HOLE in the page cache.
3017  * @mapping: Address space to search.
3018  * @start: First byte to consider.
3019  * @end: Limit of search (exclusive).
3020  * @whence: Either SEEK_HOLE or SEEK_DATA.
3021  *
3022  * If the page cache knows which blocks contain holes and which blocks
3023  * contain data, your filesystem can use this function to implement
3024  * SEEK_HOLE and SEEK_DATA.  This is useful for filesystems which are
3025  * entirely memory-based such as tmpfs, and filesystems which support
3026  * unwritten extents.
3027  *
3028  * Return: The requested offset on success, or -ENXIO if @whence specifies
3029  * SEEK_DATA and there is no data after @start.  There is an implicit hole
3030  * after @end - 1, so SEEK_HOLE returns @end if all the bytes between @start
3031  * and @end contain data.
3032  */
3033 loff_t mapping_seek_hole_data(struct address_space *mapping, loff_t start,
3034                 loff_t end, int whence)
3035 {
3036         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start >> PAGE_SHIFT);
3037         pgoff_t max = (end - 1) >> PAGE_SHIFT;
3038         bool seek_data = (whence == SEEK_DATA);
3039         struct folio *folio;
3040
3041         if (end <= start)
3042                 return -ENXIO;
3043
3044         rcu_read_lock();
3045         while ((folio = find_get_entry(&xas, max, XA_PRESENT))) {
3046                 loff_t pos = (u64)xas.xa_index << PAGE_SHIFT;
3047                 size_t seek_size;
3048
3049                 if (start < pos) {
3050                         if (!seek_data)
3051                                 goto unlock;
3052                         start = pos;
3053                 }
3054
3055                 seek_size = seek_folio_size(&xas, folio);
3056                 pos = round_up((u64)pos + 1, seek_size);
3057                 start = folio_seek_hole_data(&xas, mapping, folio, start, pos,
3058                                 seek_data);
3059                 if (start < pos)
3060                         goto unlock;
3061                 if (start >= end)
3062                         break;
3063                 if (seek_size > PAGE_SIZE)
3064                         xas_set(&xas, pos >> PAGE_SHIFT);
3065                 if (!xa_is_value(folio))
3066                         folio_put(folio);
3067         }
3068         if (seek_data)
3069                 start = -ENXIO;
3070 unlock:
3071         rcu_read_unlock();
3072         if (folio && !xa_is_value(folio))
3073                 folio_put(folio);
3074         if (start > end)
3075                 return end;
3076         return start;
3077 }
3078
3079 #ifdef CONFIG_MMU
3080 #define MMAP_LOTSAMISS  (100)
3081 /*
3082  * lock_folio_maybe_drop_mmap - lock the page, possibly dropping the mmap_lock
3083  * @vmf - the vm_fault for this fault.
3084  * @folio - the folio to lock.
3085  * @fpin - the pointer to the file we may pin (or is already pinned).
3086  *
3087  * This works similar to lock_folio_or_retry in that it can drop the
3088  * mmap_lock.  It differs in that it actually returns the folio locked
3089  * if it returns 1 and 0 if it couldn't lock the folio.  If we did have
3090  * to drop the mmap_lock then fpin will point to the pinned file and
3091  * needs to be fput()'ed at a later point.
3092  */
3093 static int lock_folio_maybe_drop_mmap(struct vm_fault *vmf, struct folio *folio,
3094                                      struct file **fpin)
3095 {
3096         if (folio_trylock(folio))
3097                 return 1;
3098
3099         /*
3100          * NOTE! This will make us return with VM_FAULT_RETRY, but with
3101          * the mmap_lock still held. That's how FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT
3102          * is supposed to work. We have way too many special cases..
3103          */
3104         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT)
3105                 return 0;
3106
3107         *fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, *fpin);
3108         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_KILLABLE) {
3109                 if (__folio_lock_killable(folio)) {
3110                         /*
3111                          * We didn't have the right flags to drop the mmap_lock,
3112                          * but all fault_handlers only check for fatal signals
3113                          * if we return VM_FAULT_RETRY, so we need to drop the
3114                          * mmap_lock here and return 0 if we don't have a fpin.
3115                          */
3116                         if (*fpin == NULL)
3117                                 mmap_read_unlock(vmf->vma->vm_mm);
3118                         return 0;
3119                 }
3120         } else
3121                 __folio_lock(folio);
3122
3123         return 1;
3124 }
3125
3126 /*
3127  * Synchronous readahead happens when we don't even find a page in the page
3128  * cache at all.  We don't want to perform IO under the mmap sem, so if we have
3129  * to drop the mmap sem we return the file that was pinned in order for us to do
3130  * that.  If we didn't pin a file then we return NULL.  The file that is
3131  * returned needs to be fput()'ed when we're done with it.
3132  */
3133 static struct file *do_sync_mmap_readahead(struct vm_fault *vmf)
3134 {
3135         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3136         struct file_ra_state *ra = &file->f_ra;
3137         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3138         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, ra, mapping, vmf->pgoff);
3139         struct file *fpin = NULL;
3140         unsigned long vm_flags = vmf->vma->vm_flags;
3141         unsigned int mmap_miss;
3142
3143 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
3144         /* Use the readahead code, even if readahead is disabled */
3145         if (vm_flags & VM_HUGEPAGE) {
3146                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3147                 ractl._index &= ~((unsigned long)HPAGE_PMD_NR - 1);
3148                 ra->size = HPAGE_PMD_NR;
3149                 /*
3150                  * Fetch two PMD folios, so we get the chance to actually
3151                  * readahead, unless we've been told not to.
