0bc4d140fc07fb28d9b1841aa09010c16a374f5b
[linux-2.6-block.git] / mm / gup.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 #include <linux/kernel.h>
3 #include <linux/errno.h>
4 #include <linux/err.h>
5 #include <linux/spinlock.h>
6
7 #include <linux/mm.h>
8 #include <linux/memfd.h>
9 #include <linux/memremap.h>
10 #include <linux/pagemap.h>
11 #include <linux/rmap.h>
12 #include <linux/swap.h>
13 #include <linux/swapops.h>
14 #include <linux/secretmem.h>
15
16 #include <linux/sched/signal.h>
17 #include <linux/rwsem.h>
18 #include <linux/hugetlb.h>
19 #include <linux/migrate.h>
20 #include <linux/mm_inline.h>
21 #include <linux/pagevec.h>
22 #include <linux/sched/mm.h>
23 #include <linux/shmem_fs.h>
24
25 #include <asm/mmu_context.h>
26 #include <asm/tlbflush.h>
27
28 #include "internal.h"
29 #include "swap.h"
30
31 struct follow_page_context {
32         struct dev_pagemap *pgmap;
33         unsigned int page_mask;
34 };
35
36 static inline void sanity_check_pinned_pages(struct page **pages,
37                                              unsigned long npages)
38 {
39         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM))
40                 return;
41
42         /*
43          * We only pin anonymous pages if they are exclusive. Once pinned, we
44          * can no longer turn them possibly shared and PageAnonExclusive() will
45          * stick around until the page is freed.
46          *
47          * We'd like to verify that our pinned anonymous pages are still mapped
48          * exclusively. The issue with anon THP is that we don't know how
49          * they are/were mapped when pinning them. However, for anon
50          * THP we can assume that either the given page (PTE-mapped THP) or
51          * the head page (PMD-mapped THP) should be PageAnonExclusive(). If
52          * neither is the case, there is certainly something wrong.
53          */
54         for (; npages; npages--, pages++) {
55                 struct page *page = *pages;
56                 struct folio *folio;
57
58                 if (!page)
59                         continue;
60
61                 folio = page_folio(page);
62
63                 if (is_zero_page(page) ||
64                     !folio_test_anon(folio))
65                         continue;
66                 if (!folio_test_large(folio) || folio_test_hugetlb(folio))
67                         VM_WARN_ON_ONCE_FOLIO(!PageAnonExclusive(&folio->page), folio);
68                 else
69                         /* Either a PTE-mapped or a PMD-mapped THP. */
70                         VM_WARN_ON_ONCE_PAGE(!PageAnonExclusive(&folio->page) &&
71                                              !PageAnonExclusive(page), page);
72         }
73 }
74
75 /*
76  * Return the folio with ref appropriately incremented,
77  * or NULL if that failed.
78  */
79 static inline struct folio *try_get_folio(struct page *page, int refs)
80 {
81         struct folio *folio;
82
83 retry:
84         folio = page_folio(page);
85         if (WARN_ON_ONCE(folio_ref_count(folio) < 0))
86                 return NULL;
87         if (unlikely(!folio_ref_try_add(folio, refs)))
88                 return NULL;
89
90         /*
91          * At this point we have a stable reference to the folio; but it
92          * could be that between calling page_folio() and the refcount
93          * increment, the folio was split, in which case we'd end up
94          * holding a reference on a folio that has nothing to do with the page
95          * we were given anymore.
96          * So now that the folio is stable, recheck that the page still
97          * belongs to this folio.
98          */
99         if (unlikely(page_folio(page) != folio)) {
100                 folio_put_refs(folio, refs);
101                 goto retry;
102         }
103
104         return folio;
105 }
106
107 static void gup_put_folio(struct folio *folio, int refs, unsigned int flags)
108 {
109         if (flags & FOLL_PIN) {
110                 if (is_zero_folio(folio))
111                         return;
112                 node_stat_mod_folio(folio, NR_FOLL_PIN_RELEASED, refs);
113                 if (folio_has_pincount(folio))
114                         atomic_sub(refs, &folio->_pincount);
115                 else
116                         refs *= GUP_PIN_COUNTING_BIAS;
117         }
118
119         folio_put_refs(folio, refs);
120 }
121
122 /**
123  * try_grab_folio() - add a folio's refcount by a flag-dependent amount
124  * @folio:    pointer to folio to be grabbed
125  * @refs:     the value to (effectively) add to the folio's refcount
126  * @flags:    gup flags: these are the FOLL_* flag values
127  *
128  * This might not do anything at all, depending on the flags argument.
129  *
130  * "grab" names in this file mean, "look at flags to decide whether to use
131  * FOLL_PIN or FOLL_GET behavior, when incrementing the folio's refcount.
132  *
133  * Either FOLL_PIN or FOLL_GET (or neither) may be set, but not both at the same
134  * time.
135  *
136  * Return: 0 for success, or if no action was required (if neither FOLL_PIN
137  * nor FOLL_GET was set, nothing is done). A negative error code for failure:
138  *
139  *   -ENOMEM            FOLL_GET or FOLL_PIN was set, but the folio could not
140  *                      be grabbed.
141  *
142  * It is called when we have a stable reference for the folio, typically in
143  * GUP slow path.
144  */
145 int __must_check try_grab_folio(struct folio *folio, int refs,
146                                 unsigned int flags)
147 {
148         if (WARN_ON_ONCE(folio_ref_count(folio) <= 0))
149                 return -ENOMEM;
150
151         if (unlikely(!(flags & FOLL_PCI_P2PDMA) && is_pci_p2pdma_page(&folio->page)))
152                 return -EREMOTEIO;
153
154         if (flags & FOLL_GET)
155                 folio_ref_add(folio, refs);
156         else if (flags & FOLL_PIN) {
157                 /*
158                  * Don't take a pin on the zero page - it's not going anywhere
159                  * and it is used in a *lot* of places.
160                  */
161                 if (is_zero_folio(folio))
162                         return 0;
163
164                 /*
165                  * Increment the normal page refcount field at least once,
166                  * so that the page really is pinned.
167                  */
168                 if (folio_has_pincount(folio)) {
169                         folio_ref_add(folio, refs);
170                         atomic_add(refs, &folio->_pincount);
171                 } else {
172                         folio_ref_add(folio, refs * GUP_PIN_COUNTING_BIAS);
173                 }
174
175                 node_stat_mod_folio(folio, NR_FOLL_PIN_ACQUIRED, refs);
176         }
177
178         return 0;
179 }
180
181 /**
182  * unpin_user_page() - release a dma-pinned page
183  * @page:            pointer to page to be released
184  *
185  * Pages that were pinned via pin_user_pages*() must be released via either
186  * unpin_user_page(), or one of the unpin_user_pages*() routines. This is so
187  * that such pages can be separately tracked and uniquely handled. In
188  * particular, interactions with RDMA and filesystems need special handling.
189  */
190 void unpin_user_page(struct page *page)
191 {
192         sanity_check_pinned_pages(&page, 1);
193         gup_put_folio(page_folio(page), 1, FOLL_PIN);
194 }
195 EXPORT_SYMBOL(unpin_user_page);
196
197 /**
198  * unpin_folio() - release a dma-pinned folio
199  * @folio:         pointer to folio to be released
200  *
201  * Folios that were pinned via memfd_pin_folios() or other similar routines
202  * must be released either using unpin_folio() or unpin_folios().
203  */
204 void unpin_folio(struct folio *folio)
205 {
206         gup_put_folio(folio, 1, FOLL_PIN);
207 }
208 EXPORT_SYMBOL_GPL(unpin_folio);
209
210 /**
211  * folio_add_pin - Try to get an additional pin on a pinned folio
212  * @folio: The folio to be pinned
213  *
214  * Get an additional pin on a folio we already have a pin on.  Makes no change
215  * if the folio is a zero_page.
216  */
217 void folio_add_pin(struct folio *folio)
218 {
219         if (is_zero_folio(folio))
220                 return;
221
222         /*
223          * Similar to try_grab_folio(): be sure to *also* increment the normal
224          * page refcount field at least once, so that the page really is
225          * pinned.
226          */
227         if (folio_has_pincount(folio)) {
228                 WARN_ON_ONCE(atomic_read(&folio->_pincount) < 1);
229                 folio_ref_inc(folio);
230                 atomic_inc(&folio->_pincount);
231         } else {
232                 WARN_ON_ONCE(folio_ref_count(folio) < GUP_PIN_COUNTING_BIAS);
233                 folio_ref_add(folio, GUP_PIN_COUNTING_BIAS);
234         }
235 }
236
237 static inline struct folio *gup_folio_range_next(struct page *start,
238                 unsigned long npages, unsigned long i, unsigned int *ntails)
239 {
240         struct page *next = nth_page(start, i);
241         struct folio *folio = page_folio(next);
242         unsigned int nr = 1;
243
244         if (folio_test_large(folio))
245                 nr = min_t(unsigned int, npages - i,
246                            folio_nr_pages(folio) - folio_page_idx(folio, next));
247
248         *ntails = nr;
249         return folio;
250 }
251
252 static inline struct folio *gup_folio_next(struct page **list,
253                 unsigned long npages, unsigned long i, unsigned int *ntails)
254 {
255         struct folio *folio = page_folio(list[i]);
256         unsigned int nr;
257
258         for (nr = i + 1; nr < npages; nr++) {
259                 if (page_folio(list[nr]) != folio)
260                         break;
261         }
262
263         *ntails = nr - i;
264         return folio;
265 }
266
267 /**
268  * unpin_user_pages_dirty_lock() - release and optionally dirty gup-pinned pages
269  * @pages:  array of pages to be maybe marked dirty, and definitely released.
270  * @npages: number of pages in the @pages array.
271  * @make_dirty: whether to mark the pages dirty
272  *
273  * "gup-pinned page" refers to a page that has had one of the get_user_pages()
274  * variants called on that page.
275  *
276  * For each page in the @pages array, make that page (or its head page, if a
277  * compound page) dirty, if @make_dirty is true, and if the page was previously
278  * listed as clean. In any case, releases all pages using unpin_user_page(),
279  * possibly via unpin_user_pages(), for the non-dirty case.
280  *
281  * Please see the unpin_user_page() documentation for details.
282  *
283  * set_page_dirty_lock() is used internally. If instead, set_page_dirty() is
284  * required, then the caller should a) verify that this is really correct,
285  * because _lock() is usually required, and b) hand code it:
286  * set_page_dirty_lock(), unpin_user_page().
287  *
288  */
289 void unpin_user_pages_dirty_lock(struct page **pages, unsigned long npages,
290                                  bool make_dirty)
291 {
292         unsigned long i;
293         struct folio *folio;
294         unsigned int nr;
295
296         if (!make_dirty) {
297                 unpin_user_pages(pages, npages);
298                 return;
299         }
300
301         sanity_check_pinned_pages(pages, npages);
302         for (i = 0; i < npages; i += nr) {
303                 folio = gup_folio_next(pages, npages, i, &nr);
304                 /*
305                  * Checking PageDirty at this point may race with
306                  * clear_page_dirty_for_io(), but that's OK. Two key
307                  * cases:
308                  *
309                  * 1) This code sees the page as already dirty, so it
310                  * skips the call to set_page_dirty(). That could happen
311                  * because clear_page_dirty_for_io() called
312                  * folio_mkclean(), followed by set_page_dirty().
313                  * However, now the page is going to get written back,
314                  * which meets the original intention of setting it
315                  * dirty, so all is well: clear_page_dirty_for_io() goes
316                  * on to call TestClearPageDirty(), and write the page
317                  * back.
318                  *
319                  * 2) This code sees the page as clean, so it calls
320                  * set_page_dirty(). The page stays dirty, despite being
321                  * written back, so it gets written back again in the
322                  * next writeback cycle. This is harmless.
323                  */
324                 if (!folio_test_dirty(folio)) {
325                         folio_lock(folio);
326                         folio_mark_dirty(folio);
327                         folio_unlock(folio);
328                 }
329                 gup_put_folio(folio, nr, FOLL_PIN);
330         }
331 }
332 EXPORT_SYMBOL(unpin_user_pages_dirty_lock);
333
334 /**
335  * unpin_user_page_range_dirty_lock() - release and optionally dirty
336  * gup-pinned page range
337  *
338  * @page:  the starting page of a range maybe marked dirty, and definitely released.
339  * @npages: number of consecutive pages to release.
340  * @make_dirty: whether to mark the pages dirty
341  *
342  * "gup-pinned page range" refers to a range of pages that has had one of the
343  * pin_user_pages() variants called on that page.
344  *
345  * For the page ranges defined by [page .. page+npages], make that range (or
346  * its head pages, if a compound page) dirty, if @make_dirty is true, and if the
347  * page range was previously listed as clean.
348  *
349  * set_page_dirty_lock() is used internally. If instead, set_page_dirty() is
350  * required, then the caller should a) verify that this is really correct,
351  * because _lock() is usually required, and b) hand code it:
352  * set_page_dirty_lock(), unpin_user_page().
353  *
354  */
355 void unpin_user_page_range_dirty_lock(struct page *page, unsigned long npages,
356                                       bool make_dirty)
357 {
358         unsigned long i;
359         struct folio *folio;
360         unsigned int nr;
361
362         for (i = 0; i < npages; i += nr) {
363                 folio = gup_folio_range_next(page, npages, i, &nr);
364                 if (make_dirty && !folio_test_dirty(folio)) {
365                         folio_lock(folio);
366                         folio_mark_dirty(folio);
367                         folio_unlock(folio);
368                 }
369                 gup_put_folio(folio, nr, FOLL_PIN);
370         }
371 }
372 EXPORT_SYMBOL(unpin_user_page_range_dirty_lock);
373
374 static void gup_fast_unpin_user_pages(struct page **pages, unsigned long npages)
375 {
376         unsigned long i;
377         struct folio *folio;
378         unsigned int nr;
379
380         /*
381          * Don't perform any sanity checks because we might have raced with
382          * fork() and some anonymous pages might now actually be shared --
383          * which is why we're unpinning after all.
384          */
385         for (i = 0; i < npages; i += nr) {
386                 folio = gup_folio_next(pages, npages, i, &nr);
387                 gup_put_folio(folio, nr, FOLL_PIN);
388         }
389 }
390
391 /**
392  * unpin_user_pages() - release an array of gup-pinned pages.
393  * @pages:  array of pages to be marked dirty and released.
394  * @npages: number of pages in the @pages array.
395  *
396  * For each page in the @pages array, release the page using unpin_user_page().
397  *
398  * Please see the unpin_user_page() documentation for details.
399  */
400 void unpin_user_pages(struct page **pages, unsigned long npages)
401 {
402         unsigned long i;
403         struct folio *folio;
404         unsigned int nr;
405
406         /*
407          * If this WARN_ON() fires, then the system *might* be leaking pages (by
408          * leaving them pinned), but probably not. More likely, gup/pup returned
409          * a hard -ERRNO error to the caller, who erroneously passed it here.
410          */
411         if (WARN_ON(IS_ERR_VALUE(npages)))
412                 return;
413
414         sanity_check_pinned_pages(pages, npages);
415         for (i = 0; i < npages; i += nr) {
416                 if (!pages[i]) {
417                         nr = 1;
418                         continue;
419                 }
420                 folio = gup_folio_next(pages, npages, i, &nr);
421                 gup_put_folio(folio, nr, FOLL_PIN);
422         }
423 }
424 EXPORT_SYMBOL(unpin_user_pages);
425
426 /**
427  * unpin_user_folio() - release pages of a folio
428  * @folio:  pointer to folio to be released
429  * @npages: number of pages of same folio
430  *
431  * Release npages of the folio
432  */
433 void unpin_user_folio(struct folio *folio, unsigned long npages)
434 {
435         gup_put_folio(folio, npages, FOLL_PIN);
436 }
437 EXPORT_SYMBOL(unpin_user_folio);
438
439 /**
440  * unpin_folios() - release an array of gup-pinned folios.
441  * @folios:  array of folios to be marked dirty and released.
442  * @nfolios: number of folios in the @folios array.
443  *
444  * For each folio in the @folios array, release the folio using gup_put_folio.
445  *
446  * Please see the unpin_folio() documentation for details.
447  */
448 void unpin_folios(struct folio **folios, unsigned long nfolios)
449 {
450         unsigned long i = 0, j;
451
452         /*
453          * If this WARN_ON() fires, then the system *might* be leaking folios
454          * (by leaving them pinned), but probably not. More likely, gup/pup
455          * returned a hard -ERRNO error to the caller, who erroneously passed
456          * it here.
457          */
458         if (WARN_ON(IS_ERR_VALUE(nfolios)))
459                 return;
460
461         while (i < nfolios) {
462                 for (j = i + 1; j < nfolios; j++)
463                         if (folios[i] != folios[j])
464                                 break;
465
466                 if (folios[i])
467                         gup_put_folio(folios[i], j - i, FOLL_PIN);
468                 i = j;
469         }
470 }
471 EXPORT_SYMBOL_GPL(unpin_folios);
472
473 /*
474  * Set the MMF_HAS_PINNED if not set yet; after set it'll be there for the mm's
475  * lifecycle.  Avoid setting the bit unless necessary, or it might cause write
476  * cache bouncing on large SMP machines for concurrent pinned gups.
