Merge tag 'for-linux-6.12-ofs1' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[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 <linux/rcupdate_wait.h>
49 #include <asm/pgalloc.h>
50 #include <asm/tlbflush.h>
51 #include "internal.h"
52
53 #define CREATE_TRACE_POINTS
54 #include <trace/events/filemap.h>
55
56 /*
57  * FIXME: remove all knowledge of the buffer layer from the core VM
58  */
59 #include <linux/buffer_head.h> /* for try_to_free_buffers */
60
61 #include <asm/mman.h>
62
63 #include "swap.h"
64
65 /*
66  * Shared mappings implemented 30.11.1994. It's not fully working yet,
67  * though.
68  *
69  * Shared mappings now work. 15.8.1995  Bruno.
70  *
71  * finished 'unifying' the page and buffer cache and SMP-threaded the
72  * page-cache, 21.05.1999, Ingo Molnar <mingo@redhat.com>
73  *
74  * SMP-threaded pagemap-LRU 1999, Andrea Arcangeli <andrea@suse.de>
75  */
76
77 /*
78  * Lock ordering:
79  *
80  *  ->i_mmap_rwsem              (truncate_pagecache)
81  *    ->private_lock            (__free_pte->block_dirty_folio)
82  *      ->swap_lock             (exclusive_swap_page, others)
83  *        ->i_pages lock
84  *
85  *  ->i_rwsem
86  *    ->invalidate_lock         (acquired by fs in truncate path)
87  *      ->i_mmap_rwsem          (truncate->unmap_mapping_range)
88  *
89  *  ->mmap_lock
90  *    ->i_mmap_rwsem
91  *      ->page_table_lock or pte_lock   (various, mainly in memory.c)
92  *        ->i_pages lock        (arch-dependent flush_dcache_mmap_lock)
93  *
94  *  ->mmap_lock
95  *    ->invalidate_lock         (filemap_fault)
96  *      ->lock_page             (filemap_fault, access_process_vm)
97  *
98  *  ->i_rwsem                   (generic_perform_write)
99  *    ->mmap_lock               (fault_in_readable->do_page_fault)
100  *
101  *  bdi->wb.list_lock
102  *    sb_lock                   (fs/fs-writeback.c)
103  *    ->i_pages lock            (__sync_single_inode)
104  *
105  *  ->i_mmap_rwsem
106  *    ->anon_vma.lock           (vma_merge)
107  *
108  *  ->anon_vma.lock
109  *    ->page_table_lock or pte_lock     (anon_vma_prepare and various)
110  *
111  *  ->page_table_lock or pte_lock
112  *    ->swap_lock               (try_to_unmap_one)
113  *    ->private_lock            (try_to_unmap_one)
114  *    ->i_pages lock            (try_to_unmap_one)
115  *    ->lruvec->lru_lock        (follow_page->mark_page_accessed)
116  *    ->lruvec->lru_lock        (check_pte_range->isolate_lru_page)
117  *    ->private_lock            (folio_remove_rmap_pte->set_page_dirty)
118  *    ->i_pages lock            (folio_remove_rmap_pte->set_page_dirty)
119  *    bdi.wb->list_lock         (folio_remove_rmap_pte->set_page_dirty)
120  *    ->inode->i_lock           (folio_remove_rmap_pte->set_page_dirty)
121  *    ->memcg->move_lock        (folio_remove_rmap_pte->folio_memcg_lock)
122  *    bdi.wb->list_lock         (zap_pte_range->set_page_dirty)
123  *    ->inode->i_lock           (zap_pte_range->set_page_dirty)
124  *    ->private_lock            (zap_pte_range->block_dirty_folio)
125  */
126
127 static void mapping_set_update(struct xa_state *xas,
128                 struct address_space *mapping)
129 {
130         if (dax_mapping(mapping) || shmem_mapping(mapping))
131                 return;
132         xas_set_update(xas, workingset_update_node);
133         xas_set_lru(xas, &shadow_nodes);
134 }
135
136 static void page_cache_delete(struct address_space *mapping,
137                                    struct folio *folio, void *shadow)
138 {
139         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, folio->index);
140         long nr = 1;
141
142         mapping_set_update(&xas, mapping);
143
144         xas_set_order(&xas, folio->index, folio_order(folio));
145         nr = folio_nr_pages(folio);
146
147         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
148
149         xas_store(&xas, shadow);
150         xas_init_marks(&xas);
151
152         folio->mapping = NULL;
153         /* Leave page->index set: truncation lookup relies upon it */
154         mapping->nrpages -= nr;
155 }
156
157 static void filemap_unaccount_folio(struct address_space *mapping,
158                 struct folio *folio)
159 {
160         long nr;
161
162         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_mapped(folio), folio);
163         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM) && unlikely(folio_mapped(folio))) {
164                 pr_alert("BUG: Bad page cache in process %s  pfn:%05lx\n",
165                          current->comm, folio_pfn(folio));
166                 dump_page(&folio->page, "still mapped when deleted");
167                 dump_stack();
168                 add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
169
170                 if (mapping_exiting(mapping) && !folio_test_large(folio)) {
171                         int mapcount = folio_mapcount(folio);
172
173                         if (folio_ref_count(folio) >= mapcount + 2) {
174                                 /*
175                                  * All vmas have already been torn down, so it's
176                                  * a good bet that actually the page is unmapped
177                                  * and we'd rather not leak it: if we're wrong,
178                                  * another bad page check should catch it later.
179                                  */
180                                 atomic_set(&folio->_mapcount, -1);
181                                 folio_ref_sub(folio, mapcount);
182                         }
183                 }
184         }
185
186         /* hugetlb folios do not participate in page cache accounting. */
187         if (folio_test_hugetlb(folio))
188                 return;
189
190         nr = folio_nr_pages(folio);
191
192         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_PAGES, -nr);
193         if (folio_test_swapbacked(folio)) {
194                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_SHMEM, -nr);
195                 if (folio_test_pmd_mappable(folio))
196                         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_SHMEM_THPS, -nr);
197         } else if (folio_test_pmd_mappable(folio)) {
198                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_THPS, -nr);
199                 filemap_nr_thps_dec(mapping);
200         }
201
202         /*
203          * At this point folio must be either written or cleaned by
204          * truncate.  Dirty folio here signals a bug and loss of
205          * unwritten data - on ordinary filesystems.
206          *
207          * But it's harmless on in-memory filesystems like tmpfs; and can
208          * occur when a driver which did get_user_pages() sets page dirty
209          * before putting it, while the inode is being finally evicted.
210          *
211          * Below fixes dirty accounting after removing the folio entirely
212          * but leaves the dirty flag set: it has no effect for truncated
213          * folio and anyway will be cleared before returning folio to
214          * buddy allocator.
215          */
216         if (WARN_ON_ONCE(folio_test_dirty(folio) &&
217                          mapping_can_writeback(mapping)))
218                 folio_account_cleaned(folio, inode_to_wb(mapping->host));
219 }
220
221 /*
222  * Delete a page from the page cache and free it. Caller has to make
223  * sure the page is locked and that nobody else uses it - or that usage
224  * is safe.  The caller must hold the i_pages lock.
225  */
226 void __filemap_remove_folio(struct folio *folio, void *shadow)
227 {
228         struct address_space *mapping = folio->mapping;
229
230         trace_mm_filemap_delete_from_page_cache(folio);
231         filemap_unaccount_folio(mapping, folio);
232         page_cache_delete(mapping, folio, shadow);
233 }
234
235 void filemap_free_folio(struct address_space *mapping, struct folio *folio)
236 {
237         void (*free_folio)(struct folio *);
238         int refs = 1;
239
240         free_folio = mapping->a_ops->free_folio;
241         if (free_folio)
242                 free_folio(folio);
243
244         if (folio_test_large(folio))
245                 refs = folio_nr_pages(folio);
246         folio_put_refs(folio, refs);
247 }
248
249 /**
250  * filemap_remove_folio - Remove folio from page cache.
251  * @folio: The folio.
252  *
253  * This must be called only on folios that are locked and have been
254  * verified to be in the page cache.  It will never put the folio into
255  * the free list because the caller has a reference on the page.
256  */
257 void filemap_remove_folio(struct folio *folio)
258 {
259         struct address_space *mapping = folio->mapping;
260
261         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
262         spin_lock(&mapping->host->i_lock);
263         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
264         __filemap_remove_folio(folio, NULL);
265         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
266         if (mapping_shrinkable(mapping))
267                 inode_add_lru(mapping->host);
268         spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
269
270         filemap_free_folio(mapping, folio);
271 }
272
273 /*
274  * page_cache_delete_batch - delete several folios from page cache
275  * @mapping: the mapping to which folios belong
276  * @fbatch: batch of folios to delete
277  *
278  * The function walks over mapping->i_pages and removes folios passed in
279  * @fbatch from the mapping. The function expects @fbatch to be sorted
280  * by page index and is optimised for it to be dense.
281  * It tolerates holes in @fbatch (mapping entries at those indices are not
282  * modified).
283  *
284  * The function expects the i_pages lock to be held.
285  */
286 static void page_cache_delete_batch(struct address_space *mapping,
287                              struct folio_batch *fbatch)
288 {
289         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, fbatch->folios[0]->index);
290         long total_pages = 0;
291         int i = 0;
292         struct folio *folio;
293
294         mapping_set_update(&xas, mapping);
295         xas_for_each(&xas, folio, ULONG_MAX) {
296                 if (i >= folio_batch_count(fbatch))
297                         break;
298
299                 /* A swap/dax/shadow entry got inserted? Skip it. */
300                 if (xa_is_value(folio))
301                         continue;
302                 /*
303                  * A page got inserted in our range? Skip it. We have our
304                  * pages locked so they are protected from being removed.
305                  * If we see a page whose index is higher than ours, it
306                  * means our page has been removed, which shouldn't be
307                  * possible because we're holding the PageLock.
308                  */
309                 if (folio != fbatch->folios[i]) {
310                         VM_BUG_ON_FOLIO(folio->index >
311                                         fbatch->folios[i]->index, folio);
312                         continue;
313                 }
314
315                 WARN_ON_ONCE(!folio_test_locked(folio));
316
317                 folio->mapping = NULL;
318                 /* Leave folio->index set: truncation lookup relies on it */
319
320                 i++;
321                 xas_store(&xas, NULL);
322                 total_pages += folio_nr_pages(folio);
323         }
324         mapping->nrpages -= total_pages;
325 }
326
327 void delete_from_page_cache_batch(struct address_space *mapping,
328                                   struct folio_batch *fbatch)
329 {
330         int i;
331
332         if (!folio_batch_count(fbatch))
333                 return;
334
335         spin_lock(&mapping->host->i_lock);
336         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
337         for (i = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++) {
338                 struct folio *folio = fbatch->folios[i];
339
340                 trace_mm_filemap_delete_from_page_cache(folio);
341                 filemap_unaccount_folio(mapping, folio);
342         }
343         page_cache_delete_batch(mapping, fbatch);
344         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
345         if (mapping_shrinkable(mapping))
346                 inode_add_lru(mapping->host);
347         spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
348
349         for (i = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++)
350                 filemap_free_folio(mapping, fbatch->folios[i]);
351 }
352
353 int filemap_check_errors(struct address_space *mapping)
354 {
355         int ret = 0;
356         /* Check for outstanding write errors */
357         if (test_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags) &&
358             test_and_clear_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags))
359                 ret = -ENOSPC;
360         if (test_bit(AS_EIO, &mapping->flags) &&
361             test_and_clear_bit(AS_EIO, &mapping->flags))
362                 ret = -EIO;
363         return ret;
364 }
365 EXPORT_SYMBOL(filemap_check_errors);
366
367 static int filemap_check_and_keep_errors(struct address_space *mapping)
368 {
369         /* Check for outstanding write errors */
370         if (test_bit(AS_EIO, &mapping->flags))
371                 return -EIO;
372         if (test_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags))
373                 return -ENOSPC;
374         return 0;
375 }
376
377 /**
378  * filemap_fdatawrite_wbc - start writeback on mapping dirty pages in range
379  * @mapping:    address space structure to write
380  * @wbc:        the writeback_control controlling the writeout
381  *
382  * Call writepages on the mapping using the provided wbc to control the
383  * writeout.
384  *
385  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
386  */
387 int filemap_fdatawrite_wbc(struct address_space *mapping,
388                            struct writeback_control *wbc)
389 {
390         int ret;
391
392         if (!mapping_can_writeback(mapping) ||
393             !mapping_tagged(mapping, PAGECACHE_TAG_DIRTY))
394                 return 0;
395
396         wbc_attach_fdatawrite_inode(wbc, mapping->host);
397         ret = do_writepages(mapping, wbc);
398         wbc_detach_inode(wbc);
399         return ret;
400 }
401 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite_wbc);
402
403 /**
404  * __filemap_fdatawrite_range - start writeback on mapping dirty pages in range
405  * @mapping:    address space structure to write
406  * @start:      offset in bytes where the range starts
407  * @end:        offset in bytes where the range ends (inclusive)
408  * @sync_mode:  enable synchronous operation
409  *
410  * Start writeback against all of a mapping's dirty pages that lie
411  * within the byte offsets <start, end> inclusive.
412  *
413  * If sync_mode is WB_SYNC_ALL then this is a "data integrity" operation, as
414  * opposed to a regular memory cleansing writeback.  The difference between
415  * these two operations is that if a dirty page/buffer is encountered, it must
416  * be waited upon, and not just skipped over.
417  *
418  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
419  */
420 int __filemap_fdatawrite_range(struct address_space *mapping, loff_t start,
421                                 loff_t end, int sync_mode)
422 {
423         struct writeback_control wbc = {
424                 .sync_mode = sync_mode,
425                 .nr_to_write = LONG_MAX,
426                 .range_start = start,
427                 .range_end = end,
428         };
429
430         return filemap_fdatawrite_wbc(mapping, &wbc);
431 }
432
433 static inline int __filemap_fdatawrite(struct address_space *mapping,
434         int sync_mode)
435 {
436         return __filemap_fdatawrite_range(mapping, 0, LLONG_MAX, sync_mode);
437 }
438
439 int filemap_fdatawrite(struct address_space *mapping)
440 {
441         return __filemap_fdatawrite(mapping, WB_SYNC_ALL);
442 }
443 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite);
444
445 int filemap_fdatawrite_range(struct address_space *mapping, loff_t start,
446                                 loff_t end)
447 {
448         return __filemap_fdatawrite_range(mapping, start, end, WB_SYNC_ALL);
449 }
450 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite_range);
451
452 /**
453  * filemap_flush - mostly a non-blocking flush
454  * @mapping:    target address_space
455  *
456  * This is a mostly non-blocking flush.  Not suitable for data-integrity
457  * purposes - I/O may not be started against all dirty pages.
458  *
459  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
460  */
461 int filemap_flush(struct address_space *mapping)
462 {
463         return __filemap_fdatawrite(mapping, WB_SYNC_NONE);
464 }
465 EXPORT_SYMBOL(filemap_flush);
466
467 /**
468  * filemap_range_has_page - check if a page exists in range.
469  * @mapping:           address space within which to check
470  * @start_byte:        offset in bytes where the range starts
471  * @end_byte:          offset in bytes where the range ends (inclusive)
472  *
473  * Find at least one page in the range supplied, usually used to check if
474  * direct writing in this range will trigger a writeback.
475  *
476  * Return: %true if at least one page exists in the specified range,
477  * %false otherwise.
478  */
479 bool filemap_range_has_page(struct address_space *mapping,
480                            loff_t start_byte, loff_t end_byte)
481 {
482         struct folio *folio;
483         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_byte >> PAGE_SHIFT);
484         pgoff_t max = end_byte >> PAGE_SHIFT;
485
486         if (end_byte < start_byte)
487                 return false;
488
489         rcu_read_lock();
490         for (;;) {
491                 folio = xas_find(&xas, max);
492                 if (xas_retry(&xas, folio))
493                         continue;
494                 /* Shadow entries don't count */
495                 if (xa_is_value(folio))
496                         continue;
497                 /*
498                  * We don't need to try to pin this page; we're about to
499                  * release the RCU lock anyway.  It is enough to know that
500                  * there was a page here recently.
501                  */
502                 break;
503         }
504         rcu_read_unlock();
505
506         return folio != NULL;
507 }
508 EXPORT_SYMBOL(filemap_range_has_page);
509
510 static void __filemap_fdatawait_range(struct address_space *mapping,
511                                      loff_t start_byte, loff_t end_byte)
512 {
513         pgoff_t index = start_byte >> PAGE_SHIFT;
514         pgoff_t end = end_byte >> PAGE_SHIFT;
515         struct folio_batch fbatch;
516         unsigned nr_folios;
517
518         folio_batch_init(&fbatch);
519
520         while (index <= end) {
521                 unsigned i;
522
523                 nr_folios = filemap_get_folios_tag(mapping, &index, end,
524                                 PAGECACHE_TAG_WRITEBACK, &fbatch);
525
526                 if (!nr_folios)
527                         break;
528
529                 for (i = 0; i < nr_folios; i++) {
530                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
531
532                         folio_wait_writeback(folio);
533                         folio_clear_error(folio);
534                 }
535                 folio_batch_release(&fbatch);
536                 cond_resched();
537         }
538 }
539
540 /**
541  * filemap_fdatawait_range - wait for writeback to complete
542  * @mapping:            address space structure to wait for
543  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
544  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
545  *
546  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space
547  * in the given range and wait for all of them.  Check error status of
548  * the address space and return it.
549  *
550  * Since the error status of the address space is cleared by this function,
551  * callers are responsible for checking the return value and handling and/or
552  * reporting the error.
553  *
554  * Return: error status of the address space.
555  */
556 int filemap_fdatawait_range(struct address_space *mapping, loff_t start_byte,
557                             loff_t end_byte)
558 {
559         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
560         return filemap_check_errors(mapping);
561 }
562 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_range);
563
564 /**
565  * filemap_fdatawait_range_keep_errors - wait for writeback to complete
566  * @mapping:            address space structure to wait for
567  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
568  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
569  *
570  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space in the
571  * given range and wait for all of them.  Unlike filemap_fdatawait_range(),
572  * this function does not clear error status of the address space.
573  *
574  * Use this function if callers don't handle errors themselves.  Expected
575  * call sites are system-wide / filesystem-wide data flushers: e.g. sync(2),
576  * fsfreeze(8)
577  */
578 int filemap_fdatawait_range_keep_errors(struct address_space *mapping,
579                 loff_t start_byte, loff_t end_byte)
580 {
581         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
582         return filemap_check_and_keep_errors(mapping);
583 }
584 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_range_keep_errors);
585
586 /**
587  * file_fdatawait_range - wait for writeback to complete
588  * @file:               file pointing to address space structure to wait for
589  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
590  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
591  *
592  * Walk the list of under-writeback pages of the address space that file
593  * refers to, in the given range and wait for all of them.  Check error
594  * status of the address space vs. the file->f_wb_err cursor and return it.
595  *
596  * Since the error status of the file is advanced by this function,
597  * callers are responsible for checking the return value and handling and/or
598  * reporting the error.
599  *
600  * Return: error status of the address space vs. the file->f_wb_err cursor.
601  */
602 int file_fdatawait_range(struct file *file, loff_t start_byte, loff_t end_byte)
603 {
604         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
605
606         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
607         return file_check_and_advance_wb_err(file);
608 }
609 EXPORT_SYMBOL(file_fdatawait_range);
610
611 /**
612  * filemap_fdatawait_keep_errors - wait for writeback without clearing errors
613  * @mapping: address space structure to wait for
614  *
615  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space
616  * and wait for all of them.  Unlike filemap_fdatawait(), this function
617  * does not clear error status of the address space.
