3c39cbbeebef1f789bd7b770325dec6f02042097
[linux-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_BUG_ON_PAGE(!PageAnonExclusive(&folio->page), page);
68                 else
69                         /* Either a PTE-mapped or a PMD-mapped THP. */
70                         VM_BUG_ON_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
683         if (IS_ENABLED(CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD) &&
684             pud_devmap(pud)) {
685                 /*
686                  * device mapped pages can only be returned if the caller
687                  * will manage the page reference count.
688                  *
689                  * At least one of FOLL_GET | FOLL_PIN must be set, so
690                  * assert that here:
691                  */
692                 if (!(flags & (FOLL_GET | FOLL_PIN)))
693                         return ERR_PTR(-EEXIST);
694
695                 if (flags & FOLL_TOUCH)
696                         touch_pud(vma, addr, pudp, flags & FOLL_WRITE);
697
698                 ctx->pgmap = get_dev_pagemap(pfn, ctx->pgmap);
699                 if (!ctx->pgmap)
700                         return ERR_PTR(-EFAULT);
701         }
702
703         page = pfn_to_page(pfn);
704
705         if (!pud_devmap(pud) && !pud_write(pud) &&
706             gup_must_unshare(vma, flags, page))
707                 return ERR_PTR(-EMLINK);
708
709         ret = try_grab_folio(page_folio(page), 1, flags);
710         if (ret)
711                 page = ERR_PTR(ret);
712         else
713                 ctx->page_mask = HPAGE_PUD_NR - 1;
714
715         return page;
716 }
717
718 /* FOLL_FORCE can write to even unwritable PMDs in COW mappings. */
719 static inline bool can_follow_write_pmd(pmd_t pmd, struct page *page,
720                                         struct vm_area_struct *vma,
721                                         unsigned int flags)
722 {
723         /* If the pmd is writable, we can write to the page. */
724         if (pmd_write(pmd))
725                 return true;
726
727         if (!can_follow_write_common(page, vma, flags))
728                 return false;
729
730         /* ... and a write-fault isn't required for other reasons. */
731         if (pmd_needs_soft_dirty_wp(vma, pmd))
732                 return false;
733         return !userfaultfd_huge_pmd_wp(vma, pmd);
734 }
735
736 static struct page *follow_huge_pmd(struct vm_area_struct *vma,
737                                     unsigned long addr, pmd_t *pmd,
738                                     unsigned int flags,
739                                     struct follow_page_context *ctx)
740 {
741         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
742         pmd_t pmdval = *pmd;
743         struct page *page;
744         int ret;
745
746         assert_spin_locked(pmd_lockptr(mm, pmd));
747
748         page = pmd_page(pmdval);
749         if ((flags & FOLL_WRITE) &&
750             !can_follow_write_pmd(pmdval, page, vma, flags))
751                 return NULL;
752
753         /* Avoid dumping huge zero page */
754         if ((flags & FOLL_DUMP) && is_huge_zero_pmd(pmdval))
755                 return ERR_PTR(-EFAULT);
756
757         if (pmd_protnone(*pmd) && !gup_can_follow_protnone(vma, flags))
758                 return NULL;
759
760         if (!pmd_write(pmdval) && gup_must_unshare(vma, flags, page))
761                 return ERR_PTR(-EMLINK);
762
763         VM_BUG_ON_PAGE((flags & FOLL_PIN) && PageAnon(page) &&
764                         !PageAnonExclusive(page), page);
765
766         ret = try_grab_folio(page_folio(page), 1, flags);
767         if (ret)
768                 return ERR_PTR(ret);
769
770 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
771         if (pmd_trans_huge(pmdval) && (flags & FOLL_TOUCH))
772                 touch_pmd(vma, addr, pmd, flags & FOLL_WRITE);
773 #endif  /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
774
775         page += (addr & ~HPAGE_PMD_MASK) >> PAGE_SHIFT;
776         ctx->page_mask = HPAGE_PMD_NR - 1;
777
778         return page;
779 }
780
781 #else  /* CONFIG_PGTABLE_HAS_HUGE_LEAVES */
782 static struct page *follow_huge_pud(struct vm_area_struct *vma,
783                                     unsigned long addr, pud_t *pudp,
784                                     int flags, struct follow_page_context *ctx)
785 {
786         return NULL;
787 }
788
789 static struct page *follow_huge_pmd(struct vm_area_struct *vma,
790                                     unsigned long addr, pmd_t *pmd,
791                                     unsigned int flags,
792                                     struct follow_page_context *ctx)
793 {
794         return NULL;
795 }
796 #endif  /* CONFIG_PGTABLE_HAS_HUGE_LEAVES */
797
798 static int follow_pfn_pte(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
799                 pte_t *pte, unsigned int flags)
800 {
801         if (flags & FOLL_TOUCH) {
802                 pte_t orig_entry = ptep_get(pte);
803                 pte_t entry = orig_entry;
804
805                 if (flags & FOLL_WRITE)
806                         entry = pte_mkdirty(entry);
807                 entry = pte_mkyoung(entry);
808
809                 if (!pte_same(orig_entry, entry)) {
810                         set_pte_at(vma->vm_mm, address, pte, entry);
811                         update_mmu_cache(vma, address, pte);
812                 }
813         }
814
815         /* Proper page table entry exists, but no corresponding struct page */
816         return -EEXIST;
817 }
818
819 /* FOLL_FORCE can write to even unwritable PTEs in COW mappings. */
820 static inline bool can_follow_write_pte(pte_t pte, struct page *page,
821                                         struct vm_area_struct *vma,
822                                         unsigned int flags)
823 {
824         /* If the pte is writable, we can write to the page. */
825         if (pte_write(pte))
826                 return true;
827
828         if (!can_follow_write_common(page, vma, flags))
829                 return false;
830
831         /* ... and a write-fault isn't required for other reasons. */
832         if (pte_needs_soft_dirty_wp(vma, pte))
833                 return false;
834         return !userfaultfd_pte_wp(vma, pte);
835 }
836
837 static struct page *follow_page_pte(struct vm_area_struct *vma,
838                 unsigned long address, pmd_t *pmd, unsigned int flags,
839                 struct dev_pagemap **pgmap)
840 {
841         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
842         struct folio *folio;
843         struct page *page;
844         spinlock_t *ptl;
845         pte_t *ptep, pte;
846         int ret;
847
848         ptep = pte_offset_map_lock(mm, pmd, address, &ptl);
849         if (!ptep)
850                 return no_page_table(vma, flags, address);
851         pte = ptep_get(ptep);
852         if (!pte_present(pte))
853                 goto no_page;
854         if (pte_protnone(pte) && !gup_can_follow_protnone(vma, flags))
855                 goto no_page;
856
857         page = vm_normal_page(vma, address, pte);
858
859         /*
860          * We only care about anon pages in can_follow_write_pte() and don't
861          * have to worry about pte_devmap() because they are never anon.