477  */
478 static inline void mm_set_has_pinned_flag(unsigned long *mm_flags)
479 {
480         if (!test_bit(MMF_HAS_PINNED, mm_flags))
481                 set_bit(MMF_HAS_PINNED, mm_flags);
482 }
483
484 #ifdef CONFIG_MMU
485
486 #ifdef CONFIG_HAVE_GUP_FAST
487 static int record_subpages(struct page *page, unsigned long sz,
488                            unsigned long addr, unsigned long end,
489                            struct page **pages)
490 {
491         struct page *start_page;
492         int nr;
493
494         start_page = nth_page(page, (addr & (sz - 1)) >> PAGE_SHIFT);
495         for (nr = 0; addr != end; nr++, addr += PAGE_SIZE)
496                 pages[nr] = nth_page(start_page, nr);
497
498         return nr;
499 }
500
501 /**
502  * try_grab_folio_fast() - Attempt to get or pin a folio in fast path.
503  * @page:  pointer to page to be grabbed
504  * @refs:  the value to (effectively) add to the folio's refcount
505  * @flags: gup flags: these are the FOLL_* flag values.
506  *
507  * "grab" names in this file mean, "look at flags to decide whether to use
508  * FOLL_PIN or FOLL_GET behavior, when incrementing the folio's refcount.
509  *
510  * Either FOLL_PIN or FOLL_GET (or neither) must be set, but not both at the
511  * same time. (That's true throughout the get_user_pages*() and
512  * pin_user_pages*() APIs.) Cases:
513  *
514  *    FOLL_GET: folio's refcount will be incremented by @refs.
515  *
516  *    FOLL_PIN on large folios: folio's refcount will be incremented by
517  *    @refs, and its pincount will be incremented by @refs.
518  *
519  *    FOLL_PIN on single-page folios: folio's refcount will be incremented by
520  *    @refs * GUP_PIN_COUNTING_BIAS.
521  *
522  * Return: The folio containing @page (with refcount appropriately
523  * incremented) for success, or NULL upon failure. If neither FOLL_GET
524  * nor FOLL_PIN was set, that's considered failure, and furthermore,
525  * a likely bug in the caller, so a warning is also emitted.
526  *
527  * It uses add ref unless zero to elevate the folio refcount and must be called
528  * in fast path only.
529  */
530 static struct folio *try_grab_folio_fast(struct page *page, int refs,
531                                          unsigned int flags)
532 {
533         struct folio *folio;
534
535         /* Raise warn if it is not called in fast GUP */
536         VM_WARN_ON_ONCE(!irqs_disabled());
537
538         if (WARN_ON_ONCE((flags & (FOLL_GET | FOLL_PIN)) == 0))
539                 return NULL;
540
541         if (unlikely(!(flags & FOLL_PCI_P2PDMA) && is_pci_p2pdma_page(page)))
542                 return NULL;
543
544         if (flags & FOLL_GET)
545                 return try_get_folio(page, refs);
546
547         /* FOLL_PIN is set */
548
549         /*
550          * Don't take a pin on the zero page - it's not going anywhere
551          * and it is used in a *lot* of places.
552          */
553         if (is_zero_page(page))
554                 return page_folio(page);
555
556         folio = try_get_folio(page, refs);
557         if (!folio)
558                 return NULL;
559
560         /*
561          * Can't do FOLL_LONGTERM + FOLL_PIN gup fast path if not in a
562          * right zone, so fail and let the caller fall back to the slow
563          * path.
564          */
565         if (unlikely((flags & FOLL_LONGTERM) &&
566                      !folio_is_longterm_pinnable(folio))) {
567                 folio_put_refs(folio, refs);
568                 return NULL;
569         }
570
571         /*
572          * When pinning a large folio, use an exact count to track it.
573          *
574          * However, be sure to *also* increment the normal folio
575          * refcount field at least once, so that the folio really
576          * is pinned.  That's why the refcount from the earlier
577          * try_get_folio() is left intact.
578          */
579         if (folio_has_pincount(folio))
580                 atomic_add(refs, &folio->_pincount);
581         else
582                 folio_ref_add(folio,
583                                 refs * (GUP_PIN_COUNTING_BIAS - 1));
584         /*
585          * Adjust the pincount before re-checking the PTE for changes.
586          * This is essentially a smp_mb() and is paired with a memory
587          * barrier in folio_try_share_anon_rmap_*().
588          */
589         smp_mb__after_atomic();
590
591         node_stat_mod_folio(folio, NR_FOLL_PIN_ACQUIRED, refs);
592
593         return folio;
594 }
595 #endif  /* CONFIG_HAVE_GUP_FAST */
596
597 /* Common code for can_follow_write_* */
598 static inline bool can_follow_write_common(struct page *page,
599                 struct vm_area_struct *vma, unsigned int flags)
600 {
601         /* Maybe FOLL_FORCE is set to override it? */
602         if (!(flags & FOLL_FORCE))
603                 return false;
604
605         /* But FOLL_FORCE has no effect on shared mappings */
606         if (vma->vm_flags & (VM_MAYSHARE | VM_SHARED))
607                 return false;
608
609         /* ... or read-only private ones */
610         if (!(vma->vm_flags & VM_MAYWRITE))
611                 return false;
612
613         /* ... or already writable ones that just need to take a write fault */
614         if (vma->vm_flags & VM_WRITE)
615                 return false;
616
617         /*
618          * See can_change_pte_writable(): we broke COW and could map the page
619          * writable if we have an exclusive anonymous page ...
620          */
621         return page && PageAnon(page) && PageAnonExclusive(page);
622 }
623
624 static struct page *no_page_table(struct vm_area_struct *vma,
625                                   unsigned int flags, unsigned long address)
626 {
627         if (!(flags & FOLL_DUMP))
628                 return NULL;
629
630         /*
631          * When core dumping, we don't want to allocate unnecessary pages or
632          * page tables.  Return error instead of NULL to skip handle_mm_fault,
633          * then get_dump_page() will return NULL to leave a hole in the dump.
634          * But we can only make this optimization where a hole would surely
635          * be zero-filled if handle_mm_fault() actually did handle it.
636          */
637         if (is_vm_hugetlb_page(vma)) {
638                 struct hstate *h = hstate_vma(vma);
639
640                 if (!hugetlbfs_pagecache_present(h, vma, address))
641                         return ERR_PTR(-EFAULT);
642         } else if ((vma_is_anonymous(vma) || !vma->vm_ops->fault)) {
643                 return ERR_PTR(-EFAULT);
644         }
645
646         return NULL;
647 }
648
649 #ifdef CONFIG_PGTABLE_HAS_HUGE_LEAVES
650 /* FOLL_FORCE can write to even unwritable PUDs in COW mappings. */
651 static inline bool can_follow_write_pud(pud_t pud, struct page *page,
652                                         struct vm_area_struct *vma,
653                                         unsigned int flags)
654 {
655         /* If the pud is writable, we can write to the page. */
656         if (pud_write(pud))
657                 return true;
658
659         return can_follow_write_common(page, vma, flags);
660 }
661
662 static struct page *follow_huge_pud(struct vm_area_struct *vma,
663                                     unsigned long addr, pud_t *pudp,
664                                     int flags, struct follow_page_context *ctx)
665 {
666         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
667         struct page *page;
668         pud_t pud = *pudp;
669         unsigned long pfn = pud_pfn(pud);
670         int ret;
671
672         assert_spin_locked(pud_lockptr(mm, pudp));
673
674         if (!pud_present(pud))
675                 return NULL;
676
677         if ((flags & FOLL_WRITE) &&
678             !can_follow_write_pud(pud, pfn_to_page(pfn), vma, flags))
679                 return NULL;
680
681         pfn += (addr & ~PUD_MASK) >> PAGE_SHIFT;
682         page = pfn_to_page(pfn);
683
684         if (!pud_write(pud) && gup_must_unshare(vma, flags, page))
685                 return ERR_PTR(-EMLINK);
686
687         ret = try_grab_folio(page_folio(page), 1, flags);
688         if (ret)
689                 page = ERR_PTR(ret);
690         else
691                 ctx->page_mask = HPAGE_PUD_NR - 1;
692
693         return page;
694 }
695
696 /* FOLL_FORCE can write to even unwritable PMDs in COW mappings. */
697 static inline bool can_follow_write_pmd(pmd_t pmd, struct page *page,
698                                         struct vm_area_struct *vma,
699                                         unsigned int flags)
700 {
701         /* If the pmd is writable, we can write to the page. */
702         if (pmd_write(pmd))
703                 return true;
704
705         if (!can_follow_write_common(page, vma, flags))
706                 return false;
707
708         /* ... and a write-fault isn't required for other reasons. */
709         if (pmd_needs_soft_dirty_wp(vma, pmd))
710                 return false;
711         return !userfaultfd_huge_pmd_wp(vma, pmd);
712 }
713
714 static struct page *follow_huge_pmd(struct vm_area_struct *vma,
715                                     unsigned long addr, pmd_t *pmd,
716                                     unsigned int flags,
717                                     struct follow_page_context *ctx)
718 {
719         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
720         pmd_t pmdval = *pmd;
721         struct page *page;
722         int ret;
723
724         assert_spin_locked(pmd_lockptr(mm, pmd));
725
726         page = pmd_page(pmdval);
727         if ((flags & FOLL_WRITE) &&
728             !can_follow_write_pmd(pmdval, page, vma, flags))
729                 return NULL;
730
731         /* Avoid dumping huge zero page */
732         if ((flags & FOLL_DUMP) && is_huge_zero_pmd(pmdval))
733                 return ERR_PTR(-EFAULT);
734
735         if (pmd_protnone(*pmd) && !gup_can_follow_protnone(vma, flags))
736                 return NULL;
737
738         if (!pmd_write(pmdval) && gup_must_unshare(vma, flags, page))
739                 return ERR_PTR(-EMLINK);
740
741         VM_WARN_ON_ONCE_PAGE((flags & FOLL_PIN) && PageAnon(page) &&
742                              !PageAnonExclusive(page), page);
743
744         ret = try_grab_folio(page_folio(page), 1, flags);
745         if (ret)
746                 return ERR_PTR(ret);
747
748 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
749         if (pmd_trans_huge(pmdval) && (flags & FOLL_TOUCH))
750                 touch_pmd(vma, addr, pmd, flags & FOLL_WRITE);
751 #endif  /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
752
753         page += (addr & ~HPAGE_PMD_MASK) >> PAGE_SHIFT;
754         ctx->page_mask = HPAGE_PMD_NR - 1;
755
756         return page;
757 }
758
759 #else  /* CONFIG_PGTABLE_HAS_HUGE_LEAVES */
760 static struct page *follow_huge_pud(struct vm_area_struct *vma,
761                                     unsigned long addr, pud_t *pudp,
762                                     int flags, struct follow_page_context *ctx)
763 {
764         return NULL;
765 }
766
767 static struct page *follow_huge_pmd(struct vm_area_struct *vma,
768                                     unsigned long addr, pmd_t *pmd,
769                                     unsigned int flags,
770                                     struct follow_page_context *ctx)
771 {
772         return NULL;
773 }
774 #endif  /* CONFIG_PGTABLE_HAS_HUGE_LEAVES */
775
776 static int follow_pfn_pte(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
777                 pte_t *pte, unsigned int flags)
778 {
779         if (flags & FOLL_TOUCH) {
780                 pte_t orig_entry = ptep_get(pte);
781                 pte_t entry = orig_entry;
782
783                 if (flags & FOLL_WRITE)
784                         entry = pte_mkdirty(entry);
785                 entry = pte_mkyoung(entry);
786
787                 if (!pte_same(orig_entry, entry)) {
788                         set_pte_at(vma->vm_mm, address, pte, entry);
789                         update_mmu_cache(vma, address, pte);
790                 }
791         }
792
793         /* Proper page table entry exists, but no corresponding struct page */
794         return -EEXIST;
795 }
796
797 /* FOLL_FORCE can write to even unwritable PTEs in COW mappings. */
798 static inline bool can_follow_write_pte(pte_t pte, struct page *page,
799                                         struct vm_area_struct *vma,
800                                         unsigned int flags)
801 {
802         /* If the pte is writable, we can write to the page. */
803         if (pte_write(pte))
804                 return true;
805
806         if (!can_follow_write_common(page, vma, flags))
807                 return false;
808
809         /* ... and a write-fault isn't required for other reasons. */
810         if (pte_needs_soft_dirty_wp(vma, pte))
811                 return false;
812         return !userfaultfd_pte_wp(vma, pte);
813 }
814
815 static struct page *follow_page_pte(struct vm_area_struct *vma,
816                 unsigned long address, pmd_t *pmd, unsigned int flags,
817                 struct dev_pagemap **pgmap)
818 {
819         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
820         struct folio *folio;
821         struct page *page;
822         spinlock_t *ptl;
823         pte_t *ptep, pte;
824         int ret;
825
826         ptep = pte_offset_map_lock(mm, pmd, address, &ptl);
827         if (!ptep)
828                 return no_page_table(vma, flags, address);
829         pte = ptep_get(ptep);
830         if (!pte_present(pte))
831                 goto no_page;
832         if (pte_protnone(pte) && !gup_can_follow_protnone(vma, flags))
833                 goto no_page;
834
835         page = vm_normal_page(vma, address, pte);
836
837         /*
838          * We only care about anon pages in can_follow_write_pte().
839          */
840         if ((flags & FOLL_WRITE) &&
841             !can_follow_write_pte(pte, page, vma, flags)) {
842                 page = NULL;
843                 goto out;
844         }
845
846         if (unlikely(!page)) {
847                 if (flags & FOLL_DUMP) {
848                         /* Avoid special (like zero) pages in core dumps */
849                         page = ERR_PTR(-EFAULT);
850                         goto out;
851                 }
852
853                 if (is_zero_pfn(pte_pfn(pte))) {
854                         page = pte_page(pte);
855                 } else {
856                         ret = follow_pfn_pte(vma, address, ptep, flags);
857                         page = ERR_PTR(ret);
858                         goto out;
859                 }
860         }
861         folio = page_folio(page);
862
863         if (!pte_write(pte) && gup_must_unshare(vma, flags, page)) {
864                 page = ERR_PTR(-EMLINK);
865                 goto out;
866         }
867
868         VM_WARN_ON_ONCE_PAGE((flags & FOLL_PIN) && PageAnon(page) &&
869                              !PageAnonExclusive(page), page);
870
871         /* try_grab_folio() does nothing unless FOLL_GET or FOLL_PIN is set. */
872         ret = try_grab_folio(folio, 1, flags);
873         if (unlikely(ret)) {
874                 page = ERR_PTR(ret);
875                 goto out;
876         }
877
878         /*
879          * We need to make the page accessible if and only if we are going
880          * to access its content (the FOLL_PIN case).  Please see
881          * Documentation/core-api/pin_user_pages.rst for details.
882          */
883         if (flags & FOLL_PIN) {
884                 ret = arch_make_folio_accessible(folio);
885                 if (ret) {
886                         unpin_user_page(page);
887                         page = ERR_PTR(ret);
888                         goto out;
889                 }
890         }
891         if (flags & FOLL_TOUCH) {
892                 if ((flags & FOLL_WRITE) &&
893                     !pte_dirty(pte) && !folio_test_dirty(folio))
894                         folio_mark_dirty(folio);
895                 /*
896                  * pte_mkyoung() would be more correct here, but atomic care
897                  * is needed to avoid losing the dirty bit: it is easier to use
898                  * folio_mark_accessed().