3152                  */
3153                 if (!(vm_flags & VM_RAND_READ))
3154                         ra->size *= 2;
3155                 ra->async_size = HPAGE_PMD_NR;
3156                 page_cache_ra_order(&ractl, ra, HPAGE_PMD_ORDER);
3157                 return fpin;
3158         }
3159 #endif
3160
3161         /* If we don't want any read-ahead, don't bother */
3162         if (vm_flags & VM_RAND_READ)
3163                 return fpin;
3164         if (!ra->ra_pages)
3165                 return fpin;
3166
3167         if (vm_flags & VM_SEQ_READ) {
3168                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3169                 page_cache_sync_ra(&ractl, ra->ra_pages);
3170                 return fpin;
3171         }
3172
3173         /* Avoid banging the cache line if not needed */
3174         mmap_miss = READ_ONCE(ra->mmap_miss);
3175         if (mmap_miss < MMAP_LOTSAMISS * 10)
3176                 WRITE_ONCE(ra->mmap_miss, ++mmap_miss);
3177
3178         /*
3179          * Do we miss much more than hit in this file? If so,
3180          * stop bothering with read-ahead. It will only hurt.
3181          */
3182         if (mmap_miss > MMAP_LOTSAMISS)
3183                 return fpin;
3184
3185         /*
3186          * mmap read-around
3187          */
3188         fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3189         ra->start = max_t(long, 0, vmf->pgoff - ra->ra_pages / 2);
3190         ra->size = ra->ra_pages;
3191         ra->async_size = ra->ra_pages / 4;
3192         ractl._index = ra->start;
3193         page_cache_ra_order(&ractl, ra, 0);
3194         return fpin;
3195 }
3196
3197 /*
3198  * Asynchronous readahead happens when we find the page and PG_readahead,
3199  * so we want to possibly extend the readahead further.  We return the file that
3200  * was pinned if we have to drop the mmap_lock in order to do IO.
3201  */
3202 static struct file *do_async_mmap_readahead(struct vm_fault *vmf,
3203                                             struct folio *folio)
3204 {
3205         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3206         struct file_ra_state *ra = &file->f_ra;
3207         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, ra, file->f_mapping, vmf->pgoff);
3208         struct file *fpin = NULL;
3209         unsigned int mmap_miss;
3210
3211         /* If we don't want any read-ahead, don't bother */
3212         if (vmf->vma->vm_flags & VM_RAND_READ || !ra->ra_pages)
3213                 return fpin;
3214
3215         mmap_miss = READ_ONCE(ra->mmap_miss);
3216         if (mmap_miss)
3217                 WRITE_ONCE(ra->mmap_miss, --mmap_miss);
3218
3219         if (folio_test_readahead(folio)) {
3220                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3221                 page_cache_async_ra(&ractl, folio, ra->ra_pages);
3222         }
3223         return fpin;
3224 }
3225
3226 /**
3227  * filemap_fault - read in file data for page fault handling
3228  * @vmf:        struct vm_fault containing details of the fault
3229  *
3230  * filemap_fault() is invoked via the vma operations vector for a
3231  * mapped memory region to read in file data during a page fault.
3232  *
3233  * The goto's are kind of ugly, but this streamlines the normal case of having
3234  * it in the page cache, and handles the special cases reasonably without
3235  * having a lot of duplicated code.
3236  *
3237  * vma->vm_mm->mmap_lock must be held on entry.
3238  *
3239  * If our return value has VM_FAULT_RETRY set, it's because the mmap_lock
3240  * may be dropped before doing I/O or by lock_folio_maybe_drop_mmap().
3241  *
3242  * If our return value does not have VM_FAULT_RETRY set, the mmap_lock
3243  * has not been released.
3244  *
3245  * We never return with VM_FAULT_RETRY and a bit from VM_FAULT_ERROR set.
3246  *
3247  * Return: bitwise-OR of %VM_FAULT_ codes.
3248  */
3249 vm_fault_t filemap_fault(struct vm_fault *vmf)
3250 {
3251         int error;
3252         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3253         struct file *fpin = NULL;
3254         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3255         struct inode *inode = mapping->host;
3256         pgoff_t max_idx, index = vmf->pgoff;
3257         struct folio *folio;
3258         vm_fault_t ret = 0;
3259         bool mapping_locked = false;
3260
3261         max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
3262         if (unlikely(index >= max_idx))
3263                 return VM_FAULT_SIGBUS;
3264
3265         /*
3266          * Do we have something in the page cache already?
3267          */
3268         folio = filemap_get_folio(mapping, index);
3269         if (likely(!IS_ERR(folio))) {
3270                 /*
3271                  * We found the page, so try async readahead before waiting for
3272                  * the lock.
3273                  */
3274                 if (!(vmf->flags & FAULT_FLAG_TRIED))
3275                         fpin = do_async_mmap_readahead(vmf, folio);
3276                 if (unlikely(!folio_test_uptodate(folio))) {
3277                         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
3278                         mapping_locked = true;
3279                 }
3280         } else {
3281                 /* No page in the page cache at all */
3282                 count_vm_event(PGMAJFAULT);
3283                 count_memcg_event_mm(vmf->vma->vm_mm, PGMAJFAULT);
3284                 ret = VM_FAULT_MAJOR;
3285                 fpin = do_sync_mmap_readahead(vmf);
3286 retry_find:
3287                 /*
3288                  * See comment in filemap_create_folio() why we need
3289                  * invalidate_lock
3290                  */
3291                 if (!mapping_locked) {
3292                         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
3293                         mapping_locked = true;
3294                 }
3295                 folio = __filemap_get_folio(mapping, index,
3296                                           FGP_CREAT|FGP_FOR_MMAP,
3297                                           vmf->gfp_mask);
3298                 if (IS_ERR(folio)) {
3299                         if (fpin)
3300                                 goto out_retry;
3301                         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3302                         return VM_FAULT_OOM;
3303                 }
3304         }
3305
3306         if (!lock_folio_maybe_drop_mmap(vmf, folio, &fpin))
3307                 goto out_retry;
3308
3309         /* Did it get truncated? */
3310         if (unlikely(folio->mapping != mapping)) {
3311                 folio_unlock(folio);
3312                 folio_put(folio);
3313                 goto retry_find;
3314         }
3315         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, index), folio);
3316
3317         /*
3318          * We have a locked page in the page cache, now we need to check
3319          * that it's up-to-date. If not, it is going to be due to an error.