862          */
863         if ((flags & FOLL_WRITE) &&
864             !can_follow_write_pte(pte, page, vma, flags)) {
865                 page = NULL;
866                 goto out;
867         }
868
869         if (!page && pte_devmap(pte) && (flags & (FOLL_GET | FOLL_PIN))) {
870                 /*
871                  * Only return device mapping pages in the FOLL_GET or FOLL_PIN
872                  * case since they are only valid while holding the pgmap
873                  * reference.
874                  */
875                 *pgmap = get_dev_pagemap(pte_pfn(pte), *pgmap);
876                 if (*pgmap)
877                         page = pte_page(pte);
878                 else
879                         goto no_page;
880         } else if (unlikely(!page)) {
881                 if (flags & FOLL_DUMP) {
882                         /* Avoid special (like zero) pages in core dumps */
883                         page = ERR_PTR(-EFAULT);
884                         goto out;
885                 }
886
887                 if (is_zero_pfn(pte_pfn(pte))) {
888                         page = pte_page(pte);
889                 } else {
890                         ret = follow_pfn_pte(vma, address, ptep, flags);
891                         page = ERR_PTR(ret);
892                         goto out;
893                 }
894         }
895         folio = page_folio(page);
896
897         if (!pte_write(pte) && gup_must_unshare(vma, flags, page)) {
898                 page = ERR_PTR(-EMLINK);
899                 goto out;
900         }
901
902         VM_BUG_ON_PAGE((flags & FOLL_PIN) && PageAnon(page) &&
903                        !PageAnonExclusive(page), page);
904
905         /* try_grab_folio() does nothing unless FOLL_GET or FOLL_PIN is set. */
906         ret = try_grab_folio(folio, 1, flags);
907         if (unlikely(ret)) {
908                 page = ERR_PTR(ret);
909                 goto out;
910         }
911
912         /*
913          * We need to make the page accessible if and only if we are going
914          * to access its content (the FOLL_PIN case).  Please see
915          * Documentation/core-api/pin_user_pages.rst for details.
916          */
917         if (flags & FOLL_PIN) {
918                 ret = arch_make_folio_accessible(folio);
919                 if (ret) {
920                         unpin_user_page(page);
921                         page = ERR_PTR(ret);
922                         goto out;
923                 }
924         }
925         if (flags & FOLL_TOUCH) {
926                 if ((flags & FOLL_WRITE) &&
927                     !pte_dirty(pte) && !folio_test_dirty(folio))
928                         folio_mark_dirty(folio);
929                 /*
930                  * pte_mkyoung() would be more correct here, but atomic care
931                  * is needed to avoid losing the dirty bit: it is easier to use
932                  * folio_mark_accessed().
933                  */
934                 folio_mark_accessed(folio);
935         }
936 out:
937         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
938         return page;
939 no_page:
940         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
941         if (!pte_none(pte))
942                 return NULL;
943         return no_page_table(vma, flags, address);
944 }
945
946 static struct page *follow_pmd_mask(struct vm_area_struct *vma,
947                                     unsigned long address, pud_t *pudp,
948                                     unsigned int flags,
949                                     struct follow_page_context *ctx)
950 {
951         pmd_t *pmd, pmdval;
952         spinlock_t *ptl;
953         struct page *page;
954         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
955
956         pmd = pmd_offset(pudp, address);
957         pmdval = pmdp_get_lockless(pmd);
958         if (pmd_none(pmdval))
959                 return no_page_table(vma, flags, address);
960         if (!pmd_present(pmdval))
961                 return no_page_table(vma, flags, address);
962         if (pmd_devmap(pmdval)) {
963                 ptl = pmd_lock(mm, pmd);
964                 page = follow_devmap_pmd(vma, address, pmd, flags, &ctx->pgmap);
965                 spin_unlock(ptl);
966                 if (page)
967                         return page;
968                 return no_page_table(vma, flags, address);
969         }
970         if (likely(!pmd_leaf(pmdval)))
971                 return follow_page_pte(vma, address, pmd, flags, &ctx->pgmap);
972
973         if (pmd_protnone(pmdval) && !gup_can_follow_protnone(vma, flags))
974                 return no_page_table(vma, flags, address);
975
976         ptl = pmd_lock(mm, pmd);
977         pmdval = *pmd;
978         if (unlikely(!pmd_present(pmdval))) {
979                 spin_unlock(ptl);
980                 return no_page_table(vma, flags, address);
981         }
982         if (unlikely(!pmd_leaf(pmdval))) {
983                 spin_unlock(ptl);
984                 return follow_page_pte(vma, address, pmd, flags, &ctx->pgmap);
985         }
986         if (pmd_trans_huge(pmdval) && (flags & FOLL_SPLIT_PMD)) {
987                 spin_unlock(ptl);
988                 split_huge_pmd(vma, pmd, address);
989                 /* If pmd was left empty, stuff a page table in there quickly */
990                 return pte_alloc(mm, pmd) ? ERR_PTR(-ENOMEM) :
991                         follow_page_pte(vma, address, pmd, flags, &ctx->pgmap);
992         }
993         page = follow_huge_pmd(vma, address, pmd, flags, ctx);
994         spin_unlock(ptl);
995         return page;
996 }
997
998 static struct page *follow_pud_mask(struct vm_area_struct *vma,
999                                     unsigned long address, p4d_t *p4dp,
1000                                     unsigned int flags,
1001                                     struct follow_page_context *ctx)
1002 {
1003         pud_t *pudp, pud;
1004         spinlock_t *ptl;
1005         struct page *page;
1006         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
1007
1008         pudp = pud_offset(p4dp, address);
1009         pud = READ_ONCE(*pudp);
1010         if (!pud_present(pud))
1011                 return no_page_table(vma, flags, address);
1012         if (pud_leaf(pud)) {
1013                 ptl = pud_lock(mm, pudp);
1014                 page = follow_huge_pud(vma, address, pudp, flags, ctx);
1015                 spin_unlock(ptl);
1016                 if (page)
1017                         return page;
1018                 return no_page_table(vma, flags, address);
1019         }
1020         if (unlikely(pud_bad(pud)))
1021                 return no_page_table(vma, flags, address);
1022
1023         return follow_pmd_mask(vma, address, pudp, flags, ctx);
1024 }
1025
1026 static struct page *follow_p4d_mask(struct vm_area_struct *vma,
1027                                     unsigned long address, pgd_t *pgdp,
1028                                     unsigned int flags,
1029                                     struct follow_page_context *ctx)
1030 {
1031         p4d_t *p4dp, p4d;
1032
1033         p4dp = p4d_offset(pgdp, address);
1034         p4d = READ_ONCE(*p4dp);
1035         BUILD_BUG_ON(p4d_leaf(p4d));
1036
1037         if (!p4d_present(p4d) || p4d_bad(p4d))
1038                 return no_page_table(vma, flags, address);
1039
1040         return follow_pud_mask(vma, address, p4dp, flags, ctx);
1041 }
1042
1043 /**
1044  * follow_page_mask - look up a page descriptor from a user-virtual address
1045  * @vma: vm_area_struct mapping @address
1046  * @address: virtual address to look up
1047  * @flags: flags modifying lookup behaviour
1048  * @ctx: contains dev_pagemap for %ZONE_DEVICE memory pinning and a
1049  *       pointer to output page_mask
1050  *
1051  * @flags can have FOLL_ flags set, defined in <linux/mm.h>
1052  *
1053  * When getting pages from ZONE_DEVICE memory, the @ctx->pgmap caches
1054  * the device's dev_pagemap metadata to avoid repeating expensive lookups.