899                  */
900                 folio_mark_accessed(folio);
901         }
902 out:
903         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
904         return page;
905 no_page:
906         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
907         if (!pte_none(pte))
908                 return NULL;
909         return no_page_table(vma, flags, address);
910 }
911
912 static struct page *follow_pmd_mask(struct vm_area_struct *vma,
913                                     unsigned long address, pud_t *pudp,
914                                     unsigned int flags,
915                                     struct follow_page_context *ctx)
916 {
917         pmd_t *pmd, pmdval;
918         spinlock_t *ptl;
919         struct page *page;
920         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
921
922         pmd = pmd_offset(pudp, address);
923         pmdval = pmdp_get_lockless(pmd);
924         if (pmd_none(pmdval))
925                 return no_page_table(vma, flags, address);
926         if (!pmd_present(pmdval))
927                 return no_page_table(vma, flags, address);
928         if (likely(!pmd_leaf(pmdval)))
929                 return follow_page_pte(vma, address, pmd, flags, &ctx->pgmap);
930
931         if (pmd_protnone(pmdval) && !gup_can_follow_protnone(vma, flags))
932                 return no_page_table(vma, flags, address);
933
934         ptl = pmd_lock(mm, pmd);
935         pmdval = *pmd;
936         if (unlikely(!pmd_present(pmdval))) {
937                 spin_unlock(ptl);
938                 return no_page_table(vma, flags, address);
939         }
940         if (unlikely(!pmd_leaf(pmdval))) {
941                 spin_unlock(ptl);
942                 return follow_page_pte(vma, address, pmd, flags, &ctx->pgmap);
943         }
944         if (pmd_trans_huge(pmdval) && (flags & FOLL_SPLIT_PMD)) {
945                 spin_unlock(ptl);
946                 split_huge_pmd(vma, pmd, address);
947                 /* If pmd was left empty, stuff a page table in there quickly */
948                 return pte_alloc(mm, pmd) ? ERR_PTR(-ENOMEM) :
949                         follow_page_pte(vma, address, pmd, flags, &ctx->pgmap);
950         }
951         page = follow_huge_pmd(vma, address, pmd, flags, ctx);
952         spin_unlock(ptl);
953         return page;
954 }
955
956 static struct page *follow_pud_mask(struct vm_area_struct *vma,
957                                     unsigned long address, p4d_t *p4dp,
958                                     unsigned int flags,
959                                     struct follow_page_context *ctx)
960 {
961         pud_t *pudp, pud;
962         spinlock_t *ptl;
963         struct page *page;
964         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
965
966         pudp = pud_offset(p4dp, address);
967         pud = READ_ONCE(*pudp);
968         if (!pud_present(pud))
969                 return no_page_table(vma, flags, address);
970         if (pud_leaf(pud)) {
971                 ptl = pud_lock(mm, pudp);
972                 page = follow_huge_pud(vma, address, pudp, flags, ctx);
973                 spin_unlock(ptl);
974                 if (page)
975                         return page;
976                 return no_page_table(vma, flags, address);
977         }
978         if (unlikely(pud_bad(pud)))
979                 return no_page_table(vma, flags, address);
980
981         return follow_pmd_mask(vma, address, pudp, flags, ctx);
982 }
983
984 static struct page *follow_p4d_mask(struct vm_area_struct *vma,
985                                     unsigned long address, pgd_t *pgdp,
986                                     unsigned int flags,
987                                     struct follow_page_context *ctx)
988 {
989         p4d_t *p4dp, p4d;
990
991         p4dp = p4d_offset(pgdp, address);
992         p4d = READ_ONCE(*p4dp);
993         BUILD_BUG_ON(p4d_leaf(p4d));
994
995         if (!p4d_present(p4d) || p4d_bad(p4d))
996                 return no_page_table(vma, flags, address);
997
998         return follow_pud_mask(vma, address, p4dp, flags, ctx);
999 }
1000
1001 /**
1002  * follow_page_mask - look up a page descriptor from a user-virtual address
1003  * @vma: vm_area_struct mapping @address
1004  * @address: virtual address to look up
1005  * @flags: flags modifying lookup behaviour
1006  * @ctx: contains dev_pagemap for %ZONE_DEVICE memory pinning and a
1007  *       pointer to output page_mask
1008  *
1009  * @flags can have FOLL_ flags set, defined in <linux/mm.h>
1010  *
1011  * When getting pages from ZONE_DEVICE memory, the @ctx->pgmap caches
1012  * the device's dev_pagemap metadata to avoid repeating expensive lookups.
1013  *
1014  * When getting an anonymous page and the caller has to trigger unsharing
1015  * of a shared anonymous page first, -EMLINK is returned. The caller should
1016  * trigger a fault with FAULT_FLAG_UNSHARE set. Note that unsharing is only
1017  * relevant with FOLL_PIN and !FOLL_WRITE.
1018  *
1019  * On output, the @ctx->page_mask is set according to the size of the page.
1020  *
1021  * Return: the mapped (struct page *), %NULL if no mapping exists, or
1022  * an error pointer if there is a mapping to something not represented
1023  * by a page descriptor (see also vm_normal_page()).
1024  */
1025 static struct page *follow_page_mask(struct vm_area_struct *vma,
1026                               unsigned long address, unsigned int flags,
1027                               struct follow_page_context *ctx)
1028 {
1029         pgd_t *pgd;
1030         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
1031         struct page *page;
1032
1033         vma_pgtable_walk_begin(vma);
1034
1035         ctx->page_mask = 0;
1036         pgd = pgd_offset(mm, address);
1037
1038         if (pgd_none(*pgd) || unlikely(pgd_bad(*pgd)))
1039                 page = no_page_table(vma, flags, address);
1040         else
1041                 page = follow_p4d_mask(vma, address, pgd, flags, ctx);
1042
1043         vma_pgtable_walk_end(vma);
1044
1045         return page;
1046 }
1047
1048 static int get_gate_page(struct mm_struct *mm, unsigned long address,
1049                 unsigned int gup_flags, struct vm_area_struct **vma,
1050                 struct page **page)
1051 {
1052         pgd_t *pgd;
1053         p4d_t *p4d;
1054         pud_t *pud;
1055         pmd_t *pmd;
1056         pte_t *pte;
1057         pte_t entry;
1058         int ret = -EFAULT;
1059
1060         /* user gate pages are read-only */
1061         if (gup_flags & FOLL_WRITE)
1062                 return -EFAULT;
1063         pgd = pgd_offset(mm, address);
1064         if (pgd_none(*pgd))
1065                 return -EFAULT;
1066         p4d = p4d_offset(pgd, address);
1067         if (p4d_none(*p4d))
1068                 return -EFAULT;
1069         pud = pud_offset(p4d, address);
1070         if (pud_none(*pud))
1071                 return -EFAULT;
1072         pmd = pmd_offset(pud, address);
1073         if (!pmd_present(*pmd))
1074                 return -EFAULT;
1075         pte = pte_offset_map(pmd, address);
1076         if (!pte)
1077                 return -EFAULT;
1078         entry = ptep_get(pte);
1079         if (pte_none(entry))
1080                 goto unmap;
1081         *vma = get_gate_vma(mm);
1082         if (!page)
1083                 goto out;
1084         *page = vm_normal_page(*vma, address, entry);
1085         if (!*page) {
1086                 if ((gup_flags & FOLL_DUMP) || !is_zero_pfn(pte_pfn(entry)))
1087                         goto unmap;
1088                 *page = pte_page(entry);
1089         }
1090         ret = try_grab_folio(page_folio(*page), 1, gup_flags);
1091         if (unlikely(ret))
1092                 goto unmap;
1093 out:
1094         ret = 0;
1095 unmap:
1096         pte_unmap(pte);
1097         return ret;
1098 }
1099
1100 /*
1101  * mmap_lock must be held on entry.  If @flags has FOLL_UNLOCKABLE but not
1102  * FOLL_NOWAIT, the mmap_lock may be released.  If it is, *@locked will be set
1103  * to 0 and -EBUSY returned.
1104  */
1105 static int faultin_page(struct vm_area_struct *vma,
1106                 unsigned long address, unsigned int flags, bool unshare,
1107                 int *locked)
1108 {
1109         unsigned int fault_flags = 0;
1110         vm_fault_t ret;
1111
1112         if (flags & FOLL_NOFAULT)
1113                 return -EFAULT;
1114         if (flags & FOLL_WRITE)
1115                 fault_flags |= FAULT_FLAG_WRITE;
1116         if (flags & FOLL_REMOTE)
1117                 fault_flags |= FAULT_FLAG_REMOTE;
1118         if (flags & FOLL_UNLOCKABLE) {
1119                 fault_flags |= FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY | FAULT_FLAG_KILLABLE;
1120                 /*
1121                  * FAULT_FLAG_INTERRUPTIBLE is opt-in. GUP callers must set
1122                  * FOLL_INTERRUPTIBLE to enable FAULT_FLAG_INTERRUPTIBLE.
1123                  * That's because some callers may not be prepared to
1124                  * handle early exits caused by non-fatal signals.
1125                  */
1126                 if (flags & FOLL_INTERRUPTIBLE)
1127                         fault_flags |= FAULT_FLAG_INTERRUPTIBLE;
1128         }
1129         if (flags & FOLL_NOWAIT)
1130                 fault_flags |= FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY | FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT;
1131         if (flags & FOLL_TRIED) {
1132                 /*
1133                  * Note: FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY and FAULT_FLAG_TRIED
1134                  * can co-exist
1135                  */
1136                 fault_flags |= FAULT_FLAG_TRIED;
1137         }
1138         if (unshare) {
1139                 fault_flags |= FAULT_FLAG_UNSHARE;
1140                 /* FAULT_FLAG_WRITE and FAULT_FLAG_UNSHARE are incompatible */
1141                 VM_WARN_ON_ONCE(fault_flags & FAULT_FLAG_WRITE);
1142         }
1143
1144         ret = handle_mm_fault(vma, address, fault_flags, NULL);
1145
1146         if (ret & VM_FAULT_COMPLETED) {
1147                 /*
1148                  * With FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT we'll never release the
1149                  * mmap lock in the page fault handler. Sanity check this.
1150                  */
1151                 WARN_ON_ONCE(fault_flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT);
1152                 *locked = 0;
1153
1154                 /*
1155                  * We should do the same as VM_FAULT_RETRY, but let's not
1156                  * return -EBUSY since that's not reflecting the reality of
1157                  * what has happened - we've just fully completed a page
1158                  * fault, with the mmap lock released.  Use -EAGAIN to show
1159                  * that we want to take the mmap lock _again_.
1160                  */
1161                 return -EAGAIN;
1162         }
1163
1164         if (ret & VM_FAULT_ERROR) {
1165                 int err = vm_fault_to_errno(ret, flags);
1166
1167                 if (err)
1168                         return err;
1169                 BUG();
1170         }
1171
1172         if (ret & VM_FAULT_RETRY) {
1173                 if (!(fault_flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT))
1174                         *locked = 0;
1175                 return -EBUSY;
1176         }
1177
1178         return 0;
1179 }
1180
1181 /*
1182  * Writing to file-backed mappings which require folio dirty tracking using GUP
1183  * is a fundamentally broken operation, as kernel write access to GUP mappings
1184  * do not adhere to the semantics expected by a file system.
1185  *
1186  * Consider the following scenario:-
1187  *
1188  * 1. A folio is written to via GUP which write-faults the memory, notifying
1189  *    the file system and dirtying the folio.
1190  * 2. Later, writeback is triggered, resulting in the folio being cleaned and
1191  *    the PTE being marked read-only.
1192  * 3. The GUP caller writes to the folio, as it is mapped read/write via the
1193  *    direct mapping.
1194  * 4. The GUP caller, now done with the page, unpins it and sets it dirty
1195  *    (though it does not have to).
1196  *
1197  * This results in both data being written to a folio without writenotify, and
1198  * the folio being dirtied unexpectedly (if the caller decides to do so).
1199  */
1200 static bool writable_file_mapping_allowed(struct vm_area_struct *vma,
1201                                           unsigned long gup_flags)
1202 {
1203         /*
1204          * If we aren't pinning then no problematic write can occur. A long term
1205          * pin is the most egregious case so this is the case we disallow.
1206          */
1207         if ((gup_flags & (FOLL_PIN | FOLL_LONGTERM)) !=
1208             (FOLL_PIN | FOLL_LONGTERM))
1209                 return true;
1210
1211         /*
1212          * If the VMA does not require dirty tracking then no problematic write
1213          * can occur either.
1214          */
1215         return !vma_needs_dirty_tracking(vma);
1216 }
1217
1218 static int check_vma_flags(struct vm_area_struct *vma, unsigned long gup_flags)
1219 {
1220         vm_flags_t vm_flags = vma->vm_flags;
1221         int write = (gup_flags & FOLL_WRITE);
1222         int foreign = (gup_flags & FOLL_REMOTE);
1223         bool vma_anon = vma_is_anonymous(vma);
1224
1225         if (vm_flags & (VM_IO | VM_PFNMAP))
1226                 return -EFAULT;
1227
1228         if ((gup_flags & FOLL_ANON) && !vma_anon)
1229                 return -EFAULT;
1230
1231         if ((gup_flags & FOLL_LONGTERM) && vma_is_fsdax(vma))
1232                 return -EOPNOTSUPP;
1233
1234         if ((gup_flags & FOLL_SPLIT_PMD) && is_vm_hugetlb_page(vma))
1235                 return -EOPNOTSUPP;
1236
1237         if (vma_is_secretmem(vma))
1238                 return -EFAULT;
1239
1240         if (write) {
1241                 if (!vma_anon &&
1242                     !writable_file_mapping_allowed(vma, gup_flags))
1243                         return -EFAULT;
1244
1245                 if (!(vm_flags & VM_WRITE) || (vm_flags & VM_SHADOW_STACK)) {
1246                         if (!(gup_flags & FOLL_FORCE))
1247                                 return -EFAULT;
1248                         /*
1249                          * We used to let the write,force case do COW in a
1250                          * VM_MAYWRITE VM_SHARED !VM_WRITE vma, so ptrace could
1251                          * set a breakpoint in a read-only mapping of an
1252                          * executable, without corrupting the file (yet only
1253                          * when that file had been opened for writing!).
1254                          * Anon pages in shared mappings are surprising: now
1255                          * just reject it.
1256                          */
1257                         if (!is_cow_mapping(vm_flags))
1258                                 return -EFAULT;
1259                 }
1260         } else if (!(vm_flags & VM_READ)) {
1261                 if (!(gup_flags & FOLL_FORCE))
1262                         return -EFAULT;
1263                 /*
1264                  * Is there actually any vma we can reach here which does not
1265                  * have VM_MAYREAD set?
1266                  */
1267                 if (!(vm_flags & VM_MAYREAD))
1268                         return -EFAULT;
1269         }
1270         /*
1271          * gups are always data accesses, not instruction
1272          * fetches, so execute=false here
1273          */
1274         if (!arch_vma_access_permitted(vma, write, false, foreign))
1275                 return -EFAULT;
1276         return 0;
1277 }
1278
1279 /*
1280  * This is "vma_lookup()", but with a warning if we would have
1281  * historically expanded the stack in the GUP code.
1282  */
1283 static struct vm_area_struct *gup_vma_lookup(struct mm_struct *mm,
1284          unsigned long addr)
1285 {
1286 #ifdef CONFIG_STACK_GROWSUP
1287         return vma_lookup(mm, addr);
1288 #else
1289         static volatile unsigned long next_warn;
1290         struct vm_area_struct *vma;
1291         unsigned long now, next;
1292
1293         vma = find_vma(mm, addr);
1294         if (!vma || (addr >= vma->vm_start))
1295                 return vma;
1296
1297         /* Only warn for half-way relevant accesses */
1298         if (!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))
1299                 return NULL;
1300         if (vma->vm_start - addr > 65536)
1301                 return NULL;
1302
1303         /* Let's not warn more than once an hour.. */
1304         now = jiffies; next = next_warn;
1305         if (next && time_before(now, next))
1306                 return NULL;
1307         next_warn = now + 60*60*HZ;
1308
1309         /* Let people know things may have changed. */
1310         pr_warn("GUP no longer grows the stack in %s (%d): %lx-%lx (%lx)\n",
1311                 current->comm, task_pid_nr(current),
1312                 vma->vm_start, vma->vm_end, addr);
1313         dump_stack();
1314         return NULL;
1315 #endif
1316 }
1317
1318 /**
1319  * __get_user_pages() - pin user pages in memory
1320  * @mm:         mm_struct of target mm
1321  * @start:      starting user address
1322  * @nr_pages:   number of pages from start to pin
1323  * @gup_flags:  flags modifying pin behaviour
1324  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
1325  *              Should be at least nr_pages long. Or NULL, if caller
1326  *              only intends to ensure the pages are faulted in.
1327  * @locked:     whether we're still with the mmap_lock held
1328  *
1329  * Returns either number of pages pinned (which may be less than the
1330  * number requested), or an error. Details about the return value:
1331  *
1332  * -- If nr_pages is 0, returns 0.
1333  * -- If nr_pages is >0, but no pages were pinned, returns -errno.
1334  * -- If nr_pages is >0, and some pages were pinned, returns the number of
1335  *    pages pinned. Again, this may be less than nr_pages.
1336  * -- 0 return value is possible when the fault would need to be retried.
1337  *
1338  * The caller is responsible for releasing returned @pages, via put_page().
1339  *
1340  * Must be called with mmap_lock held.  It may be released.  See below.
1341  *
1342  * __get_user_pages walks a process's page tables and takes a reference to
1343  * each struct page that each user address corresponds to at a given
1344  * instant. That is, it takes the page that would be accessed if a user
1345  * thread accesses the given user virtual address at that instant.
1346  *
1347  * This does not guarantee that the page exists in the user mappings when
1348  * __get_user_pages returns, and there may even be a completely different
1349  * page there in some cases (eg. if mmapped pagecache has been invalidated
1350  * and subsequently re-faulted). However it does guarantee that the page
1351  * won't be freed completely. And mostly callers simply care that the page
1352  * contains data that was valid *at some point in time*. Typically, an IO
1353  * or similar operation cannot guarantee anything stronger anyway because
1354  * locks can't be held over the syscall boundary.
1355  *
1356  * If @gup_flags & FOLL_WRITE == 0, the page must not be written to. If
1357  * the page is written to, set_page_dirty (or set_page_dirty_lock, as
1358  * appropriate) must be called after the page is finished with, and
1359  * before put_page is called.
1360  *
1361  * If FOLL_UNLOCKABLE is set without FOLL_NOWAIT then the mmap_lock may
1362  * be released. If this happens *@locked will be set to 0 on return.
1363  *
1364  * A caller using such a combination of @gup_flags must therefore hold the
1365  * mmap_lock for reading only, and recognize when it's been released. Otherwise,
1366  * it must be held for either reading or writing and will not be released.