3320          */
3321         if (unlikely(!folio_test_uptodate(folio))) {
3322                 /*
3323                  * The page was in cache and uptodate and now it is not.
3324                  * Strange but possible since we didn't hold the page lock all
3325                  * the time. Let's drop everything get the invalidate lock and
3326                  * try again.
3327                  */
3328                 if (!mapping_locked) {
3329                         folio_unlock(folio);
3330                         folio_put(folio);
3331                         goto retry_find;
3332                 }
3333                 goto page_not_uptodate;
3334         }
3335
3336         /*
3337          * We've made it this far and we had to drop our mmap_lock, now is the
3338          * time to return to the upper layer and have it re-find the vma and
3339          * redo the fault.
3340          */
3341         if (fpin) {
3342                 folio_unlock(folio);
3343                 goto out_retry;
3344         }
3345         if (mapping_locked)
3346                 filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3347
3348         /*
3349          * Found the page and have a reference on it.
3350          * We must recheck i_size under page lock.
3351          */
3352         max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
3353         if (unlikely(index >= max_idx)) {
3354                 folio_unlock(folio);
3355                 folio_put(folio);
3356                 return VM_FAULT_SIGBUS;
3357         }
3358
3359         vmf->page = folio_file_page(folio, index);
3360         return ret | VM_FAULT_LOCKED;
3361
3362 page_not_uptodate:
3363         /*
3364          * Umm, take care of errors if the page isn't up-to-date.
3365          * Try to re-read it _once_. We do this synchronously,
3366          * because there really aren't any performance issues here
3367          * and we need to check for errors.
3368          */
3369         fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3370         error = filemap_read_folio(file, mapping->a_ops->read_folio, folio);
3371         if (fpin)
3372                 goto out_retry;
3373         folio_put(folio);
3374
3375         if (!error || error == AOP_TRUNCATED_PAGE)
3376                 goto retry_find;
3377         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3378
3379         return VM_FAULT_SIGBUS;
3380
3381 out_retry:
3382         /*
3383          * We dropped the mmap_lock, we need to return to the fault handler to
3384          * re-find the vma and come back and find our hopefully still populated
3385          * page.
3386          */
3387         if (!IS_ERR(folio))
3388                 folio_put(folio);
3389         if (mapping_locked)
3390                 filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3391         if (fpin)
3392                 fput(fpin);
3393         return ret | VM_FAULT_RETRY;
3394 }
3395 EXPORT_SYMBOL(filemap_fault);
3396
3397 static bool filemap_map_pmd(struct vm_fault *vmf, struct folio *folio,
3398                 pgoff_t start)
3399 {
3400         struct mm_struct *mm = vmf->vma->vm_mm;
3401
3402         /* Huge page is mapped? No need to proceed. */
3403         if (pmd_trans_huge(*vmf->pmd)) {
3404                 folio_unlock(folio);
3405                 folio_put(folio);
3406                 return true;
3407         }
3408
3409         if (pmd_none(*vmf->pmd) && folio_test_pmd_mappable(folio)) {
3410                 struct page *page = folio_file_page(folio, start);
3411                 vm_fault_t ret = do_set_pmd(vmf, page);
3412                 if (!ret) {
3413                         /* The page is mapped successfully, reference consumed. */
3414                         folio_unlock(folio);
3415                         return true;
3416                 }
3417         }
3418
3419         if (pmd_none(*vmf->pmd))
3420                 pmd_install(mm, vmf->pmd, &vmf->prealloc_pte);
3421
3422         /* See comment in handle_pte_fault() */
3423         if (pmd_devmap_trans_unstable(vmf->pmd)) {
3424                 folio_unlock(folio);
3425                 folio_put(folio);
3426                 return true;
3427         }
3428
3429         return false;
3430 }
3431
3432 static struct folio *next_uptodate_page(struct folio *folio,
3433                                        struct address_space *mapping,
3434                                        struct xa_state *xas, pgoff_t end_pgoff)
3435 {
3436         unsigned long max_idx;
3437
3438         do {
3439                 if (!folio)
3440                         return NULL;
3441                 if (xas_retry(xas, folio))
3442                         continue;
3443                 if (xa_is_value(folio))
3444                         continue;
3445                 if (folio_test_locked(folio))
3446                         continue;
3447                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
3448                         continue;
3449                 /* Has the page moved or been split? */
3450                 if (unlikely(folio != xas_reload(xas)))
3451                         goto skip;
3452                 if (!folio_test_uptodate(folio) || folio_test_readahead(folio))
3453                         goto skip;
3454                 if (!folio_trylock(folio))
3455                         goto skip;
3456                 if (folio->mapping != mapping)
3457                         goto unlock;
3458                 if (!folio_test_uptodate(folio))
3459                         goto unlock;
3460                 max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(mapping->host), PAGE_SIZE);
3461                 if (xas->xa_index >= max_idx)
3462                         goto unlock;
3463                 return folio;
3464 unlock:
3465                 folio_unlock(folio);
3466 skip:
3467                 folio_put(folio);
3468         } while ((folio = xas_next_entry(xas, end_pgoff)) != NULL);
3469
3470         return NULL;
3471 }
3472
3473 static inline struct folio *first_map_page(struct address_space *mapping,
3474                                           struct xa_state *xas,
3475                                           pgoff_t end_pgoff)
3476 {
3477         return next_uptodate_page(xas_find(xas, end_pgoff),
3478                                   mapping, xas, end_pgoff);
3479 }
3480
3481 static inline struct folio *next_map_page(struct address_space *mapping,
3482                                          struct xa_state *xas,
3483                                          pgoff_t end_pgoff)
3484 {
3485         return next_uptodate_page(xas_next_entry(xas, end_pgoff),
3486                                   mapping, xas, end_pgoff);
3487 }
3488
3489 vm_fault_t filemap_map_pages(struct vm_fault *vmf,
3490                              pgoff_t start_pgoff, pgoff_t end_pgoff)
3491 {
3492         struct vm_area_struct *vma = vmf->vma;
3493         struct file *file = vma->vm_file;
3494         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3495         pgoff_t last_pgoff = start_pgoff;
3496         unsigned long addr;
3497         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_pgoff);
3498         struct folio *folio;
3499         struct page *page;
3500         unsigned int mmap_miss = READ_ONCE(file->f_ra.mmap_miss);
3501         vm_fault_t ret = 0;
3502
3503         rcu_read_lock();
3504         folio = first_map_page(mapping, &xas, end_pgoff);
3505         if (!folio)
3506                 goto out;
3507
3508         if (filemap_map_pmd(vmf, folio, start_pgoff)) {
3509                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3510                 goto out;
3511         }
3512
3513         addr = vma->vm_start + ((start_pgoff - vma->vm_pgoff) << PAGE_SHIFT);
3514         vmf->pte = pte_offset_map_lock(vma->vm_mm, vmf->pmd, addr, &vmf->ptl);
3515         do {
3516 again:
3517                 page = folio_file_page(folio, xas.xa_index);
3518                 if (PageHWPoison(page))
3519                         goto unlock;
3520
3521                 if (mmap_miss > 0)
3522                         mmap_miss--;
3523
3524                 addr += (xas.xa_index - last_pgoff) << PAGE_SHIFT;
3525                 vmf->pte += xas.xa_index - last_pgoff;
3526                 last_pgoff = xas.xa_index;
3527
3528                 /*
3529                  * NOTE: If there're PTE markers, we'll leave them to be
3530                  * handled in the specific fault path, and it'll prohibit the
3531                  * fault-around logic.
3532                  */
3533                 if (!pte_none(*vmf->pte))
3534                         goto unlock;
3535
3536                 /* We're about to handle the fault */
3537                 if (vmf->address == addr)
3538                         ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3539
3540                 do_set_pte(vmf, page, addr);
3541                 /* no need to invalidate: a not-present page won't be cached */
3542                 update_mmu_cache(vma, addr, vmf->pte);
3543                 if (folio_more_pages(folio, xas.xa_index, end_pgoff)) {
3544                         xas.xa_index++;
3545                         folio_ref_inc(folio);
3546                         goto again;
3547                 }
3548                 folio_unlock(folio);
3549                 continue;
3550 unlock:
3551                 if (folio_more_pages(folio, xas.xa_index, end_pgoff)) {
3552                         xas.xa_index++;
3553                         goto again;
3554                 }
3555                 folio_unlock(folio);
3556                 folio_put(folio);
3557         } while ((folio = next_map_page(mapping, &xas, end_pgoff)) != NULL);
3558         pte_unmap_unlock(vmf->pte, vmf->ptl);
3559 out:
3560         rcu_read_unlock();
3561         WRITE_ONCE(file->f_ra.mmap_miss, mmap_miss);
3562         return ret;
3563 }
3564 EXPORT_SYMBOL(filemap_map_pages);
3565
3566 vm_fault_t filemap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf)
3567 {
3568         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
3569         struct folio *folio = page_folio(vmf->page);
3570         vm_fault_t ret = VM_FAULT_LOCKED;
3571
3572         sb_start_pagefault(mapping->host->i_sb);
3573         file_update_time(vmf->vma->vm_file);
3574         folio_lock(folio);
3575         if (folio->mapping != mapping) {
3576                 folio_unlock(folio);
3577                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3578                 goto out;
3579         }
3580         /*
3581          * We mark the folio dirty already here so that when freeze is in
3582          * progress, we are guaranteed that writeback during freezing will
3583          * see the dirty folio and writeprotect it again.
3584          */
3585         folio_mark_dirty(folio);
3586         folio_wait_stable(folio);
3587 out:
3588         sb_end_pagefault(mapping->host->i_sb);
3589         return ret;
3590 }
3591
3592 const struct vm_operations_struct generic_file_vm_ops = {
3593         .fault          = filemap_fault,
3594         .map_pages      = filemap_map_pages,
3595         .page_mkwrite   = filemap_page_mkwrite,
3596 };
3597
3598 /* This is used for a general mmap of a disk file */
3599
3600 int generic_file_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3601 {
3602         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3603
3604         if (!mapping->a_ops->read_folio)
3605                 return -ENOEXEC;
3606         file_accessed(file);
3607         vma->vm_ops = &generic_file_vm_ops;
3608         return 0;
3609 }
3610
3611 /*
3612  * This is for filesystems which do not implement ->writepage.