1055  *
1056  * When getting an anonymous page and the caller has to trigger unsharing
1057  * of a shared anonymous page first, -EMLINK is returned. The caller should
1058  * trigger a fault with FAULT_FLAG_UNSHARE set. Note that unsharing is only
1059  * relevant with FOLL_PIN and !FOLL_WRITE.
1060  *
1061  * On output, the @ctx->page_mask is set according to the size of the page.
1062  *
1063  * Return: the mapped (struct page *), %NULL if no mapping exists, or
1064  * an error pointer if there is a mapping to something not represented
1065  * by a page descriptor (see also vm_normal_page()).
1066  */
1067 static struct page *follow_page_mask(struct vm_area_struct *vma,
1068                               unsigned long address, unsigned int flags,
1069                               struct follow_page_context *ctx)
1070 {
1071         pgd_t *pgd;
1072         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
1073         struct page *page;
1074
1075         vma_pgtable_walk_begin(vma);
1076
1077         ctx->page_mask = 0;
1078         pgd = pgd_offset(mm, address);
1079
1080         if (pgd_none(*pgd) || unlikely(pgd_bad(*pgd)))
1081                 page = no_page_table(vma, flags, address);
1082         else
1083                 page = follow_p4d_mask(vma, address, pgd, flags, ctx);
1084
1085         vma_pgtable_walk_end(vma);
1086
1087         return page;
1088 }
1089
1090 static int get_gate_page(struct mm_struct *mm, unsigned long address,
1091                 unsigned int gup_flags, struct vm_area_struct **vma,
1092                 struct page **page)
1093 {
1094         pgd_t *pgd;
1095         p4d_t *p4d;
1096         pud_t *pud;
1097         pmd_t *pmd;
1098         pte_t *pte;
1099         pte_t entry;
1100         int ret = -EFAULT;
1101
1102         /* user gate pages are read-only */
1103         if (gup_flags & FOLL_WRITE)
1104                 return -EFAULT;
1105         pgd = pgd_offset(mm, address);
1106         if (pgd_none(*pgd))
1107                 return -EFAULT;
1108         p4d = p4d_offset(pgd, address);
1109         if (p4d_none(*p4d))
1110                 return -EFAULT;
1111         pud = pud_offset(p4d, address);
1112         if (pud_none(*pud))
1113                 return -EFAULT;
1114         pmd = pmd_offset(pud, address);
1115         if (!pmd_present(*pmd))
1116                 return -EFAULT;
1117         pte = pte_offset_map(pmd, address);
1118         if (!pte)
1119                 return -EFAULT;
1120         entry = ptep_get(pte);
1121         if (pte_none(entry))
1122                 goto unmap;
1123         *vma = get_gate_vma(mm);
1124         if (!page)
1125                 goto out;
1126         *page = vm_normal_page(*vma, address, entry);
1127         if (!*page) {
1128                 if ((gup_flags & FOLL_DUMP) || !is_zero_pfn(pte_pfn(entry)))
1129                         goto unmap;
1130                 *page = pte_page(entry);
1131         }
1132         ret = try_grab_folio(page_folio(*page), 1, gup_flags);
1133         if (unlikely(ret))
1134                 goto unmap;
1135 out:
1136         ret = 0;
1137 unmap:
1138         pte_unmap(pte);
1139         return ret;
1140 }
1141
1142 /*
1143  * mmap_lock must be held on entry.  If @flags has FOLL_UNLOCKABLE but not
1144  * FOLL_NOWAIT, the mmap_lock may be released.  If it is, *@locked will be set
1145  * to 0 and -EBUSY returned.
1146  */
1147 static int faultin_page(struct vm_area_struct *vma,
1148                 unsigned long address, unsigned int flags, bool unshare,
1149                 int *locked)
1150 {
1151         unsigned int fault_flags = 0;
1152         vm_fault_t ret;
1153
1154         if (flags & FOLL_NOFAULT)
1155                 return -EFAULT;
1156         if (flags & FOLL_WRITE)
1157                 fault_flags |= FAULT_FLAG_WRITE;
1158         if (flags & FOLL_REMOTE)
1159                 fault_flags |= FAULT_FLAG_REMOTE;
1160         if (flags & FOLL_UNLOCKABLE) {
1161                 fault_flags |= FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY | FAULT_FLAG_KILLABLE;
1162                 /*
1163                  * FAULT_FLAG_INTERRUPTIBLE is opt-in. GUP callers must set
1164                  * FOLL_INTERRUPTIBLE to enable FAULT_FLAG_INTERRUPTIBLE.
1165                  * That's because some callers may not be prepared to
1166                  * handle early exits caused by non-fatal signals.