618  *
619  * Use this function if callers don't handle errors themselves.  Expected
620  * call sites are system-wide / filesystem-wide data flushers: e.g. sync(2),
621  * fsfreeze(8)
622  *
623  * Return: error status of the address space.
624  */
625 int filemap_fdatawait_keep_errors(struct address_space *mapping)
626 {
627         __filemap_fdatawait_range(mapping, 0, LLONG_MAX);
628         return filemap_check_and_keep_errors(mapping);
629 }
630 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_keep_errors);
631
632 /* Returns true if writeback might be needed or already in progress. */
633 static bool mapping_needs_writeback(struct address_space *mapping)
634 {
635         return mapping->nrpages;
636 }
637
638 bool filemap_range_has_writeback(struct address_space *mapping,
639                                  loff_t start_byte, loff_t end_byte)
640 {
641         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_byte >> PAGE_SHIFT);
642         pgoff_t max = end_byte >> PAGE_SHIFT;
643         struct folio *folio;
644
645         if (end_byte < start_byte)
646                 return false;
647
648         rcu_read_lock();
649         xas_for_each(&xas, folio, max) {
650                 if (xas_retry(&xas, folio))
651                         continue;
652                 if (xa_is_value(folio))
653                         continue;
654                 if (folio_test_dirty(folio) || folio_test_locked(folio) ||
655                                 folio_test_writeback(folio))
656                         break;
657         }
658         rcu_read_unlock();
659         return folio != NULL;
660 }
661 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_range_has_writeback);
662
663 /**
664  * filemap_write_and_wait_range - write out & wait on a file range
665  * @mapping:    the address_space for the pages
666  * @lstart:     offset in bytes where the range starts
667  * @lend:       offset in bytes where the range ends (inclusive)
668  *
669  * Write out and wait upon file offsets lstart->lend, inclusive.
670  *
671  * Note that @lend is inclusive (describes the last byte to be written) so
672  * that this function can be used to write to the very end-of-file (end = -1).
673  *
674  * Return: error status of the address space.
675  */
676 int filemap_write_and_wait_range(struct address_space *mapping,
677                                  loff_t lstart, loff_t lend)
678 {
679         int err = 0, err2;
680
681         if (lend < lstart)
682                 return 0;
683
684         if (mapping_needs_writeback(mapping)) {
685                 err = __filemap_fdatawrite_range(mapping, lstart, lend,
686                                                  WB_SYNC_ALL);
687                 /*
688                  * Even if the above returned error, the pages may be
689                  * written partially (e.g. -ENOSPC), so we wait for it.
690                  * But the -EIO is special case, it may indicate the worst
691                  * thing (e.g. bug) happened, so we avoid waiting for it.
692                  */
693                 if (err != -EIO)
694                         __filemap_fdatawait_range(mapping, lstart, lend);
695         }
696         err2 = filemap_check_errors(mapping);
697         if (!err)
698                 err = err2;
699         return err;
700 }
701 EXPORT_SYMBOL(filemap_write_and_wait_range);
702
703 void __filemap_set_wb_err(struct address_space *mapping, int err)
704 {
705         errseq_t eseq = errseq_set(&mapping->wb_err, err);
706
707         trace_filemap_set_wb_err(mapping, eseq);
708 }
709 EXPORT_SYMBOL(__filemap_set_wb_err);
710
711 /**
712  * file_check_and_advance_wb_err - report wb error (if any) that was previously
713  *                                 and advance wb_err to current one
714  * @file: struct file on which the error is being reported
715  *
716  * When userland calls fsync (or something like nfsd does the equivalent), we
717  * want to report any writeback errors that occurred since the last fsync (or
718  * since the file was opened if there haven't been any).
719  *
720  * Grab the wb_err from the mapping. If it matches what we have in the file,
721  * then just quickly return 0. The file is all caught up.
722  *
723  * If it doesn't match, then take the mapping value, set the "seen" flag in
724  * it and try to swap it into place. If it works, or another task beat us
725  * to it with the new value, then update the f_wb_err and return the error
726  * portion. The error at this point must be reported via proper channels
727  * (a'la fsync, or NFS COMMIT operation, etc.).
728  *
729  * While we handle mapping->wb_err with atomic operations, the f_wb_err
730  * value is protected by the f_lock since we must ensure that it reflects
731  * the latest value swapped in for this file descriptor.
732  *
733  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
734  */
735 int file_check_and_advance_wb_err(struct file *file)
736 {
737         int err = 0;
738         errseq_t old = READ_ONCE(file->f_wb_err);
739         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
740
741         /* Locklessly handle the common case where nothing has changed */
742         if (errseq_check(&mapping->wb_err, old)) {
743                 /* Something changed, must use slow path */
744                 spin_lock(&file->f_lock);
745                 old = file->f_wb_err;
746                 err = errseq_check_and_advance(&mapping->wb_err,
747                                                 &file->f_wb_err);
748                 trace_file_check_and_advance_wb_err(file, old);
749                 spin_unlock(&file->f_lock);
750         }
751
752         /*
753          * We're mostly using this function as a drop in replacement for
754          * filemap_check_errors. Clear AS_EIO/AS_ENOSPC to emulate the effect
755          * that the legacy code would have had on these flags.
756          */
757         clear_bit(AS_EIO, &mapping->flags);
758         clear_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags);
759         return err;
760 }
761 EXPORT_SYMBOL(file_check_and_advance_wb_err);
762
763 /**
764  * file_write_and_wait_range - write out & wait on a file range
765  * @file:       file pointing to address_space with pages
766  * @lstart:     offset in bytes where the range starts
767  * @lend:       offset in bytes where the range ends (inclusive)
768  *
769  * Write out and wait upon file offsets lstart->lend, inclusive.
770  *
771  * Note that @lend is inclusive (describes the last byte to be written) so
772  * that this function can be used to write to the very end-of-file (end = -1).
773  *
774  * After writing out and waiting on the data, we check and advance the
775  * f_wb_err cursor to the latest value, and return any errors detected there.
776  *
777  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
778  */
779 int file_write_and_wait_range(struct file *file, loff_t lstart, loff_t lend)
780 {
781         int err = 0, err2;
782         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
783
784         if (lend < lstart)
785                 return 0;
786
787         if (mapping_needs_writeback(mapping)) {
788                 err = __filemap_fdatawrite_range(mapping, lstart, lend,
789                                                  WB_SYNC_ALL);
790                 /* See comment of filemap_write_and_wait() */
791                 if (err != -EIO)
792                         __filemap_fdatawait_range(mapping, lstart, lend);
793         }
794         err2 = file_check_and_advance_wb_err(file);
795         if (!err)
796                 err = err2;
797         return err;
798 }
799 EXPORT_SYMBOL(file_write_and_wait_range);
800
801 /**
802  * replace_page_cache_folio - replace a pagecache folio with a new one
803  * @old:        folio to be replaced
804  * @new:        folio to replace with
805  *
806  * This function replaces a folio in the pagecache with a new one.  On
807  * success it acquires the pagecache reference for the new folio and
808  * drops it for the old folio.  Both the old and new folios must be
809  * locked.  This function does not add the new folio to the LRU, the
810  * caller must do that.
811  *
812  * The remove + add is atomic.  This function cannot fail.
813  */
814 void replace_page_cache_folio(struct folio *old, struct folio *new)
815 {
816         struct address_space *mapping = old->mapping;
817         void (*free_folio)(struct folio *) = mapping->a_ops->free_folio;
818         pgoff_t offset = old->index;
819         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, offset);
820
821         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(old), old);
822         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(new), new);
823         VM_BUG_ON_FOLIO(new->mapping, new);
824
825         folio_get(new);
826         new->mapping = mapping;
827         new->index = offset;
828
829         mem_cgroup_replace_folio(old, new);
830
831         xas_lock_irq(&xas);
832         xas_store(&xas, new);
833
834         old->mapping = NULL;
835         /* hugetlb pages do not participate in page cache accounting. */
836         if (!folio_test_hugetlb(old))
837                 __lruvec_stat_sub_folio(old, NR_FILE_PAGES);
838         if (!folio_test_hugetlb(new))
839                 __lruvec_stat_add_folio(new, NR_FILE_PAGES);
840         if (folio_test_swapbacked(old))
841                 __lruvec_stat_sub_folio(old, NR_SHMEM);
842         if (folio_test_swapbacked(new))
843                 __lruvec_stat_add_folio(new, NR_SHMEM);
844         xas_unlock_irq(&xas);
845         if (free_folio)
846                 free_folio(old);
847         folio_put(old);
848 }
849 EXPORT_SYMBOL_GPL(replace_page_cache_folio);
850
851 noinline int __filemap_add_folio(struct address_space *mapping,
852                 struct folio *folio, pgoff_t index, gfp_t gfp, void **shadowp)
853 {
854         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
855         void *alloced_shadow = NULL;
856         int alloced_order = 0;
857         bool huge;
858         long nr;
859
860         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
861         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_swapbacked(folio), folio);
862         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_order(folio) < mapping_min_folio_order(mapping),
863                         folio);
864         mapping_set_update(&xas, mapping);
865
866         VM_BUG_ON_FOLIO(index & (folio_nr_pages(folio) - 1), folio);
867         xas_set_order(&xas, index, folio_order(folio));
868         huge = folio_test_hugetlb(folio);
869         nr = folio_nr_pages(folio);
870
871         gfp &= GFP_RECLAIM_MASK;
872         folio_ref_add(folio, nr);
873         folio->mapping = mapping;
874         folio->index = xas.xa_index;
875
876         for (;;) {
877                 int order = -1, split_order = 0;
878                 void *entry, *old = NULL;
879
880                 xas_lock_irq(&xas);
881                 xas_for_each_conflict(&xas, entry) {
882                         old = entry;
883                         if (!xa_is_value(entry)) {
884                                 xas_set_err(&xas, -EEXIST);
885                                 goto unlock;
886                         }
887                         /*
888                          * If a larger entry exists,
889                          * it will be the first and only entry iterated.
890                          */
891                         if (order == -1)
892                                 order = xas_get_order(&xas);
893                 }
894
895                 /* entry may have changed before we re-acquire the lock */
896                 if (alloced_order && (old != alloced_shadow || order != alloced_order)) {
897                         xas_destroy(&xas);
898                         alloced_order = 0;
899                 }
900
901                 if (old) {
902                         if (order > 0 && order > folio_order(folio)) {
903                                 /* How to handle large swap entries? */
904                                 BUG_ON(shmem_mapping(mapping));
905                                 if (!alloced_order) {
906                                         split_order = order;
907                                         goto unlock;
908                                 }
909                                 xas_split(&xas, old, order);
910                                 xas_reset(&xas);
911                         }
912                         if (shadowp)
913                                 *shadowp = old;
914                 }
915
916                 xas_store(&xas, folio);
917                 if (xas_error(&xas))
918                         goto unlock;
919
920                 mapping->nrpages += nr;
921
922                 /* hugetlb pages do not participate in page cache accounting */
923                 if (!huge) {
924                         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_PAGES, nr);
925                         if (folio_test_pmd_mappable(folio))
926                                 __lruvec_stat_mod_folio(folio,
927                                                 NR_FILE_THPS, nr);
928                 }
929
930 unlock:
931                 xas_unlock_irq(&xas);
932
933                 /* split needed, alloc here and retry. */
934                 if (split_order) {
935                         xas_split_alloc(&xas, old, split_order, gfp);
936                         if (xas_error(&xas))
937                                 goto error;
938                         alloced_shadow = old;
939                         alloced_order = split_order;
940                         xas_reset(&xas);
941                         continue;
942                 }
943
944                 if (!xas_nomem(&xas, gfp))
945                         break;
946         }
947
948         if (xas_error(&xas))
949                 goto error;
950
951         trace_mm_filemap_add_to_page_cache(folio);
952         return 0;
953 error:
954         folio->mapping = NULL;
955         /* Leave page->index set: truncation relies upon it */
956         folio_put_refs(folio, nr);
957         return xas_error(&xas);
958 }
959 ALLOW_ERROR_INJECTION(__filemap_add_folio, ERRNO);
960
961 int filemap_add_folio(struct address_space *mapping, struct folio *folio,
962                                 pgoff_t index, gfp_t gfp)
963 {
964         void *shadow = NULL;
965         int ret;
966
967         ret = mem_cgroup_charge(folio, NULL, gfp);
968         if (ret)
969                 return ret;
970
971         __folio_set_locked(folio);
972         ret = __filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp, &shadow);
973         if (unlikely(ret)) {
974                 mem_cgroup_uncharge(folio);
975                 __folio_clear_locked(folio);
976         } else {
977                 /*
978                  * The folio might have been evicted from cache only
979                  * recently, in which case it should be activated like
980                  * any other repeatedly accessed folio.
981                  * The exception is folios getting rewritten; evicting other
982                  * data from the working set, only to cache data that will
983                  * get overwritten with something else, is a waste of memory.
984                  */
985                 WARN_ON_ONCE(folio_test_active(folio));
986                 if (!(gfp & __GFP_WRITE) && shadow)
987                         workingset_refault(folio, shadow);
988                 folio_add_lru(folio);
989         }
990         return ret;
991 }
992 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_add_folio);
993
994 #ifdef CONFIG_NUMA
995 struct folio *filemap_alloc_folio_noprof(gfp_t gfp, unsigned int order)
996 {
997         int n;
998         struct folio *folio;
999
1000         if (cpuset_do_page_mem_spread()) {
1001                 unsigned int cpuset_mems_cookie;
1002                 do {
1003                         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
1004                         n = cpuset_mem_spread_node();
1005                         folio = __folio_alloc_node_noprof(gfp, order, n);
1006                 } while (!folio && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
1007
1008                 return folio;
1009         }
1010         return folio_alloc_noprof(gfp, order);
1011 }
1012 EXPORT_SYMBOL(filemap_alloc_folio_noprof);
1013 #endif
1014
1015 /*
1016  * filemap_invalidate_lock_two - lock invalidate_lock for two mappings
1017  *
1018  * Lock exclusively invalidate_lock of any passed mapping that is not NULL.
1019  *
1020  * @mapping1: the first mapping to lock
1021  * @mapping2: the second mapping to lock
1022  */
1023 void filemap_invalidate_lock_two(struct address_space *mapping1,
1024                                  struct address_space *mapping2)
1025 {
1026         if (mapping1 > mapping2)
1027                 swap(mapping1, mapping2);
1028         if (mapping1)
1029                 down_write(&mapping1->invalidate_lock);
1030         if (mapping2 && mapping1 != mapping2)
1031                 down_write_nested(&mapping2->invalidate_lock, 1);
1032 }
1033 EXPORT_SYMBOL(filemap_invalidate_lock_two);
1034
1035 /*
1036  * filemap_invalidate_unlock_two - unlock invalidate_lock for two mappings
1037  *
1038  * Unlock exclusive invalidate_lock of any passed mapping that is not NULL.
1039  *
1040  * @mapping1: the first mapping to unlock
1041  * @mapping2: the second mapping to unlock
1042  */
1043 void filemap_invalidate_unlock_two(struct address_space *mapping1,
1044                                    struct address_space *mapping2)
1045 {
1046         if (mapping1)
1047                 up_write(&mapping1->invalidate_lock);
1048         if (mapping2 && mapping1 != mapping2)
1049                 up_write(&mapping2->invalidate_lock);
1050 }
1051 EXPORT_SYMBOL(filemap_invalidate_unlock_two);
1052
1053 /*
1054  * In order to wait for pages to become available there must be
1055  * waitqueues associated with pages. By using a hash table of
1056  * waitqueues where the bucket discipline is to maintain all
1057  * waiters on the same queue and wake all when any of the pages
1058  * become available, and for the woken contexts to check to be
1059  * sure the appropriate page became available, this saves space
1060  * at a cost of "thundering herd" phenomena during rare hash
1061  * collisions.
1062  */
1063 #define PAGE_WAIT_TABLE_BITS 8
1064 #define PAGE_WAIT_TABLE_SIZE (1 << PAGE_WAIT_TABLE_BITS)
1065 static wait_queue_head_t folio_wait_table[PAGE_WAIT_TABLE_SIZE] __cacheline_aligned;
1066
1067 static wait_queue_head_t *folio_waitqueue(struct folio *folio)
1068 {
1069         return &folio_wait_table[hash_ptr(folio, PAGE_WAIT_TABLE_BITS)];
1070 }
1071
1072 void __init pagecache_init(void)
1073 {
1074         int i;
1075
1076         for (i = 0; i < PAGE_WAIT_TABLE_SIZE; i++)
1077                 init_waitqueue_head(&folio_wait_table[i]);
1078
1079         page_writeback_init();
1080 }
1081
1082 /*
1083  * The page wait code treats the "wait->flags" somewhat unusually, because
1084  * we have multiple different kinds of waits, not just the usual "exclusive"
1085  * one.
1086  *
1087  * We have:
1088  *
1089  *  (a) no special bits set:
1090  *
1091  *      We're just waiting for the bit to be released, and when a waker
1092  *      calls the wakeup function, we set WQ_FLAG_WOKEN and wake it up,
1093  *      and remove it from the wait queue.
1094  *
1095  *      Simple and straightforward.
1096  *
1097  *  (b) WQ_FLAG_EXCLUSIVE:
1098  *
1099  *      The waiter is waiting to get the lock, and only one waiter should
1100  *      be woken up to avoid any thundering herd behavior. We'll set the
1101  *      WQ_FLAG_WOKEN bit, wake it up, and remove it from the wait queue.
1102  *
1103  *      This is the traditional exclusive wait.
1104  *
1105  *  (c) WQ_FLAG_EXCLUSIVE | WQ_FLAG_CUSTOM:
1106  *
1107  *      The waiter is waiting to get the bit, and additionally wants the
1108  *      lock to be transferred to it for fair lock behavior. If the lock
1109  *      cannot be taken, we stop walking the wait queue without waking
1110  *      the waiter.
1111  *
1112  *      This is the "fair lock handoff" case, and in addition to setting
1113  *      WQ_FLAG_WOKEN, we set WQ_FLAG_DONE to let the waiter easily see
1114  *      that it now has the lock.
1115  */
1116 static int wake_page_function(wait_queue_entry_t *wait, unsigned mode, int sync, void *arg)
1117 {
1118         unsigned int flags;
1119         struct wait_page_key *key = arg;
1120         struct wait_page_queue *wait_page
1121                 = container_of(wait, struct wait_page_queue, wait);
1122
1123         if (!wake_page_match(wait_page, key))
1124                 return 0;
1125
1126         /*
1127          * If it's a lock handoff wait, we get the bit for it, and
1128          * stop walking (and do not wake it up) if we can't.
1129          */
1130         flags = wait->flags;
1131         if (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) {
1132                 if (test_bit(key->bit_nr, &key->folio->flags))
1133                         return -1;
1134                 if (flags & WQ_FLAG_CUSTOM) {
1135                         if (test_and_set_bit(key->bit_nr, &key->folio->flags))
1136                                 return -1;
1137                         flags |= WQ_FLAG_DONE;
1138                 }
1139         }
1140
1141         /*
1142          * We are holding the wait-queue lock, but the waiter that
1143          * is waiting for this will be checking the flags without
1144          * any locking.
1145          *
1146          * So update the flags atomically, and wake up the waiter
1147          * afterwards to avoid any races. This store-release pairs
1148          * with the load-acquire in folio_wait_bit_common().