3613  */
3614 int generic_file_readonly_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3615 {
3616         if ((vma->vm_flags & VM_SHARED) && (vma->vm_flags & VM_MAYWRITE))
3617                 return -EINVAL;
3618         return generic_file_mmap(file, vma);
3619 }
3620 #else
3621 vm_fault_t filemap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf)
3622 {
3623         return VM_FAULT_SIGBUS;
3624 }
3625 int generic_file_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3626 {
3627         return -ENOSYS;
3628 }
3629 int generic_file_readonly_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3630 {
3631         return -ENOSYS;
3632 }
3633 #endif /* CONFIG_MMU */
3634
3635 EXPORT_SYMBOL(filemap_page_mkwrite);
3636 EXPORT_SYMBOL(generic_file_mmap);
3637 EXPORT_SYMBOL(generic_file_readonly_mmap);
3638
3639 static struct folio *do_read_cache_folio(struct address_space *mapping,
3640                 pgoff_t index, filler_t filler, struct file *file, gfp_t gfp)
3641 {
3642         struct folio *folio;
3643         int err;
3644
3645         if (!filler)
3646                 filler = mapping->a_ops->read_folio;
3647 repeat:
3648         folio = filemap_get_folio(mapping, index);
3649         if (IS_ERR(folio)) {
3650                 folio = filemap_alloc_folio(gfp, 0);
3651                 if (!folio)
3652                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
3653                 err = filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp);
3654                 if (unlikely(err)) {
3655                         folio_put(folio);
3656                         if (err == -EEXIST)
3657                                 goto repeat;
3658                         /* Presumably ENOMEM for xarray node */
3659                         return ERR_PTR(err);
3660                 }
3661
3662                 goto filler;
3663         }
3664         if (folio_test_uptodate(folio))
3665                 goto out;
3666
3667         if (!folio_trylock(folio)) {
3668                 folio_put_wait_locked(folio, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
3669                 goto repeat;
3670         }
3671
3672         /* Folio was truncated from mapping */
3673         if (!folio->mapping) {
3674                 folio_unlock(folio);
3675                 folio_put(folio);
3676                 goto repeat;
3677         }
3678
3679         /* Someone else locked and filled the page in a very small window */
3680         if (folio_test_uptodate(folio)) {
3681                 folio_unlock(folio);
3682                 goto out;
3683         }
3684
3685 filler:
3686         err = filemap_read_folio(file, filler, folio);
3687         if (err) {
3688                 folio_put(folio);
3689                 if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
3690                         goto repeat;
3691                 return ERR_PTR(err);
3692         }
3693
3694 out:
3695         folio_mark_accessed(folio);
3696         return folio;
3697 }
3698
3699 /**
3700  * read_cache_folio - Read into page cache, fill it if needed.
3701  * @mapping: The address_space to read from.
3702  * @index: The index to read.
3703  * @filler: Function to perform the read, or NULL to use aops->read_folio().
3704  * @file: Passed to filler function, may be NULL if not required.
3705  *
3706  * Read one page into the page cache.  If it succeeds, the folio returned
3707  * will contain @index, but it may not be the first page of the folio.
3708  *
3709  * If the filler function returns an error, it will be returned to the
3710  * caller.
3711  *
3712  * Context: May sleep.  Expects mapping->invalidate_lock to be held.
3713  * Return: An uptodate folio on success, ERR_PTR() on failure.
3714  */
3715 struct folio *read_cache_folio(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
3716                 filler_t filler, struct file *file)
3717 {
3718         return do_read_cache_folio(mapping, index, filler, file,
3719                         mapping_gfp_mask(mapping));
3720 }
3721 EXPORT_SYMBOL(read_cache_folio);
3722
3723 /**
3724  * mapping_read_folio_gfp - Read into page cache, using specified allocation flags.
3725  * @mapping:    The address_space for the folio.
3726  * @index:      The index that the allocated folio will contain.
3727  * @gfp:        The page allocator flags to use if allocating.
3728  *
3729  * This is the same as "read_cache_folio(mapping, index, NULL, NULL)", but with
3730  * any new memory allocations done using the specified allocation flags.
3731  *
3732  * The most likely error from this function is EIO, but ENOMEM is
3733  * possible and so is EINTR.  If ->read_folio returns another error,
3734  * that will be returned to the caller.
3735  *
3736  * The function expects mapping->invalidate_lock to be already held.
3737  *
3738  * Return: Uptodate folio on success, ERR_PTR() on failure.
3739  */
3740 struct folio *mapping_read_folio_gfp(struct address_space *mapping,
3741                 pgoff_t index, gfp_t gfp)
3742 {
3743         return do_read_cache_folio(mapping, index, NULL, NULL, gfp);
3744 }
3745 EXPORT_SYMBOL(mapping_read_folio_gfp);
3746
3747 static struct page *do_read_cache_page(struct address_space *mapping,
3748                 pgoff_t index, filler_t *filler, struct file *file, gfp_t gfp)
3749 {
3750         struct folio *folio;
3751
3752         folio = do_read_cache_folio(mapping, index, filler, file, gfp);
3753         if (IS_ERR(folio))
3754                 return &folio->page;
3755         return folio_file_page(folio, index);
3756 }
3757
3758 struct page *read_cache_page(struct address_space *mapping,
3759                         pgoff_t index, filler_t *filler, struct file *file)
3760 {
3761         return do_read_cache_page(mapping, index, filler, file,
3762                         mapping_gfp_mask(mapping));
3763 }
3764 EXPORT_SYMBOL(read_cache_page);
3765
3766 /**
3767  * read_cache_page_gfp - read into page cache, using specified page allocation flags.
3768  * @mapping:    the page's address_space
3769  * @index:      the page index
3770  * @gfp:        the page allocator flags to use if allocating
3771  *
3772  * This is the same as "read_mapping_page(mapping, index, NULL)", but with
3773  * any new page allocations done using the specified allocation flags.
3774  *
3775  * If the page does not get brought uptodate, return -EIO.
3776  *
3777  * The function expects mapping->invalidate_lock to be already held.
3778  *
3779  * Return: up to date page on success, ERR_PTR() on failure.