1167                  */
1168                 if (flags & FOLL_INTERRUPTIBLE)
1169                         fault_flags |= FAULT_FLAG_INTERRUPTIBLE;
1170         }
1171         if (flags & FOLL_NOWAIT)
1172                 fault_flags |= FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY | FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT;
1173         if (flags & FOLL_TRIED) {
1174                 /*
1175                  * Note: FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY and FAULT_FLAG_TRIED
1176                  * can co-exist
1177                  */
1178                 fault_flags |= FAULT_FLAG_TRIED;
1179         }
1180         if (unshare) {
1181                 fault_flags |= FAULT_FLAG_UNSHARE;
1182                 /* FAULT_FLAG_WRITE and FAULT_FLAG_UNSHARE are incompatible */
1183                 VM_BUG_ON(fault_flags & FAULT_FLAG_WRITE);
1184         }
1185
1186         ret = handle_mm_fault(vma, address, fault_flags, NULL);
1187
1188         if (ret & VM_FAULT_COMPLETED) {
1189                 /*
1190                  * With FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT we'll never release the
1191                  * mmap lock in the page fault handler. Sanity check this.
1192                  */
1193                 WARN_ON_ONCE(fault_flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT);
1194                 *locked = 0;
1195
1196                 /*
1197                  * We should do the same as VM_FAULT_RETRY, but let's not
1198                  * return -EBUSY since that's not reflecting the reality of
1199                  * what has happened - we've just fully completed a page
1200                  * fault, with the mmap lock released.  Use -EAGAIN to show
1201                  * that we want to take the mmap lock _again_.
1202                  */
1203                 return -EAGAIN;
1204         }
1205
1206         if (ret & VM_FAULT_ERROR) {
1207                 int err = vm_fault_to_errno(ret, flags);
1208
1209                 if (err)
1210                         return err;
1211                 BUG();
1212         }
1213
1214         if (ret & VM_FAULT_RETRY) {
1215                 if (!(fault_flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT))
1216                         *locked = 0;
1217                 return -EBUSY;
1218         }
1219
1220         return 0;
1221 }
1222
1223 /*
1224  * Writing to file-backed mappings which require folio dirty tracking using GUP
1225  * is a fundamentally broken operation, as kernel write access to GUP mappings
1226  * do not adhere to the semantics expected by a file system.
1227  *
1228  * Consider the following scenario:-
1229  *
1230  * 1. A folio is written to via GUP which write-faults the memory, notifying
1231  *    the file system and dirtying the folio.
1232  * 2. Later, writeback is triggered, resulting in the folio being cleaned and
1233  *    the PTE being marked read-only.
1234  * 3. The GUP caller writes to the folio, as it is mapped read/write via the
1235  *    direct mapping.
1236  * 4. The GUP caller, now done with the page, unpins it and sets it dirty
1237  *    (though it does not have to).
1238  *
1239  * This results in both data being written to a folio without writenotify, and
1240  * the folio being dirtied unexpectedly (if the caller decides to do so).
1241  */
1242 static bool writable_file_mapping_allowed(struct vm_area_struct *vma,
1243                                           unsigned long gup_flags)
1244 {
1245         /*
1246          * If we aren't pinning then no problematic write can occur. A long term
1247          * pin is the most egregious case so this is the case we disallow.
1248          */
1249         if ((gup_flags & (FOLL_PIN | FOLL_LONGTERM)) !=
1250             (FOLL_PIN | FOLL_LONGTERM))
1251                 return true;
1252
1253         /*
1254          * If the VMA does not require dirty tracking then no problematic write
1255          * can occur either.
1256          */
1257         return !vma_needs_dirty_tracking(vma);
1258 }
1259
1260 static int check_vma_flags(struct vm_area_struct *vma, unsigned long gup_flags)
1261 {
1262         vm_flags_t vm_flags = vma->vm_flags;
1263         int write = (gup_flags & FOLL_WRITE);
1264         int foreign = (gup_flags & FOLL_REMOTE);
1265         bool vma_anon = vma_is_anonymous(vma);
1266
1267         if (vm_flags & (VM_IO | VM_PFNMAP))
1268                 return -EFAULT;
1269
1270         if ((gup_flags & FOLL_ANON) && !vma_anon)
1271                 return -EFAULT;
1272
1273         if ((gup_flags & FOLL_LONGTERM) && vma_is_fsdax(vma))
1274                 return -EOPNOTSUPP;
1275
1276         if ((gup_flags & FOLL_SPLIT_PMD) && is_vm_hugetlb_page(vma))
1277                 return -EOPNOTSUPP;
1278
1279         if (vma_is_secretmem(vma))
1280                 return -EFAULT;
1281
1282         if (write) {
1283                 if (!vma_anon &&
1284                     !writable_file_mapping_allowed(vma, gup_flags))
1285                         return -EFAULT;
1286
1287                 if (!(vm_flags & VM_WRITE) || (vm_flags & VM_SHADOW_STACK)) {
1288                         if (!(gup_flags & FOLL_FORCE))
1289                                 return -EFAULT;
1290                         /*
1291                          * We used to let the write,force case do COW in a
1292                          * VM_MAYWRITE VM_SHARED !VM_WRITE vma, so ptrace could
1293                          * set a breakpoint in a read-only mapping of an
1294                          * executable, without corrupting the file (yet only
1295                          * when that file had been opened for writing!).
1296                          * Anon pages in shared mappings are surprising: now
1297                          * just reject it.
1298                          */
1299                         if (!is_cow_mapping(vm_flags))
1300                                 return -EFAULT;
1301                 }
1302         } else if (!(vm_flags & VM_READ)) {
1303                 if (!(gup_flags & FOLL_FORCE))
1304                         return -EFAULT;
1305                 /*
1306                  * Is there actually any vma we can reach here which does not
1307                  * have VM_MAYREAD set?
1308                  */
1309                 if (!(vm_flags & VM_MAYREAD))
1310                         return -EFAULT;
1311         }
1312         /*
1313          * gups are always data accesses, not instruction
1314          * fetches, so execute=false here
1315          */
1316         if (!arch_vma_access_permitted(vma, write, false, foreign))
1317                 return -EFAULT;
1318         return 0;
1319 }
1320
1321 /*
1322  * This is "vma_lookup()", but with a warning if we would have
1323  * historically expanded the stack in the GUP code.