1149          */
1150         smp_store_release(&wait->flags, flags | WQ_FLAG_WOKEN);
1151         wake_up_state(wait->private, mode);
1152
1153         /*
1154          * Ok, we have successfully done what we're waiting for,
1155          * and we can unconditionally remove the wait entry.
1156          *
1157          * Note that this pairs with the "finish_wait()" in the
1158          * waiter, and has to be the absolute last thing we do.
1159          * After this list_del_init(&wait->entry) the wait entry
1160          * might be de-allocated and the process might even have
1161          * exited.
1162          */
1163         list_del_init_careful(&wait->entry);
1164         return (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) != 0;
1165 }
1166
1167 static void folio_wake_bit(struct folio *folio, int bit_nr)
1168 {
1169         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1170         struct wait_page_key key;
1171         unsigned long flags;
1172
1173         key.folio = folio;
1174         key.bit_nr = bit_nr;
1175         key.page_match = 0;
1176
1177         spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1178         __wake_up_locked_key(q, TASK_NORMAL, &key);
1179
1180         /*
1181          * It's possible to miss clearing waiters here, when we woke our page
1182          * waiters, but the hashed waitqueue has waiters for other pages on it.
1183          * That's okay, it's a rare case. The next waker will clear it.
1184          *
1185          * Note that, depending on the page pool (buddy, hugetlb, ZONE_DEVICE,
1186          * other), the flag may be cleared in the course of freeing the page;
1187          * but that is not required for correctness.
1188          */
1189         if (!waitqueue_active(q) || !key.page_match)
1190                 folio_clear_waiters(folio);
1191
1192         spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1193 }
1194
1195 /*
1196  * A choice of three behaviors for folio_wait_bit_common():
1197  */
1198 enum behavior {
1199         EXCLUSIVE,      /* Hold ref to page and take the bit when woken, like
1200                          * __folio_lock() waiting on then setting PG_locked.
1201                          */
1202         SHARED,         /* Hold ref to page and check the bit when woken, like
1203                          * folio_wait_writeback() waiting on PG_writeback.
1204                          */
1205         DROP,           /* Drop ref to page before wait, no check when woken,
1206                          * like folio_put_wait_locked() on PG_locked.
1207                          */
1208 };
1209
1210 /*
1211  * Attempt to check (or get) the folio flag, and mark us done
1212  * if successful.
1213  */
1214 static inline bool folio_trylock_flag(struct folio *folio, int bit_nr,
1215                                         struct wait_queue_entry *wait)
1216 {
1217         if (wait->flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) {
1218                 if (test_and_set_bit(bit_nr, &folio->flags))
1219                         return false;
1220         } else if (test_bit(bit_nr, &folio->flags))
1221                 return false;
1222
1223         wait->flags |= WQ_FLAG_WOKEN | WQ_FLAG_DONE;
1224         return true;
1225 }
1226
1227 /* How many times do we accept lock stealing from under a waiter? */
1228 int sysctl_page_lock_unfairness = 5;
1229
1230 static inline int folio_wait_bit_common(struct folio *folio, int bit_nr,
1231                 int state, enum behavior behavior)
1232 {
1233         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1234         int unfairness = sysctl_page_lock_unfairness;
1235         struct wait_page_queue wait_page;
1236         wait_queue_entry_t *wait = &wait_page.wait;
1237         bool thrashing = false;
1238         unsigned long pflags;
1239         bool in_thrashing;
1240
1241         if (bit_nr == PG_locked &&
1242             !folio_test_uptodate(folio) && folio_test_workingset(folio)) {
1243                 delayacct_thrashing_start(&in_thrashing);
1244                 psi_memstall_enter(&pflags);
1245                 thrashing = true;
1246         }
1247
1248         init_wait(wait);
1249         wait->func = wake_page_function;
1250         wait_page.folio = folio;
1251         wait_page.bit_nr = bit_nr;
1252
1253 repeat:
1254         wait->flags = 0;
1255         if (behavior == EXCLUSIVE) {
1256                 wait->flags = WQ_FLAG_EXCLUSIVE;
1257                 if (--unfairness < 0)
1258                         wait->flags |= WQ_FLAG_CUSTOM;
1259         }
1260
1261         /*
1262          * Do one last check whether we can get the
1263          * page bit synchronously.
1264          *
1265          * Do the folio_set_waiters() marking before that
1266          * to let any waker we _just_ missed know they
1267          * need to wake us up (otherwise they'll never
1268          * even go to the slow case that looks at the
1269          * page queue), and add ourselves to the wait
1270          * queue if we need to sleep.
1271          *
1272          * This part needs to be done under the queue
1273          * lock to avoid races.
1274          */
1275         spin_lock_irq(&q->lock);
1276         folio_set_waiters(folio);
1277         if (!folio_trylock_flag(folio, bit_nr, wait))
1278                 __add_wait_queue_entry_tail(q, wait);
1279         spin_unlock_irq(&q->lock);
1280
1281         /*
1282          * From now on, all the logic will be based on
1283          * the WQ_FLAG_WOKEN and WQ_FLAG_DONE flag, to
1284          * see whether the page bit testing has already
1285          * been done by the wake function.
1286          *
1287          * We can drop our reference to the folio.
1288          */
1289         if (behavior == DROP)
1290                 folio_put(folio);
1291
1292         /*
1293          * Note that until the "finish_wait()", or until
1294          * we see the WQ_FLAG_WOKEN flag, we need to
1295          * be very careful with the 'wait->flags', because
1296          * we may race with a waker that sets them.
1297          */
1298         for (;;) {
1299                 unsigned int flags;
1300
1301                 set_current_state(state);
1302
1303                 /* Loop until we've been woken or interrupted */
1304                 flags = smp_load_acquire(&wait->flags);
1305                 if (!(flags & WQ_FLAG_WOKEN)) {
1306                         if (signal_pending_state(state, current))
1307                                 break;
1308
1309                         io_schedule();
1310                         continue;
1311                 }
1312
1313                 /* If we were non-exclusive, we're done */
1314                 if (behavior != EXCLUSIVE)
1315                         break;
1316
1317                 /* If the waker got the lock for us, we're done */
1318                 if (flags & WQ_FLAG_DONE)
1319                         break;
1320
1321                 /*
1322                  * Otherwise, if we're getting the lock, we need to
1323                  * try to get it ourselves.
1324                  *
1325                  * And if that fails, we'll have to retry this all.
1326                  */
1327                 if (unlikely(test_and_set_bit(bit_nr, folio_flags(folio, 0))))
1328                         goto repeat;
1329
1330                 wait->flags |= WQ_FLAG_DONE;
1331                 break;
1332         }
1333
1334         /*
1335          * If a signal happened, this 'finish_wait()' may remove the last
1336          * waiter from the wait-queues, but the folio waiters bit will remain
1337          * set. That's ok. The next wakeup will take care of it, and trying
1338          * to do it here would be difficult and prone to races.
1339          */
1340         finish_wait(q, wait);
1341
1342         if (thrashing) {
1343                 delayacct_thrashing_end(&in_thrashing);
1344                 psi_memstall_leave(&pflags);
1345         }
1346
1347         /*
1348          * NOTE! The wait->flags weren't stable until we've done the
1349          * 'finish_wait()', and we could have exited the loop above due
1350          * to a signal, and had a wakeup event happen after the signal
1351          * test but before the 'finish_wait()'.
1352          *
1353          * So only after the finish_wait() can we reliably determine
1354          * if we got woken up or not, so we can now figure out the final
1355          * return value based on that state without races.
1356          *
1357          * Also note that WQ_FLAG_WOKEN is sufficient for a non-exclusive
1358          * waiter, but an exclusive one requires WQ_FLAG_DONE.
1359          */
1360         if (behavior == EXCLUSIVE)
1361                 return wait->flags & WQ_FLAG_DONE ? 0 : -EINTR;
1362
1363         return wait->flags & WQ_FLAG_WOKEN ? 0 : -EINTR;
1364 }
1365
1366 #ifdef CONFIG_MIGRATION
1367 /**
1368  * migration_entry_wait_on_locked - Wait for a migration entry to be removed
1369  * @entry: migration swap entry.
1370  * @ptl: already locked ptl. This function will drop the lock.
1371  *
1372  * Wait for a migration entry referencing the given page to be removed. This is
1373  * equivalent to put_and_wait_on_page_locked(page, TASK_UNINTERRUPTIBLE) except
1374  * this can be called without taking a reference on the page. Instead this
1375  * should be called while holding the ptl for the migration entry referencing
1376  * the page.
1377  *
1378  * Returns after unlocking the ptl.
1379  *
1380  * This follows the same logic as folio_wait_bit_common() so see the comments
1381  * there.
1382  */
1383 void migration_entry_wait_on_locked(swp_entry_t entry, spinlock_t *ptl)
1384         __releases(ptl)
1385 {
1386         struct wait_page_queue wait_page;
1387         wait_queue_entry_t *wait = &wait_page.wait;
1388         bool thrashing = false;
1389         unsigned long pflags;
1390         bool in_thrashing;
1391         wait_queue_head_t *q;
1392         struct folio *folio = pfn_swap_entry_folio(entry);
1393
1394         q = folio_waitqueue(folio);
1395         if (!folio_test_uptodate(folio) && folio_test_workingset(folio)) {
1396                 delayacct_thrashing_start(&in_thrashing);
1397                 psi_memstall_enter(&pflags);
1398                 thrashing = true;
1399         }
1400
1401         init_wait(wait);
1402         wait->func = wake_page_function;
1403         wait_page.folio = folio;
1404         wait_page.bit_nr = PG_locked;
1405         wait->flags = 0;
1406
1407         spin_lock_irq(&q->lock);
1408         folio_set_waiters(folio);
1409         if (!folio_trylock_flag(folio, PG_locked, wait))
1410                 __add_wait_queue_entry_tail(q, wait);
1411         spin_unlock_irq(&q->lock);
1412
1413         /*
1414          * If a migration entry exists for the page the migration path must hold
1415          * a valid reference to the page, and it must take the ptl to remove the
1416          * migration entry. So the page is valid until the ptl is dropped.
1417          */
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 /**
1496  * folio_unlock - Unlock a locked folio.
1497  * @folio: The folio.
1498  *
1499  * Unlocks the folio and wakes up any thread sleeping on the page lock.
1500  *
1501  * Context: May be called from interrupt or process context.  May not be
1502  * called from NMI context.
1503  */
1504 void folio_unlock(struct folio *folio)
1505 {
1506         /* Bit 7 allows x86 to check the byte's sign bit */
1507         BUILD_BUG_ON(PG_waiters != 7);
1508         BUILD_BUG_ON(PG_locked > 7);
1509         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
1510         if (folio_xor_flags_has_waiters(folio, 1 << PG_locked))
1511                 folio_wake_bit(folio, PG_locked);
1512 }
1513 EXPORT_SYMBOL(folio_unlock);
1514
1515 /**
1516  * folio_end_read - End read on a folio.
1517  * @folio: The folio.
1518  * @success: True if all reads completed successfully.
1519  *
1520  * When all reads against a folio have completed, filesystems should
1521  * call this function to let the pagecache know that no more reads
1522  * are outstanding.  This will unlock the folio and wake up any thread
1523  * sleeping on the lock.  The folio will also be marked uptodate if all
1524  * reads succeeded.
1525  *
1526  * Context: May be called from interrupt or process context.  May not be
1527  * called from NMI context.
1528  */
1529 void folio_end_read(struct folio *folio, bool success)
1530 {
1531         unsigned long mask = 1 << PG_locked;
1532
1533         /* Must be in bottom byte for x86 to work */
1534         BUILD_BUG_ON(PG_uptodate > 7);
1535         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
1536         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_uptodate(folio), folio);
1537
1538         if (likely(success))
1539                 mask |= 1 << PG_uptodate;
1540         if (folio_xor_flags_has_waiters(folio, mask))
1541                 folio_wake_bit(folio, PG_locked);
1542 }
1543 EXPORT_SYMBOL(folio_end_read);
1544
1545 /**
1546  * folio_end_private_2 - Clear PG_private_2 and wake any waiters.
1547  * @folio: The folio.
1548  *
1549  * Clear the PG_private_2 bit on a folio and wake up any sleepers waiting for
1550  * it.  The folio reference held for PG_private_2 being set is released.
1551  *
1552  * This is, for example, used when a netfs folio is being written to a local
1553  * disk cache, thereby allowing writes to the cache for the same folio to be
1554  * serialised.
1555  */
1556 void folio_end_private_2(struct folio *folio)
1557 {
1558         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_private_2(folio), folio);
1559         clear_bit_unlock(PG_private_2, folio_flags(folio, 0));
1560         folio_wake_bit(folio, PG_private_2);
1561         folio_put(folio);
1562 }
1563 EXPORT_SYMBOL(folio_end_private_2);
1564
1565 /**
1566  * folio_wait_private_2 - Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio.
1567  * @folio: The folio to wait on.
1568  *
1569  * Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio.
1570  */
1571 void folio_wait_private_2(struct folio *folio)
1572 {
1573         while (folio_test_private_2(folio))
1574                 folio_wait_bit(folio, PG_private_2);
1575 }
1576 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_private_2);
1577
1578 /**
1579  * folio_wait_private_2_killable - Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio.
1580  * @folio: The folio to wait on.
1581  *
1582  * Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio or until a fatal signal is
1583  * received by the calling task.
1584  *
1585  * Return:
1586  * - 0 if successful.
1587  * - -EINTR if a fatal signal was encountered.
1588  */
1589 int folio_wait_private_2_killable(struct folio *folio)
1590 {
1591         int ret = 0;
1592
1593         while (folio_test_private_2(folio)) {
1594                 ret = folio_wait_bit_killable(folio, PG_private_2);
1595                 if (ret < 0)
1596                         break;
1597         }
1598
1599         return ret;
1600 }
1601 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_private_2_killable);
1602
1603 /**
1604  * folio_end_writeback - End writeback against a folio.
1605  * @folio: The folio.
1606  *
1607  * The folio must actually be under writeback.
1608  *
1609  * Context: May be called from process or interrupt context.
1610  */
1611 void folio_end_writeback(struct folio *folio)
1612 {
1613         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_writeback(folio), folio);
1614
1615         /*
1616          * folio_test_clear_reclaim() could be used here but it is an
1617          * atomic operation and overkill in this particular case. Failing
1618          * to shuffle a folio marked for immediate reclaim is too mild
1619          * a gain to justify taking an atomic operation penalty at the
1620          * end of every folio writeback.
1621          */
1622         if (folio_test_reclaim(folio)) {
1623                 folio_clear_reclaim(folio);
1624                 folio_rotate_reclaimable(folio);
1625         }
1626
1627         /*
1628          * Writeback does not hold a folio reference of its own, relying
1629          * on truncation to wait for the clearing of PG_writeback.
1630          * But here we must make sure that the folio is not freed and
1631          * reused before the folio_wake_bit().
1632          */
1633         folio_get(folio);
1634         if (__folio_end_writeback(folio))
1635                 folio_wake_bit(folio, PG_writeback);
1636         acct_reclaim_writeback(folio);
1637         folio_put(folio);
1638 }
1639 EXPORT_SYMBOL(folio_end_writeback);
1640
1641 /**
1642  * __folio_lock - Get a lock on the folio, assuming we need to sleep to get it.
1643  * @folio: The folio to lock
1644  */
1645 void __folio_lock(struct folio *folio)
1646 {
1647         folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, TASK_UNINTERRUPTIBLE,
1648                                 EXCLUSIVE);
1649 }
1650 EXPORT_SYMBOL(__folio_lock);
1651
1652 int __folio_lock_killable(struct folio *folio)
1653 {
1654         return folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, TASK_KILLABLE,
1655                                         EXCLUSIVE);
1656 }
1657 EXPORT_SYMBOL_GPL(__folio_lock_killable);
1658
1659 static int __folio_lock_async(struct folio *folio, struct wait_page_queue *wait)
1660 {
1661         struct wait_queue_head *q = folio_waitqueue(folio);
1662         int ret;
1663
1664         wait->folio = folio;
1665         wait->bit_nr = PG_locked;
1666
1667         spin_lock_irq(&q->lock);
1668         __add_wait_queue_entry_tail(q, &wait->wait);
1669         folio_set_waiters(folio);
1670         ret = !folio_trylock(folio);
1671         /*
1672          * If we were successful now, we know we're still on the
1673          * waitqueue as we're still under the lock. This means it's
1674          * safe to remove and return success, we know the callback
1675          * isn't going to trigger.
1676          */
1677         if (!ret)
1678                 __remove_wait_queue(q, &wait->wait);
1679         else
1680                 ret = -EIOCBQUEUED;
1681         spin_unlock_irq(&q->lock);
1682         return ret;
1683 }
1684
1685 /*
1686  * Return values:
1687  * 0 - folio is locked.
1688  * non-zero - folio is not locked.
1689  *     mmap_lock or per-VMA lock has been released (mmap_read_unlock() or
1690  *     vma_end_read()), unless flags had both FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY and
1691  *     FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT set, in which case the lock is still held.
1692  *
1693  * If neither ALLOW_RETRY nor KILLABLE are set, will always return 0
1694  * with the folio locked and the mmap_lock/per-VMA lock is left unperturbed.
1695  */
1696 vm_fault_t __folio_lock_or_retry(struct folio *folio, struct vm_fault *vmf)
1697 {
1698         unsigned int flags = vmf->flags;
1699
1700         if (fault_flag_allow_retry_first(flags)) {
1701                 /*
1702                  * CAUTION! In this case, mmap_lock/per-VMA lock is not
1703                  * released even though returning VM_FAULT_RETRY.
1704                  */
1705                 if (flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT)
1706                         return VM_FAULT_RETRY;
1707
1708                 release_fault_lock(vmf);
1709                 if (flags & FAULT_FLAG_KILLABLE)
1710                         folio_wait_locked_killable(folio);
1711                 else
1712                         folio_wait_locked(folio);
1713                 return VM_FAULT_RETRY;
1714         }
1715         if (flags & FAULT_FLAG_KILLABLE) {
1716                 bool ret;
1717
1718                 ret = __folio_lock_killable(folio);
1719                 if (ret) {
1720                         release_fault_lock(vmf);
1721                         return VM_FAULT_RETRY;
1722                 }
1723         } else {
1724                 __folio_lock(folio);
1725         }
1726
1727         return 0;
1728 }
1729
1730 /**
1731  * page_cache_next_miss() - Find the next gap in the page cache.
1732  * @mapping: Mapping.
1733  * @index: Index.
1734  * @max_scan: Maximum range to search.
1735  *
1736  * Search the range [index, min(index + max_scan - 1, ULONG_MAX)] for the
1737  * gap with the lowest index.
1738  *
1739  * This function may be called under the rcu_read_lock.  However, this will
1740  * not atomically search a snapshot of the cache at a single point in time.
1741  * For example, if a gap is created at index 5, then subsequently a gap is
1742  * created at index 10, page_cache_next_miss covering both indices may
1743  * return 10 if called under the rcu_read_lock.
1744  *
1745  * Return: The index of the gap if found, otherwise an index outside the
1746  * range specified (in which case 'return - index >= max_scan' will be true).
1747  * In the rare case of index wrap-around, 0 will be returned.