1367  *
1368  * In most cases, get_user_pages or get_user_pages_fast should be used
1369  * instead of __get_user_pages. __get_user_pages should be used only if
1370  * you need some special @gup_flags.
1371  */
1372 static long __get_user_pages(struct mm_struct *mm,
1373                 unsigned long start, unsigned long nr_pages,
1374                 unsigned int gup_flags, struct page **pages,
1375                 int *locked)
1376 {
1377         long ret = 0, i = 0;
1378         struct vm_area_struct *vma = NULL;
1379         struct follow_page_context ctx = { NULL };
1380
1381         if (!nr_pages)
1382                 return 0;
1383
1384         start = untagged_addr_remote(mm, start);
1385
1386         VM_WARN_ON_ONCE(!!pages != !!(gup_flags & (FOLL_GET | FOLL_PIN)));
1387
1388         /* FOLL_GET and FOLL_PIN are mutually exclusive. */
1389         VM_WARN_ON_ONCE((gup_flags & (FOLL_PIN | FOLL_GET)) ==
1390                         (FOLL_PIN | FOLL_GET));
1391
1392         do {
1393                 struct page *page;
1394                 unsigned int page_increm;
1395
1396                 /* first iteration or cross vma bound */
1397                 if (!vma || start >= vma->vm_end) {
1398                         /*
1399                          * MADV_POPULATE_(READ|WRITE) wants to handle VMA
1400                          * lookups+error reporting differently.
1401                          */
1402                         if (gup_flags & FOLL_MADV_POPULATE) {
1403                                 vma = vma_lookup(mm, start);
1404                                 if (!vma) {
1405                                         ret = -ENOMEM;
1406                                         goto out;
1407                                 }
1408                                 if (check_vma_flags(vma, gup_flags)) {
1409                                         ret = -EINVAL;
1410                                         goto out;
1411                                 }
1412                                 goto retry;
1413                         }
1414                         vma = gup_vma_lookup(mm, start);
1415                         if (!vma && in_gate_area(mm, start)) {
1416                                 ret = get_gate_page(mm, start & PAGE_MASK,
1417                                                 gup_flags, &vma,
1418                                                 pages ? &page : NULL);
1419                                 if (ret)
1420                                         goto out;
1421                                 ctx.page_mask = 0;
1422                                 goto next_page;
1423                         }
1424
1425                         if (!vma) {
1426                                 ret = -EFAULT;
1427                                 goto out;
1428                         }
1429                         ret = check_vma_flags(vma, gup_flags);
1430                         if (ret)
1431                                 goto out;
1432                 }
1433 retry:
1434                 /*
1435                  * If we have a pending SIGKILL, don't keep faulting pages and
1436                  * potentially allocating memory.
1437                  */
1438                 if (fatal_signal_pending(current)) {
1439                         ret = -EINTR;
1440                         goto out;
1441                 }
1442                 cond_resched();
1443
1444                 page = follow_page_mask(vma, start, gup_flags, &ctx);
1445                 if (!page || PTR_ERR(page) == -EMLINK) {
1446                         ret = faultin_page(vma, start, gup_flags,
1447                                            PTR_ERR(page) == -EMLINK, locked);
1448                         switch (ret) {
1449                         case 0:
1450                                 goto retry;
1451                         case -EBUSY:
1452                         case -EAGAIN:
1453                                 ret = 0;
1454                                 fallthrough;
1455                         case -EFAULT:
1456                         case -ENOMEM:
1457                         case -EHWPOISON:
1458                                 goto out;
1459                         }
1460                         BUG();
1461                 } else if (PTR_ERR(page) == -EEXIST) {
1462                         /*
1463                          * Proper page table entry exists, but no corresponding
1464                          * struct page. If the caller expects **pages to be
1465                          * filled in, bail out now, because that can't be done
1466                          * for this page.
1467                          */
1468                         if (pages) {
1469                                 ret = PTR_ERR(page);
1470                                 goto out;
1471                         }
1472                 } else if (IS_ERR(page)) {
1473                         ret = PTR_ERR(page);
1474                         goto out;
1475                 }
1476 next_page:
1477                 page_increm = 1 + (~(start >> PAGE_SHIFT) & ctx.page_mask);
1478                 if (page_increm > nr_pages)
1479                         page_increm = nr_pages;
1480
1481                 if (pages) {
1482                         struct page *subpage;
1483                         unsigned int j;
1484
1485                         /*
1486                          * This must be a large folio (and doesn't need to
1487                          * be the whole folio; it can be part of it), do
1488                          * the refcount work for all the subpages too.
1489                          *
1490                          * NOTE: here the page may not be the head page
1491                          * e.g. when start addr is not thp-size aligned.
1492                          * try_grab_folio() should have taken care of tail
1493                          * pages.
1494                          */
1495                         if (page_increm > 1) {
1496                                 struct folio *folio = page_folio(page);
1497
1498                                 /*
1499                                  * Since we already hold refcount on the
1500                                  * large folio, this should never fail.
1501                                  */
1502                                 if (try_grab_folio(folio, page_increm - 1,
1503                                                    gup_flags)) {
1504                                         /*
1505                                          * Release the 1st page ref if the
1506                                          * folio is problematic, fail hard.
1507                                          */
1508                                         gup_put_folio(folio, 1, gup_flags);
1509                                         ret = -EFAULT;
1510                                         goto out;
1511                                 }
1512                         }
1513
1514                         for (j = 0; j < page_increm; j++) {
1515                                 subpage = nth_page(page, j);
1516                                 pages[i + j] = subpage;
1517                                 flush_anon_page(vma, subpage, start + j * PAGE_SIZE);
1518                                 flush_dcache_page(subpage);
1519                         }
1520                 }
1521
1522                 i += page_increm;
1523                 start += page_increm * PAGE_SIZE;
1524                 nr_pages -= page_increm;
1525         } while (nr_pages);
1526 out:
1527         if (ctx.pgmap)
1528                 put_dev_pagemap(ctx.pgmap);
1529         return i ? i : ret;
1530 }
1531
1532 static bool vma_permits_fault(struct vm_area_struct *vma,
1533                               unsigned int fault_flags)
1534 {
1535         bool write   = !!(fault_flags & FAULT_FLAG_WRITE);
1536         bool foreign = !!(fault_flags & FAULT_FLAG_REMOTE);
1537         vm_flags_t vm_flags = write ? VM_WRITE : VM_READ;
1538
1539         if (!(vm_flags & vma->vm_flags))
1540                 return false;
1541
1542         /*
1543          * The architecture might have a hardware protection
1544          * mechanism other than read/write that can deny access.
1545          *
1546          * gup always represents data access, not instruction
1547          * fetches, so execute=false here:
1548          */
1549         if (!arch_vma_access_permitted(vma, write, false, foreign))
1550                 return false;
1551
1552         return true;
1553 }
1554
1555 /**
1556  * fixup_user_fault() - manually resolve a user page fault
1557  * @mm:         mm_struct of target mm
1558  * @address:    user address
1559  * @fault_flags:flags to pass down to handle_mm_fault()
1560  * @unlocked:   did we unlock the mmap_lock while retrying, maybe NULL if caller
1561  *              does not allow retry. If NULL, the caller must guarantee
1562  *              that fault_flags does not contain FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY.
1563  *
1564  * This is meant to be called in the specific scenario where for locking reasons
1565  * we try to access user memory in atomic context (within a pagefault_disable()
1566  * section), this returns -EFAULT, and we want to resolve the user fault before
1567  * trying again.
1568  *
1569  * Typically this is meant to be used by the futex code.
1570  *
1571  * The main difference with get_user_pages() is that this function will
1572  * unconditionally call handle_mm_fault() which will in turn perform all the
1573  * necessary SW fixup of the dirty and young bits in the PTE, while
1574  * get_user_pages() only guarantees to update these in the struct page.
1575  *
1576  * This is important for some architectures where those bits also gate the
1577  * access permission to the page because they are maintained in software.  On
1578  * such architectures, gup() will not be enough to make a subsequent access
1579  * succeed.
1580  *
1581  * This function will not return with an unlocked mmap_lock. So it has not the
1582  * same semantics wrt the @mm->mmap_lock as does filemap_fault().
1583  */
1584 int fixup_user_fault(struct mm_struct *mm,
1585                      unsigned long address, unsigned int fault_flags,
1586                      bool *unlocked)
1587 {
1588         struct vm_area_struct *vma;
1589         vm_fault_t ret;
1590
1591         address = untagged_addr_remote(mm, address);
1592
1593         if (unlocked)
1594                 fault_flags |= FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY | FAULT_FLAG_KILLABLE;
1595
1596 retry:
1597         vma = gup_vma_lookup(mm, address);
1598         if (!vma)
1599                 return -EFAULT;
1600
1601         if (!vma_permits_fault(vma, fault_flags))
1602                 return -EFAULT;
1603
1604         if ((fault_flags & FAULT_FLAG_KILLABLE) &&
1605             fatal_signal_pending(current))
1606                 return -EINTR;
1607
1608         ret = handle_mm_fault(vma, address, fault_flags, NULL);
1609
1610         if (ret & VM_FAULT_COMPLETED) {
1611                 /*
1612                  * NOTE: it's a pity that we need to retake the lock here
1613                  * to pair with the unlock() in the callers. Ideally we
1614                  * could tell the callers so they do not need to unlock.
1615                  */
1616                 mmap_read_lock(mm);
1617                 *unlocked = true;
1618                 return 0;
1619         }
1620
1621         if (ret & VM_FAULT_ERROR) {
1622                 int err = vm_fault_to_errno(ret, 0);
1623
1624                 if (err)
1625                         return err;
1626                 BUG();
1627         }
1628
1629         if (ret & VM_FAULT_RETRY) {
1630                 mmap_read_lock(mm);
1631                 *unlocked = true;
1632                 fault_flags |= FAULT_FLAG_TRIED;
1633                 goto retry;
1634         }
1635
1636         return 0;
1637 }
1638 EXPORT_SYMBOL_GPL(fixup_user_fault);
1639
1640 /*
1641  * GUP always responds to fatal signals.  When FOLL_INTERRUPTIBLE is
1642  * specified, it'll also respond to generic signals.  The caller of GUP
1643  * that has FOLL_INTERRUPTIBLE should take care of the GUP interruption.
1644  */
1645 static bool gup_signal_pending(unsigned int flags)
1646 {
1647         if (fatal_signal_pending(current))
1648                 return true;
1649
1650         if (!(flags & FOLL_INTERRUPTIBLE))
1651                 return false;
1652
1653         return signal_pending(current);
1654 }
1655
1656 /*
1657  * Locking: (*locked == 1) means that the mmap_lock has already been acquired by
1658  * the caller. This function may drop the mmap_lock. If it does so, then it will
1659  * set (*locked = 0).
1660  *
1661  * (*locked == 0) means that the caller expects this function to acquire and
1662  * drop the mmap_lock. Therefore, the value of *locked will still be zero when
1663  * the function returns, even though it may have changed temporarily during
1664  * function execution.
1665  *
1666  * Please note that this function, unlike __get_user_pages(), will not return 0
1667  * for nr_pages > 0, unless FOLL_NOWAIT is used.
1668  */
1669 static __always_inline long __get_user_pages_locked(struct mm_struct *mm,
1670                                                 unsigned long start,
1671                                                 unsigned long nr_pages,
1672                                                 struct page **pages,
1673                                                 int *locked,
1674                                                 unsigned int flags)
1675 {
1676         long ret, pages_done;
1677         bool must_unlock = false;
1678
1679         if (!nr_pages)
1680                 return 0;
1681
1682         /*
1683          * The internal caller expects GUP to manage the lock internally and the
1684          * lock must be released when this returns.
1685          */
1686         if (!*locked) {
1687                 if (mmap_read_lock_killable(mm))
1688                         return -EAGAIN;
1689                 must_unlock = true;
1690                 *locked = 1;
1691         }
1692         else
1693                 mmap_assert_locked(mm);
1694
1695         if (flags & FOLL_PIN)
1696                 mm_set_has_pinned_flag(&mm->flags);
1697
1698         /*
1699          * FOLL_PIN and FOLL_GET are mutually exclusive. Traditional behavior
1700          * is to set FOLL_GET if the caller wants pages[] filled in (but has
1701          * carelessly failed to specify FOLL_GET), so keep doing that, but only
1702          * for FOLL_GET, not for the newer FOLL_PIN.
1703          *
1704          * FOLL_PIN always expects pages to be non-null, but no need to assert
1705          * that here, as any failures will be obvious enough.
1706          */
1707         if (pages && !(flags & FOLL_PIN))
1708                 flags |= FOLL_GET;
1709
1710         pages_done = 0;
1711         for (;;) {
1712                 ret = __get_user_pages(mm, start, nr_pages, flags, pages,
1713                                        locked);
1714                 if (!(flags & FOLL_UNLOCKABLE)) {
1715                         /* VM_FAULT_RETRY couldn't trigger, bypass */
1716                         pages_done = ret;
1717                         break;
1718                 }
1719
1720                 /* VM_FAULT_RETRY or VM_FAULT_COMPLETED cannot return errors */
1721                 VM_WARN_ON_ONCE(!*locked && (ret < 0 || ret >= nr_pages));
1722
1723                 if (ret > 0) {
1724                         nr_pages -= ret;
1725                         pages_done += ret;
1726                         if (!nr_pages)
1727                                 break;
1728                 }
1729                 if (*locked) {
1730                         /*
1731                          * VM_FAULT_RETRY didn't trigger or it was a
1732                          * FOLL_NOWAIT.
1733                          */
1734                         if (!pages_done)
1735                                 pages_done = ret;
1736                         break;
1737                 }
1738                 /*
1739                  * VM_FAULT_RETRY triggered, so seek to the faulting offset.
1740                  * For the prefault case (!pages) we only update counts.
1741                  */
1742                 if (likely(pages))
1743                         pages += ret;
1744                 start += ret << PAGE_SHIFT;
1745
1746                 /* The lock was temporarily dropped, so we must unlock later */
1747                 must_unlock = true;
1748
1749 retry:
1750                 /*
1751                  * Repeat on the address that fired VM_FAULT_RETRY
1752                  * with both FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY and
1753                  * FAULT_FLAG_TRIED.  Note that GUP can be interrupted
1754                  * by fatal signals of even common signals, depending on
1755                  * the caller's request. So we need to check it before we
1756                  * start trying again otherwise it can loop forever.
1757                  */
1758                 if (gup_signal_pending(flags)) {
1759                         if (!pages_done)
1760                                 pages_done = -EINTR;
1761                         break;
1762                 }
1763
1764                 ret = mmap_read_lock_killable(mm);
1765                 if (ret) {
1766                         if (!pages_done)
1767                                 pages_done = ret;
1768                         break;
1769                 }
1770
1771                 *locked = 1;
1772                 ret = __get_user_pages(mm, start, 1, flags | FOLL_TRIED,
1773                                        pages, locked);
1774                 if (!*locked) {
1775                         /* Continue to retry until we succeeded */
1776                         VM_WARN_ON_ONCE(ret != 0);
1777                         goto retry;
1778                 }
1779                 if (ret != 1) {
1780                         VM_WARN_ON_ONCE(ret > 1);
1781                         if (!pages_done)
1782                                 pages_done = ret;
1783                         break;
1784                 }
1785                 nr_pages--;
1786                 pages_done++;
1787                 if (!nr_pages)
1788                         break;
1789                 if (likely(pages))
1790                         pages++;
1791                 start += PAGE_SIZE;
1792         }
1793         if (must_unlock && *locked) {
1794                 /*
1795                  * We either temporarily dropped the lock, or the caller
1796                  * requested that we both acquire and drop the lock. Either way,
1797                  * we must now unlock, and notify the caller of that state.
1798                  */
1799                 mmap_read_unlock(mm);
1800                 *locked = 0;
1801         }
1802
1803         /*
1804          * Failing to pin anything implies something has gone wrong (except when
1805          * FOLL_NOWAIT is specified).
1806          */
1807         if (WARN_ON_ONCE(pages_done == 0 && !(flags & FOLL_NOWAIT)))
1808                 return -EFAULT;
1809
1810         return pages_done;
1811 }
1812
1813 /**
1814  * populate_vma_page_range() -  populate a range of pages in the vma.
1815  * @vma:   target vma
1816  * @start: start address
1817  * @end:   end address
1818  * @locked: whether the mmap_lock is still held
1819  *
1820  * This takes care of mlocking the pages too if VM_LOCKED is set.
1821  *
1822  * Return either number of pages pinned in the vma, or a negative error
1823  * code on error.
1824  *
1825  * vma->vm_mm->mmap_lock must be held.
1826  *
1827  * If @locked is NULL, it may be held for read or write and will
1828  * be unperturbed.
1829  *
1830  * If @locked is non-NULL, it must held for read only and may be
1831  * released.  If it's released, *@locked will be set to 0.