1324  */
1325 static struct vm_area_struct *gup_vma_lookup(struct mm_struct *mm,
1326          unsigned long addr)
1327 {
1328 #ifdef CONFIG_STACK_GROWSUP
1329         return vma_lookup(mm, addr);
1330 #else
1331         static volatile unsigned long next_warn;
1332         struct vm_area_struct *vma;
1333         unsigned long now, next;
1334
1335         vma = find_vma(mm, addr);
1336         if (!vma || (addr >= vma->vm_start))
1337                 return vma;
1338
1339         /* Only warn for half-way relevant accesses */
1340         if (!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))
1341                 return NULL;
1342         if (vma->vm_start - addr > 65536)
1343                 return NULL;
1344
1345         /* Let's not warn more than once an hour.. */
1346         now = jiffies; next = next_warn;
1347         if (next && time_before(now, next))
1348                 return NULL;
1349         next_warn = now + 60*60*HZ;
1350
1351         /* Let people know things may have changed. */
1352         pr_warn("GUP no longer grows the stack in %s (%d): %lx-%lx (%lx)\n",
1353                 current->comm, task_pid_nr(current),
1354                 vma->vm_start, vma->vm_end, addr);
1355         dump_stack();
1356         return NULL;
1357 #endif
1358 }
1359
1360 /**
1361  * __get_user_pages() - pin user pages in memory
1362  * @mm:         mm_struct of target mm
1363  * @start:      starting user address
1364  * @nr_pages:   number of pages from start to pin
1365  * @gup_flags:  flags modifying pin behaviour
1366  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
1367  *              Should be at least nr_pages long. Or NULL, if caller
1368  *              only intends to ensure the pages are faulted in.
1369  * @locked:     whether we're still with the mmap_lock held
1370  *
1371  * Returns either number of pages pinned (which may be less than the
1372  * number requested), or an error. Details about the return value:
1373  *
1374  * -- If nr_pages is 0, returns 0.
1375  * -- If nr_pages is >0, but no pages were pinned, returns -errno.
1376  * -- If nr_pages is >0, and some pages were pinned, returns the number of
1377  *    pages pinned. Again, this may be less than nr_pages.
1378  * -- 0 return value is possible when the fault would need to be retried.
1379  *
1380  * The caller is responsible for releasing returned @pages, via put_page().
1381  *
1382  * Must be called with mmap_lock held.  It may be released.  See below.
1383  *
1384  * __get_user_pages walks a process's page tables and takes a reference to
1385  * each struct page that each user address corresponds to at a given
1386  * instant. That is, it takes the page that would be accessed if a user
1387  * thread accesses the given user virtual address at that instant.
1388  *
1389  * This does not guarantee that the page exists in the user mappings when
1390  * __get_user_pages returns, and there may even be a completely different
1391  * page there in some cases (eg. if mmapped pagecache has been invalidated
1392  * and subsequently re-faulted). However it does guarantee that the page
1393  * won't be freed completely. And mostly callers simply care that the page
1394  * contains data that was valid *at some point in time*. Typically, an IO
1395  * or similar operation cannot guarantee anything stronger anyway because
1396  * locks can't be held over the syscall boundary.
1397  *
1398  * If @gup_flags & FOLL_WRITE == 0, the page must not be written to. If
1399  * the page is written to, set_page_dirty (or set_page_dirty_lock, as
1400  * appropriate) must be called after the page is finished with, and
1401  * before put_page is called.
1402  *
1403  * If FOLL_UNLOCKABLE is set without FOLL_NOWAIT then the mmap_lock may
1404  * be released. If this happens *@locked will be set to 0 on return.
1405  *
1406  * A caller using such a combination of @gup_flags must therefore hold the
1407  * mmap_lock for reading only, and recognize when it's been released. Otherwise,
1408  * it must be held for either reading or writing and will not be released.
1409  *
1410  * In most cases, get_user_pages or get_user_pages_fast should be used
1411  * instead of __get_user_pages. __get_user_pages should be used only if
1412  * you need some special @gup_flags.
1413  */
1414 static long __get_user_pages(struct mm_struct *mm,
1415                 unsigned long start, unsigned long nr_pages,
1416                 unsigned int gup_flags, struct page **pages,
1417                 int *locked)
1418 {
1419         long ret = 0, i = 0;
1420         struct vm_area_struct *vma = NULL;
1421         struct follow_page_context ctx = { NULL };
1422
1423         if (!nr_pages)
1424                 return 0;
1425
1426         start = untagged_addr_remote(mm, start);
1427
1428         VM_WARN_ON_ONCE(!!pages != !!(gup_flags & (FOLL_GET | FOLL_PIN)));
1429
1430         /* FOLL_GET and FOLL_PIN are mutually exclusive. */
1431         VM_WARN_ON_ONCE((gup_flags & (FOLL_PIN | FOLL_GET)) ==
1432                         (FOLL_PIN | FOLL_GET));
1433
1434         do {
1435                 struct page *page;
1436                 unsigned int page_increm;
1437
1438                 /* first iteration or cross vma bound */
1439                 if (!vma || start >= vma->vm_end) {
1440                         /*
1441                          * MADV_POPULATE_(READ|WRITE) wants to handle VMA
1442                          * lookups+error reporting differently.
1443                          */
1444                         if (gup_flags & FOLL_MADV_POPULATE) {
1445                                 vma = vma_lookup(mm, start);
1446                                 if (!vma) {
1447                                         ret = -ENOMEM;
1448                                         goto out;
1449                                 }
1450                                 if (check_vma_flags(vma, gup_flags)) {
1451                                         ret = -EINVAL;
1452                                         goto out;
1453                                 }
1454                                 goto retry;
1455                         }
1456                         vma = gup_vma_lookup(mm, start);
1457                         if (!vma && in_gate_area(mm, start)) {
1458                                 ret = get_gate_page(mm, start & PAGE_MASK,
1459                                                 gup_flags, &vma,
1460                                                 pages ? &page : NULL);
1461                                 if (ret)
1462                                         goto out;
1463                                 ctx.page_mask = 0;
1464                                 goto next_page;
1465                         }
1466
1467                         if (!vma) {
1468                                 ret = -EFAULT;
1469                                 goto out;
1470                         }
1471                         ret = check_vma_flags(vma, gup_flags);
1472                         if (ret)
1473                                 goto out;
1474                 }
1475 retry:
1476                 /*
1477                  * If we have a pending SIGKILL, don't keep faulting pages and
1478                  * potentially allocating memory.
1479                  */
1480                 if (fatal_signal_pending(current)) {
1481                         ret = -EINTR;
1482                         goto out;
1483                 }
1484                 cond_resched();
1485
1486                 page = follow_page_mask(vma, start, gup_flags, &ctx);
1487                 if (!page || PTR_ERR(page) == -EMLINK) {
1488                         ret = faultin_page(vma, start, gup_flags,
1489                                            PTR_ERR(page) == -EMLINK, locked);
1490                         switch (ret) {
1491                         case 0:
1492                                 goto retry;
1493                         case -EBUSY:
1494                         case -EAGAIN:
1495                                 ret = 0;
1496                                 fallthrough;
1497                         case -EFAULT:
1498                         case -ENOMEM:
1499                         case -EHWPOISON:
1500                                 goto out;
1501                         }
1502                         BUG();
1503                 } else if (PTR_ERR(page) == -EEXIST) {
1504                         /*
1505                          * Proper page table entry exists, but no corresponding
1506                          * struct page. If the caller expects **pages to be
1507                          * filled in, bail out now, because that can't be done
1508                          * for this page.