1748  */
1749 pgoff_t page_cache_next_miss(struct address_space *mapping,
1750                              pgoff_t index, unsigned long max_scan)
1751 {
1752         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1753
1754         while (max_scan--) {
1755                 void *entry = xas_next(&xas);
1756                 if (!entry || xa_is_value(entry))
1757                         return xas.xa_index;
1758                 if (xas.xa_index == 0)
1759                         return 0;
1760         }
1761
1762         return index + max_scan;
1763 }
1764 EXPORT_SYMBOL(page_cache_next_miss);
1765
1766 /**
1767  * page_cache_prev_miss() - Find the previous gap in the page cache.
1768  * @mapping: Mapping.
1769  * @index: Index.
1770  * @max_scan: Maximum range to search.
1771  *
1772  * Search the range [max(index - max_scan + 1, 0), index] for the
1773  * gap with the highest index.
1774  *
1775  * This function may be called under the rcu_read_lock.  However, this will
1776  * not atomically search a snapshot of the cache at a single point in time.
1777  * For example, if a gap is created at index 10, then subsequently a gap is
1778  * created at index 5, page_cache_prev_miss() covering both indices may
1779  * return 5 if called under the rcu_read_lock.
1780  *
1781  * Return: The index of the gap if found, otherwise an index outside the
1782  * range specified (in which case 'index - return >= max_scan' will be true).
1783  * In the rare case of wrap-around, ULONG_MAX will be returned.
1784  */
1785 pgoff_t page_cache_prev_miss(struct address_space *mapping,
1786                              pgoff_t index, unsigned long max_scan)
1787 {
1788         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1789
1790         while (max_scan--) {
1791                 void *entry = xas_prev(&xas);
1792                 if (!entry || xa_is_value(entry))
1793                         break;
1794                 if (xas.xa_index == ULONG_MAX)
1795                         break;
1796         }
1797
1798         return xas.xa_index;
1799 }
1800 EXPORT_SYMBOL(page_cache_prev_miss);
1801
1802 /*
1803  * Lockless page cache protocol:
1804  * On the lookup side:
1805  * 1. Load the folio from i_pages
1806  * 2. Increment the refcount if it's not zero
1807  * 3. If the folio is not found by xas_reload(), put the refcount and retry
1808  *
1809  * On the removal side:
1810  * A. Freeze the page (by zeroing the refcount if nobody else has a reference)
1811  * B. Remove the page from i_pages
1812  * C. Return the page to the page allocator
1813  *
1814  * This means that any page may have its reference count temporarily
1815  * increased by a speculative page cache (or GUP-fast) lookup as it can
1816  * be allocated by another user before the RCU grace period expires.
1817  * Because the refcount temporarily acquired here may end up being the
1818  * last refcount on the page, any page allocation must be freeable by
1819  * folio_put().
1820  */
1821
1822 /*
1823  * filemap_get_entry - Get a page cache entry.
1824  * @mapping: the address_space to search
1825  * @index: The page cache index.
1826  *
1827  * Looks up the page cache entry at @mapping & @index.  If it is a folio,
1828  * it is returned with an increased refcount.  If it is a shadow entry
1829  * of a previously evicted folio, or a swap entry from shmem/tmpfs,
1830  * it is returned without further action.
1831  *
1832  * Return: The folio, swap or shadow entry, %NULL if nothing is found.
1833  */
1834 void *filemap_get_entry(struct address_space *mapping, pgoff_t index)
1835 {
1836         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1837         struct folio *folio;
1838
1839         rcu_read_lock();
1840 repeat:
1841         xas_reset(&xas);
1842         folio = xas_load(&xas);
1843         if (xas_retry(&xas, folio))
1844                 goto repeat;
1845         /*
1846          * A shadow entry of a recently evicted page, or a swap entry from
1847          * shmem/tmpfs.  Return it without attempting to raise page count.
1848          */
1849         if (!folio || xa_is_value(folio))
1850                 goto out;
1851
1852         if (!folio_try_get(folio))
1853                 goto repeat;
1854
1855         if (unlikely(folio != xas_reload(&xas))) {
1856                 folio_put(folio);
1857                 goto repeat;
1858         }
1859 out:
1860         rcu_read_unlock();
1861
1862         return folio;
1863 }
1864
1865 /**
1866  * __filemap_get_folio - Find and get a reference to a folio.
1867  * @mapping: The address_space to search.
1868  * @index: The page index.
1869  * @fgp_flags: %FGP flags modify how the folio is returned.
1870  * @gfp: Memory allocation flags to use if %FGP_CREAT is specified.
1871  *
1872  * Looks up the page cache entry at @mapping & @index.
1873  *
1874  * If %FGP_LOCK or %FGP_CREAT are specified then the function may sleep even
1875  * if the %GFP flags specified for %FGP_CREAT are atomic.
1876  *
1877  * If this function returns a folio, it is returned with an increased refcount.
1878  *
1879  * Return: The found folio or an ERR_PTR() otherwise.
1880  */
1881 struct folio *__filemap_get_folio(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
1882                 fgf_t fgp_flags, gfp_t gfp)
1883 {
1884         struct folio *folio;
1885
1886 repeat:
1887         folio = filemap_get_entry(mapping, index);
1888         if (xa_is_value(folio))
1889                 folio = NULL;
1890         if (!folio)
1891                 goto no_page;
1892
1893         if (fgp_flags & FGP_LOCK) {
1894                 if (fgp_flags & FGP_NOWAIT) {
1895                         if (!folio_trylock(folio)) {
1896                                 folio_put(folio);
1897                                 return ERR_PTR(-EAGAIN);
1898                         }
1899                 } else {
1900                         folio_lock(folio);
1901                 }
1902
1903                 /* Has the page been truncated? */
1904                 if (unlikely(folio->mapping != mapping)) {
1905                         folio_unlock(folio);
1906                         folio_put(folio);
1907                         goto repeat;
1908                 }
1909                 VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, index), folio);
1910         }
1911
1912         if (fgp_flags & FGP_ACCESSED)
1913                 folio_mark_accessed(folio);
1914         else if (fgp_flags & FGP_WRITE) {
1915                 /* Clear idle flag for buffer write */
1916                 if (folio_test_idle(folio))
1917                         folio_clear_idle(folio);
1918         }
1919
1920         if (fgp_flags & FGP_STABLE)
1921                 folio_wait_stable(folio);
1922 no_page:
1923         if (!folio && (fgp_flags & FGP_CREAT)) {
1924                 unsigned int min_order = mapping_min_folio_order(mapping);
1925                 unsigned int order = max(min_order, FGF_GET_ORDER(fgp_flags));
1926                 int err;
1927                 index = mapping_align_index(mapping, index);
1928
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                 if (WARN_ON_ONCE(!(fgp_flags & (FGP_LOCK | FGP_FOR_MMAP))))
1938                         fgp_flags |= FGP_LOCK;
1939
1940                 if (order > mapping_max_folio_order(mapping))
1941                         order = mapping_max_folio_order(mapping);
1942                 /* If we're not aligned, allocate a smaller folio */
1943                 if (index & ((1UL << order) - 1))
1944                         order = __ffs(index);
1945
1946                 do {
1947                         gfp_t alloc_gfp = gfp;
1948
1949                         err = -ENOMEM;
1950                         if (order > min_order)
1951                                 alloc_gfp |= __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN;
1952                         folio = filemap_alloc_folio(alloc_gfp, order);
1953                         if (!folio)
1954                                 continue;
1955
1956                         /* Init accessed so avoid atomic mark_page_accessed later */
1957                         if (fgp_flags & FGP_ACCESSED)
1958                                 __folio_set_referenced(folio);
1959
1960                         err = filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp);
1961                         if (!err)
1962                                 break;
1963                         folio_put(folio);
1964                         folio = NULL;
1965                 } while (order-- > min_order);
1966
1967                 if (err == -EEXIST)
1968                         goto repeat;
1969                 if (err)
1970                         return ERR_PTR(err);
1971                 /*
1972                  * filemap_add_folio locks the page, and for mmap
1973                  * we expect an unlocked page.
1974                  */
1975                 if (folio && (fgp_flags & FGP_FOR_MMAP))
1976                         folio_unlock(folio);
1977         }
1978
1979         if (!folio)
1980                 return ERR_PTR(-ENOENT);
1981         return folio;
1982 }
1983 EXPORT_SYMBOL(__filemap_get_folio);
1984
1985 static inline struct folio *find_get_entry(struct xa_state *xas, pgoff_t max,
1986                 xa_mark_t mark)
1987 {
1988         struct folio *folio;
1989
1990 retry:
1991         if (mark == XA_PRESENT)
1992                 folio = xas_find(xas, max);
1993         else
1994                 folio = xas_find_marked(xas, max, mark);
1995
1996         if (xas_retry(xas, folio))
1997                 goto retry;
1998         /*
1999          * A shadow entry of a recently evicted page, a swap
2000          * entry from shmem/tmpfs or a DAX entry.  Return it
2001          * without attempting to raise page count.
2002          */
2003         if (!folio || xa_is_value(folio))
2004                 return folio;
2005
2006         if (!folio_try_get(folio))
2007                 goto reset;
2008
2009         if (unlikely(folio != xas_reload(xas))) {
2010                 folio_put(folio);
2011                 goto reset;
2012         }
2013
2014         return folio;
2015 reset:
2016         xas_reset(xas);
2017         goto retry;
2018 }
2019
2020 /**
2021  * find_get_entries - gang pagecache lookup
2022  * @mapping:    The address_space to search
2023  * @start:      The starting page cache index
2024  * @end:        The final page index (inclusive).
2025  * @fbatch:     Where the resulting entries are placed.
2026  * @indices:    The cache indices corresponding to the entries in @entries
2027  *
2028  * find_get_entries() will search for and return a batch of entries in
2029  * the mapping.  The entries are placed in @fbatch.  find_get_entries()
2030  * takes a reference on any actual folios it returns.
2031  *
2032  * The entries have ascending indexes.  The indices may not be consecutive
2033  * due to not-present entries or large folios.
2034  *
2035  * Any shadow entries of evicted folios, or swap entries from
2036  * shmem/tmpfs, are included in the returned array.
2037  *
2038  * Return: The number of entries which were found.
2039  */
2040 unsigned find_get_entries(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2041                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch, pgoff_t *indices)
2042 {
2043         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2044         struct folio *folio;
2045
2046         rcu_read_lock();
2047         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT)) != NULL) {
2048                 indices[fbatch->nr] = xas.xa_index;
2049                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2050                         break;
2051         }
2052         rcu_read_unlock();
2053
2054         if (folio_batch_count(fbatch)) {
2055                 unsigned long nr = 1;
2056                 int idx = folio_batch_count(fbatch) - 1;
2057
2058                 folio = fbatch->folios[idx];
2059                 if (!xa_is_value(folio))
2060                         nr = folio_nr_pages(folio);
2061                 *start = indices[idx] + nr;
2062         }
2063         return folio_batch_count(fbatch);
2064 }
2065
2066 /**
2067  * find_lock_entries - Find a batch of pagecache entries.
2068  * @mapping:    The address_space to search.
2069  * @start:      The starting page cache index.
2070  * @end:        The final page index (inclusive).
2071  * @fbatch:     Where the resulting entries are placed.
2072  * @indices:    The cache indices of the entries in @fbatch.
2073  *
2074  * find_lock_entries() will return a batch of entries from @mapping.
2075  * Swap, shadow and DAX entries are included.  Folios are returned
2076  * locked and with an incremented refcount.  Folios which are locked
2077  * by somebody else or under writeback are skipped.  Folios which are
2078  * partially outside the range are not returned.
2079  *
2080  * The entries have ascending indexes.  The indices may not be consecutive
2081  * due to not-present entries, large folios, folios which could not be
2082  * locked or folios under writeback.
2083  *
2084  * Return: The number of entries which were found.
2085  */
2086 unsigned find_lock_entries(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2087                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch, pgoff_t *indices)
2088 {
2089         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2090         struct folio *folio;
2091
2092         rcu_read_lock();
2093         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT))) {
2094                 if (!xa_is_value(folio)) {
2095                         if (folio->index < *start)
2096                                 goto put;
2097                         if (folio_next_index(folio) - 1 > end)
2098                                 goto put;
2099                         if (!folio_trylock(folio))
2100                                 goto put;
2101                         if (folio->mapping != mapping ||
2102                             folio_test_writeback(folio))
2103                                 goto unlock;
2104                         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, xas.xa_index),
2105                                         folio);
2106                 }
2107                 indices[fbatch->nr] = xas.xa_index;
2108                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2109                         break;
2110                 continue;
2111 unlock:
2112                 folio_unlock(folio);
2113 put:
2114                 folio_put(folio);
2115         }
2116         rcu_read_unlock();
2117
2118         if (folio_batch_count(fbatch)) {
2119                 unsigned long nr = 1;
2120                 int idx = folio_batch_count(fbatch) - 1;
2121
2122                 folio = fbatch->folios[idx];
2123                 if (!xa_is_value(folio))
2124                         nr = folio_nr_pages(folio);
2125                 *start = indices[idx] + nr;
2126         }
2127         return folio_batch_count(fbatch);
2128 }
2129
2130 /**
2131  * filemap_get_folios - Get a batch of folios
2132  * @mapping:    The address_space to search
2133  * @start:      The starting page index
2134  * @end:        The final page index (inclusive)
2135  * @fbatch:     The batch to fill.
2136  *
2137  * Search for and return a batch of folios in the mapping starting at
2138  * index @start and up to index @end (inclusive).  The folios are returned
2139  * in @fbatch with an elevated reference count.
2140  *
2141  * Return: The number of folios which were found.
2142  * We also update @start to index the next folio for the traversal.
2143  */
2144 unsigned filemap_get_folios(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2145                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch)
2146 {
2147         return filemap_get_folios_tag(mapping, start, end, XA_PRESENT, fbatch);
2148 }
2149 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios);
2150
2151 /**
2152  * filemap_get_folios_contig - Get a batch of contiguous folios
2153  * @mapping:    The address_space to search
2154  * @start:      The starting page index
2155  * @end:        The final page index (inclusive)
2156  * @fbatch:     The batch to fill
2157  *
2158  * filemap_get_folios_contig() works exactly like filemap_get_folios(),
2159  * except the returned folios are guaranteed to be contiguous. This may
2160  * not return all contiguous folios if the batch gets filled up.
2161  *
2162  * Return: The number of folios found.
2163  * Also update @start to be positioned for traversal of the next folio.
2164  */
2165
2166 unsigned filemap_get_folios_contig(struct address_space *mapping,
2167                 pgoff_t *start, pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch)
2168 {
2169         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2170         unsigned long nr;
2171         struct folio *folio;
2172
2173         rcu_read_lock();
2174
2175         for (folio = xas_load(&xas); folio && xas.xa_index <= end;
2176                         folio = xas_next(&xas)) {
2177                 if (xas_retry(&xas, folio))
2178                         continue;
2179                 /*
2180                  * If the entry has been swapped out, we can stop looking.
2181                  * No current caller is looking for DAX entries.
2182                  */
2183                 if (xa_is_value(folio))
2184                         goto update_start;
2185
2186                 if (!folio_try_get(folio))
2187                         goto retry;
2188
2189                 if (unlikely(folio != xas_reload(&xas)))
2190                         goto put_folio;
2191
2192                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio)) {
2193                         nr = folio_nr_pages(folio);
2194                         *start = folio->index + nr;
2195                         goto out;
2196                 }
2197                 continue;
2198 put_folio:
2199                 folio_put(folio);
2200
2201 retry:
2202                 xas_reset(&xas);
2203         }
2204
2205 update_start:
2206         nr = folio_batch_count(fbatch);
2207
2208         if (nr) {
2209                 folio = fbatch->folios[nr - 1];
2210                 *start = folio_next_index(folio);
2211         }
2212 out:
2213         rcu_read_unlock();
2214         return folio_batch_count(fbatch);
2215 }
2216 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios_contig);
2217
2218 /**
2219  * filemap_get_folios_tag - Get a batch of folios matching @tag
2220  * @mapping:    The address_space to search
2221  * @start:      The starting page index
2222  * @end:        The final page index (inclusive)
2223  * @tag:        The tag index
2224  * @fbatch:     The batch to fill
2225  *
2226  * The first folio may start before @start; if it does, it will contain
2227  * @start.  The final folio may extend beyond @end; if it does, it will
2228  * contain @end.  The folios have ascending indices.  There may be gaps
2229  * between the folios if there are indices which have no folio in the
2230  * page cache.  If folios are added to or removed from the page cache
2231  * while this is running, they may or may not be found by this call.
2232  * Only returns folios that are tagged with @tag.
2233  *
2234  * Return: The number of folios found.
2235  * Also update @start to index the next folio for traversal.
2236  */
2237 unsigned filemap_get_folios_tag(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2238                         pgoff_t end, xa_mark_t tag, struct folio_batch *fbatch)
2239 {
2240         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2241         struct folio *folio;
2242
2243         rcu_read_lock();
2244         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, tag)) != NULL) {
2245                 /*
2246                  * Shadow entries should never be tagged, but this iteration
2247                  * is lockless so there is a window for page reclaim to evict
2248                  * a page we saw tagged. Skip over it.
2249                  */
2250                 if (xa_is_value(folio))
2251                         continue;
2252                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio)) {
2253                         unsigned long nr = folio_nr_pages(folio);
2254                         *start = folio->index + nr;
2255                         goto out;
2256                 }
2257         }
2258         /*
2259          * We come here when there is no page beyond @end. We take care to not
2260          * overflow the index @start as it confuses some of the callers. This
2261          * breaks the iteration when there is a page at index -1 but that is
2262          * already broke anyway.
2263          */
2264         if (end == (pgoff_t)-1)
2265                 *start = (pgoff_t)-1;
2266         else
2267                 *start = end + 1;
2268 out:
2269         rcu_read_unlock();
2270
2271         return folio_batch_count(fbatch);
2272 }
2273 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios_tag);
2274
2275 /*
2276  * CD/DVDs are error prone. When a medium error occurs, the driver may fail
2277  * a _large_ part of the i/o request. Imagine the worst scenario:
2278  *
2279  *      ---R__________________________________________B__________
2280  *         ^ reading here                             ^ bad block(assume 4k)
2281  *
2282  * read(R) => miss => readahead(R...B) => media error => frustrating retries
2283  * => failing the whole request => read(R) => read(R+1) =>
2284  * readahead(R+1...B+1) => bang => read(R+2) => read(R+3) =>
2285  * readahead(R+3...B+2) => bang => read(R+3) => read(R+4) =>
2286  * readahead(R+4...B+3) => bang => read(R+4) => read(R+5) => ......
2287  *
2288  * It is going insane. Fix it by quickly scaling down the readahead size.
2289  */
2290 static void shrink_readahead_size_eio(struct file_ra_state *ra)
2291 {
2292         ra->ra_pages /= 4;
2293 }
2294
2295 /*
2296  * filemap_get_read_batch - Get a batch of folios for read
2297  *
2298  * Get a batch of folios which represent a contiguous range of bytes in
2299  * the file.  No exceptional entries will be returned.  If @index is in
2300  * the middle of a folio, the entire folio will be returned.  The last
2301  * folio in the batch may have the readahead flag set or the uptodate flag
2302  * clear so that the caller can take the appropriate action.