3780  */
3781 struct page *read_cache_page_gfp(struct address_space *mapping,
3782                                 pgoff_t index,
3783                                 gfp_t gfp)
3784 {
3785         return do_read_cache_page(mapping, index, NULL, NULL, gfp);
3786 }
3787 EXPORT_SYMBOL(read_cache_page_gfp);
3788
3789 /*
3790  * Warn about a page cache invalidation failure during a direct I/O write.
3791  */
3792 static void dio_warn_stale_pagecache(struct file *filp)
3793 {
3794         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(_rs, 86400 * HZ, DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3795         char pathname[128];
3796         char *path;
3797
3798         errseq_set(&filp->f_mapping->wb_err, -EIO);
3799         if (__ratelimit(&_rs)) {
3800                 path = file_path(filp, pathname, sizeof(pathname));
3801                 if (IS_ERR(path))
3802                         path = "(unknown)";
3803                 pr_crit("Page cache invalidation failure on direct I/O.  Possible data corruption due to collision with buffered I/O!\n");
3804                 pr_crit("File: %s PID: %d Comm: %.20s\n", path, current->pid,
3805                         current->comm);
3806         }
3807 }
3808
3809 void kiocb_invalidate_post_direct_write(struct kiocb *iocb, size_t count)
3810 {
3811         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
3812
3813         if (mapping->nrpages &&
3814             invalidate_inode_pages2_range(mapping,
3815                         iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT,
3816                         (iocb->ki_pos + count - 1) >> PAGE_SHIFT))
3817                 dio_warn_stale_pagecache(iocb->ki_filp);
3818 }
3819
3820 ssize_t
3821 generic_file_direct_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
3822 {
3823         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
3824         size_t write_len = iov_iter_count(from);
3825         ssize_t written;
3826
3827         /*
3828          * If a page can not be invalidated, return 0 to fall back
3829          * to buffered write.
3830          */
3831         written = kiocb_invalidate_pages(iocb, write_len);
3832         if (written) {
3833                 if (written == -EBUSY)
3834                         return 0;
3835                 return written;
3836         }
3837
3838         written = mapping->a_ops->direct_IO(iocb, from);
3839
3840         /*
3841          * Finally, try again to invalidate clean pages which might have been
3842          * cached by non-direct readahead, or faulted in by get_user_pages()
3843          * if the source of the write was an mmap'ed region of the file
3844          * we're writing.  Either one is a pretty crazy thing to do,
3845          * so we don't support it 100%.  If this invalidation
3846          * fails, tough, the write still worked...
3847          *
3848          * Most of the time we do not need this since dio_complete() will do
3849          * the invalidation for us. However there are some file systems that
3850          * do not end up with dio_complete() being called, so let's not break
3851          * them by removing it completely.
3852          *
3853          * Noticeable example is a blkdev_direct_IO().
3854          *
3855          * Skip invalidation for async writes or if mapping has no pages.
3856          */
3857         if (written > 0) {
3858                 struct inode *inode = mapping->host;
3859                 loff_t pos = iocb->ki_pos;
3860
3861                 kiocb_invalidate_post_direct_write(iocb, written);
3862                 pos += written;
3863                 write_len -= written;
3864                 if (pos > i_size_read(inode) && !S_ISBLK(inode->i_mode)) {
3865                         i_size_write(inode, pos);
3866                         mark_inode_dirty(inode);
3867                 }
3868                 iocb->ki_pos = pos;
3869         }
3870         if (written != -EIOCBQUEUED)
3871                 iov_iter_revert(from, write_len - iov_iter_count(from));
3872         return written;
3873 }
3874 EXPORT_SYMBOL(generic_file_direct_write);
3875
3876 ssize_t generic_perform_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *i)
3877 {
3878         struct file *file = iocb->ki_filp;
3879         loff_t pos = iocb->ki_pos;
3880         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3881         const struct address_space_operations *a_ops = mapping->a_ops;
3882         long status = 0;
3883         ssize_t written = 0;
3884
3885         do {
3886                 struct page *page;
3887                 unsigned long offset;   /* Offset into pagecache page */
3888                 unsigned long bytes;    /* Bytes to write to page */
3889                 size_t copied;          /* Bytes copied from user */
3890                 void *fsdata = NULL;
3891
3892                 offset = (pos & (PAGE_SIZE - 1));
3893                 bytes = min_t(unsigned long, PAGE_SIZE - offset,
3894                                                 iov_iter_count(i));
3895
3896 again:
3897                 /*
3898                  * Bring in the user page that we will copy from _first_.
3899                  * Otherwise there's a nasty deadlock on copying from the
3900                  * same page as we're writing to, without it being marked
3901                  * up-to-date.
3902                  */
3903                 if (unlikely(fault_in_iov_iter_readable(i, bytes) == bytes)) {
3904                         status = -EFAULT;
3905                         break;
3906                 }
3907
3908                 if (fatal_signal_pending(current)) {
3909                         status = -EINTR;
3910                         break;
3911                 }
3912
3913                 status = a_ops->write_begin(file, mapping, pos, bytes,
3914                                                 &page, &fsdata);
3915                 if (unlikely(status < 0))
3916                         break;
3917
3918                 if (mapping_writably_mapped(mapping))
3919                         flush_dcache_page(page);
3920
3921                 copied = copy_page_from_iter_atomic(page, offset, bytes, i);
3922                 flush_dcache_page(page);
3923
3924                 status = a_ops->write_end(file, mapping, pos, bytes, copied,
3925                                                 page, fsdata);
3926                 if (unlikely(status != copied)) {
3927                         iov_iter_revert(i, copied - max(status, 0L));
3928                         if (unlikely(status < 0))
3929                                 break;
3930                 }
3931                 cond_resched();
3932
3933                 if (unlikely(status == 0)) {
3934                         /*
3935                          * A short copy made ->write_end() reject the
3936                          * thing entirely.  Might be memory poisoning
3937                          * halfway through, might be a race with munmap,
3938                          * might be severe memory pressure.