1509                          */
1510                         if (pages) {
1511                                 ret = PTR_ERR(page);
1512                                 goto out;
1513                         }
1514                 } else if (IS_ERR(page)) {
1515                         ret = PTR_ERR(page);
1516                         goto out;
1517                 }
1518 next_page:
1519                 page_increm = 1 + (~(start >> PAGE_SHIFT) & ctx.page_mask);
1520                 if (page_increm > nr_pages)
1521                         page_increm = nr_pages;
1522
1523                 if (pages) {
1524                         struct page *subpage;
1525                         unsigned int j;
1526
1527                         /*
1528                          * This must be a large folio (and doesn't need to
1529                          * be the whole folio; it can be part of it), do
1530                          * the refcount work for all the subpages too.
1531                          *
1532                          * NOTE: here the page may not be the head page
1533                          * e.g. when start addr is not thp-size aligned.
1534                          * try_grab_folio() should have taken care of tail
1535                          * pages.
1536                          */
1537                         if (page_increm > 1) {
1538                                 struct folio *folio = page_folio(page);
1539
1540                                 /*
1541                                  * Since we already hold refcount on the
1542                                  * large folio, this should never fail.
1543                                  */
1544                                 if (try_grab_folio(folio, page_increm - 1,
1545                                                    gup_flags)) {
1546                                         /*
1547                                          * Release the 1st page ref if the
1548                                          * folio is problematic, fail hard.
1549                                          */
1550                                         gup_put_folio(folio, 1, gup_flags);
1551                                         ret = -EFAULT;
1552                                         goto out;
1553                                 }
1554                         }
1555
1556                         for (j = 0; j < page_increm; j++) {
1557                                 subpage = nth_page(page, j);
1558                                 pages[i + j] = subpage;
1559                                 flush_anon_page(vma, subpage, start + j * PAGE_SIZE);
1560                                 flush_dcache_page(subpage);
1561                         }
1562                 }
1563
1564                 i += page_increm;
1565                 start += page_increm * PAGE_SIZE;
1566                 nr_pages -= page_increm;
1567         } while (nr_pages);
1568 out:
1569         if (ctx.pgmap)
1570                 put_dev_pagemap(ctx.pgmap);
1571         return i ? i : ret;
1572 }
1573
1574 static bool vma_permits_fault(struct vm_area_struct *vma,
1575                               unsigned int fault_flags)
1576 {
1577         bool write   = !!(fault_flags & FAULT_FLAG_WRITE);
1578         bool foreign = !!(fault_flags & FAULT_FLAG_REMOTE);
1579         vm_flags_t vm_flags = write ? VM_WRITE : VM_READ;
1580
1581         if (!(vm_flags & vma->vm_flags))
1582                 return false;
1583
1584         /*
1585          * The architecture might have a hardware protection
1586          * mechanism other than read/write that can deny access.
1587          *
1588          * gup always represents data access, not instruction
1589          * fetches, so execute=false here:
1590          */
1591         if (!arch_vma_access_permitted(vma, write, false, foreign))
1592                 return false;
1593
1594         return true;
1595 }
1596
1597 /**
1598  * fixup_user_fault() - manually resolve a user page fault
1599  * @mm:         mm_struct of target mm
1600  * @address:    user address
1601  * @fault_flags:flags to pass down to handle_mm_fault()
1602  * @unlocked:   did we unlock the mmap_lock while retrying, maybe NULL if caller
1603  *              does not allow retry. If NULL, the caller must guarantee
1604  *              that fault_flags does not contain FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY.
1605  *
1606  * This is meant to be called in the specific scenario where for locking reasons
1607  * we try to access user memory in atomic context (within a pagefault_disable()
1608  * section), this returns -EFAULT, and we want to resolve the user fault before
1609  * trying again.
1610  *
1611  * Typically this is meant to be used by the futex code.
1612  *
1613  * The main difference with get_user_pages() is that this function will
1614  * unconditionally call handle_mm_fault() which will in turn perform all the
1615  * necessary SW fixup of the dirty and young bits in the PTE, while
1616  * get_user_pages() only guarantees to update these in the struct page.
1617  *
1618  * This is important for some architectures where those bits also gate the
1619  * access permission to the page because they are maintained in software.  On
1620  * such architectures, gup() will not be enough to make a subsequent access
1621  * succeed.
1622  *
1623  * This function will not return with an unlocked mmap_lock. So it has not the
1624  * same semantics wrt the @mm->mmap_lock as does filemap_fault().
1625  */
1626 int fixup_user_fault(struct mm_struct *mm,
1627                      unsigned long address, unsigned int fault_flags,
1628                      bool *unlocked)
1629 {
1630         struct vm_area_struct *vma;
1631         vm_fault_t ret;
1632
1633         address = untagged_addr_remote(mm, address);
1634
1635         if (unlocked)
1636                 fault_flags |= FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY | FAULT_FLAG_KILLABLE;
1637
1638 retry:
1639         vma = gup_vma_lookup(mm, address);
1640         if (!vma)
1641                 return -EFAULT;
1642
1643         if (!vma_permits_fault(vma, fault_flags))
1644                 return -EFAULT;
1645
1646         if ((fault_flags & FAULT_FLAG_KILLABLE) &&
1647             fatal_signal_pending(current))
1648                 return -EINTR;
1649
1650         ret = handle_mm_fault(vma, address, fault_flags, NULL);
1651
1652         if (ret & VM_FAULT_COMPLETED) {
1653                 /*
1654                  * NOTE: it's a pity that we need to retake the lock here
1655                  * to pair with the unlock() in the callers. Ideally we
1656                  * could tell the callers so they do not need to unlock.
1657                  */
1658                 mmap_read_lock(mm);
1659                 *unlocked = true;
1660                 return 0;
1661         }
1662
1663         if (ret & VM_FAULT_ERROR) {
1664                 int err = vm_fault_to_errno(ret, 0);
1665
1666                 if (err)
1667                         return err;
1668                 BUG();
1669         }
1670
1671         if (ret & VM_FAULT_RETRY) {
1672                 mmap_read_lock(mm);
1673                 *unlocked = true;
1674                 fault_flags |= FAULT_FLAG_TRIED;
1675                 goto retry;
1676         }
1677
1678         return 0;
1679 }
1680 EXPORT_SYMBOL_GPL(fixup_user_fault);
1681
1682 /*
1683  * GUP always responds to fatal signals.  When FOLL_INTERRUPTIBLE is
1684  * specified, it'll also respond to generic signals.  The caller of GUP
1685  * that has FOLL_INTERRUPTIBLE should take care of the GUP interruption.