2303  */
2304 static void filemap_get_read_batch(struct address_space *mapping,
2305                 pgoff_t index, pgoff_t max, struct folio_batch *fbatch)
2306 {
2307         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
2308         struct folio *folio;
2309
2310         rcu_read_lock();
2311         for (folio = xas_load(&xas); folio; folio = xas_next(&xas)) {
2312                 if (xas_retry(&xas, folio))
2313                         continue;
2314                 if (xas.xa_index > max || xa_is_value(folio))
2315                         break;
2316                 if (xa_is_sibling(folio))
2317                         break;
2318                 if (!folio_try_get(folio))
2319                         goto retry;
2320
2321                 if (unlikely(folio != xas_reload(&xas)))
2322                         goto put_folio;
2323
2324                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2325                         break;
2326                 if (!folio_test_uptodate(folio))
2327                         break;
2328                 if (folio_test_readahead(folio))
2329                         break;
2330                 xas_advance(&xas, folio_next_index(folio) - 1);
2331                 continue;
2332 put_folio:
2333                 folio_put(folio);
2334 retry:
2335                 xas_reset(&xas);
2336         }
2337         rcu_read_unlock();
2338 }
2339
2340 static int filemap_read_folio(struct file *file, filler_t filler,
2341                 struct folio *folio)
2342 {
2343         bool workingset = folio_test_workingset(folio);
2344         unsigned long pflags;
2345         int error;
2346
2347         /*
2348          * A previous I/O error may have been due to temporary failures,
2349          * eg. multipath errors.  PG_error will be set again if read_folio
2350          * fails.
2351          */
2352         folio_clear_error(folio);
2353
2354         /* Start the actual read. The read will unlock the page. */
2355         if (unlikely(workingset))
2356                 psi_memstall_enter(&pflags);
2357         error = filler(file, folio);
2358         if (unlikely(workingset))
2359                 psi_memstall_leave(&pflags);
2360         if (error)
2361                 return error;
2362
2363         error = folio_wait_locked_killable(folio);
2364         if (error)
2365                 return error;
2366         if (folio_test_uptodate(folio))
2367                 return 0;
2368         if (file)
2369                 shrink_readahead_size_eio(&file->f_ra);
2370         return -EIO;
2371 }
2372
2373 static bool filemap_range_uptodate(struct address_space *mapping,
2374                 loff_t pos, size_t count, struct folio *folio,
2375                 bool need_uptodate)
2376 {
2377         if (folio_test_uptodate(folio))
2378                 return true;
2379         /* pipes can't handle partially uptodate pages */
2380         if (need_uptodate)
2381                 return false;
2382         if (!mapping->a_ops->is_partially_uptodate)
2383                 return false;
2384         if (mapping->host->i_blkbits >= folio_shift(folio))
2385                 return false;
2386
2387         if (folio_pos(folio) > pos) {
2388                 count -= folio_pos(folio) - pos;
2389                 pos = 0;
2390         } else {
2391                 pos -= folio_pos(folio);
2392         }
2393
2394         return mapping->a_ops->is_partially_uptodate(folio, pos, count);
2395 }
2396
2397 static int filemap_update_page(struct kiocb *iocb,
2398                 struct address_space *mapping, size_t count,
2399                 struct folio *folio, bool need_uptodate)
2400 {
2401         int error;
2402
2403         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2404                 if (!filemap_invalidate_trylock_shared(mapping))
2405                         return -EAGAIN;
2406         } else {
2407                 filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
2408         }
2409
2410         if (!folio_trylock(folio)) {
2411                 error = -EAGAIN;
2412                 if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOWAIT | IOCB_NOIO))
2413                         goto unlock_mapping;
2414                 if (!(iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ)) {
2415                         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2416                         /*
2417                          * This is where we usually end up waiting for a
2418                          * previously submitted readahead to finish.
2419                          */
2420                         folio_put_wait_locked(folio, TASK_KILLABLE);
2421                         return AOP_TRUNCATED_PAGE;
2422                 }
2423                 error = __folio_lock_async(folio, iocb->ki_waitq);
2424                 if (error)
2425                         goto unlock_mapping;
2426         }
2427
2428         error = AOP_TRUNCATED_PAGE;
2429         if (!folio->mapping)
2430                 goto unlock;
2431
2432         error = 0;
2433         if (filemap_range_uptodate(mapping, iocb->ki_pos, count, folio,
2434                                    need_uptodate))
2435                 goto unlock;
2436
2437         error = -EAGAIN;
2438         if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOIO | IOCB_NOWAIT | IOCB_WAITQ))
2439                 goto unlock;
2440
2441         error = filemap_read_folio(iocb->ki_filp, mapping->a_ops->read_folio,
2442                         folio);
2443         goto unlock_mapping;
2444 unlock:
2445         folio_unlock(folio);
2446 unlock_mapping:
2447         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2448         if (error == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2449                 folio_put(folio);
2450         return error;
2451 }
2452
2453 static int filemap_create_folio(struct file *file,
2454                 struct address_space *mapping, loff_t pos,
2455                 struct folio_batch *fbatch)
2456 {
2457         struct folio *folio;
2458         int error;
2459         unsigned int min_order = mapping_min_folio_order(mapping);
2460         pgoff_t index;
2461
2462         folio = filemap_alloc_folio(mapping_gfp_mask(mapping), min_order);
2463         if (!folio)
2464                 return -ENOMEM;
2465
2466         /*
2467          * Protect against truncate / hole punch. Grabbing invalidate_lock
2468          * here assures we cannot instantiate and bring uptodate new
2469          * pagecache folios after evicting page cache during truncate
2470          * and before actually freeing blocks.  Note that we could
2471          * release invalidate_lock after inserting the folio into
2472          * the page cache as the locked folio would then be enough to
2473          * synchronize with hole punching. But there are code paths
2474          * such as filemap_update_page() filling in partially uptodate
2475          * pages or ->readahead() that need to hold invalidate_lock
2476          * while mapping blocks for IO so let's hold the lock here as
2477          * well to keep locking rules simple.
2478          */
2479         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
2480         index = (pos >> (PAGE_SHIFT + min_order)) << min_order;
2481         error = filemap_add_folio(mapping, folio, index,
2482                         mapping_gfp_constraint(mapping, GFP_KERNEL));
2483         if (error == -EEXIST)
2484                 error = AOP_TRUNCATED_PAGE;
2485         if (error)
2486                 goto error;
2487
2488         error = filemap_read_folio(file, mapping->a_ops->read_folio, folio);
2489         if (error)
2490                 goto error;
2491
2492         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2493         folio_batch_add(fbatch, folio);
2494         return 0;
2495 error:
2496         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2497         folio_put(folio);
2498         return error;
2499 }
2500
2501 static int filemap_readahead(struct kiocb *iocb, struct file *file,
2502                 struct address_space *mapping, struct folio *folio,
2503                 pgoff_t last_index)
2504 {
2505         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, &file->f_ra, mapping, folio->index);
2506
2507         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOIO)
2508                 return -EAGAIN;
2509         page_cache_async_ra(&ractl, folio, last_index - folio->index);
2510         return 0;
2511 }
2512
2513 static int filemap_get_pages(struct kiocb *iocb, size_t count,
2514                 struct folio_batch *fbatch, bool need_uptodate)
2515 {
2516         struct file *filp = iocb->ki_filp;
2517         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
2518         struct file_ra_state *ra = &filp->f_ra;
2519         pgoff_t index = iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT;
2520         pgoff_t last_index;
2521         struct folio *folio;
2522         int err = 0;
2523
2524         /* "last_index" is the index of the page beyond the end of the read */
2525         last_index = DIV_ROUND_UP(iocb->ki_pos + count, PAGE_SIZE);
2526 retry:
2527         if (fatal_signal_pending(current))
2528                 return -EINTR;
2529
2530         filemap_get_read_batch(mapping, index, last_index - 1, fbatch);
2531         if (!folio_batch_count(fbatch)) {
2532                 if (iocb->ki_flags & IOCB_NOIO)
2533                         return -EAGAIN;
2534                 page_cache_sync_readahead(mapping, ra, filp, index,
2535                                 last_index - index);
2536                 filemap_get_read_batch(mapping, index, last_index - 1, fbatch);
2537         }
2538         if (!folio_batch_count(fbatch)) {
2539                 if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOWAIT | IOCB_WAITQ))
2540                         return -EAGAIN;
2541                 err = filemap_create_folio(filp, mapping, iocb->ki_pos, fbatch);
2542                 if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2543                         goto retry;
2544                 return err;
2545         }
2546
2547         folio = fbatch->folios[folio_batch_count(fbatch) - 1];
2548         if (folio_test_readahead(folio)) {
2549                 err = filemap_readahead(iocb, filp, mapping, folio, last_index);
2550                 if (err)
2551                         goto err;
2552         }
2553         if (!folio_test_uptodate(folio)) {
2554                 if ((iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ) &&
2555                     folio_batch_count(fbatch) > 1)
2556                         iocb->ki_flags |= IOCB_NOWAIT;
2557                 err = filemap_update_page(iocb, mapping, count, folio,
2558                                           need_uptodate);
2559                 if (err)
2560                         goto err;
2561         }
2562
2563         return 0;
2564 err:
2565         if (err < 0)
2566                 folio_put(folio);
2567         if (likely(--fbatch->nr))
2568                 return 0;
2569         if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2570                 goto retry;
2571         return err;
2572 }
2573
2574 static inline bool pos_same_folio(loff_t pos1, loff_t pos2, struct folio *folio)
2575 {
2576         unsigned int shift = folio_shift(folio);
2577
2578         return (pos1 >> shift == pos2 >> shift);
2579 }
2580
2581 /**
2582  * filemap_read - Read data from the page cache.
2583  * @iocb: The iocb to read.
2584  * @iter: Destination for the data.
2585  * @already_read: Number of bytes already read by the caller.
2586  *
2587  * Copies data from the page cache.  If the data is not currently present,
2588  * uses the readahead and read_folio address_space operations to fetch it.
2589  *
2590  * Return: Total number of bytes copied, including those already read by
2591  * the caller.  If an error happens before any bytes are copied, returns
2592  * a negative error number.
2593  */
2594 ssize_t filemap_read(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter,
2595                 ssize_t already_read)
2596 {
2597         struct file *filp = iocb->ki_filp;
2598         struct file_ra_state *ra = &filp->f_ra;
2599         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
2600         struct inode *inode = mapping->host;
2601         struct folio_batch fbatch;
2602         int i, error = 0;
2603         bool writably_mapped;
2604         loff_t isize, end_offset;
2605         loff_t last_pos = ra->prev_pos;
2606
2607         if (unlikely(iocb->ki_pos >= inode->i_sb->s_maxbytes))
2608                 return 0;
2609         if (unlikely(!iov_iter_count(iter)))
2610                 return 0;
2611
2612         iov_iter_truncate(iter, inode->i_sb->s_maxbytes);
2613         folio_batch_init(&fbatch);
2614
2615         do {
2616                 cond_resched();
2617
2618                 /*
2619                  * If we've already successfully copied some data, then we
2620                  * can no longer safely return -EIOCBQUEUED. Hence mark
2621                  * an async read NOWAIT at that point.
2622                  */
2623                 if ((iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ) && already_read)
2624                         iocb->ki_flags |= IOCB_NOWAIT;
2625
2626                 if (unlikely(iocb->ki_pos >= i_size_read(inode)))
2627                         break;
2628
2629                 error = filemap_get_pages(iocb, iter->count, &fbatch, false);
2630                 if (error < 0)
2631                         break;
2632
2633                 /*
2634                  * i_size must be checked after we know the pages are Uptodate.
2635                  *
2636                  * Checking i_size after the check allows us to calculate
2637                  * the correct value for "nr", which means the zero-filled
2638                  * part of the page is not copied back to userspace (unless
2639                  * another truncate extends the file - this is desired though).
2640                  */
2641                 isize = i_size_read(inode);
2642                 if (unlikely(iocb->ki_pos >= isize))
2643                         goto put_folios;
2644                 end_offset = min_t(loff_t, isize, iocb->ki_pos + iter->count);
2645
2646                 /*
2647                  * Once we start copying data, we don't want to be touching any
2648                  * cachelines that might be contended:
2649                  */
2650                 writably_mapped = mapping_writably_mapped(mapping);
2651
2652                 /*
2653                  * When a read accesses the same folio several times, only
2654                  * mark it as accessed the first time.
2655                  */
2656                 if (!pos_same_folio(iocb->ki_pos, last_pos - 1,
2657                                     fbatch.folios[0]))
2658                         folio_mark_accessed(fbatch.folios[0]);
2659
2660                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++) {
2661                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
2662                         size_t fsize = folio_size(folio);
2663                         size_t offset = iocb->ki_pos & (fsize - 1);
2664                         size_t bytes = min_t(loff_t, end_offset - iocb->ki_pos,
2665                                              fsize - offset);
2666                         size_t copied;
2667
2668                         if (end_offset < folio_pos(folio))
2669                                 break;
2670                         if (i > 0)
2671                                 folio_mark_accessed(folio);
2672                         /*
2673                          * If users can be writing to this folio using arbitrary
2674                          * virtual addresses, take care of potential aliasing
2675                          * before reading the folio on the kernel side.
2676                          */
2677                         if (writably_mapped)
2678                                 flush_dcache_folio(folio);
2679
2680                         copied = copy_folio_to_iter(folio, offset, bytes, iter);
2681
2682                         already_read += copied;
2683                         iocb->ki_pos += copied;
2684                         last_pos = iocb->ki_pos;
2685
2686                         if (copied < bytes) {
2687                                 error = -EFAULT;
2688                                 break;
2689                         }
2690                 }
2691 put_folios:
2692                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++)
2693                         folio_put(fbatch.folios[i]);
2694                 folio_batch_init(&fbatch);
2695         } while (iov_iter_count(iter) && iocb->ki_pos < isize && !error);
2696
2697         file_accessed(filp);
2698         ra->prev_pos = last_pos;
2699         return already_read ? already_read : error;
2700 }
2701 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_read);
2702
2703 int kiocb_write_and_wait(struct kiocb *iocb, size_t count)
2704 {
2705         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
2706         loff_t pos = iocb->ki_pos;
2707         loff_t end = pos + count - 1;
2708
2709         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2710                 if (filemap_range_needs_writeback(mapping, pos, end))
2711                         return -EAGAIN;
2712                 return 0;
2713         }
2714
2715         return filemap_write_and_wait_range(mapping, pos, end);
2716 }
2717 EXPORT_SYMBOL_GPL(kiocb_write_and_wait);
2718
2719 int filemap_invalidate_pages(struct address_space *mapping,
2720                              loff_t pos, loff_t end, bool nowait)
2721 {
2722         int ret;
2723
2724         if (nowait) {
2725                 /* we could block if there are any pages in the range */
2726                 if (filemap_range_has_page(mapping, pos, end))
2727                         return -EAGAIN;
2728         } else {
2729                 ret = filemap_write_and_wait_range(mapping, pos, end);
2730                 if (ret)
2731                         return ret;
2732         }
2733
2734         /*
2735          * After a write we want buffered reads to be sure to go to disk to get
2736          * the new data.  We invalidate clean cached page from the region we're
2737          * about to write.  We do this *before* the write so that we can return
2738          * without clobbering -EIOCBQUEUED from ->direct_IO().
2739          */
2740         return invalidate_inode_pages2_range(mapping, pos >> PAGE_SHIFT,
2741                                              end >> PAGE_SHIFT);
2742 }
2743
2744 int kiocb_invalidate_pages(struct kiocb *iocb, size_t count)
2745 {
2746         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
2747
2748         return filemap_invalidate_pages(mapping, iocb->ki_pos,
2749                                         iocb->ki_pos + count - 1,
2750                                         iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT);
2751 }
2752 EXPORT_SYMBOL_GPL(kiocb_invalidate_pages);
2753
2754 /**
2755  * generic_file_read_iter - generic filesystem read routine
2756  * @iocb:       kernel I/O control block
2757  * @iter:       destination for the data read
2758  *
2759  * This is the "read_iter()" routine for all filesystems
2760  * that can use the page cache directly.
2761  *
2762  * The IOCB_NOWAIT flag in iocb->ki_flags indicates that -EAGAIN shall
2763  * be returned when no data can be read without waiting for I/O requests
2764  * to complete; it doesn't prevent readahead.
2765  *
2766  * The IOCB_NOIO flag in iocb->ki_flags indicates that no new I/O
2767  * requests shall be made for the read or for readahead.  When no data
2768  * can be read, -EAGAIN shall be returned.  When readahead would be
2769  * triggered, a partial, possibly empty read shall be returned.
2770  *
2771  * Return:
2772  * * number of bytes copied, even for partial reads
2773  * * negative error code (or 0 if IOCB_NOIO) if nothing was read
2774  */
2775 ssize_t
2776 generic_file_read_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter)
2777 {
2778         size_t count = iov_iter_count(iter);
2779         ssize_t retval = 0;
2780
2781         if (!count)
2782                 return 0; /* skip atime */
2783
2784         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
2785                 struct file *file = iocb->ki_filp;
2786                 struct address_space *mapping = file->f_mapping;
2787                 struct inode *inode = mapping->host;
2788
2789                 retval = kiocb_write_and_wait(iocb, count);
2790                 if (retval < 0)
2791                         return retval;
2792                 file_accessed(file);
2793
2794                 retval = mapping->a_ops->direct_IO(iocb, iter);
2795                 if (retval >= 0) {
2796                         iocb->ki_pos += retval;
2797                         count -= retval;
2798                 }
2799                 if (retval != -EIOCBQUEUED)
2800                         iov_iter_revert(iter, count - iov_iter_count(iter));
2801
2802                 /*
2803                  * Btrfs can have a short DIO read if we encounter
2804                  * compressed extents, so if there was an error, or if
2805                  * we've already read everything we wanted to, or if
2806                  * there was a short read because we hit EOF, go ahead
2807                  * and return.  Otherwise fallthrough to buffered io for
2808                  * the rest of the read.  Buffered reads will not work for
2809                  * DAX files, so don't bother trying.
2810                  */
2811                 if (retval < 0 || !count || IS_DAX(inode))
2812                         return retval;
2813                 if (iocb->ki_pos >= i_size_read(inode))
2814                         return retval;
2815         }
2816
2817         return filemap_read(iocb, iter, retval);
2818 }
2819 EXPORT_SYMBOL(generic_file_read_iter);
2820
2821 /*
2822  * Splice subpages from a folio into a pipe.
2823  */
2824 size_t splice_folio_into_pipe(struct pipe_inode_info *pipe,
2825                               struct folio *folio, loff_t fpos, size_t size)
2826 {
2827         struct page *page;
2828         size_t spliced = 0, offset = offset_in_folio(folio, fpos);
2829
2830         page = folio_page(folio, offset / PAGE_SIZE);
2831         size = min(size, folio_size(folio) - offset);
2832         offset %= PAGE_SIZE;
2833
2834         while (spliced < size &&
2835                !pipe_full(pipe->head, pipe->tail, pipe->max_usage)) {
2836                 struct pipe_buffer *buf = pipe_head_buf(pipe);
2837                 size_t part = min_t(size_t, PAGE_SIZE - offset, size - spliced);
2838
2839                 *buf = (struct pipe_buffer) {
2840                         .ops    = &page_cache_pipe_buf_ops,
2841                         .page   = page,
2842                         .offset = offset,
2843                         .len    = part,
2844                 };
2845                 folio_get(folio);
2846                 pipe->head++;
2847                 page++;
2848                 spliced += part;
2849                 offset = 0;
2850         }
2851
2852         return spliced;
2853 }
2854
2855 /**
2856  * filemap_splice_read -  Splice data from a file's pagecache into a pipe
2857  * @in: The file to read from
2858  * @ppos: Pointer to the file position to read from
2859  * @pipe: The pipe to splice into
2860  * @len: The amount to splice
2861  * @flags: The SPLICE_F_* flags
2862  *
2863  * This function gets folios from a file's pagecache and splices them into the
2864  * pipe.  Readahead will be called as necessary to fill more folios.  This may
2865  * be used for blockdevs also.