3939                          */
3940                         if (copied)
3941                                 bytes = copied;
3942                         goto again;
3943                 }
3944                 pos += status;
3945                 written += status;
3946
3947                 balance_dirty_pages_ratelimited(mapping);
3948         } while (iov_iter_count(i));
3949
3950         if (!written)
3951                 return status;
3952         iocb->ki_pos += written;
3953         return written;
3954 }
3955 EXPORT_SYMBOL(generic_perform_write);
3956
3957 /**
3958  * __generic_file_write_iter - write data to a file
3959  * @iocb:       IO state structure (file, offset, etc.)
3960  * @from:       iov_iter with data to write
3961  *
3962  * This function does all the work needed for actually writing data to a
3963  * file. It does all basic checks, removes SUID from the file, updates
3964  * modification times and calls proper subroutines depending on whether we
3965  * do direct IO or a standard buffered write.
3966  *
3967  * It expects i_rwsem to be grabbed unless we work on a block device or similar
3968  * object which does not need locking at all.
3969  *
3970  * This function does *not* take care of syncing data in case of O_SYNC write.
3971  * A caller has to handle it. This is mainly due to the fact that we want to
3972  * avoid syncing under i_rwsem.
3973  *
3974  * Return:
3975  * * number of bytes written, even for truncated writes
3976  * * negative error code if no data has been written at all
3977  */
3978 ssize_t __generic_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
3979 {
3980         struct file *file = iocb->ki_filp;
3981         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3982         struct inode *inode = mapping->host;
3983         ssize_t ret;
3984
3985         ret = file_remove_privs(file);
3986         if (ret)
3987                 return ret;
3988
3989         ret = file_update_time(file);
3990         if (ret)
3991                 return ret;
3992
3993         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
3994                 ret = generic_file_direct_write(iocb, from);
3995                 /*
3996                  * If the write stopped short of completing, fall back to
3997                  * buffered writes.  Some filesystems do this for writes to
3998                  * holes, for example.  For DAX files, a buffered write will
3999                  * not succeed (even if it did, DAX does not handle dirty
4000                  * page-cache pages correctly).
4001                  */
4002                 if (ret < 0 || !iov_iter_count(from) || IS_DAX(inode))
4003                         return ret;
4004                 return direct_write_fallback(iocb, from, ret,
4005                                 generic_perform_write(iocb, from));
4006         }
4007
4008         return generic_perform_write(iocb, from);
4009 }
4010 EXPORT_SYMBOL(__generic_file_write_iter);
4011
4012 /**
4013  * generic_file_write_iter - write data to a file
4014  * @iocb:       IO state structure
4015  * @from:       iov_iter with data to write
4016  *
4017  * This is a wrapper around __generic_file_write_iter() to be used by most
4018  * filesystems. It takes care of syncing the file in case of O_SYNC file
4019  * and acquires i_rwsem as needed.
4020  * Return:
4021  * * negative error code if no data has been written at all of
4022  *   vfs_fsync_range() failed for a synchronous write
4023  * * number of bytes written, even for truncated writes
4024  */
4025 ssize_t generic_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
4026 {
4027         struct file *file = iocb->ki_filp;
4028         struct inode *inode = file->f_mapping->host;
4029         ssize_t ret;
4030
4031         inode_lock(inode);
4032         ret = generic_write_checks(iocb, from);
4033         if (ret > 0)
4034                 ret = __generic_file_write_iter(iocb, from);
4035         inode_unlock(inode);
4036
4037         if (ret > 0)
4038                 ret = generic_write_sync(iocb, ret);
4039         return ret;
4040 }
4041 EXPORT_SYMBOL(generic_file_write_iter);
4042
4043 /**
4044  * filemap_release_folio() - Release fs-specific metadata on a folio.
4045  * @folio: The folio which the kernel is trying to free.
4046  * @gfp: Memory allocation flags (and I/O mode).
4047  *
4048  * The address_space is trying to release any data attached to a folio
4049  * (presumably at folio->private).
4050  *
4051  * This will also be called if the private_2 flag is set on a page,
4052  * indicating that the folio has other metadata associated with it.
4053  *
4054  * The @gfp argument specifies whether I/O may be performed to release
4055  * this page (__GFP_IO), and whether the call may block
4056  * (__GFP_RECLAIM & __GFP_FS).
4057  *
4058  * Return: %true if the release was successful, otherwise %false.
4059  */
4060 bool filemap_release_folio(struct folio *folio, gfp_t gfp)
4061 {
4062         struct address_space * const mapping = folio->mapping;
4063
4064         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
4065         if (folio_test_writeback(folio))
4066                 return false;
4067
4068         if (mapping && mapping->a_ops->release_folio)
4069                 return mapping->a_ops->release_folio(folio, gfp);
4070         return try_to_free_buffers(folio);
4071 }
4072 EXPORT_SYMBOL(filemap_release_folio);
4073
4074 #ifdef CONFIG_CACHESTAT_SYSCALL
4075 /**
4076  * filemap_cachestat() - compute the page cache statistics of a mapping
4077  * @mapping:    The mapping to compute the statistics for.
4078  * @first_index:        The starting page cache index.
4079  * @last_index: The final page index (inclusive).
4080  * @cs: the cachestat struct to write the result to.
4081  *
4082  * This will query the page cache statistics of a mapping in the
4083  * page range of [first_index, last_index] (inclusive). The statistics
4084  * queried include: number of dirty pages, number of pages marked for
4085  * writeback, and the number of (recently) evicted pages.