1832  */
1833 long populate_vma_page_range(struct vm_area_struct *vma,
1834                 unsigned long start, unsigned long end, int *locked)
1835 {
1836         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
1837         unsigned long nr_pages = (end - start) / PAGE_SIZE;
1838         int local_locked = 1;
1839         int gup_flags;
1840         long ret;
1841
1842         VM_WARN_ON_ONCE(!PAGE_ALIGNED(start));
1843         VM_WARN_ON_ONCE(!PAGE_ALIGNED(end));
1844         VM_WARN_ON_ONCE_VMA(start < vma->vm_start, vma);
1845         VM_WARN_ON_ONCE_VMA(end   > vma->vm_end, vma);
1846         mmap_assert_locked(mm);
1847
1848         /*
1849          * Rightly or wrongly, the VM_LOCKONFAULT case has never used
1850          * faultin_page() to break COW, so it has no work to do here.
1851          */
1852         if (vma->vm_flags & VM_LOCKONFAULT)
1853                 return nr_pages;
1854
1855         /* ... similarly, we've never faulted in PROT_NONE pages */
1856         if (!vma_is_accessible(vma))
1857                 return -EFAULT;
1858
1859         gup_flags = FOLL_TOUCH;
1860         /*
1861          * We want to touch writable mappings with a write fault in order
1862          * to break COW, except for shared mappings because these don't COW
1863          * and we would not want to dirty them for nothing.
1864          *
1865          * Otherwise, do a read fault, and use FOLL_FORCE in case it's not
1866          * readable (ie write-only or executable).
1867          */
1868         if ((vma->vm_flags & (VM_WRITE | VM_SHARED)) == VM_WRITE)
1869                 gup_flags |= FOLL_WRITE;
1870         else
1871                 gup_flags |= FOLL_FORCE;
1872
1873         if (locked)
1874                 gup_flags |= FOLL_UNLOCKABLE;
1875
1876         /*
1877          * We made sure addr is within a VMA, so the following will
1878          * not result in a stack expansion that recurses back here.
1879          */
1880         ret = __get_user_pages(mm, start, nr_pages, gup_flags,
1881                                NULL, locked ? locked : &local_locked);
1882         lru_add_drain();
1883         return ret;
1884 }
1885
1886 /*
1887  * faultin_page_range() - populate (prefault) page tables inside the
1888  *                        given range readable/writable
1889  *
1890  * This takes care of mlocking the pages, too, if VM_LOCKED is set.
1891  *
1892  * @mm: the mm to populate page tables in
1893  * @start: start address
1894  * @end: end address
1895  * @write: whether to prefault readable or writable
1896  * @locked: whether the mmap_lock is still held
1897  *
1898  * Returns either number of processed pages in the MM, or a negative error
1899  * code on error (see __get_user_pages()). Note that this function reports
1900  * errors related to VMAs, such as incompatible mappings, as expected by
1901  * MADV_POPULATE_(READ|WRITE).
1902  *
1903  * The range must be page-aligned.
1904  *
1905  * mm->mmap_lock must be held. If it's released, *@locked will be set to 0.
1906  */
1907 long faultin_page_range(struct mm_struct *mm, unsigned long start,
1908                         unsigned long end, bool write, int *locked)
1909 {
1910         unsigned long nr_pages = (end - start) / PAGE_SIZE;
1911         int gup_flags;
1912         long ret;
1913
1914         VM_WARN_ON_ONCE(!PAGE_ALIGNED(start));
1915         VM_WARN_ON_ONCE(!PAGE_ALIGNED(end));
1916         mmap_assert_locked(mm);
1917
1918         /*
1919          * FOLL_TOUCH: Mark page accessed and thereby young; will also mark
1920          *             the page dirty with FOLL_WRITE -- which doesn't make a
1921          *             difference with !FOLL_FORCE, because the page is writable
1922          *             in the page table.
1923          * FOLL_HWPOISON: Return -EHWPOISON instead of -EFAULT when we hit
1924          *                a poisoned page.
1925          * !FOLL_FORCE: Require proper access permissions.
1926          */
1927         gup_flags = FOLL_TOUCH | FOLL_HWPOISON | FOLL_UNLOCKABLE |
1928                     FOLL_MADV_POPULATE;
1929         if (write)
1930                 gup_flags |= FOLL_WRITE;
1931
1932         ret = __get_user_pages_locked(mm, start, nr_pages, NULL, locked,
1933                                       gup_flags);
1934         lru_add_drain();
1935         return ret;
1936 }
1937
1938 /*
1939  * __mm_populate - populate and/or mlock pages within a range of address space.
1940  *
1941  * This is used to implement mlock() and the MAP_POPULATE / MAP_LOCKED mmap
1942  * flags. VMAs must be already marked with the desired vm_flags, and
1943  * mmap_lock must not be held.
1944  */
1945 int __mm_populate(unsigned long start, unsigned long len, int ignore_errors)
1946 {
1947         struct mm_struct *mm = current->mm;
1948         unsigned long end, nstart, nend;
1949         struct vm_area_struct *vma = NULL;
1950         int locked = 0;
1951         long ret = 0;
1952
1953         end = start + len;
1954
1955         for (nstart = start; nstart < end; nstart = nend) {
1956                 /*
1957                  * We want to fault in pages for [nstart; end) address range.
1958                  * Find first corresponding VMA.
1959                  */
1960                 if (!locked) {
1961                         locked = 1;
1962                         mmap_read_lock(mm);
1963                         vma = find_vma_intersection(mm, nstart, end);
1964                 } else if (nstart >= vma->vm_end)
1965                         vma = find_vma_intersection(mm, vma->vm_end, end);
1966
1967                 if (!vma)
1968                         break;
1969                 /*
1970                  * Set [nstart; nend) to intersection of desired address
1971                  * range with the first VMA. Also, skip undesirable VMA types.
1972                  */
1973                 nend = min(end, vma->vm_end);
1974                 if (vma->vm_flags & (VM_IO | VM_PFNMAP))
1975                         continue;
1976                 if (nstart < vma->vm_start)
1977                         nstart = vma->vm_start;
1978                 /*
1979                  * Now fault in a range of pages. populate_vma_page_range()
1980                  * double checks the vma flags, so that it won't mlock pages
1981                  * if the vma was already munlocked.
1982                  */
1983                 ret = populate_vma_page_range(vma, nstart, nend, &locked);
1984                 if (ret < 0) {
1985                         if (ignore_errors) {
1986                                 ret = 0;
1987                                 continue;       /* continue at next VMA */
1988                         }
1989                         break;
1990                 }
1991                 nend = nstart + ret * PAGE_SIZE;
1992                 ret = 0;
1993         }
1994         if (locked)
1995                 mmap_read_unlock(mm);
1996         return ret;     /* 0 or negative error code */
1997 }
1998 #else /* CONFIG_MMU */
1999 static long __get_user_pages_locked(struct mm_struct *mm, unsigned long start,
2000                 unsigned long nr_pages, struct page **pages,
2001                 int *locked, unsigned int foll_flags)
2002 {
2003         struct vm_area_struct *vma;
2004         bool must_unlock = false;
2005         vm_flags_t vm_flags;
2006         long i;
2007
2008         if (!nr_pages)
2009                 return 0;
2010
2011         /*
2012          * The internal caller expects GUP to manage the lock internally and the
2013          * lock must be released when this returns.
2014          */
2015         if (!*locked) {
2016                 if (mmap_read_lock_killable(mm))
2017                         return -EAGAIN;
2018                 must_unlock = true;
2019                 *locked = 1;
2020         }
2021
2022         /* calculate required read or write permissions.
2023          * If FOLL_FORCE is set, we only require the "MAY" flags.
2024          */
2025         vm_flags  = (foll_flags & FOLL_WRITE) ?
2026                         (VM_WRITE | VM_MAYWRITE) : (VM_READ | VM_MAYREAD);
2027         vm_flags &= (foll_flags & FOLL_FORCE) ?
2028                         (VM_MAYREAD | VM_MAYWRITE) : (VM_READ | VM_WRITE);
2029
2030         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
2031                 vma = find_vma(mm, start);
2032                 if (!vma)
2033                         break;
2034
2035                 /* protect what we can, including chardevs */
2036                 if ((vma->vm_flags & (VM_IO | VM_PFNMAP)) ||
2037                     !(vm_flags & vma->vm_flags))
2038                         break;
2039
2040                 if (pages) {
2041                         pages[i] = virt_to_page((void *)start);
2042                         if (pages[i])
2043                                 get_page(pages[i]);
2044                 }
2045
2046                 start = (start + PAGE_SIZE) & PAGE_MASK;
2047         }
2048
2049         if (must_unlock && *locked) {
2050                 mmap_read_unlock(mm);
2051                 *locked = 0;
2052         }
2053
2054         return i ? : -EFAULT;
2055 }
2056 #endif /* !CONFIG_MMU */
2057
2058 /**
2059  * fault_in_writeable - fault in userspace address range for writing
2060  * @uaddr: start of address range
2061  * @size: size of address range
2062  *
2063  * Returns the number of bytes not faulted in (like copy_to_user() and
2064  * copy_from_user()).
2065  */
2066 size_t fault_in_writeable(char __user *uaddr, size_t size)
2067 {
2068         const unsigned long start = (unsigned long)uaddr;
2069         const unsigned long end = start + size;
2070         unsigned long cur;
2071
2072         if (unlikely(size == 0))
2073                 return 0;
2074         if (!user_write_access_begin(uaddr, size))
2075                 return size;
2076
2077         /* Stop once we overflow to 0. */
2078         for (cur = start; cur && cur < end; cur = PAGE_ALIGN_DOWN(cur + PAGE_SIZE))
2079                 unsafe_put_user(0, (char __user *)cur, out);
2080 out:
2081         user_write_access_end();
2082         if (size > cur - start)
2083                 return size - (cur - start);
2084         return 0;
2085 }
2086 EXPORT_SYMBOL(fault_in_writeable);
2087
2088 /**
2089  * fault_in_subpage_writeable - fault in an address range for writing
2090  * @uaddr: start of address range
2091  * @size: size of address range
2092  *
2093  * Fault in a user address range for writing while checking for permissions at
2094  * sub-page granularity (e.g. arm64 MTE). This function should be used when
2095  * the caller cannot guarantee forward progress of a copy_to_user() loop.
2096  *
2097  * Returns the number of bytes not faulted in (like copy_to_user() and
2098  * copy_from_user()).
2099  */
2100 size_t fault_in_subpage_writeable(char __user *uaddr, size_t size)
2101 {
2102         size_t faulted_in;
2103
2104         /*
2105          * Attempt faulting in at page granularity first for page table
2106          * permission checking. The arch-specific probe_subpage_writeable()
2107          * functions may not check for this.
2108          */
2109         faulted_in = size - fault_in_writeable(uaddr, size);
2110         if (faulted_in)
2111                 faulted_in -= probe_subpage_writeable(uaddr, faulted_in);
2112
2113         return size - faulted_in;
2114 }
2115 EXPORT_SYMBOL(fault_in_subpage_writeable);
2116
2117 /*
2118  * fault_in_safe_writeable - fault in an address range for writing
2119  * @uaddr: start of address range
2120  * @size: length of address range
2121  *
2122  * Faults in an address range for writing.  This is primarily useful when we
2123  * already know that some or all of the pages in the address range aren't in
2124  * memory.
2125  *
2126  * Unlike fault_in_writeable(), this function is non-destructive.
2127  *
2128  * Note that we don't pin or otherwise hold the pages referenced that we fault
2129  * in.  There's no guarantee that they'll stay in memory for any duration of
2130  * time.
2131  *
2132  * Returns the number of bytes not faulted in, like copy_to_user() and
2133  * copy_from_user().
2134  */
2135 size_t fault_in_safe_writeable(const char __user *uaddr, size_t size)
2136 {
2137         const unsigned long start = (unsigned long)uaddr;
2138         const unsigned long end = start + size;
2139         unsigned long cur;
2140         struct mm_struct *mm = current->mm;
2141         bool unlocked = false;
2142
2143         if (unlikely(size == 0))
2144                 return 0;
2145
2146         mmap_read_lock(mm);
2147         /* Stop once we overflow to 0. */
2148         for (cur = start; cur && cur < end; cur = PAGE_ALIGN_DOWN(cur + PAGE_SIZE))
2149                 if (fixup_user_fault(mm, cur, FAULT_FLAG_WRITE, &unlocked))
2150                         break;
2151         mmap_read_unlock(mm);
2152
2153         if (size > cur - start)
2154                 return size - (cur - start);
2155         return 0;
2156 }
2157 EXPORT_SYMBOL(fault_in_safe_writeable);
2158
2159 /**
2160  * fault_in_readable - fault in userspace address range for reading
2161  * @uaddr: start of user address range
2162  * @size: size of user address range
2163  *
2164  * Returns the number of bytes not faulted in (like copy_to_user() and
2165  * copy_from_user()).
2166  */
2167 size_t fault_in_readable(const char __user *uaddr, size_t size)
2168 {
2169         const unsigned long start = (unsigned long)uaddr;
2170         const unsigned long end = start + size;
2171         unsigned long cur;
2172         volatile char c;
2173
2174         if (unlikely(size == 0))
2175                 return 0;
2176         if (!user_read_access_begin(uaddr, size))
2177                 return size;
2178
2179         /* Stop once we overflow to 0. */
2180         for (cur = start; cur && cur < end; cur = PAGE_ALIGN_DOWN(cur + PAGE_SIZE))
2181                 unsafe_get_user(c, (const char __user *)cur, out);
2182 out:
2183         user_read_access_end();
2184         (void)c;
2185         if (size > cur - start)
2186                 return size - (cur - start);
2187         return 0;
2188 }
2189 EXPORT_SYMBOL(fault_in_readable);
2190
2191 /**
2192  * get_dump_page() - pin user page in memory while writing it to core dump
2193  * @addr: user address
2194  * @locked: a pointer to an int denoting whether the mmap sem is held
2195  *
2196  * Returns struct page pointer of user page pinned for dump,
2197  * to be freed afterwards by put_page().
2198  *
2199  * Returns NULL on any kind of failure - a hole must then be inserted into
2200  * the corefile, to preserve alignment with its headers; and also returns
2201  * NULL wherever the ZERO_PAGE, or an anonymous pte_none, has been found -
2202  * allowing a hole to be left in the corefile to save disk space.
2203  *
2204  * Called without mmap_lock (takes and releases the mmap_lock by itself).
2205  */
2206 #ifdef CONFIG_ELF_CORE
2207 struct page *get_dump_page(unsigned long addr, int *locked)
2208 {
2209         struct page *page;
2210         int ret;
2211
2212         ret = __get_user_pages_locked(current->mm, addr, 1, &page, locked,
2213                                       FOLL_FORCE | FOLL_DUMP | FOLL_GET);
2214         return (ret == 1) ? page : NULL;
2215 }
2216 #endif /* CONFIG_ELF_CORE */
2217
2218 #ifdef CONFIG_MIGRATION
2219
2220 /*
2221  * An array of either pages or folios ("pofs"). Although it may seem tempting to
2222  * avoid this complication, by simply interpreting a list of folios as a list of
2223  * pages, that approach won't work in the longer term, because eventually the
2224  * layouts of struct page and struct folio will become completely different.
2225  * Furthermore, this pof approach avoids excessive page_folio() calls.
2226  */
2227 struct pages_or_folios {
2228         union {
2229                 struct page **pages;
2230                 struct folio **folios;
2231                 void **entries;
2232         };
2233         bool has_folios;
2234         long nr_entries;
2235 };
2236
2237 static struct folio *pofs_get_folio(struct pages_or_folios *pofs, long i)
2238 {
2239         if (pofs->has_folios)
2240                 return pofs->folios[i];
2241         return page_folio(pofs->pages[i]);
2242 }
2243
2244 static void pofs_clear_entry(struct pages_or_folios *pofs, long i)
2245 {
2246         pofs->entries[i] = NULL;
2247 }
2248
2249 static void pofs_unpin(struct pages_or_folios *pofs)
2250 {
2251         if (pofs->has_folios)
2252                 unpin_folios(pofs->folios, pofs->nr_entries);
2253         else
2254                 unpin_user_pages(pofs->pages, pofs->nr_entries);
2255 }
2256
2257 static struct folio *pofs_next_folio(struct folio *folio,
2258                 struct pages_or_folios *pofs, long *index_ptr)
2259 {
2260         long i = *index_ptr + 1;
2261
2262         if (!pofs->has_folios && folio_test_large(folio)) {
2263                 const unsigned long start_pfn = folio_pfn(folio);
2264                 const unsigned long end_pfn = start_pfn + folio_nr_pages(folio);
2265
2266                 for (; i < pofs->nr_entries; i++) {
2267                         unsigned long pfn = page_to_pfn(pofs->pages[i]);
2268
2269                         /* Is this page part of this folio? */
2270                         if (pfn < start_pfn || pfn >= end_pfn)
2271                                 break;
2272                 }
2273         }
2274
2275         if (unlikely(i == pofs->nr_entries))
2276                 return NULL;
2277         *index_ptr = i;
2278
2279         return pofs_get_folio(pofs, i);
2280 }
2281
2282 /*
2283  * Returns the number of collected folios. Return value is always >= 0.