2866  *
2867  * Return: On success, the number of bytes read will be returned and *@ppos
2868  * will be updated if appropriate; 0 will be returned if there is no more data
2869  * to be read; -EAGAIN will be returned if the pipe had no space, and some
2870  * other negative error code will be returned on error.  A short read may occur
2871  * if the pipe has insufficient space, we reach the end of the data or we hit a
2872  * hole.
2873  */
2874 ssize_t filemap_splice_read(struct file *in, loff_t *ppos,
2875                             struct pipe_inode_info *pipe,
2876                             size_t len, unsigned int flags)
2877 {
2878         struct folio_batch fbatch;
2879         struct kiocb iocb;
2880         size_t total_spliced = 0, used, npages;
2881         loff_t isize, end_offset;
2882         bool writably_mapped;
2883         int i, error = 0;
2884
2885         if (unlikely(*ppos >= in->f_mapping->host->i_sb->s_maxbytes))
2886                 return 0;
2887
2888         init_sync_kiocb(&iocb, in);
2889         iocb.ki_pos = *ppos;
2890
2891         /* Work out how much data we can actually add into the pipe */
2892         used = pipe_occupancy(pipe->head, pipe->tail);
2893         npages = max_t(ssize_t, pipe->max_usage - used, 0);
2894         len = min_t(size_t, len, npages * PAGE_SIZE);
2895
2896         folio_batch_init(&fbatch);
2897
2898         do {
2899                 cond_resched();
2900
2901                 if (*ppos >= i_size_read(in->f_mapping->host))
2902                         break;
2903
2904                 iocb.ki_pos = *ppos;
2905                 error = filemap_get_pages(&iocb, len, &fbatch, true);
2906                 if (error < 0)
2907                         break;
2908
2909                 /*
2910                  * i_size must be checked after we know the pages are Uptodate.
2911                  *
2912                  * Checking i_size after the check allows us to calculate
2913                  * the correct value for "nr", which means the zero-filled
2914                  * part of the page is not copied back to userspace (unless
2915                  * another truncate extends the file - this is desired though).
2916                  */
2917                 isize = i_size_read(in->f_mapping->host);
2918                 if (unlikely(*ppos >= isize))
2919                         break;
2920                 end_offset = min_t(loff_t, isize, *ppos + len);
2921
2922                 /*
2923                  * Once we start copying data, we don't want to be touching any
2924                  * cachelines that might be contended:
2925                  */
2926                 writably_mapped = mapping_writably_mapped(in->f_mapping);
2927
2928                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++) {
2929                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
2930                         size_t n;
2931
2932                         if (folio_pos(folio) >= end_offset)
2933                                 goto out;
2934                         folio_mark_accessed(folio);
2935
2936                         /*
2937                          * If users can be writing to this folio using arbitrary
2938                          * virtual addresses, take care of potential aliasing
2939                          * before reading the folio on the kernel side.
2940                          */
2941                         if (writably_mapped)
2942                                 flush_dcache_folio(folio);
2943
2944                         n = min_t(loff_t, len, isize - *ppos);
2945                         n = splice_folio_into_pipe(pipe, folio, *ppos, n);
2946                         if (!n)
2947                                 goto out;
2948                         len -= n;
2949                         total_spliced += n;
2950                         *ppos += n;
2951                         in->f_ra.prev_pos = *ppos;
2952                         if (pipe_full(pipe->head, pipe->tail, pipe->max_usage))
2953                                 goto out;
2954                 }
2955
2956                 folio_batch_release(&fbatch);
2957         } while (len);
2958
2959 out:
2960         folio_batch_release(&fbatch);
2961         file_accessed(in);
2962
2963         return total_spliced ? total_spliced : error;
2964 }
2965 EXPORT_SYMBOL(filemap_splice_read);
2966
2967 static inline loff_t folio_seek_hole_data(struct xa_state *xas,
2968                 struct address_space *mapping, struct folio *folio,
2969                 loff_t start, loff_t end, bool seek_data)
2970 {
2971         const struct address_space_operations *ops = mapping->a_ops;
2972         size_t offset, bsz = i_blocksize(mapping->host);
2973
2974         if (xa_is_value(folio) || folio_test_uptodate(folio))
2975                 return seek_data ? start : end;
2976         if (!ops->is_partially_uptodate)
2977                 return seek_data ? end : start;
2978
2979         xas_pause(xas);
2980         rcu_read_unlock();
2981         folio_lock(folio);
2982         if (unlikely(folio->mapping != mapping))
2983                 goto unlock;
2984
2985         offset = offset_in_folio(folio, start) & ~(bsz - 1);
2986
2987         do {
2988                 if (ops->is_partially_uptodate(folio, offset, bsz) ==
2989                                                         seek_data)
2990                         break;
2991                 start = (start + bsz) & ~(bsz - 1);
2992                 offset += bsz;
2993         } while (offset < folio_size(folio));
2994 unlock:
2995         folio_unlock(folio);
2996         rcu_read_lock();
2997         return start;
2998 }
2999
3000 static inline size_t seek_folio_size(struct xa_state *xas, struct folio *folio)
3001 {
3002         if (xa_is_value(folio))
3003                 return PAGE_SIZE << xa_get_order(xas->xa, xas->xa_index);
3004         return folio_size(folio);
3005 }
3006
3007 /**
3008  * mapping_seek_hole_data - Seek for SEEK_DATA / SEEK_HOLE in the page cache.
3009  * @mapping: Address space to search.
3010  * @start: First byte to consider.
3011  * @end: Limit of search (exclusive).
3012  * @whence: Either SEEK_HOLE or SEEK_DATA.
3013  *
3014  * If the page cache knows which blocks contain holes and which blocks
3015  * contain data, your filesystem can use this function to implement
3016  * SEEK_HOLE and SEEK_DATA.  This is useful for filesystems which are
3017  * entirely memory-based such as tmpfs, and filesystems which support
3018  * unwritten extents.
3019  *
3020  * Return: The requested offset on success, or -ENXIO if @whence specifies
3021  * SEEK_DATA and there is no data after @start.  There is an implicit hole
3022  * after @end - 1, so SEEK_HOLE returns @end if all the bytes between @start
3023  * and @end contain data.
3024  */
3025 loff_t mapping_seek_hole_data(struct address_space *mapping, loff_t start,
3026                 loff_t end, int whence)
3027 {
3028         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start >> PAGE_SHIFT);
3029         pgoff_t max = (end - 1) >> PAGE_SHIFT;
3030         bool seek_data = (whence == SEEK_DATA);
3031         struct folio *folio;
3032
3033         if (end <= start)
3034                 return -ENXIO;
3035
3036         rcu_read_lock();
3037         while ((folio = find_get_entry(&xas, max, XA_PRESENT))) {
3038                 loff_t pos = (u64)xas.xa_index << PAGE_SHIFT;
3039                 size_t seek_size;
3040
3041                 if (start < pos) {
3042                         if (!seek_data)
3043                                 goto unlock;
3044                         start = pos;
3045                 }
3046
3047                 seek_size = seek_folio_size(&xas, folio);
3048                 pos = round_up((u64)pos + 1, seek_size);
3049                 start = folio_seek_hole_data(&xas, mapping, folio, start, pos,
3050                                 seek_data);
3051                 if (start < pos)
3052                         goto unlock;
3053                 if (start >= end)
3054                         break;
3055                 if (seek_size > PAGE_SIZE)
3056                         xas_set(&xas, pos >> PAGE_SHIFT);
3057                 if (!xa_is_value(folio))
3058                         folio_put(folio);
3059         }
3060         if (seek_data)
3061                 start = -ENXIO;
3062 unlock:
3063         rcu_read_unlock();
3064         if (folio && !xa_is_value(folio))
3065                 folio_put(folio);
3066         if (start > end)
3067                 return end;
3068         return start;
3069 }
3070
3071 #ifdef CONFIG_MMU
3072 #define MMAP_LOTSAMISS  (100)
3073 /*
3074  * lock_folio_maybe_drop_mmap - lock the page, possibly dropping the mmap_lock
3075  * @vmf - the vm_fault for this fault.
3076  * @folio - the folio to lock.
3077  * @fpin - the pointer to the file we may pin (or is already pinned).
3078  *
3079  * This works similar to lock_folio_or_retry in that it can drop the
3080  * mmap_lock.  It differs in that it actually returns the folio locked
3081  * if it returns 1 and 0 if it couldn't lock the folio.  If we did have
3082  * to drop the mmap_lock then fpin will point to the pinned file and
3083  * needs to be fput()'ed at a later point.
3084  */
3085 static int lock_folio_maybe_drop_mmap(struct vm_fault *vmf, struct folio *folio,
3086                                      struct file **fpin)
3087 {
3088         if (folio_trylock(folio))
3089                 return 1;
3090
3091         /*
3092          * NOTE! This will make us return with VM_FAULT_RETRY, but with
3093          * the fault lock still held. That's how FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT
3094          * is supposed to work. We have way too many special cases..
3095          */
3096         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT)
3097                 return 0;
3098
3099         *fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, *fpin);
3100         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_KILLABLE) {
3101                 if (__folio_lock_killable(folio)) {
3102                         /*
3103                          * We didn't have the right flags to drop the
3104                          * fault lock, but all fault_handlers only check
3105                          * for fatal signals if we return VM_FAULT_RETRY,
3106                          * so we need to drop the fault lock here and
3107                          * return 0 if we don't have a fpin.
3108                          */
3109                         if (*fpin == NULL)
3110                                 release_fault_lock(vmf);
3111                         return 0;
3112                 }
3113         } else
3114                 __folio_lock(folio);
3115
3116         return 1;
3117 }
3118
3119 /*
3120  * Synchronous readahead happens when we don't even find a page in the page
3121  * cache at all.  We don't want to perform IO under the mmap sem, so if we have
3122  * to drop the mmap sem we return the file that was pinned in order for us to do
3123  * that.  If we didn't pin a file then we return NULL.  The file that is
3124  * returned needs to be fput()'ed when we're done with it.
3125  */
3126 static struct file *do_sync_mmap_readahead(struct vm_fault *vmf)
3127 {
3128         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3129         struct file_ra_state *ra = &file->f_ra;
3130         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3131         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, ra, mapping, vmf->pgoff);
3132         struct file *fpin = NULL;
3133         unsigned long vm_flags = vmf->vma->vm_flags;
3134         unsigned int mmap_miss;
3135
3136 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
3137         /* Use the readahead code, even if readahead is disabled */
3138         if ((vm_flags & VM_HUGEPAGE) && HPAGE_PMD_ORDER <= MAX_PAGECACHE_ORDER) {
3139                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3140                 ractl._index &= ~((unsigned long)HPAGE_PMD_NR - 1);
3141                 ra->size = HPAGE_PMD_NR;
3142                 /*
3143                  * Fetch two PMD folios, so we get the chance to actually
3144                  * readahead, unless we've been told not to.
3145                  */
3146                 if (!(vm_flags & VM_RAND_READ))
3147                         ra->size *= 2;
3148                 ra->async_size = HPAGE_PMD_NR;
3149                 page_cache_ra_order(&ractl, ra, HPAGE_PMD_ORDER);
3150                 return fpin;
3151         }
3152 #endif
3153
3154         /* If we don't want any read-ahead, don't bother */
3155         if (vm_flags & VM_RAND_READ)
3156                 return fpin;
3157         if (!ra->ra_pages)
3158                 return fpin;
3159
3160         if (vm_flags & VM_SEQ_READ) {
3161                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3162                 page_cache_sync_ra(&ractl, ra->ra_pages);
3163                 return fpin;
3164         }
3165
3166         /* Avoid banging the cache line if not needed */
3167         mmap_miss = READ_ONCE(ra->mmap_miss);
3168         if (mmap_miss < MMAP_LOTSAMISS * 10)
3169                 WRITE_ONCE(ra->mmap_miss, ++mmap_miss);
3170
3171         /*
3172          * Do we miss much more than hit in this file? If so,
3173          * stop bothering with read-ahead. It will only hurt.
3174          */
3175         if (mmap_miss > MMAP_LOTSAMISS)
3176                 return fpin;
3177
3178         /*
3179          * mmap read-around
3180          */
3181         fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3182         ra->start = max_t(long, 0, vmf->pgoff - ra->ra_pages / 2);
3183         ra->size = ra->ra_pages;
3184         ra->async_size = ra->ra_pages / 4;
3185         ractl._index = ra->start;
3186         page_cache_ra_order(&ractl, ra, 0);
3187         return fpin;
3188 }
3189
3190 /*
3191  * Asynchronous readahead happens when we find the page and PG_readahead,
3192  * so we want to possibly extend the readahead further.  We return the file that
3193  * was pinned if we have to drop the mmap_lock in order to do IO.
3194  */
3195 static struct file *do_async_mmap_readahead(struct vm_fault *vmf,
3196                                             struct folio *folio)
3197 {
3198         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3199         struct file_ra_state *ra = &file->f_ra;
3200         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, ra, file->f_mapping, vmf->pgoff);
3201         struct file *fpin = NULL;
3202         unsigned int mmap_miss;
3203
3204         /* If we don't want any read-ahead, don't bother */
3205         if (vmf->vma->vm_flags & VM_RAND_READ || !ra->ra_pages)
3206                 return fpin;
3207
3208         mmap_miss = READ_ONCE(ra->mmap_miss);
3209         if (mmap_miss)
3210                 WRITE_ONCE(ra->mmap_miss, --mmap_miss);
3211
3212         if (folio_test_readahead(folio)) {
3213                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3214                 page_cache_async_ra(&ractl, folio, ra->ra_pages);
3215         }
3216         return fpin;
3217 }
3218
3219 static vm_fault_t filemap_fault_recheck_pte_none(struct vm_fault *vmf)
3220 {
3221         struct vm_area_struct *vma = vmf->vma;
3222         vm_fault_t ret = 0;
3223         pte_t *ptep;
3224
3225         /*
3226          * We might have COW'ed a pagecache folio and might now have an mlocked
3227          * anon folio mapped. The original pagecache folio is not mlocked and
3228          * might have been evicted. During a read+clear/modify/write update of
3229          * the PTE, such as done in do_numa_page()/change_pte_range(), we
3230          * temporarily clear the PTE under PT lock and might detect it here as
3231          * "none" when not holding the PT lock.
3232          *
3233          * Not rechecking the PTE under PT lock could result in an unexpected
3234          * major fault in an mlock'ed region. Recheck only for this special
3235          * scenario while holding the PT lock, to not degrade non-mlocked
3236          * scenarios. Recheck the PTE without PT lock firstly, thereby reducing
3237          * the number of times we hold PT lock.
3238          */
3239         if (!(vma->vm_flags & VM_LOCKED))
3240                 return 0;
3241
3242         if (!(vmf->flags & FAULT_FLAG_ORIG_PTE_VALID))
3243                 return 0;
3244
3245         ptep = pte_offset_map_nolock(vma->vm_mm, vmf->pmd, vmf->address,
3246                                      &vmf->ptl);
3247         if (unlikely(!ptep))
3248                 return VM_FAULT_NOPAGE;
3249
3250         if (unlikely(!pte_none(ptep_get_lockless(ptep)))) {
3251                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3252         } else {
3253                 spin_lock(vmf->ptl);
3254                 if (unlikely(!pte_none(ptep_get(ptep))))
3255                         ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3256                 spin_unlock(vmf->ptl);
3257         }
3258         pte_unmap(ptep);
3259         return ret;
3260 }
3261
3262 /**
3263  * filemap_fault - read in file data for page fault handling
3264  * @vmf:        struct vm_fault containing details of the fault
3265  *
3266  * filemap_fault() is invoked via the vma operations vector for a
3267  * mapped memory region to read in file data during a page fault.
3268  *
3269  * The goto's are kind of ugly, but this streamlines the normal case of having
3270  * it in the page cache, and handles the special cases reasonably without
3271  * having a lot of duplicated code.
3272  *
3273  * vma->vm_mm->mmap_lock must be held on entry.
3274  *
3275  * If our return value has VM_FAULT_RETRY set, it's because the mmap_lock
3276  * may be dropped before doing I/O or by lock_folio_maybe_drop_mmap().
3277  *
3278  * If our return value does not have VM_FAULT_RETRY set, the mmap_lock
3279  * has not been released.
3280  *
3281  * We never return with VM_FAULT_RETRY and a bit from VM_FAULT_ERROR set.
3282  *
3283  * Return: bitwise-OR of %VM_FAULT_ codes.
3284  */
3285 vm_fault_t filemap_fault(struct vm_fault *vmf)
3286 {
3287         int error;
3288         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3289         struct file *fpin = NULL;
3290         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3291         struct inode *inode = mapping->host;
3292         pgoff_t max_idx, index = vmf->pgoff;
3293         struct folio *folio;
3294         vm_fault_t ret = 0;
3295         bool mapping_locked = false;
3296
3297         max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
3298         if (unlikely(index >= max_idx))
3299                 return VM_FAULT_SIGBUS;
3300
3301         /*
3302          * Do we have something in the page cache already?
3303          */
3304         folio = filemap_get_folio(mapping, index);
3305         if (likely(!IS_ERR(folio))) {
3306                 /*
3307                  * We found the page, so try async readahead before waiting for
3308                  * the lock.
3309                  */
3310                 if (!(vmf->flags & FAULT_FLAG_TRIED))
3311                         fpin = do_async_mmap_readahead(vmf, folio);
3312                 if (unlikely(!folio_test_uptodate(folio))) {
3313                         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
3314                         mapping_locked = true;
3315                 }
3316         } else {
3317                 ret = filemap_fault_recheck_pte_none(vmf);
3318                 if (unlikely(ret))
3319                         return ret;
3320
3321                 /* No page in the page cache at all */
3322                 count_vm_event(PGMAJFAULT);
3323                 count_memcg_event_mm(vmf->vma->vm_mm, PGMAJFAULT);
3324                 ret = VM_FAULT_MAJOR;
3325                 fpin = do_sync_mmap_readahead(vmf);
3326 retry_find:
3327                 /*
3328                  * See comment in filemap_create_folio() why we need
3329                  * invalidate_lock
3330                  */
3331                 if (!mapping_locked) {
3332                         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
3333                         mapping_locked = true;
3334                 }
3335                 folio = __filemap_get_folio(mapping, index,
3336                                           FGP_CREAT|FGP_FOR_MMAP,
3337                                           vmf->gfp_mask);
3338                 if (IS_ERR(folio)) {
3339                         if (fpin)
3340                                 goto out_retry;
3341                         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3342                         return VM_FAULT_OOM;
3343                 }
3344         }
3345
3346         if (!lock_folio_maybe_drop_mmap(vmf, folio, &fpin))
3347                 goto out_retry;
3348
3349         /* Did it get truncated? */
3350         if (unlikely(folio->mapping != mapping)) {
3351                 folio_unlock(folio);
3352                 folio_put(folio);
3353                 goto retry_find;
3354         }
3355         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, index), folio);
3356
3357         /*
3358          * We have a locked folio in the page cache, now we need to check
3359          * that it's up-to-date. If not, it is going to be due to an error,
3360          * or because readahead was otherwise unable to retrieve it.
3361          */
3362         if (unlikely(!folio_test_uptodate(folio))) {
3363                 /*
3364                  * If the invalidate lock is not held, the folio was in cache
3365                  * and uptodate and now it is not. Strange but possible since we
3366                  * didn't hold the page lock all the time. Let's drop
3367                  * everything, get the invalidate lock and try again.