1686  */
1687 static bool gup_signal_pending(unsigned int flags)
1688 {
1689         if (fatal_signal_pending(current))
1690                 return true;
1691
1692         if (!(flags & FOLL_INTERRUPTIBLE))
1693                 return false;
1694
1695         return signal_pending(current);
1696 }
1697
1698 /*
1699  * Locking: (*locked == 1) means that the mmap_lock has already been acquired by
1700  * the caller. This function may drop the mmap_lock. If it does so, then it will
1701  * set (*locked = 0).
1702  *
1703  * (*locked == 0) means that the caller expects this function to acquire and
1704  * drop the mmap_lock. Therefore, the value of *locked will still be zero when
1705  * the function returns, even though it may have changed temporarily during
1706  * function execution.
1707  *
1708  * Please note that this function, unlike __get_user_pages(), will not return 0
1709  * for nr_pages > 0, unless FOLL_NOWAIT is used.
1710  */
1711 static __always_inline long __get_user_pages_locked(struct mm_struct *mm,
1712                                                 unsigned long start,
1713                                                 unsigned long nr_pages,
1714                                                 struct page **pages,
1715                                                 int *locked,
1716                                                 unsigned int flags)
1717 {
1718         long ret, pages_done;
1719         bool must_unlock = false;
1720
1721         if (!nr_pages)
1722                 return 0;
1723
1724         /*
1725          * The internal caller expects GUP to manage the lock internally and the
1726          * lock must be released when this returns.
1727          */
1728         if (!*locked) {
1729                 if (mmap_read_lock_killable(mm))
1730                         return -EAGAIN;
1731                 must_unlock = true;
1732                 *locked = 1;
1733         }
1734         else
1735                 mmap_assert_locked(mm);
1736
1737         if (flags & FOLL_PIN)
1738                 mm_set_has_pinned_flag(&mm->flags);
1739
1740         /*
1741          * FOLL_PIN and FOLL_GET are mutually exclusive. Traditional behavior
1742          * is to set FOLL_GET if the caller wants pages[] filled in (but has
1743          * carelessly failed to specify FOLL_GET), so keep doing that, but only
1744          * for FOLL_GET, not for the newer FOLL_PIN.
1745          *
1746          * FOLL_PIN always expects pages to be non-null, but no need to assert
1747          * that here, as any failures will be obvious enough.
1748          */
1749         if (pages && !(flags & FOLL_PIN))
1750                 flags |= FOLL_GET;
1751
1752         pages_done = 0;
1753         for (;;) {
1754                 ret = __get_user_pages(mm, start, nr_pages, flags, pages,
1755                                        locked);
1756                 if (!(flags & FOLL_UNLOCKABLE)) {
1757                         /* VM_FAULT_RETRY couldn't trigger, bypass */
1758                         pages_done = ret;
1759                         break;
1760                 }
1761
1762                 /* VM_FAULT_RETRY or VM_FAULT_COMPLETED cannot return errors */
1763                 if (!*locked) {
1764                         BUG_ON(ret < 0);
1765                         BUG_ON(ret >= nr_pages);
1766                 }
1767
1768                 if (ret > 0) {
1769                         nr_pages -= ret;
1770                         pages_done += ret;
1771                         if (!nr_pages)
1772                                 break;
1773                 }
1774                 if (*locked) {
1775                         /*
1776                          * VM_FAULT_RETRY didn't trigger or it was a
1777                          * FOLL_NOWAIT.
1778                          */
1779                         if (!pages_done)
1780                                 pages_done = ret;
1781                         break;
1782                 }
1783                 /*
1784                  * VM_FAULT_RETRY triggered, so seek to the faulting offset.
1785                  * For the prefault case (!pages) we only update counts.
1786                  */
1787                 if (likely(pages))
1788                         pages += ret;
1789                 start += ret << PAGE_SHIFT;
1790
1791                 /* The lock was temporarily dropped, so we must unlock later */
1792                 must_unlock = true;
1793
1794 retry:
1795                 /*
1796                  * Repeat on the address that fired VM_FAULT_RETRY
1797                  * with both FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY and
1798                  * FAULT_FLAG_TRIED.  Note that GUP can be interrupted
1799                  * by fatal signals of even common signals, depending on
1800                  * the caller's request. So we need to check it before we
1801                  * start trying again otherwise it can loop forever.
1802                  */
1803                 if (gup_signal_pending(flags)) {
1804                         if (!pages_done)
1805                                 pages_done = -EINTR;
1806                         break;
1807                 }
1808
1809                 ret = mmap_read_lock_killable(mm);
1810                 if (ret) {
1811                         BUG_ON(ret > 0);
1812                         if (!pages_done)
1813                                 pages_done = ret;
1814                         break;
1815                 }
1816
1817                 *locked = 1;
1818                 ret = __get_user_pages(mm, start, 1, flags | FOLL_TRIED,
1819                                        pages, locked);
1820                 if (!*locked) {
1821                         /* Continue to retry until we succeeded */
1822                         BUG_ON(ret != 0);
1823                         goto retry;
1824                 }
1825                 if (ret != 1) {
1826                         BUG_ON(ret > 1);
1827                         if (!pages_done)
1828                                 pages_done = ret;
1829                         break;
1830                 }
1831                 nr_pages--;
1832                 pages_done++;
1833                 if (!nr_pages)
1834                         break;
1835                 if (likely(pages))
1836                         pages++;
1837                 start += PAGE_SIZE;
1838         }
1839         if (must_unlock && *locked) {
1840                 /*
1841                  * We either temporarily dropped the lock, or the caller
1842                  * requested that we both acquire and drop the lock. Either way,
1843                  * we must now unlock, and notify the caller of that state.
1844                  */
1845                 mmap_read_unlock(mm);
1846                 *locked = 0;
1847         }
1848
1849         /*
1850          * Failing to pin anything implies something has gone wrong (except when
1851          * FOLL_NOWAIT is specified).
1852          */
1853         if (WARN_ON_ONCE(pages_done == 0 && !(flags & FOLL_NOWAIT)))
1854                 return -EFAULT;
1855
1856         return pages_done;
1857 }
1858
1859 /**
1860  * populate_vma_page_range() -  populate a range of pages in the vma.