2284  */
2285 static unsigned long collect_longterm_unpinnable_folios(
2286                 struct list_head *movable_folio_list,
2287                 struct pages_or_folios *pofs)
2288 {
2289         unsigned long collected = 0;
2290         struct folio *folio;
2291         int drained = 0;
2292         long i = 0;
2293
2294         for (folio = pofs_get_folio(pofs, i); folio;
2295              folio = pofs_next_folio(folio, pofs, &i)) {
2296
2297                 if (folio_is_longterm_pinnable(folio))
2298                         continue;
2299
2300                 collected++;
2301
2302                 if (folio_is_device_coherent(folio))
2303                         continue;
2304
2305                 if (folio_test_hugetlb(folio)) {
2306                         folio_isolate_hugetlb(folio, movable_folio_list);
2307                         continue;
2308                 }
2309
2310                 if (drained == 0 && folio_may_be_lru_cached(folio) &&
2311                                 folio_ref_count(folio) !=
2312                                 folio_expected_ref_count(folio) + 1) {
2313                         lru_add_drain();
2314                         drained = 1;
2315                 }
2316                 if (drained == 1 && folio_may_be_lru_cached(folio) &&
2317                                 folio_ref_count(folio) !=
2318                                 folio_expected_ref_count(folio) + 1) {
2319                         lru_add_drain_all();
2320                         drained = 2;
2321                 }
2322
2323                 if (!folio_isolate_lru(folio))
2324                         continue;
2325
2326                 list_add_tail(&folio->lru, movable_folio_list);
2327                 node_stat_mod_folio(folio,
2328                                     NR_ISOLATED_ANON + folio_is_file_lru(folio),
2329                                     folio_nr_pages(folio));
2330         }
2331
2332         return collected;
2333 }
2334
2335 /*
2336  * Unpins all folios and migrates device coherent folios and movable_folio_list.
2337  * Returns -EAGAIN if all folios were successfully migrated or -errno for
2338  * failure (or partial success).
2339  */
2340 static int
2341 migrate_longterm_unpinnable_folios(struct list_head *movable_folio_list,
2342                                    struct pages_or_folios *pofs)
2343 {
2344         int ret;
2345         unsigned long i;
2346
2347         for (i = 0; i < pofs->nr_entries; i++) {
2348                 struct folio *folio = pofs_get_folio(pofs, i);
2349
2350                 if (folio_is_device_coherent(folio)) {
2351                         /*
2352                          * Migration will fail if the folio is pinned, so
2353                          * convert the pin on the source folio to a normal
2354                          * reference.
2355                          */
2356                         pofs_clear_entry(pofs, i);
2357                         folio_get(folio);
2358                         gup_put_folio(folio, 1, FOLL_PIN);
2359
2360                         if (migrate_device_coherent_folio(folio)) {
2361                                 ret = -EBUSY;
2362                                 goto err;
2363                         }
2364
2365                         continue;
2366                 }
2367
2368                 /*
2369                  * We can't migrate folios with unexpected references, so drop
2370                  * the reference obtained by __get_user_pages_locked().
2371                  * Migrating folios have been added to movable_folio_list after
2372                  * calling folio_isolate_lru() which takes a reference so the
2373                  * folio won't be freed if it's migrating.
2374                  */
2375                 unpin_folio(folio);
2376                 pofs_clear_entry(pofs, i);
2377         }
2378
2379         if (!list_empty(movable_folio_list)) {
2380                 struct migration_target_control mtc = {
2381                         .nid = NUMA_NO_NODE,
2382                         .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_NOWARN,
2383                         .reason = MR_LONGTERM_PIN,
2384                 };
2385
2386                 if (migrate_pages(movable_folio_list, alloc_migration_target,
2387                                   NULL, (unsigned long)&mtc, MIGRATE_SYNC,
2388                                   MR_LONGTERM_PIN, NULL)) {
2389                         ret = -ENOMEM;
2390                         goto err;
2391                 }
2392         }
2393
2394         putback_movable_pages(movable_folio_list);
2395
2396         return -EAGAIN;
2397
2398 err:
2399         pofs_unpin(pofs);
2400         putback_movable_pages(movable_folio_list);
2401
2402         return ret;
2403 }
2404
2405 static long
2406 check_and_migrate_movable_pages_or_folios(struct pages_or_folios *pofs)
2407 {
2408         LIST_HEAD(movable_folio_list);
2409         unsigned long collected;
2410
2411         collected = collect_longterm_unpinnable_folios(&movable_folio_list,
2412                                                        pofs);
2413         if (!collected)
2414                 return 0;
2415
2416         return migrate_longterm_unpinnable_folios(&movable_folio_list, pofs);
2417 }
2418
2419 /*
2420  * Check whether all folios are *allowed* to be pinned indefinitely (long term).
2421  * Rather confusingly, all folios in the range are required to be pinned via
2422  * FOLL_PIN, before calling this routine.
2423  *
2424  * Return values:
2425  *
2426  * 0: if everything is OK and all folios in the range are allowed to be pinned,
2427  * then this routine leaves all folios pinned and returns zero for success.
2428  *
2429  * -EAGAIN: if any folios in the range are not allowed to be pinned, then this
2430  * routine will migrate those folios away, unpin all the folios in the range. If
2431  * migration of the entire set of folios succeeds, then -EAGAIN is returned. The
2432  * caller should re-pin the entire range with FOLL_PIN and then call this
2433  * routine again.
2434  *
2435  * -ENOMEM, or any other -errno: if an error *other* than -EAGAIN occurs, this
2436  * indicates a migration failure. The caller should give up, and propagate the
2437  * error back up the call stack. The caller does not need to unpin any folios in
2438  * that case, because this routine will do the unpinning.
2439  */
2440 static long check_and_migrate_movable_folios(unsigned long nr_folios,
2441                                              struct folio **folios)
2442 {
2443         struct pages_or_folios pofs = {
2444                 .folios = folios,
2445                 .has_folios = true,
2446                 .nr_entries = nr_folios,
2447         };
2448
2449         return check_and_migrate_movable_pages_or_folios(&pofs);
2450 }
2451
2452 /*
2453  * Return values and behavior are the same as those for
2454  * check_and_migrate_movable_folios().
2455  */
2456 static long check_and_migrate_movable_pages(unsigned long nr_pages,
2457                                             struct page **pages)
2458 {
2459         struct pages_or_folios pofs = {
2460                 .pages = pages,
2461                 .has_folios = false,
2462                 .nr_entries = nr_pages,
2463         };
2464
2465         return check_and_migrate_movable_pages_or_folios(&pofs);
2466 }
2467 #else
2468 static long check_and_migrate_movable_pages(unsigned long nr_pages,
2469                                             struct page **pages)
2470 {
2471         return 0;
2472 }
2473
2474 static long check_and_migrate_movable_folios(unsigned long nr_folios,
2475                                              struct folio **folios)
2476 {
2477         return 0;
2478 }
2479 #endif /* CONFIG_MIGRATION */
2480
2481 /*
2482  * __gup_longterm_locked() is a wrapper for __get_user_pages_locked which
2483  * allows us to process the FOLL_LONGTERM flag.
2484  */
2485 static long __gup_longterm_locked(struct mm_struct *mm,
2486                                   unsigned long start,
2487                                   unsigned long nr_pages,
2488                                   struct page **pages,
2489                                   int *locked,
2490                                   unsigned int gup_flags)
2491 {
2492         unsigned int flags;
2493         long rc, nr_pinned_pages;
2494
2495         if (!(gup_flags & FOLL_LONGTERM))
2496                 return __get_user_pages_locked(mm, start, nr_pages, pages,
2497                                                locked, gup_flags);
2498
2499         flags = memalloc_pin_save();
2500         do {
2501                 nr_pinned_pages = __get_user_pages_locked(mm, start, nr_pages,
2502                                                           pages, locked,
2503                                                           gup_flags);
2504                 if (nr_pinned_pages <= 0) {
2505                         rc = nr_pinned_pages;
2506                         break;
2507                 }
2508
2509                 /* FOLL_LONGTERM implies FOLL_PIN */
2510                 rc = check_and_migrate_movable_pages(nr_pinned_pages, pages);
2511         } while (rc == -EAGAIN);
2512         memalloc_pin_restore(flags);
2513         return rc ? rc : nr_pinned_pages;
2514 }
2515
2516 /*
2517  * Check that the given flags are valid for the exported gup/pup interface, and
2518  * update them with the required flags that the caller must have set.
2519  */
2520 static bool is_valid_gup_args(struct page **pages, int *locked,
2521                               unsigned int *gup_flags_p, unsigned int to_set)
2522 {
2523         unsigned int gup_flags = *gup_flags_p;
2524
2525         /*
2526          * These flags not allowed to be specified externally to the gup
2527          * interfaces:
2528          * - FOLL_TOUCH/FOLL_PIN/FOLL_TRIED/FOLL_FAST_ONLY are internal only
2529          * - FOLL_REMOTE is internal only, set in (get|pin)_user_pages_remote()
2530          * - FOLL_UNLOCKABLE is internal only and used if locked is !NULL
2531          */
2532         if (WARN_ON_ONCE(gup_flags & INTERNAL_GUP_FLAGS))
2533                 return false;
2534
2535         gup_flags |= to_set;
2536         if (locked) {
2537                 /* At the external interface locked must be set */
2538                 if (WARN_ON_ONCE(*locked != 1))
2539                         return false;
2540
2541                 gup_flags |= FOLL_UNLOCKABLE;
2542         }
2543
2544         /* FOLL_GET and FOLL_PIN are mutually exclusive. */
2545         if (WARN_ON_ONCE((gup_flags & (FOLL_PIN | FOLL_GET)) ==
2546                          (FOLL_PIN | FOLL_GET)))
2547                 return false;
2548
2549         /* LONGTERM can only be specified when pinning */
2550         if (WARN_ON_ONCE(!(gup_flags & FOLL_PIN) && (gup_flags & FOLL_LONGTERM)))
2551                 return false;
2552
2553         /* Pages input must be given if using GET/PIN */
2554         if (WARN_ON_ONCE((gup_flags & (FOLL_GET | FOLL_PIN)) && !pages))
2555                 return false;
2556
2557         /* We want to allow the pgmap to be hot-unplugged at all times */
2558         if (WARN_ON_ONCE((gup_flags & FOLL_LONGTERM) &&
2559                          (gup_flags & FOLL_PCI_P2PDMA)))
2560                 return false;
2561
2562         *gup_flags_p = gup_flags;
2563         return true;
2564 }
2565
2566 #ifdef CONFIG_MMU
2567 /**
2568  * get_user_pages_remote() - pin user pages in memory
2569  * @mm:         mm_struct of target mm
2570  * @start:      starting user address
2571  * @nr_pages:   number of pages from start to pin
2572  * @gup_flags:  flags modifying lookup behaviour
2573  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
2574  *              Should be at least nr_pages long. Or NULL, if caller
2575  *              only intends to ensure the pages are faulted in.
2576  * @locked:     pointer to lock flag indicating whether lock is held and
2577  *              subsequently whether VM_FAULT_RETRY functionality can be
2578  *              utilised. Lock must initially be held.
2579  *
2580  * Returns either number of pages pinned (which may be less than the
2581  * number requested), or an error. Details about the return value:
2582  *
2583  * -- If nr_pages is 0, returns 0.
2584  * -- If nr_pages is >0, but no pages were pinned, returns -errno.
2585  * -- If nr_pages is >0, and some pages were pinned, returns the number of
2586  *    pages pinned. Again, this may be less than nr_pages.
2587  *
2588  * The caller is responsible for releasing returned @pages, via put_page().
2589  *
2590  * Must be called with mmap_lock held for read or write.
2591  *
2592  * get_user_pages_remote walks a process's page tables and takes a reference
2593  * to each struct page that each user address corresponds to at a given
2594  * instant. That is, it takes the page that would be accessed if a user
2595  * thread accesses the given user virtual address at that instant.
2596  *
2597  * This does not guarantee that the page exists in the user mappings when
2598  * get_user_pages_remote returns, and there may even be a completely different
2599  * page there in some cases (eg. if mmapped pagecache has been invalidated
2600  * and subsequently re-faulted). However it does guarantee that the page
2601  * won't be freed completely. And mostly callers simply care that the page
2602  * contains data that was valid *at some point in time*. Typically, an IO
2603  * or similar operation cannot guarantee anything stronger anyway because
2604  * locks can't be held over the syscall boundary.
2605  *
2606  * If gup_flags & FOLL_WRITE == 0, the page must not be written to. If the page
2607  * is written to, set_page_dirty (or set_page_dirty_lock, as appropriate) must
2608  * be called after the page is finished with, and before put_page is called.
2609  *
2610  * get_user_pages_remote is typically used for fewer-copy IO operations,
2611  * to get a handle on the memory by some means other than accesses
2612  * via the user virtual addresses. The pages may be submitted for
2613  * DMA to devices or accessed via their kernel linear mapping (via the
2614  * kmap APIs). Care should be taken to use the correct cache flushing APIs.
2615  *
2616  * See also get_user_pages_fast, for performance critical applications.
2617  *
2618  * get_user_pages_remote should be phased out in favor of
2619  * get_user_pages_locked|unlocked or get_user_pages_fast. Nothing
2620  * should use get_user_pages_remote because it cannot pass
2621  * FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY to handle_mm_fault.
2622  */
2623 long get_user_pages_remote(struct mm_struct *mm,
2624                 unsigned long start, unsigned long nr_pages,
2625                 unsigned int gup_flags, struct page **pages,
2626                 int *locked)
2627 {
2628         int local_locked = 1;
2629
2630         if (!is_valid_gup_args(pages, locked, &gup_flags,
2631                                FOLL_TOUCH | FOLL_REMOTE))
2632                 return -EINVAL;
2633
2634         return __get_user_pages_locked(mm, start, nr_pages, pages,
2635                                        locked ? locked : &local_locked,
2636                                        gup_flags);
2637 }
2638 EXPORT_SYMBOL(get_user_pages_remote);
2639
2640 #else /* CONFIG_MMU */
2641 long get_user_pages_remote(struct mm_struct *mm,
2642                            unsigned long start, unsigned long nr_pages,
2643                            unsigned int gup_flags, struct page **pages,
2644                            int *locked)
2645 {
2646         return 0;
2647 }
2648 #endif /* !CONFIG_MMU */
2649
2650 /**
2651  * get_user_pages() - pin user pages in memory
2652  * @start:      starting user address
2653  * @nr_pages:   number of pages from start to pin
2654  * @gup_flags:  flags modifying lookup behaviour
2655  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
2656  *              Should be at least nr_pages long. Or NULL, if caller
2657  *              only intends to ensure the pages are faulted in.
2658  *
2659  * This is the same as get_user_pages_remote(), just with a less-flexible
2660  * calling convention where we assume that the mm being operated on belongs to
2661  * the current task, and doesn't allow passing of a locked parameter.  We also
2662  * obviously don't pass FOLL_REMOTE in here.
2663  */
2664 long get_user_pages(unsigned long start, unsigned long nr_pages,
2665                     unsigned int gup_flags, struct page **pages)
2666 {
2667         int locked = 1;
2668
2669         if (!is_valid_gup_args(pages, NULL, &gup_flags, FOLL_TOUCH))
2670                 return -EINVAL;
2671
2672         return __get_user_pages_locked(current->mm, start, nr_pages, pages,
2673                                        &locked, gup_flags);
2674 }
2675 EXPORT_SYMBOL(get_user_pages);
2676
2677 /*
2678  * get_user_pages_unlocked() is suitable to replace the form:
2679  *
2680  *      mmap_read_lock(mm);
2681  *      get_user_pages(mm, ..., pages, NULL);
2682  *      mmap_read_unlock(mm);
2683  *
2684  *  with:
2685  *
2686  *      get_user_pages_unlocked(mm, ..., pages);
2687  *
2688  * It is functionally equivalent to get_user_pages_fast so
2689  * get_user_pages_fast should be used instead if specific gup_flags
2690  * (e.g. FOLL_FORCE) are not required.
2691  */
2692 long get_user_pages_unlocked(unsigned long start, unsigned long nr_pages,
2693                              struct page **pages, unsigned int gup_flags)
2694 {
2695         int locked = 0;
2696
2697         if (!is_valid_gup_args(pages, NULL, &gup_flags,
2698                                FOLL_TOUCH | FOLL_UNLOCKABLE))
2699                 return -EINVAL;
2700
2701         return __get_user_pages_locked(current->mm, start, nr_pages, pages,
2702                                        &locked, gup_flags);
2703 }
2704 EXPORT_SYMBOL(get_user_pages_unlocked);
2705
2706 /*
2707  * GUP-fast
2708  *
2709  * get_user_pages_fast attempts to pin user pages by walking the page
2710  * tables directly and avoids taking locks. Thus the walker needs to be
2711  * protected from page table pages being freed from under it, and should
2712  * block any THP splits.
2713  *
2714  * One way to achieve this is to have the walker disable interrupts, and
2715  * rely on IPIs from the TLB flushing code blocking before the page table
2716  * pages are freed. This is unsuitable for architectures that do not need
2717  * to broadcast an IPI when invalidating TLBs.
2718  *
2719  * Another way to achieve this is to batch up page table containing pages
2720  * belonging to more than one mm_user, then rcu_sched a callback to free those
2721  * pages. Disabling interrupts will allow the gup_fast() walker to both block
2722  * the rcu_sched callback, and an IPI that we broadcast for splitting THPs
2723  * (which is a relatively rare event). The code below adopts this strategy.