3368                  */
3369                 if (!mapping_locked) {
3370                         folio_unlock(folio);
3371                         folio_put(folio);
3372                         goto retry_find;
3373                 }
3374
3375                 /*
3376                  * OK, the folio is really not uptodate. This can be because the
3377                  * VMA has the VM_RAND_READ flag set, or because an error
3378                  * arose. Let's read it in directly.
3379                  */
3380                 goto page_not_uptodate;
3381         }
3382
3383         /*
3384          * We've made it this far and we had to drop our mmap_lock, now is the
3385          * time to return to the upper layer and have it re-find the vma and
3386          * redo the fault.
3387          */
3388         if (fpin) {
3389                 folio_unlock(folio);
3390                 goto out_retry;
3391         }
3392         if (mapping_locked)
3393                 filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3394
3395         /*
3396          * Found the page and have a reference on it.
3397          * We must recheck i_size under page lock.
3398          */
3399         max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
3400         if (unlikely(index >= max_idx)) {
3401                 folio_unlock(folio);
3402                 folio_put(folio);
3403                 return VM_FAULT_SIGBUS;
3404         }
3405
3406         vmf->page = folio_file_page(folio, index);
3407         return ret | VM_FAULT_LOCKED;
3408
3409 page_not_uptodate:
3410         /*
3411          * Umm, take care of errors if the page isn't up-to-date.
3412          * Try to re-read it _once_. We do this synchronously,
3413          * because there really aren't any performance issues here
3414          * and we need to check for errors.
3415          */
3416         fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3417         error = filemap_read_folio(file, mapping->a_ops->read_folio, folio);
3418         if (fpin)
3419                 goto out_retry;
3420         folio_put(folio);
3421
3422         if (!error || error == AOP_TRUNCATED_PAGE)
3423                 goto retry_find;
3424         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3425
3426         return VM_FAULT_SIGBUS;
3427
3428 out_retry:
3429         /*
3430          * We dropped the mmap_lock, we need to return to the fault handler to
3431          * re-find the vma and come back and find our hopefully still populated
3432          * page.
3433          */
3434         if (!IS_ERR(folio))
3435                 folio_put(folio);
3436         if (mapping_locked)
3437                 filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3438         if (fpin)
3439                 fput(fpin);
3440         return ret | VM_FAULT_RETRY;
3441 }
3442 EXPORT_SYMBOL(filemap_fault);
3443
3444 static bool filemap_map_pmd(struct vm_fault *vmf, struct folio *folio,
3445                 pgoff_t start)
3446 {
3447         struct mm_struct *mm = vmf->vma->vm_mm;
3448
3449         /* Huge page is mapped? No need to proceed. */
3450         if (pmd_trans_huge(*vmf->pmd)) {
3451                 folio_unlock(folio);
3452                 folio_put(folio);
3453                 return true;
3454         }
3455
3456         if (pmd_none(*vmf->pmd) && folio_test_pmd_mappable(folio)) {
3457                 struct page *page = folio_file_page(folio, start);
3458                 vm_fault_t ret = do_set_pmd(vmf, page);
3459                 if (!ret) {
3460                         /* The page is mapped successfully, reference consumed. */
3461                         folio_unlock(folio);
3462                         return true;
3463                 }
3464         }
3465
3466         if (pmd_none(*vmf->pmd) && vmf->prealloc_pte)
3467                 pmd_install(mm, vmf->pmd, &vmf->prealloc_pte);
3468
3469         return false;
3470 }
3471
3472 static struct folio *next_uptodate_folio(struct xa_state *xas,
3473                 struct address_space *mapping, pgoff_t end_pgoff)
3474 {
3475         struct folio *folio = xas_next_entry(xas, end_pgoff);
3476         unsigned long max_idx;
3477
3478         do {
3479                 if (!folio)
3480                         return NULL;
3481                 if (xas_retry(xas, folio))
3482                         continue;
3483                 if (xa_is_value(folio))
3484                         continue;
3485                 if (folio_test_locked(folio))
3486                         continue;
3487                 if (!folio_try_get(folio))
3488                         continue;
3489                 /* Has the page moved or been split? */
3490                 if (unlikely(folio != xas_reload(xas)))
3491                         goto skip;
3492                 if (!folio_test_uptodate(folio) || folio_test_readahead(folio))
3493                         goto skip;
3494                 if (!folio_trylock(folio))
3495                         goto skip;
3496                 if (folio->mapping != mapping)
3497                         goto unlock;
3498                 if (!folio_test_uptodate(folio))
3499                         goto unlock;
3500                 max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(mapping->host), PAGE_SIZE);
3501                 if (xas->xa_index >= max_idx)
3502                         goto unlock;
3503                 return folio;
3504 unlock:
3505                 folio_unlock(folio);
3506 skip:
3507                 folio_put(folio);
3508         } while ((folio = xas_next_entry(xas, end_pgoff)) != NULL);
3509
3510         return NULL;
3511 }
3512
3513 /*
3514  * Map page range [start_page, start_page + nr_pages) of folio.
3515  * start_page is gotten from start by folio_page(folio, start)
3516  */
3517 static vm_fault_t filemap_map_folio_range(struct vm_fault *vmf,
3518                         struct folio *folio, unsigned long start,
3519                         unsigned long addr, unsigned int nr_pages,
3520                         unsigned long *rss, unsigned int *mmap_miss)
3521 {
3522         vm_fault_t ret = 0;
3523         struct page *page = folio_page(folio, start);
3524         unsigned int count = 0;
3525         pte_t *old_ptep = vmf->pte;
3526
3527         do {
3528                 if (PageHWPoison(page + count))
3529                         goto skip;
3530
3531                 /*
3532                  * If there are too many folios that are recently evicted
3533                  * in a file, they will probably continue to be evicted.
3534                  * In such situation, read-ahead is only a waste of IO.
3535                  * Don't decrease mmap_miss in this scenario to make sure
3536                  * we can stop read-ahead.
3537                  */
3538                 if (!folio_test_workingset(folio))
3539                         (*mmap_miss)++;
3540
3541                 /*
3542                  * NOTE: If there're PTE markers, we'll leave them to be
3543                  * handled in the specific fault path, and it'll prohibit the
3544                  * fault-around logic.
3545                  */
3546                 if (!pte_none(ptep_get(&vmf->pte[count])))
3547                         goto skip;
3548
3549                 count++;
3550                 continue;
3551 skip:
3552                 if (count) {
3553                         set_pte_range(vmf, folio, page, count, addr);
3554                         *rss += count;
3555                         folio_ref_add(folio, count);
3556                         if (in_range(vmf->address, addr, count * PAGE_SIZE))
3557                                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3558                 }
3559
3560                 count++;
3561                 page += count;
3562                 vmf->pte += count;
3563                 addr += count * PAGE_SIZE;
3564                 count = 0;
3565         } while (--nr_pages > 0);
3566
3567         if (count) {
3568                 set_pte_range(vmf, folio, page, count, addr);
3569                 *rss += count;
3570                 folio_ref_add(folio, count);
3571                 if (in_range(vmf->address, addr, count * PAGE_SIZE))
3572                         ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3573         }
3574
3575         vmf->pte = old_ptep;
3576
3577         return ret;
3578 }
3579
3580 static vm_fault_t filemap_map_order0_folio(struct vm_fault *vmf,
3581                 struct folio *folio, unsigned long addr,
3582                 unsigned long *rss, unsigned int *mmap_miss)
3583 {
3584         vm_fault_t ret = 0;
3585         struct page *page = &folio->page;
3586
3587         if (PageHWPoison(page))
3588                 return ret;
3589
3590         /* See comment of filemap_map_folio_range() */
3591         if (!folio_test_workingset(folio))
3592                 (*mmap_miss)++;
3593
3594         /*
3595          * NOTE: If there're PTE markers, we'll leave them to be
3596          * handled in the specific fault path, and it'll prohibit
3597          * the fault-around logic.
3598          */
3599         if (!pte_none(ptep_get(vmf->pte)))
3600                 return ret;
3601
3602         if (vmf->address == addr)
3603                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3604
3605         set_pte_range(vmf, folio, page, 1, addr);
3606         (*rss)++;
3607         folio_ref_inc(folio);
3608
3609         return ret;
3610 }
3611
3612 vm_fault_t filemap_map_pages(struct vm_fault *vmf,
3613                              pgoff_t start_pgoff, pgoff_t end_pgoff)
3614 {
3615         struct vm_area_struct *vma = vmf->vma;
3616         struct file *file = vma->vm_file;
3617         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3618         pgoff_t file_end, last_pgoff = start_pgoff;
3619         unsigned long addr;
3620         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_pgoff);
3621         struct folio *folio;
3622         vm_fault_t ret = 0;
3623         unsigned long rss = 0;
3624         unsigned int nr_pages = 0, mmap_miss = 0, mmap_miss_saved, folio_type;
3625
3626         rcu_read_lock();
3627         folio = next_uptodate_folio(&xas, mapping, end_pgoff);
3628         if (!folio)
3629                 goto out;
3630
3631         if (filemap_map_pmd(vmf, folio, start_pgoff)) {
3632                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3633                 goto out;
3634         }
3635
3636         addr = vma->vm_start + ((start_pgoff - vma->vm_pgoff) << PAGE_SHIFT);
3637         vmf->pte = pte_offset_map_lock(vma->vm_mm, vmf->pmd, addr, &vmf->ptl);
3638         if (!vmf->pte) {
3639                 folio_unlock(folio);
3640                 folio_put(folio);
3641                 goto out;
3642         }
3643
3644         file_end = DIV_ROUND_UP(i_size_read(mapping->host), PAGE_SIZE) - 1;
3645         if (end_pgoff > file_end)
3646                 end_pgoff = file_end;
3647
3648         folio_type = mm_counter_file(folio);
3649         do {
3650                 unsigned long end;
3651
3652                 addr += (xas.xa_index - last_pgoff) << PAGE_SHIFT;
3653                 vmf->pte += xas.xa_index - last_pgoff;
3654                 last_pgoff = xas.xa_index;
3655                 end = folio_next_index(folio) - 1;
3656                 nr_pages = min(end, end_pgoff) - xas.xa_index + 1;
3657
3658                 if (!folio_test_large(folio))
3659                         ret |= filemap_map_order0_folio(vmf,
3660                                         folio, addr, &rss, &mmap_miss);
3661                 else
3662                         ret |= filemap_map_folio_range(vmf, folio,
3663                                         xas.xa_index - folio->index, addr,
3664                                         nr_pages, &rss, &mmap_miss);
3665
3666                 folio_unlock(folio);
3667                 folio_put(folio);
3668         } while ((folio = next_uptodate_folio(&xas, mapping, end_pgoff)) != NULL);
3669         add_mm_counter(vma->vm_mm, folio_type, rss);
3670         pte_unmap_unlock(vmf->pte, vmf->ptl);
3671 out:
3672         rcu_read_unlock();
3673
3674         mmap_miss_saved = READ_ONCE(file->f_ra.mmap_miss);
3675         if (mmap_miss >= mmap_miss_saved)
3676                 WRITE_ONCE(file->f_ra.mmap_miss, 0);
3677         else
3678                 WRITE_ONCE(file->f_ra.mmap_miss, mmap_miss_saved - mmap_miss);
3679
3680         return ret;
3681 }
3682 EXPORT_SYMBOL(filemap_map_pages);
3683
3684 vm_fault_t filemap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf)
3685 {
3686         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
3687         struct folio *folio = page_folio(vmf->page);
3688         vm_fault_t ret = VM_FAULT_LOCKED;
3689
3690         sb_start_pagefault(mapping->host->i_sb);
3691         file_update_time(vmf->vma->vm_file);
3692         folio_lock(folio);
3693         if (folio->mapping != mapping) {
3694                 folio_unlock(folio);
3695                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3696                 goto out;
3697         }
3698         /*
3699          * We mark the folio dirty already here so that when freeze is in
3700          * progress, we are guaranteed that writeback during freezing will
3701          * see the dirty folio and writeprotect it again.
3702          */
3703         folio_mark_dirty(folio);
3704         folio_wait_stable(folio);
3705 out:
3706         sb_end_pagefault(mapping->host->i_sb);
3707         return ret;
3708 }
3709
3710 const struct vm_operations_struct generic_file_vm_ops = {
3711         .fault          = filemap_fault,
3712         .map_pages      = filemap_map_pages,
3713         .page_mkwrite   = filemap_page_mkwrite,
3714 };
3715
3716 /* This is used for a general mmap of a disk file */
3717
3718 int generic_file_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3719 {
3720         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3721
3722         if (!mapping->a_ops->read_folio)
3723                 return -ENOEXEC;
3724         file_accessed(file);
3725         vma->vm_ops = &generic_file_vm_ops;
3726         return 0;
3727 }
3728
3729 /*
3730  * This is for filesystems which do not implement ->writepage.
3731  */
3732 int generic_file_readonly_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3733 {
3734         if (vma_is_shared_maywrite(vma))
3735                 return -EINVAL;
3736         return generic_file_mmap(file, vma);
3737 }
3738 #else
3739 vm_fault_t filemap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf)
3740 {
3741         return VM_FAULT_SIGBUS;
3742 }
3743 int generic_file_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3744 {
3745         return -ENOSYS;
3746 }
3747 int generic_file_readonly_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3748 {
3749         return -ENOSYS;
3750 }
3751 #endif /* CONFIG_MMU */
3752
3753 EXPORT_SYMBOL(filemap_page_mkwrite);
3754 EXPORT_SYMBOL(generic_file_mmap);
3755 EXPORT_SYMBOL(generic_file_readonly_mmap);
3756
3757 static struct folio *do_read_cache_folio(struct address_space *mapping,
3758                 pgoff_t index, filler_t filler, struct file *file, gfp_t gfp)
3759 {
3760         struct folio *folio;
3761         int err;
3762
3763         if (!filler)
3764                 filler = mapping->a_ops->read_folio;
3765 repeat:
3766         folio = filemap_get_folio(mapping, index);
3767         if (IS_ERR(folio)) {
3768                 folio = filemap_alloc_folio(gfp,
3769                                             mapping_min_folio_order(mapping));
3770                 if (!folio)
3771                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
3772                 index = mapping_align_index(mapping, index);
3773                 err = filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp);
3774                 if (unlikely(err)) {
3775                         folio_put(folio);
3776                         if (err == -EEXIST)
3777                                 goto repeat;
3778                         /* Presumably ENOMEM for xarray node */
3779                         return ERR_PTR(err);
3780                 }
3781
3782                 goto filler;
3783         }
3784         if (folio_test_uptodate(folio))
3785                 goto out;
3786
3787         if (!folio_trylock(folio)) {
3788                 folio_put_wait_locked(folio, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
3789                 goto repeat;
3790         }
3791
3792         /* Folio was truncated from mapping */
3793         if (!folio->mapping) {
3794                 folio_unlock(folio);
3795                 folio_put(folio);
3796                 goto repeat;
3797         }
3798
3799         /* Someone else locked and filled the page in a very small window */
3800         if (folio_test_uptodate(folio)) {
3801                 folio_unlock(folio);
3802                 goto out;
3803         }
3804
3805 filler:
3806         err = filemap_read_folio(file, filler, folio);
3807         if (err) {
3808                 folio_put(folio);
3809                 if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
3810                         goto repeat;
3811                 return ERR_PTR(err);
3812         }
3813
3814 out:
3815         folio_mark_accessed(folio);
3816         return folio;
3817 }
3818
3819 /**
3820  * read_cache_folio - Read into page cache, fill it if needed.
3821  * @mapping: The address_space to read from.
3822  * @index: The index to read.
3823  * @filler: Function to perform the read, or NULL to use aops->read_folio().
3824  * @file: Passed to filler function, may be NULL if not required.
3825  *
3826  * Read one page into the page cache.  If it succeeds, the folio returned
3827  * will contain @index, but it may not be the first page of the folio.
3828  *
3829  * If the filler function returns an error, it will be returned to the
3830  * caller.
3831  *
3832  * Context: May sleep.  Expects mapping->invalidate_lock to be held.
3833  * Return: An uptodate folio on success, ERR_PTR() on failure.
3834  */
3835 struct folio *read_cache_folio(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
3836                 filler_t filler, struct file *file)
3837 {
3838         return do_read_cache_folio(mapping, index, filler, file,
3839                         mapping_gfp_mask(mapping));
3840 }
3841 EXPORT_SYMBOL(read_cache_folio);
3842
3843 /**
3844  * mapping_read_folio_gfp - Read into page cache, using specified allocation flags.
3845  * @mapping:    The address_space for the folio.
3846  * @index:      The index that the allocated folio will contain.
3847  * @gfp:        The page allocator flags to use if allocating.
3848  *
3849  * This is the same as "read_cache_folio(mapping, index, NULL, NULL)", but with
3850  * any new memory allocations done using the specified allocation flags.
3851  *
3852  * The most likely error from this function is EIO, but ENOMEM is
3853  * possible and so is EINTR.  If ->read_folio returns another error,
3854  * that will be returned to the caller.
3855  *
3856  * The function expects mapping->invalidate_lock to be already held.
3857  *
3858  * Return: Uptodate folio on success, ERR_PTR() on failure.
3859  */
3860 struct folio *mapping_read_folio_gfp(struct address_space *mapping,
3861                 pgoff_t index, gfp_t gfp)
3862 {
3863         return do_read_cache_folio(mapping, index, NULL, NULL, gfp);
3864 }
3865 EXPORT_SYMBOL(mapping_read_folio_gfp);
3866
3867 static struct page *do_read_cache_page(struct address_space *mapping,
3868                 pgoff_t index, filler_t *filler, struct file *file, gfp_t gfp)
3869 {
3870         struct folio *folio;
3871
3872         folio = do_read_cache_folio(mapping, index, filler, file, gfp);
3873         if (IS_ERR(folio))
3874                 return &folio->page;
3875         return folio_file_page(folio, index);
3876 }
3877
3878 struct page *read_cache_page(struct address_space *mapping,
3879                         pgoff_t index, filler_t *filler, struct file *file)
3880 {
3881         return do_read_cache_page(mapping, index, filler, file,
3882                         mapping_gfp_mask(mapping));
3883 }
3884 EXPORT_SYMBOL(read_cache_page);
3885
3886 /**
3887  * read_cache_page_gfp - read into page cache, using specified page allocation flags.
3888  * @mapping:    the page's address_space
3889  * @index:      the page index
3890  * @gfp:        the page allocator flags to use if allocating
3891  *
3892  * This is the same as "read_mapping_page(mapping, index, NULL)", but with
3893  * any new page allocations done using the specified allocation flags.
3894  *
3895  * If the page does not get brought uptodate, return -EIO.
3896  *
3897  * The function expects mapping->invalidate_lock to be already held.
3898  *
3899  * Return: up to date page on success, ERR_PTR() on failure.
3900  */
3901 struct page *read_cache_page_gfp(struct address_space *mapping,
3902                                 pgoff_t index,
3903                                 gfp_t gfp)
3904 {
3905         return do_read_cache_page(mapping, index, NULL, NULL, gfp);
3906 }
3907 EXPORT_SYMBOL(read_cache_page_gfp);
3908
3909 /*
3910  * Warn about a page cache invalidation failure during a direct I/O write.