4086  */
4087 static void filemap_cachestat(struct address_space *mapping,
4088                 pgoff_t first_index, pgoff_t last_index, struct cachestat *cs)
4089 {
4090         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, first_index);
4091         struct folio *folio;
4092
4093         rcu_read_lock();
4094         xas_for_each(&xas, folio, last_index) {
4095                 unsigned long nr_pages;
4096                 pgoff_t folio_first_index, folio_last_index;
4097
4098                 if (xas_retry(&xas, folio))
4099                         continue;
4100
4101                 if (xa_is_value(folio)) {
4102                         /* page is evicted */
4103                         void *shadow = (void *)folio;
4104                         bool workingset; /* not used */
4105                         int order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
4106
4107                         nr_pages = 1 << order;
4108                         folio_first_index = round_down(xas.xa_index, 1 << order);
4109                         folio_last_index = folio_first_index + nr_pages - 1;
4110
4111                         /* Folios might straddle the range boundaries, only count covered pages */
4112                         if (folio_first_index < first_index)
4113                                 nr_pages -= first_index - folio_first_index;
4114
4115                         if (folio_last_index > last_index)
4116                                 nr_pages -= folio_last_index - last_index;
4117
4118                         cs->nr_evicted += nr_pages;
4119
4120 #ifdef CONFIG_SWAP /* implies CONFIG_MMU */
4121                         if (shmem_mapping(mapping)) {
4122                                 /* shmem file - in swap cache */
4123                                 swp_entry_t swp = radix_to_swp_entry(folio);
4124
4125                                 shadow = get_shadow_from_swap_cache(swp);
4126                         }
4127 #endif
4128                         if (workingset_test_recent(shadow, true, &workingset))
4129                                 cs->nr_recently_evicted += nr_pages;
4130
4131                         goto resched;
4132                 }
4133
4134                 nr_pages = folio_nr_pages(folio);
4135                 folio_first_index = folio_pgoff(folio);
4136                 folio_last_index = folio_first_index + nr_pages - 1;
4137
4138                 /* Folios might straddle the range boundaries, only count covered pages */
4139                 if (folio_first_index < first_index)
4140                         nr_pages -= first_index - folio_first_index;
4141
4142                 if (folio_last_index > last_index)
4143                         nr_pages -= folio_last_index - last_index;
4144
4145                 /* page is in cache */
4146                 cs->nr_cache += nr_pages;
4147
4148                 if (folio_test_dirty(folio))
4149                         cs->nr_dirty += nr_pages;
4150
4151                 if (folio_test_writeback(folio))
4152                         cs->nr_writeback += nr_pages;
4153
4154 resched:
4155                 if (need_resched()) {
4156                         xas_pause(&xas);
4157                         cond_resched_rcu();
4158                 }
4159         }
4160         rcu_read_unlock();
4161 }
4162
4163 /*
4164  * The cachestat(2) system call.
4165  *
4166  * cachestat() returns the page cache statistics of a file in the
4167  * bytes range specified by `off` and `len`: number of cached pages,
4168  * number of dirty pages, number of pages marked for writeback,
4169  * number of evicted pages, and number of recently evicted pages.
4170  *
4171  * An evicted page is a page that is previously in the page cache
4172  * but has been evicted since. A page is recently evicted if its last
4173  * eviction was recent enough that its reentry to the cache would
4174  * indicate that it is actively being used by the system, and that
4175  * there is memory pressure on the system.
4176  *
4177  * `off` and `len` must be non-negative integers. If `len` > 0,
4178  * the queried range is [`off`, `off` + `len`]. If `len` == 0,
4179  * we will query in the range from `off` to the end of the file.
4180  *
4181  * The `flags` argument is unused for now, but is included for future
4182  * extensibility. User should pass 0 (i.e no flag specified).
4183  *
4184  * Currently, hugetlbfs is not supported.
4185  *
4186  * Because the status of a page can change after cachestat() checks it
4187  * but before it returns to the application, the returned values may
4188  * contain stale information.
4189  *
4190  * return values:
4191  *  zero        - success
4192  *  -EFAULT     - cstat or cstat_range points to an illegal address
4193  *  -EINVAL     - invalid flags
4194  *  -EBADF      - invalid file descriptor
4195  *  -EOPNOTSUPP - file descriptor is of a hugetlbfs file
4196  */
4197 SYSCALL_DEFINE4(cachestat, unsigned int, fd,
4198                 struct cachestat_range __user *, cstat_range,
4199                 struct cachestat __user *, cstat, unsigned int, flags)
4200 {
4201         struct fd f = fdget(fd);
4202         struct address_space *mapping;
4203         struct cachestat_range csr;
4204         struct cachestat cs;
4205         pgoff_t first_index, last_index;
4206
4207         if (!f.file)
4208                 return -EBADF;
4209
4210         if (copy_from_user(&csr, cstat_range,
4211                         sizeof(struct cachestat_range))) {
4212                 fdput(f);
4213                 return -EFAULT;
4214         }
4215
4216         /* hugetlbfs is not supported */
4217         if (is_file_hugepages(f.file)) {
4218                 fdput(f);
4219                 return -EOPNOTSUPP;
4220         }
4221
4222         if (flags != 0) {
4223                 fdput(f);
4224                 return -EINVAL;
4225         }
4226
4227         first_index = csr.off >> PAGE_SHIFT;
4228         last_index =
4229                 csr.len == 0 ? ULONG_MAX : (csr.off + csr.len - 1) >> PAGE_SHIFT;
4230         memset(&cs, 0, sizeof(struct cachestat));
4231         mapping = f.file->f_mapping;
4232         filemap_cachestat(mapping, first_index, last_index, &cs);
4233         fdput(f);
4234
4235         if (copy_to_user(cstat, &cs, sizeof(struct cachestat)))
4236                 return -EFAULT;
4237
4238         return 0;
4239 }
4240 #endif /* CONFIG_CACHESTAT_SYSCALL */