2724  *
2725  * Before activating this code, please be aware that the following assumptions
2726  * are currently made:
2727  *
2728  *  *) Either MMU_GATHER_RCU_TABLE_FREE is enabled, and tlb_remove_table() is used to
2729  *  free pages containing page tables or TLB flushing requires IPI broadcast.
2730  *
2731  *  *) ptes can be read atomically by the architecture.
2732  *
2733  *  *) valid user addesses are below TASK_MAX_SIZE
2734  *
2735  * The last two assumptions can be relaxed by the addition of helper functions.
2736  *
2737  * This code is based heavily on the PowerPC implementation by Nick Piggin.
2738  */
2739 #ifdef CONFIG_HAVE_GUP_FAST
2740 /*
2741  * Used in the GUP-fast path to determine whether GUP is permitted to work on
2742  * a specific folio.
2743  *
2744  * This call assumes the caller has pinned the folio, that the lowest page table
2745  * level still points to this folio, and that interrupts have been disabled.
2746  *
2747  * GUP-fast must reject all secretmem folios.
2748  *
2749  * Writing to pinned file-backed dirty tracked folios is inherently problematic
2750  * (see comment describing the writable_file_mapping_allowed() function). We
2751  * therefore try to avoid the most egregious case of a long-term mapping doing
2752  * so.
2753  *
2754  * This function cannot be as thorough as that one as the VMA is not available
2755  * in the fast path, so instead we whitelist known good cases and if in doubt,
2756  * fall back to the slow path.
2757  */
2758 static bool gup_fast_folio_allowed(struct folio *folio, unsigned int flags)
2759 {
2760         bool reject_file_backed = false;
2761         struct address_space *mapping;
2762         bool check_secretmem = false;
2763         unsigned long mapping_flags;
2764
2765         /*
2766          * If we aren't pinning then no problematic write can occur. A long term
2767          * pin is the most egregious case so this is the one we disallow.
2768          */
2769         if ((flags & (FOLL_PIN | FOLL_LONGTERM | FOLL_WRITE)) ==
2770             (FOLL_PIN | FOLL_LONGTERM | FOLL_WRITE))
2771                 reject_file_backed = true;
2772
2773         /* We hold a folio reference, so we can safely access folio fields. */
2774
2775         /* secretmem folios are always order-0 folios. */
2776         if (IS_ENABLED(CONFIG_SECRETMEM) && !folio_test_large(folio))
2777                 check_secretmem = true;
2778
2779         if (!reject_file_backed && !check_secretmem)
2780                 return true;
2781
2782         if (WARN_ON_ONCE(folio_test_slab(folio)))
2783                 return false;
2784
2785         /* hugetlb neither requires dirty-tracking nor can be secretmem. */
2786         if (folio_test_hugetlb(folio))
2787                 return true;
2788
2789         /*
2790          * GUP-fast disables IRQs. When IRQS are disabled, RCU grace periods
2791          * cannot proceed, which means no actions performed under RCU can
2792          * proceed either.
2793          *
2794          * inodes and thus their mappings are freed under RCU, which means the
2795          * mapping cannot be freed beneath us and thus we can safely dereference
2796          * it.
2797          */
2798         lockdep_assert_irqs_disabled();
2799
2800         /*
2801          * However, there may be operations which _alter_ the mapping, so ensure
2802          * we read it once and only once.
2803          */
2804         mapping = READ_ONCE(folio->mapping);
2805
2806         /*
2807          * The mapping may have been truncated, in any case we cannot determine
2808          * if this mapping is safe - fall back to slow path to determine how to
2809          * proceed.
2810          */
2811         if (!mapping)
2812                 return false;
2813
2814         /* Anonymous folios pose no problem. */
2815         mapping_flags = (unsigned long)mapping & FOLIO_MAPPING_FLAGS;
2816         if (mapping_flags)
2817                 return mapping_flags & FOLIO_MAPPING_ANON;
2818
2819         /*
2820          * At this point, we know the mapping is non-null and points to an
2821          * address_space object.
2822          */
2823         if (check_secretmem && secretmem_mapping(mapping))
2824                 return false;
2825         /* The only remaining allowed file system is shmem. */
2826         return !reject_file_backed || shmem_mapping(mapping);
2827 }
2828
2829 static void __maybe_unused gup_fast_undo_dev_pagemap(int *nr, int nr_start,
2830                 unsigned int flags, struct page **pages)
2831 {
2832         while ((*nr) - nr_start) {
2833                 struct folio *folio = page_folio(pages[--(*nr)]);
2834
2835                 folio_clear_referenced(folio);
2836                 gup_put_folio(folio, 1, flags);
2837         }
2838 }
2839
2840 #ifdef CONFIG_ARCH_HAS_PTE_SPECIAL
2841 /*
2842  * GUP-fast relies on pte change detection to avoid concurrent pgtable
2843  * operations.
2844  *
2845  * To pin the page, GUP-fast needs to do below in order:
2846  * (1) pin the page (by prefetching pte), then (2) check pte not changed.
2847  *
2848  * For the rest of pgtable operations where pgtable updates can be racy
2849  * with GUP-fast, we need to do (1) clear pte, then (2) check whether page
2850  * is pinned.
2851  *
2852  * Above will work for all pte-level operations, including THP split.
2853  *
2854  * For THP collapse, it's a bit more complicated because GUP-fast may be
2855  * walking a pgtable page that is being freed (pte is still valid but pmd
2856  * can be cleared already).  To avoid race in such condition, we need to
2857  * also check pmd here to make sure pmd doesn't change (corresponds to
2858  * pmdp_collapse_flush() in the THP collapse code path).
2859  */
2860 static int gup_fast_pte_range(pmd_t pmd, pmd_t *pmdp, unsigned long addr,
2861                 unsigned long end, unsigned int flags, struct page **pages,
2862                 int *nr)
2863 {
2864         struct dev_pagemap *pgmap = NULL;
2865         int ret = 0;
2866         pte_t *ptep, *ptem;
2867
2868         ptem = ptep = pte_offset_map(&pmd, addr);
2869         if (!ptep)
2870                 return 0;
2871         do {
2872                 pte_t pte = ptep_get_lockless(ptep);
2873                 struct page *page;
2874                 struct folio *folio;
2875
2876                 /*
2877                  * Always fallback to ordinary GUP on PROT_NONE-mapped pages:
2878                  * pte_access_permitted() better should reject these pages
2879                  * either way: otherwise, GUP-fast might succeed in
2880                  * cases where ordinary GUP would fail due to VMA access
2881                  * permissions.
2882                  */
2883                 if (pte_protnone(pte))
2884                         goto pte_unmap;
2885
2886                 if (!pte_access_permitted(pte, flags & FOLL_WRITE))
2887                         goto pte_unmap;
2888
2889                 if (pte_special(pte))
2890                         goto pte_unmap;
2891
2892                 /* If it's not marked as special it must have a valid memmap. */
2893                 VM_WARN_ON_ONCE(!pfn_valid(pte_pfn(pte)));
2894                 page = pte_page(pte);
2895
2896                 folio = try_grab_folio_fast(page, 1, flags);
2897                 if (!folio)
2898                         goto pte_unmap;
2899
2900                 if (unlikely(pmd_val(pmd) != pmd_val(*pmdp)) ||
2901                     unlikely(pte_val(pte) != pte_val(ptep_get(ptep)))) {
2902                         gup_put_folio(folio, 1, flags);
2903                         goto pte_unmap;
2904                 }
2905
2906                 if (!gup_fast_folio_allowed(folio, flags)) {
2907                         gup_put_folio(folio, 1, flags);
2908                         goto pte_unmap;
2909                 }
2910
2911                 if (!pte_write(pte) && gup_must_unshare(NULL, flags, page)) {
2912                         gup_put_folio(folio, 1, flags);
2913                         goto pte_unmap;
2914                 }
2915
2916                 /*
2917                  * We need to make the page accessible if and only if we are
2918                  * going to access its content (the FOLL_PIN case).  Please
2919                  * see Documentation/core-api/pin_user_pages.rst for
2920                  * details.
2921                  */
2922                 if (flags & FOLL_PIN) {
2923                         ret = arch_make_folio_accessible(folio);
2924                         if (ret) {
2925                                 gup_put_folio(folio, 1, flags);
2926                                 goto pte_unmap;
2927                         }
2928                 }
2929                 folio_set_referenced(folio);
2930                 pages[*nr] = page;
2931                 (*nr)++;
2932         } while (ptep++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
2933
2934         ret = 1;
2935
2936 pte_unmap:
2937         if (pgmap)
2938                 put_dev_pagemap(pgmap);
2939         pte_unmap(ptem);
2940         return ret;
2941 }
2942 #else
2943
2944 /*
2945  * If we can't determine whether or not a pte is special, then fail immediately
2946  * for ptes. Note, we can still pin HugeTLB and THP as these are guaranteed not
2947  * to be special.
2948  *
2949  * For a futex to be placed on a THP tail page, get_futex_key requires a
2950  * get_user_pages_fast_only implementation that can pin pages. Thus it's still
2951  * useful to have gup_fast_pmd_leaf even if we can't operate on ptes.
2952  */
2953 static int gup_fast_pte_range(pmd_t pmd, pmd_t *pmdp, unsigned long addr,
2954                 unsigned long end, unsigned int flags, struct page **pages,
2955                 int *nr)
2956 {
2957         return 0;
2958 }
2959 #endif /* CONFIG_ARCH_HAS_PTE_SPECIAL */
2960
2961 static int gup_fast_pmd_leaf(pmd_t orig, pmd_t *pmdp, unsigned long addr,
2962                 unsigned long end, unsigned int flags, struct page **pages,
2963                 int *nr)
2964 {
2965         struct page *page;
2966         struct folio *folio;
2967         int refs;
2968
2969         if (!pmd_access_permitted(orig, flags & FOLL_WRITE))
2970                 return 0;
2971
2972         if (pmd_special(orig))
2973                 return 0;
2974
2975         page = pmd_page(orig);
2976         refs = record_subpages(page, PMD_SIZE, addr, end, pages + *nr);
2977
2978         folio = try_grab_folio_fast(page, refs, flags);
2979         if (!folio)
2980                 return 0;
2981
2982         if (unlikely(pmd_val(orig) != pmd_val(*pmdp))) {
2983                 gup_put_folio(folio, refs, flags);
2984                 return 0;
2985         }
2986
2987         if (!gup_fast_folio_allowed(folio, flags)) {
2988                 gup_put_folio(folio, refs, flags);
2989                 return 0;
2990         }
2991         if (!pmd_write(orig) && gup_must_unshare(NULL, flags, &folio->page)) {
2992                 gup_put_folio(folio, refs, flags);
2993                 return 0;
2994         }
2995
2996         *nr += refs;
2997         folio_set_referenced(folio);
2998         return 1;
2999 }
3000
3001 static int gup_fast_pud_leaf(pud_t orig, pud_t *pudp, unsigned long addr,
3002                 unsigned long end, unsigned int flags, struct page **pages,
3003                 int *nr)
3004 {
3005         struct page *page;
3006         struct folio *folio;
3007         int refs;
3008
3009         if (!pud_access_permitted(orig, flags & FOLL_WRITE))
3010                 return 0;
3011
3012         if (pud_special(orig))
3013                 return 0;
3014
3015         page = pud_page(orig);
3016         refs = record_subpages(page, PUD_SIZE, addr, end, pages + *nr);
3017
3018         folio = try_grab_folio_fast(page, refs, flags);
3019         if (!folio)
3020                 return 0;
3021
3022         if (unlikely(pud_val(orig) != pud_val(*pudp))) {
3023                 gup_put_folio(folio, refs, flags);
3024                 return 0;
3025         }
3026
3027         if (!gup_fast_folio_allowed(folio, flags)) {
3028                 gup_put_folio(folio, refs, flags);
3029                 return 0;
3030         }
3031
3032         if (!pud_write(orig) && gup_must_unshare(NULL, flags, &folio->page)) {
3033                 gup_put_folio(folio, refs, flags);
3034                 return 0;
3035         }
3036
3037         *nr += refs;
3038         folio_set_referenced(folio);
3039         return 1;
3040 }
3041
3042 static int gup_fast_pmd_range(pud_t *pudp, pud_t pud, unsigned long addr,
3043                 unsigned long end, unsigned int flags, struct page **pages,
3044                 int *nr)
3045 {
3046         unsigned long next;
3047         pmd_t *pmdp;
3048
3049         pmdp = pmd_offset_lockless(pudp, pud, addr);
3050         do {
3051                 pmd_t pmd = pmdp_get_lockless(pmdp);
3052
3053                 next = pmd_addr_end(addr, end);
3054                 if (!pmd_present(pmd))
3055                         return 0;
3056
3057                 if (unlikely(pmd_leaf(pmd))) {
3058                         /* See gup_fast_pte_range() */
3059                         if (pmd_protnone(pmd))
3060                                 return 0;
3061
3062                         if (!gup_fast_pmd_leaf(pmd, pmdp, addr, next, flags,
3063                                 pages, nr))
3064                                 return 0;
3065
3066                 } else if (!gup_fast_pte_range(pmd, pmdp, addr, next, flags,
3067                                                pages, nr))
3068                         return 0;
3069         } while (pmdp++, addr = next, addr != end);
3070
3071         return 1;
3072 }
3073
3074 static int gup_fast_pud_range(p4d_t *p4dp, p4d_t p4d, unsigned long addr,
3075                 unsigned long end, unsigned int flags, struct page **pages,
3076                 int *nr)
3077 {
3078         unsigned long next;
3079         pud_t *pudp;
3080
3081         pudp = pud_offset_lockless(p4dp, p4d, addr);
3082         do {
3083                 pud_t pud = READ_ONCE(*pudp);
3084
3085                 next = pud_addr_end(addr, end);
3086                 if (unlikely(!pud_present(pud)))
3087                         return 0;
3088                 if (unlikely(pud_leaf(pud))) {
3089                         if (!gup_fast_pud_leaf(pud, pudp, addr, next, flags,
3090                                                pages, nr))
3091                                 return 0;
3092                 } else if (!gup_fast_pmd_range(pudp, pud, addr, next, flags,
3093                                                pages, nr))
3094                         return 0;
3095         } while (pudp++, addr = next, addr != end);
3096
3097         return 1;
3098 }
3099
3100 static int gup_fast_p4d_range(pgd_t *pgdp, pgd_t pgd, unsigned long addr,
3101                 unsigned long end, unsigned int flags, struct page **pages,
3102                 int *nr)
3103 {
3104         unsigned long next;
3105         p4d_t *p4dp;
3106
3107         p4dp = p4d_offset_lockless(pgdp, pgd, addr);
3108         do {
3109                 p4d_t p4d = READ_ONCE(*p4dp);
3110
3111                 next = p4d_addr_end(addr, end);
3112                 if (!p4d_present(p4d))
3113                         return 0;
3114                 BUILD_BUG_ON(p4d_leaf(p4d));
3115                 if (!gup_fast_pud_range(p4dp, p4d, addr, next, flags,
3116                                         pages, nr))
3117                         return 0;
3118         } while (p4dp++, addr = next, addr != end);
3119
3120         return 1;
3121 }
3122
3123 static void gup_fast_pgd_range(unsigned long addr, unsigned long end,
3124                 unsigned int flags, struct page **pages, int *nr)
3125 {
3126         unsigned long next;
3127         pgd_t *pgdp;
3128
3129         pgdp = pgd_offset(current->mm, addr);
3130         do {
3131                 pgd_t pgd = READ_ONCE(*pgdp);
3132
3133                 next = pgd_addr_end(addr, end);
3134                 if (pgd_none(pgd))
3135                         return;
3136                 BUILD_BUG_ON(pgd_leaf(pgd));
3137                 if (!gup_fast_p4d_range(pgdp, pgd, addr, next, flags,
3138                                         pages, nr))
3139                         return;
3140         } while (pgdp++, addr = next, addr != end);
3141 }
3142 #else
3143 static inline void gup_fast_pgd_range(unsigned long addr, unsigned long end,
3144                 unsigned int flags, struct page **pages, int *nr)
3145 {
3146 }
3147 #endif /* CONFIG_HAVE_GUP_FAST */
3148
3149 #ifndef gup_fast_permitted
3150 /*
3151  * Check if it's allowed to use get_user_pages_fast_only() for the range, or
3152  * we need to fall back to the slow version:
3153  */
3154 static bool gup_fast_permitted(unsigned long start, unsigned long end)
3155 {
3156         return true;
3157 }
3158 #endif
3159
3160 static unsigned long gup_fast(unsigned long start, unsigned long end,
3161                 unsigned int gup_flags, struct page **pages)
3162 {
3163         unsigned long flags;
3164         int nr_pinned = 0;
3165         unsigned seq;
3166
3167         if (!IS_ENABLED(CONFIG_HAVE_GUP_FAST) ||
3168             !gup_fast_permitted(start, end))
3169                 return 0;
3170
3171         if (gup_flags & FOLL_PIN) {
3172                 if (!raw_seqcount_try_begin(&current->mm->write_protect_seq, seq))
3173                         return 0;
3174         }
3175
3176         /*
3177          * Disable interrupts. The nested form is used, in order to allow full,
3178          * general purpose use of this routine.