3911  */
3912 static void dio_warn_stale_pagecache(struct file *filp)
3913 {
3914         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(_rs, 86400 * HZ, DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3915         char pathname[128];
3916         char *path;
3917
3918         errseq_set(&filp->f_mapping->wb_err, -EIO);
3919         if (__ratelimit(&_rs)) {
3920                 path = file_path(filp, pathname, sizeof(pathname));
3921                 if (IS_ERR(path))
3922                         path = "(unknown)";
3923                 pr_crit("Page cache invalidation failure on direct I/O.  Possible data corruption due to collision with buffered I/O!\n");
3924                 pr_crit("File: %s PID: %d Comm: %.20s\n", path, current->pid,
3925                         current->comm);
3926         }
3927 }
3928
3929 void kiocb_invalidate_post_direct_write(struct kiocb *iocb, size_t count)
3930 {
3931         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
3932
3933         if (mapping->nrpages &&
3934             invalidate_inode_pages2_range(mapping,
3935                         iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT,
3936                         (iocb->ki_pos + count - 1) >> PAGE_SHIFT))
3937                 dio_warn_stale_pagecache(iocb->ki_filp);
3938 }
3939
3940 ssize_t
3941 generic_file_direct_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
3942 {
3943         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
3944         size_t write_len = iov_iter_count(from);
3945         ssize_t written;
3946
3947         /*
3948          * If a page can not be invalidated, return 0 to fall back
3949          * to buffered write.
3950          */
3951         written = kiocb_invalidate_pages(iocb, write_len);
3952         if (written) {
3953                 if (written == -EBUSY)
3954                         return 0;
3955                 return written;
3956         }
3957
3958         written = mapping->a_ops->direct_IO(iocb, from);
3959
3960         /*
3961          * Finally, try again to invalidate clean pages which might have been
3962          * cached by non-direct readahead, or faulted in by get_user_pages()
3963          * if the source of the write was an mmap'ed region of the file
3964          * we're writing.  Either one is a pretty crazy thing to do,
3965          * so we don't support it 100%.  If this invalidation
3966          * fails, tough, the write still worked...
3967          *
3968          * Most of the time we do not need this since dio_complete() will do
3969          * the invalidation for us. However there are some file systems that
3970          * do not end up with dio_complete() being called, so let's not break
3971          * them by removing it completely.
3972          *
3973          * Noticeable example is a blkdev_direct_IO().
3974          *
3975          * Skip invalidation for async writes or if mapping has no pages.
3976          */
3977         if (written > 0) {
3978                 struct inode *inode = mapping->host;
3979                 loff_t pos = iocb->ki_pos;
3980
3981                 kiocb_invalidate_post_direct_write(iocb, written);
3982                 pos += written;
3983                 write_len -= written;
3984                 if (pos > i_size_read(inode) && !S_ISBLK(inode->i_mode)) {
3985                         i_size_write(inode, pos);
3986                         mark_inode_dirty(inode);
3987                 }
3988                 iocb->ki_pos = pos;
3989         }
3990         if (written != -EIOCBQUEUED)
3991                 iov_iter_revert(from, write_len - iov_iter_count(from));
3992         return written;
3993 }
3994 EXPORT_SYMBOL(generic_file_direct_write);
3995
3996 ssize_t generic_perform_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *i)
3997 {
3998         struct file *file = iocb->ki_filp;
3999         loff_t pos = iocb->ki_pos;
4000         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
4001         const struct address_space_operations *a_ops = mapping->a_ops;
4002         size_t chunk = mapping_max_folio_size(mapping);
4003         long status = 0;
4004         ssize_t written = 0;
4005
4006         do {
4007                 struct folio *folio;
4008                 size_t offset;          /* Offset into folio */
4009                 size_t bytes;           /* Bytes to write to folio */
4010                 size_t copied;          /* Bytes copied from user */
4011                 void *fsdata = NULL;
4012
4013                 bytes = iov_iter_count(i);
4014 retry:
4015                 offset = pos & (chunk - 1);
4016                 bytes = min(chunk - offset, bytes);
4017                 balance_dirty_pages_ratelimited(mapping);
4018
4019                 /*
4020                  * Bring in the user page that we will copy from _first_.
4021                  * Otherwise there's a nasty deadlock on copying from the
4022                  * same page as we're writing to, without it being marked
4023                  * up-to-date.
4024                  */
4025                 if (unlikely(fault_in_iov_iter_readable(i, bytes) == bytes)) {
4026                         status = -EFAULT;
4027                         break;
4028                 }
4029
4030                 if (fatal_signal_pending(current)) {
4031                         status = -EINTR;
4032                         break;
4033                 }
4034
4035                 status = a_ops->write_begin(file, mapping, pos, bytes,
4036                                                 &folio, &fsdata);
4037                 if (unlikely(status < 0))
4038                         break;
4039
4040                 offset = offset_in_folio(folio, pos);
4041                 if (bytes > folio_size(folio) - offset)
4042                         bytes = folio_size(folio) - offset;
4043
4044                 if (mapping_writably_mapped(mapping))
4045                         flush_dcache_folio(folio);
4046
4047                 copied = copy_folio_from_iter_atomic(folio, offset, bytes, i);
4048                 flush_dcache_folio(folio);
4049
4050                 status = a_ops->write_end(file, mapping, pos, bytes, copied,
4051                                                 folio, fsdata);
4052                 if (unlikely(status != copied)) {
4053                         iov_iter_revert(i, copied - max(status, 0L));
4054                         if (unlikely(status < 0))
4055                                 break;
4056                 }
4057                 cond_resched();
4058
4059                 if (unlikely(status == 0)) {
4060                         /*
4061                          * A short copy made ->write_end() reject the
4062                          * thing entirely.  Might be memory poisoning
4063                          * halfway through, might be a race with munmap,
4064                          * might be severe memory pressure.
4065                          */
4066                         if (chunk > PAGE_SIZE)
4067                                 chunk /= 2;
4068                         if (copied) {
4069                                 bytes = copied;
4070                                 goto retry;
4071                         }
4072                 } else {
4073                         pos += status;
4074                         written += status;
4075                 }
4076         } while (iov_iter_count(i));
4077
4078         if (!written)
4079                 return status;
4080         iocb->ki_pos += written;
4081         return written;
4082 }
4083 EXPORT_SYMBOL(generic_perform_write);
4084
4085 /**
4086  * __generic_file_write_iter - write data to a file
4087  * @iocb:       IO state structure (file, offset, etc.)
4088  * @from:       iov_iter with data to write
4089  *
4090  * This function does all the work needed for actually writing data to a
4091  * file. It does all basic checks, removes SUID from the file, updates
4092  * modification times and calls proper subroutines depending on whether we
4093  * do direct IO or a standard buffered write.
4094  *
4095  * It expects i_rwsem to be grabbed unless we work on a block device or similar
4096  * object which does not need locking at all.
4097  *
4098  * This function does *not* take care of syncing data in case of O_SYNC write.
4099  * A caller has to handle it. This is mainly due to the fact that we want to
4100  * avoid syncing under i_rwsem.
4101  *
4102  * Return:
4103  * * number of bytes written, even for truncated writes
4104  * * negative error code if no data has been written at all
4105  */
4106 ssize_t __generic_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
4107 {
4108         struct file *file = iocb->ki_filp;
4109         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
4110         struct inode *inode = mapping->host;
4111         ssize_t ret;
4112
4113         ret = file_remove_privs(file);
4114         if (ret)
4115                 return ret;
4116
4117         ret = file_update_time(file);
4118         if (ret)
4119                 return ret;
4120
4121         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
4122                 ret = generic_file_direct_write(iocb, from);
4123                 /*
4124                  * If the write stopped short of completing, fall back to
4125                  * buffered writes.  Some filesystems do this for writes to
4126                  * holes, for example.  For DAX files, a buffered write will
4127                  * not succeed (even if it did, DAX does not handle dirty
4128                  * page-cache pages correctly).
4129                  */
4130                 if (ret < 0 || !iov_iter_count(from) || IS_DAX(inode))
4131                         return ret;
4132                 return direct_write_fallback(iocb, from, ret,
4133                                 generic_perform_write(iocb, from));
4134         }
4135
4136         return generic_perform_write(iocb, from);
4137 }
4138 EXPORT_SYMBOL(__generic_file_write_iter);
4139
4140 /**
4141  * generic_file_write_iter - write data to a file
4142  * @iocb:       IO state structure
4143  * @from:       iov_iter with data to write
4144  *
4145  * This is a wrapper around __generic_file_write_iter() to be used by most
4146  * filesystems. It takes care of syncing the file in case of O_SYNC file
4147  * and acquires i_rwsem as needed.
4148  * Return:
4149  * * negative error code if no data has been written at all of
4150  *   vfs_fsync_range() failed for a synchronous write
4151  * * number of bytes written, even for truncated writes
4152  */
4153 ssize_t generic_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
4154 {
4155         struct file *file = iocb->ki_filp;
4156         struct inode *inode = file->f_mapping->host;
4157         ssize_t ret;
4158
4159         inode_lock(inode);
4160         ret = generic_write_checks(iocb, from);
4161         if (ret > 0)
4162                 ret = __generic_file_write_iter(iocb, from);
4163         inode_unlock(inode);
4164
4165         if (ret > 0)
4166                 ret = generic_write_sync(iocb, ret);
4167         return ret;
4168 }
4169 EXPORT_SYMBOL(generic_file_write_iter);
4170
4171 /**
4172  * filemap_release_folio() - Release fs-specific metadata on a folio.
4173  * @folio: The folio which the kernel is trying to free.
4174  * @gfp: Memory allocation flags (and I/O mode).
4175  *
4176  * The address_space is trying to release any data attached to a folio
4177  * (presumably at folio->private).
4178  *
4179  * This will also be called if the private_2 flag is set on a page,
4180  * indicating that the folio has other metadata associated with it.
4181  *
4182  * The @gfp argument specifies whether I/O may be performed to release
4183  * this page (__GFP_IO), and whether the call may block
4184  * (__GFP_RECLAIM & __GFP_FS).
4185  *
4186  * Return: %true if the release was successful, otherwise %false.
4187  */
4188 bool filemap_release_folio(struct folio *folio, gfp_t gfp)
4189 {
4190         struct address_space * const mapping = folio->mapping;
4191
4192         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
4193         if (!folio_needs_release(folio))
4194                 return true;
4195         if (folio_test_writeback(folio))
4196                 return false;
4197
4198         if (mapping && mapping->a_ops->release_folio)
4199                 return mapping->a_ops->release_folio(folio, gfp);
4200         return try_to_free_buffers(folio);
4201 }
4202 EXPORT_SYMBOL(filemap_release_folio);
4203
4204 /**
4205  * filemap_invalidate_inode - Invalidate/forcibly write back a range of an inode's pagecache
4206  * @inode: The inode to flush
4207  * @flush: Set to write back rather than simply invalidate.
4208  * @start: First byte to in range.
4209  * @end: Last byte in range (inclusive), or LLONG_MAX for everything from start
4210  *       onwards.
4211  *
4212  * Invalidate all the folios on an inode that contribute to the specified
4213  * range, possibly writing them back first.  Whilst the operation is
4214  * undertaken, the invalidate lock is held to prevent new folios from being
4215  * installed.
4216  */
4217 int filemap_invalidate_inode(struct inode *inode, bool flush,
4218                              loff_t start, loff_t end)
4219 {
4220         struct address_space *mapping = inode->i_mapping;
4221         pgoff_t first = start >> PAGE_SHIFT;
4222         pgoff_t last = end >> PAGE_SHIFT;
4223         pgoff_t nr = end == LLONG_MAX ? ULONG_MAX : last - first + 1;
4224
4225         if (!mapping || !mapping->nrpages || end < start)
4226                 goto out;
4227
4228         /* Prevent new folios from being added to the inode. */
4229         filemap_invalidate_lock(mapping);
4230
4231         if (!mapping->nrpages)
4232                 goto unlock;
4233
4234         unmap_mapping_pages(mapping, first, nr, false);
4235
4236         /* Write back the data if we're asked to. */
4237         if (flush) {
4238                 struct writeback_control wbc = {
4239                         .sync_mode      = WB_SYNC_ALL,
4240                         .nr_to_write    = LONG_MAX,
4241                         .range_start    = start,
4242                         .range_end      = end,
4243                 };
4244
4245                 filemap_fdatawrite_wbc(mapping, &wbc);
4246         }
4247
4248         /* Wait for writeback to complete on all folios and discard. */
4249         invalidate_inode_pages2_range(mapping, start / PAGE_SIZE, end / PAGE_SIZE);
4250
4251 unlock:
4252         filemap_invalidate_unlock(mapping);
4253 out:
4254         return filemap_check_errors(mapping);
4255 }
4256 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_invalidate_inode);
4257
4258 #ifdef CONFIG_CACHESTAT_SYSCALL
4259 /**
4260  * filemap_cachestat() - compute the page cache statistics of a mapping
4261  * @mapping:    The mapping to compute the statistics for.
4262  * @first_index:        The starting page cache index.
4263  * @last_index: The final page index (inclusive).
4264  * @cs: the cachestat struct to write the result to.
4265  *
4266  * This will query the page cache statistics of a mapping in the
4267  * page range of [first_index, last_index] (inclusive). The statistics
4268  * queried include: number of dirty pages, number of pages marked for
4269  * writeback, and the number of (recently) evicted pages.
4270  */
4271 static void filemap_cachestat(struct address_space *mapping,
4272                 pgoff_t first_index, pgoff_t last_index, struct cachestat *cs)
4273 {
4274         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, first_index);
4275         struct folio *folio;
4276
4277         /* Flush stats (and potentially sleep) outside the RCU read section. */
4278         mem_cgroup_flush_stats_ratelimited(NULL);
4279
4280         rcu_read_lock();
4281         xas_for_each(&xas, folio, last_index) {
4282                 int order;
4283                 unsigned long nr_pages;
4284                 pgoff_t folio_first_index, folio_last_index;
4285
4286                 /*
4287                  * Don't deref the folio. It is not pinned, and might
4288                  * get freed (and reused) underneath us.
4289                  *
4290                  * We *could* pin it, but that would be expensive for
4291                  * what should be a fast and lightweight syscall.
4292                  *
4293                  * Instead, derive all information of interest from
4294                  * the rcu-protected xarray.
4295                  */
4296
4297                 if (xas_retry(&xas, folio))
4298                         continue;
4299
4300                 order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
4301                 nr_pages = 1 << order;
4302                 folio_first_index = round_down(xas.xa_index, 1 << order);
4303                 folio_last_index = folio_first_index + nr_pages - 1;
4304
4305                 /* Folios might straddle the range boundaries, only count covered pages */
4306                 if (folio_first_index < first_index)
4307                         nr_pages -= first_index - folio_first_index;
4308
4309                 if (folio_last_index > last_index)
4310                         nr_pages -= folio_last_index - last_index;
4311
4312                 if (xa_is_value(folio)) {
4313                         /* page is evicted */
4314                         void *shadow = (void *)folio;
4315                         bool workingset; /* not used */
4316
4317                         cs->nr_evicted += nr_pages;
4318
4319 #ifdef CONFIG_SWAP /* implies CONFIG_MMU */
4320                         if (shmem_mapping(mapping)) {
4321                                 /* shmem file - in swap cache */
4322                                 swp_entry_t swp = radix_to_swp_entry(folio);
4323
4324                                 /* swapin error results in poisoned entry */
4325                                 if (non_swap_entry(swp))
4326                                         goto resched;
4327
4328                                 /*
4329                                  * Getting a swap entry from the shmem
4330                                  * inode means we beat
4331                                  * shmem_unuse(). rcu_read_lock()
4332                                  * ensures swapoff waits for us before
4333                                  * freeing the swapper space. However,
4334                                  * we can race with swapping and
4335                                  * invalidation, so there might not be
4336                                  * a shadow in the swapcache (yet).
4337                                  */
4338                                 shadow = get_shadow_from_swap_cache(swp);
4339                                 if (!shadow)
4340                                         goto resched;
4341                         }
4342 #endif
4343                         if (workingset_test_recent(shadow, true, &workingset, false))
4344                                 cs->nr_recently_evicted += nr_pages;
4345
4346                         goto resched;
4347                 }
4348
4349                 /* page is in cache */
4350                 cs->nr_cache += nr_pages;
4351
4352                 if (xas_get_mark(&xas, PAGECACHE_TAG_DIRTY))
4353                         cs->nr_dirty += nr_pages;
4354
4355                 if (xas_get_mark(&xas, PAGECACHE_TAG_WRITEBACK))
4356                         cs->nr_writeback += nr_pages;
4357
4358 resched:
4359                 if (need_resched()) {
4360                         xas_pause(&xas);
4361                         cond_resched_rcu();
4362                 }
4363         }
4364         rcu_read_unlock();
4365 }
4366
4367 /*
4368  * The cachestat(2) system call.
4369  *
4370  * cachestat() returns the page cache statistics of a file in the
4371  * bytes range specified by `off` and `len`: number of cached pages,
4372  * number of dirty pages, number of pages marked for writeback,
4373  * number of evicted pages, and number of recently evicted pages.
4374  *
4375  * An evicted page is a page that is previously in the page cache
4376  * but has been evicted since. A page is recently evicted if its last
4377  * eviction was recent enough that its reentry to the cache would
4378  * indicate that it is actively being used by the system, and that
4379  * there is memory pressure on the system.
4380  *
4381  * `off` and `len` must be non-negative integers. If `len` > 0,
4382  * the queried range is [`off`, `off` + `len`]. If `len` == 0,
4383  * we will query in the range from `off` to the end of the file.
4384  *
4385  * The `flags` argument is unused for now, but is included for future
4386  * extensibility. User should pass 0 (i.e no flag specified).
4387  *
4388  * Currently, hugetlbfs is not supported.
4389  *
4390  * Because the status of a page can change after cachestat() checks it
4391  * but before it returns to the application, the returned values may
4392  * contain stale information.
4393  *
4394  * return values:
4395  *  zero        - success
4396  *  -EFAULT     - cstat or cstat_range points to an illegal address
4397  *  -EINVAL     - invalid flags
4398  *  -EBADF      - invalid file descriptor
4399  *  -EOPNOTSUPP - file descriptor is of a hugetlbfs file
4400  */
4401 SYSCALL_DEFINE4(cachestat, unsigned int, fd,
4402                 struct cachestat_range __user *, cstat_range,
4403                 struct cachestat __user *, cstat, unsigned int, flags)
4404 {
4405         struct fd f = fdget(fd);
4406         struct address_space *mapping;
4407         struct cachestat_range csr;
4408         struct cachestat cs;
4409         pgoff_t first_index, last_index;
4410
4411         if (!f.file)
4412                 return -EBADF;
4413
4414         if (copy_from_user(&csr, cstat_range,
4415                         sizeof(struct cachestat_range))) {
4416                 fdput(f);
4417                 return -EFAULT;
4418         }
4419
4420         /* hugetlbfs is not supported */
4421         if (is_file_hugepages(f.file)) {
4422                 fdput(f);
4423                 return -EOPNOTSUPP;
4424         }
4425
4426         if (flags != 0) {
4427                 fdput(f);
4428                 return -EINVAL;
4429         }
4430
4431         first_index = csr.off >> PAGE_SHIFT;
4432         last_index =
4433                 csr.len == 0 ? ULONG_MAX : (csr.off + csr.len - 1) >> PAGE_SHIFT;
4434         memset(&cs, 0, sizeof(struct cachestat));
4435         mapping = f.file->f_mapping;
4436         filemap_cachestat(mapping, first_index, last_index, &cs);
4437         fdput(f);
4438
4439         if (copy_to_user(cstat, &cs, sizeof(struct cachestat)))
4440                 return -EFAULT;
4441
4442         return 0;
4443 }
4444 #endif /* CONFIG_CACHESTAT_SYSCALL */