3179          *
3180          * With interrupts disabled, we block page table pages from being freed
3181          * from under us. See struct mmu_table_batch comments in
3182          * include/asm-generic/tlb.h for more details.
3183          *
3184          * We do not adopt an rcu_read_lock() here as we also want to block IPIs
3185          * that come from callers of tlb_remove_table_sync_one().
3186          */
3187         local_irq_save(flags);
3188         gup_fast_pgd_range(start, end, gup_flags, pages, &nr_pinned);
3189         local_irq_restore(flags);
3190
3191         /*
3192          * When pinning pages for DMA there could be a concurrent write protect
3193          * from fork() via copy_page_range(), in this case always fail GUP-fast.
3194          */
3195         if (gup_flags & FOLL_PIN) {
3196                 if (read_seqcount_retry(&current->mm->write_protect_seq, seq)) {
3197                         gup_fast_unpin_user_pages(pages, nr_pinned);
3198                         return 0;
3199                 } else {
3200                         sanity_check_pinned_pages(pages, nr_pinned);
3201                 }
3202         }
3203         return nr_pinned;
3204 }
3205
3206 static int gup_fast_fallback(unsigned long start, unsigned long nr_pages,
3207                 unsigned int gup_flags, struct page **pages)
3208 {
3209         unsigned long len, end;
3210         unsigned long nr_pinned;
3211         int locked = 0;
3212         int ret;
3213
3214         if (WARN_ON_ONCE(gup_flags & ~(FOLL_WRITE | FOLL_LONGTERM |
3215                                        FOLL_FORCE | FOLL_PIN | FOLL_GET |
3216                                        FOLL_FAST_ONLY | FOLL_NOFAULT |
3217                                        FOLL_PCI_P2PDMA | FOLL_HONOR_NUMA_FAULT)))
3218                 return -EINVAL;
3219
3220         if (gup_flags & FOLL_PIN)
3221                 mm_set_has_pinned_flag(&current->mm->flags);
3222
3223         if (!(gup_flags & FOLL_FAST_ONLY))
3224                 might_lock_read(&current->mm->mmap_lock);
3225
3226         start = untagged_addr(start) & PAGE_MASK;
3227         len = nr_pages << PAGE_SHIFT;
3228         if (check_add_overflow(start, len, &end))
3229                 return -EOVERFLOW;
3230         if (end > TASK_SIZE_MAX)
3231                 return -EFAULT;
3232
3233         nr_pinned = gup_fast(start, end, gup_flags, pages);
3234         if (nr_pinned == nr_pages || gup_flags & FOLL_FAST_ONLY)
3235                 return nr_pinned;
3236
3237         /* Slow path: try to get the remaining pages with get_user_pages */
3238         start += nr_pinned << PAGE_SHIFT;
3239         pages += nr_pinned;
3240         ret = __gup_longterm_locked(current->mm, start, nr_pages - nr_pinned,
3241                                     pages, &locked,
3242                                     gup_flags | FOLL_TOUCH | FOLL_UNLOCKABLE);
3243         if (ret < 0) {
3244                 /*
3245                  * The caller has to unpin the pages we already pinned so
3246                  * returning -errno is not an option
3247                  */
3248                 if (nr_pinned)
3249                         return nr_pinned;
3250                 return ret;
3251         }
3252         return ret + nr_pinned;
3253 }
3254
3255 /**
3256  * get_user_pages_fast_only() - pin user pages in memory
3257  * @start:      starting user address
3258  * @nr_pages:   number of pages from start to pin
3259  * @gup_flags:  flags modifying pin behaviour
3260  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
3261  *              Should be at least nr_pages long.
3262  *
3263  * Like get_user_pages_fast() except it's IRQ-safe in that it won't fall back to
3264  * the regular GUP.
3265  *
3266  * If the architecture does not support this function, simply return with no
3267  * pages pinned.
3268  *
3269  * Careful, careful! COW breaking can go either way, so a non-write
3270  * access can get ambiguous page results. If you call this function without
3271  * 'write' set, you'd better be sure that you're ok with that ambiguity.
3272  */
3273 int get_user_pages_fast_only(unsigned long start, int nr_pages,
3274                              unsigned int gup_flags, struct page **pages)
3275 {
3276         /*
3277          * Internally (within mm/gup.c), gup fast variants must set FOLL_GET,
3278          * because gup fast is always a "pin with a +1 page refcount" request.
3279          *
3280          * FOLL_FAST_ONLY is required in order to match the API description of
3281          * this routine: no fall back to regular ("slow") GUP.
3282          */
3283         if (!is_valid_gup_args(pages, NULL, &gup_flags,
3284                                FOLL_GET | FOLL_FAST_ONLY))
3285                 return -EINVAL;
3286
3287         return gup_fast_fallback(start, nr_pages, gup_flags, pages);
3288 }
3289 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_user_pages_fast_only);
3290
3291 /**
3292  * get_user_pages_fast() - pin user pages in memory
3293  * @start:      starting user address
3294  * @nr_pages:   number of pages from start to pin
3295  * @gup_flags:  flags modifying pin behaviour
3296  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
3297  *              Should be at least nr_pages long.
3298  *
3299  * Attempt to pin user pages in memory without taking mm->mmap_lock.
3300  * If not successful, it will fall back to taking the lock and
3301  * calling get_user_pages().
3302  *
3303  * Returns number of pages pinned. This may be fewer than the number requested.
3304  * If nr_pages is 0 or negative, returns 0. If no pages were pinned, returns
3305  * -errno.
3306  */
3307 int get_user_pages_fast(unsigned long start, int nr_pages,
3308                         unsigned int gup_flags, struct page **pages)
3309 {
3310         /*
3311          * The caller may or may not have explicitly set FOLL_GET; either way is
3312          * OK. However, internally (within mm/gup.c), gup fast variants must set
3313          * FOLL_GET, because gup fast is always a "pin with a +1 page refcount"
3314          * request.
3315          */
3316         if (!is_valid_gup_args(pages, NULL, &gup_flags, FOLL_GET))
3317                 return -EINVAL;
3318         return gup_fast_fallback(start, nr_pages, gup_flags, pages);
3319 }
3320 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_user_pages_fast);
3321
3322 /**
3323  * pin_user_pages_fast() - pin user pages in memory without taking locks
3324  *
3325  * @start:      starting user address
3326  * @nr_pages:   number of pages from start to pin
3327  * @gup_flags:  flags modifying pin behaviour
3328  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
3329  *              Should be at least nr_pages long.
3330  *
3331  * Nearly the same as get_user_pages_fast(), except that FOLL_PIN is set. See
3332  * get_user_pages_fast() for documentation on the function arguments, because
3333  * the arguments here are identical.
3334  *
3335  * FOLL_PIN means that the pages must be released via unpin_user_page(). Please
3336  * see Documentation/core-api/pin_user_pages.rst for further details.
3337  *
3338  * Note that if a zero_page is amongst the returned pages, it will not have
3339  * pins in it and unpin_user_page() will not remove pins from it.
3340  */
3341 int pin_user_pages_fast(unsigned long start, int nr_pages,
3342                         unsigned int gup_flags, struct page **pages)
3343 {
3344         if (!is_valid_gup_args(pages, NULL, &gup_flags, FOLL_PIN))
3345                 return -EINVAL;
3346         return gup_fast_fallback(start, nr_pages, gup_flags, pages);
3347 }
3348 EXPORT_SYMBOL_GPL(pin_user_pages_fast);
3349
3350 /**
3351  * pin_user_pages_remote() - pin pages of a remote process
3352  *
3353  * @mm:         mm_struct of target mm
3354  * @start:      starting user address
3355  * @nr_pages:   number of pages from start to pin
3356  * @gup_flags:  flags modifying lookup behaviour
3357  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
3358  *              Should be at least nr_pages long.
3359  * @locked:     pointer to lock flag indicating whether lock is held and
3360  *              subsequently whether VM_FAULT_RETRY functionality can be
3361  *              utilised. Lock must initially be held.
3362  *
3363  * Nearly the same as get_user_pages_remote(), except that FOLL_PIN is set. See
3364  * get_user_pages_remote() for documentation on the function arguments, because
3365  * the arguments here are identical.
3366  *
3367  * FOLL_PIN means that the pages must be released via unpin_user_page(). Please
3368  * see Documentation/core-api/pin_user_pages.rst for details.
3369  *
3370  * Note that if a zero_page is amongst the returned pages, it will not have
3371  * pins in it and unpin_user_page*() will not remove pins from it.
3372  */
3373 long pin_user_pages_remote(struct mm_struct *mm,
3374                            unsigned long start, unsigned long nr_pages,
3375                            unsigned int gup_flags, struct page **pages,
3376                            int *locked)
3377 {
3378         int local_locked = 1;
3379
3380         if (!is_valid_gup_args(pages, locked, &gup_flags,
3381                                FOLL_PIN | FOLL_TOUCH | FOLL_REMOTE))
3382                 return 0;
3383         return __gup_longterm_locked(mm, start, nr_pages, pages,
3384                                      locked ? locked : &local_locked,
3385                                      gup_flags);
3386 }
3387 EXPORT_SYMBOL(pin_user_pages_remote);
3388
3389 /**
3390  * pin_user_pages() - pin user pages in memory for use by other devices
3391  *
3392  * @start:      starting user address
3393  * @nr_pages:   number of pages from start to pin
3394  * @gup_flags:  flags modifying lookup behaviour
3395  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
3396  *              Should be at least nr_pages long.
3397  *
3398  * Nearly the same as get_user_pages(), except that FOLL_TOUCH is not set, and
3399  * FOLL_PIN is set.
3400  *
3401  * FOLL_PIN means that the pages must be released via unpin_user_page(). Please
3402  * see Documentation/core-api/pin_user_pages.rst for details.
3403  *
3404  * Note that if a zero_page is amongst the returned pages, it will not have
3405  * pins in it and unpin_user_page*() will not remove pins from it.
3406  */
3407 long pin_user_pages(unsigned long start, unsigned long nr_pages,
3408                     unsigned int gup_flags, struct page **pages)
3409 {
3410         int locked = 1;
3411
3412         if (!is_valid_gup_args(pages, NULL, &gup_flags, FOLL_PIN))
3413                 return 0;
3414         return __gup_longterm_locked(current->mm, start, nr_pages,
3415                                      pages, &locked, gup_flags);
3416 }
3417 EXPORT_SYMBOL(pin_user_pages);
3418
3419 /*
3420  * pin_user_pages_unlocked() is the FOLL_PIN variant of
3421  * get_user_pages_unlocked(). Behavior is the same, except that this one sets
3422  * FOLL_PIN and rejects FOLL_GET.
3423  *
3424  * Note that if a zero_page is amongst the returned pages, it will not have
3425  * pins in it and unpin_user_page*() will not remove pins from it.
3426  */
3427 long pin_user_pages_unlocked(unsigned long start, unsigned long nr_pages,
3428                              struct page **pages, unsigned int gup_flags)
3429 {
3430         int locked = 0;
3431
3432         if (!is_valid_gup_args(pages, NULL, &gup_flags,
3433                                FOLL_PIN | FOLL_TOUCH | FOLL_UNLOCKABLE))
3434                 return 0;
3435
3436         return __gup_longterm_locked(current->mm, start, nr_pages, pages,
3437                                      &locked, gup_flags);
3438 }
3439 EXPORT_SYMBOL(pin_user_pages_unlocked);
3440
3441 /**
3442  * memfd_pin_folios() - pin folios associated with a memfd
3443  * @memfd:      the memfd whose folios are to be pinned
3444  * @start:      the first memfd offset
3445  * @end:        the last memfd offset (inclusive)
3446  * @folios:     array that receives pointers to the folios pinned
3447  * @max_folios: maximum number of entries in @folios
3448  * @offset:     the offset into the first folio
3449  *
3450  * Attempt to pin folios associated with a memfd in the contiguous range
3451  * [start, end]. Given that a memfd is either backed by shmem or hugetlb,
3452  * the folios can either be found in the page cache or need to be allocated
3453  * if necessary. Once the folios are located, they are all pinned via
3454  * FOLL_PIN and @offset is populatedwith the offset into the first folio.
3455  * And, eventually, these pinned folios must be released either using
3456  * unpin_folios() or unpin_folio().
3457  *
3458  * It must be noted that the folios may be pinned for an indefinite amount
3459  * of time. And, in most cases, the duration of time they may stay pinned
3460  * would be controlled by the userspace. This behavior is effectively the
3461  * same as using FOLL_LONGTERM with other GUP APIs.
3462  *
3463  * Returns number of folios pinned, which could be less than @max_folios
3464  * as it depends on the folio sizes that cover the range [start, end].
3465  * If no folios were pinned, it returns -errno.
3466  */
3467 long memfd_pin_folios(struct file *memfd, loff_t start, loff_t end,
3468                       struct folio **folios, unsigned int max_folios,
3469                       pgoff_t *offset)
3470 {
3471         unsigned int flags, nr_folios, nr_found;
3472         unsigned int i, pgshift = PAGE_SHIFT;
3473         pgoff_t start_idx, end_idx;
3474         struct folio *folio = NULL;
3475         struct folio_batch fbatch;
3476         struct hstate *h;
3477         long ret = -EINVAL;
3478
3479         if (start < 0 || start > end || !max_folios)
3480                 return -EINVAL;
3481
3482         if (!memfd)
3483                 return -EINVAL;
3484
3485         if (!shmem_file(memfd) && !is_file_hugepages(memfd))
3486                 return -EINVAL;
3487
3488         if (end >= i_size_read(file_inode(memfd)))
3489                 return -EINVAL;
3490
3491         if (is_file_hugepages(memfd)) {
3492                 h = hstate_file(memfd);
3493                 pgshift = huge_page_shift(h);
3494         }
3495
3496         flags = memalloc_pin_save();
3497         do {
3498                 nr_folios = 0;
3499                 start_idx = start >> pgshift;
3500                 end_idx = end >> pgshift;
3501                 if (is_file_hugepages(memfd)) {
3502                         start_idx <<= huge_page_order(h);
3503                         end_idx <<= huge_page_order(h);
3504                 }
3505
3506                 folio_batch_init(&fbatch);
3507                 while (start_idx <= end_idx && nr_folios < max_folios) {
3508                         /*
3509                          * In most cases, we should be able to find the folios
3510                          * in the page cache. If we cannot find them for some
3511                          * reason, we try to allocate them and add them to the
3512                          * page cache.
3513                          */
3514                         nr_found = filemap_get_folios_contig(memfd->f_mapping,
3515                                                              &start_idx,
3516                                                              end_idx,
3517                                                              &fbatch);
3518                         if (folio) {
3519                                 folio_put(folio);
3520                                 folio = NULL;
3521                         }
3522
3523                         for (i = 0; i < nr_found; i++) {
3524                                 folio = fbatch.folios[i];
3525
3526                                 if (try_grab_folio(folio, 1, FOLL_PIN)) {
3527                                         folio_batch_release(&fbatch);
3528                                         ret = -EINVAL;
3529                                         goto err;
3530                                 }
3531
3532                                 if (nr_folios == 0)
3533                                         *offset = offset_in_folio(folio, start);
3534
3535                                 folios[nr_folios] = folio;
3536                                 if (++nr_folios == max_folios)
3537                                         break;
3538                         }
3539
3540                         folio = NULL;
3541                         folio_batch_release(&fbatch);
3542                         if (!nr_found) {
3543                                 folio = memfd_alloc_folio(memfd, start_idx);
3544                                 if (IS_ERR(folio)) {
3545                                         ret = PTR_ERR(folio);
3546                                         if (ret != -EEXIST)
3547                                                 goto err;
3548                                         folio = NULL;
3549                                 }
3550                         }
3551                 }
3552
3553                 ret = check_and_migrate_movable_folios(nr_folios, folios);
3554         } while (ret == -EAGAIN);
3555
3556         memalloc_pin_restore(flags);
3557         return ret ? ret : nr_folios;
3558 err:
3559         memalloc_pin_restore(flags);
3560         unpin_folios(folios, nr_folios);
3561
3562         return ret;
3563 }
3564 EXPORT_SYMBOL_GPL(memfd_pin_folios);
3565
3566 /**
3567  * folio_add_pins() - add pins to an already-pinned folio
3568  * @folio: the folio to add more pins to
3569  * @pins: number of pins to add
3570  *
3571  * Try to add more pins to an already-pinned folio. The semantics
3572  * of the pin (e.g., FOLL_WRITE) follow any existing pin and cannot
3573  * be changed.
3574  *
3575  * This function is helpful when having obtained a pin on a large folio
3576  * using memfd_pin_folios(), but wanting to logically unpin parts
3577  * (e.g., individual pages) of the folio later, for example, using
3578  * unpin_user_page_range_dirty_lock().
3579  *
3580  * This is not the right interface to initially pin a folio.
3581  */
3582 int folio_add_pins(struct folio *folio, unsigned int pins)
3583 {
3584         VM_WARN_ON_ONCE(!folio_maybe_dma_pinned(folio));
3585
3586         return try_grab_folio(folio, pins, FOLL_PIN);
3587 }
3588 EXPORT_SYMBOL_GPL(folio_add_pins);