1861  * @vma:   target vma
1862  * @start: start address
1863  * @end:   end address
1864  * @locked: whether the mmap_lock is still held
1865  *
1866  * This takes care of mlocking the pages too if VM_LOCKED is set.
1867  *
1868  * Return either number of pages pinned in the vma, or a negative error
1869  * code on error.
1870  *
1871  * vma->vm_mm->mmap_lock must be held.
1872  *
1873  * If @locked is NULL, it may be held for read or write and will
1874  * be unperturbed.
1875  *
1876  * If @locked is non-NULL, it must held for read only and may be
1877  * released.  If it's released, *@locked will be set to 0.
1878  */
1879 long populate_vma_page_range(struct vm_area_struct *vma,
1880                 unsigned long start, unsigned long end, int *locked)
1881 {
1882         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
1883         unsigned long nr_pages = (end - start) / PAGE_SIZE;
1884         int local_locked = 1;
1885         int gup_flags;
1886         long ret;
1887
1888         VM_BUG_ON(!PAGE_ALIGNED(start));
1889         VM_BUG_ON(!PAGE_ALIGNED(end));
1890         VM_BUG_ON_VMA(start < vma->vm_start, vma);
1891         VM_BUG_ON_VMA(end   > vma->vm_end, vma);
1892         mmap_assert_locked(mm);
1893
1894         /*
1895          * Rightly or wrongly, the VM_LOCKONFAULT case has never used
1896          * faultin_page() to break COW, so it has no work to do here.
1897          */
1898         if (vma->vm_flags & VM_LOCKONFAULT)
1899                 return nr_pages;
1900
1901         /* ... similarly, we've never faulted in PROT_NONE pages */
1902         if (!vma_is_accessible(vma))
1903                 return -EFAULT;
1904
1905         gup_flags = FOLL_TOUCH;
1906         /*
1907          * We want to touch writable mappings with a write fault in order
1908          * to break COW, except for shared mappings because these don't COW
1909          * and we would not want to dirty them for nothing.
1910          *
1911          * Otherwise, do a read fault, and use FOLL_FORCE in case it's not
1912          * readable (ie write-only or executable).
1913          */
1914         if ((vma->vm_flags & (VM_WRITE | VM_SHARED)) == VM_WRITE)
1915                 gup_flags |= FOLL_WRITE;
1916         else
1917                 gup_flags |= FOLL_FORCE;
1918
1919         if (locked)
1920                 gup_flags |= FOLL_UNLOCKABLE;
1921
1922         /*
1923          * We made sure addr is within a VMA, so the following will
1924          * not result in a stack expansion that recurses back here.
1925          */
1926         ret = __get_user_pages(mm, start, nr_pages, gup_flags,
1927                                NULL, locked ? locked : &local_locked);
1928         lru_add_drain();
1929         return ret;
1930 }
1931
1932 /*
1933  * faultin_page_range() - populate (prefault) page tables inside the
1934  *                        given range readable/writable
1935  *
1936  * This takes care of mlocking the pages, too, if VM_LOCKED is set.
1937  *
1938  * @mm: the mm to populate page tables in
1939  * @start: start address
1940  * @end: end address
1941  * @write: whether to prefault readable or writable
1942  * @locked: whether the mmap_lock is still held
1943  *
1944  * Returns either number of processed pages in the MM, or a negative error
1945  * code on error (see __get_user_pages()). Note that this function reports
1946  * errors related to VMAs, such as incompatible mappings, as expected by
1947  * MADV_POPULATE_(READ|WRITE).
1948  *
1949  * The range must be page-aligned.
1950  *
1951  * mm->mmap_lock must be held. If it's released, *@locked will be set to 0.
1952  */
1953 long faultin_page_range(struct mm_struct *mm, unsigned long start,
1954                         unsigned long end, bool write, int *locked)
1955 {
1956         unsigned long nr_pages = (end - start) / PAGE_SIZE;
1957         int gup_flags;
1958         long ret;
1959
1960         VM_BUG_ON(!PAGE_ALIGNED(start));
1961         VM_BUG_ON(!PAGE_ALIGNED(end));
1962         mmap_assert_locked(mm);
1963
1964         /*
1965          * FOLL_TOUCH: Mark page accessed and thereby young; will also mark
1966          *             the page dirty with FOLL_WRITE -- which doesn't make a
1967          *             difference with !FOLL_FORCE, because the page is writable
1968          *             in the page table.
1969          * FOLL_HWPOISON: Return -EHWPOISON instead of -EFAULT when we hit
1970          *                a poisoned page.
1971          * !FOLL_FORCE: Require proper access permissions.
1972          */
1973         gup_flags = FOLL_TOUCH | FOLL_HWPOISON | FOLL_UNLOCKABLE |
1974                     FOLL_MADV_POPULATE;
1975         if (write)
1976                 gup_flags |= FOLL_WRITE;
1977
1978         ret = __get_user_pages_locked(mm, start, nr_pages, NULL, locked,
1979                                       gup_flags);
1980         lru_add_drain();
1981         return ret;
1982 }
1983
1984 /*
1985  * __mm_populate - populate and/or mlock pages within a range of address space.
1986  *
1987  * This is used to implement mlock() and the MAP_POPULATE / MAP_LOCKED mmap
1988  * flags. VMAs must be already marked with the desired vm_flags, and
1989  * mmap_lock must not be held.
1990  */
1991 int __mm_populate(unsigned long start, unsigned long len, int ignore_errors)
1992 {
1993         struct mm_struct *mm = current->mm;
1994         unsigned long end, nstart, nend;
1995         struct vm_area_struct *vma = NULL;
1996         int locked = 0;
1997         long ret = 0;
1998
1999         end = start + len;
2000
2001         for (nstart = start; nstart < end; nstart = nend) {
2002                 /*
2003                  * We want to fault in pages for [nstart; end) address range.
2004                  * Find first corresponding VMA.
2005                  */
2006                 if (!locked) {
2007                         locked = 1;
2008                         mmap_read_lock(mm);
2009                         vma = find_vma_intersection(mm, nstart, end);
2010                 } else if (nstart >= vma->vm_end)
2011                         vma = find_vma_intersection(mm, vma->vm_end, end);
2012
2013                 if (!vma)
2014                         break;
2015                 /*
2016                  * Set [nstart; nend) to intersection of desired address
2017                  * range with the first VMA. Also, skip undesirable VMA types.
2018                  */
2019                 nend = min(end, vma->vm_end);
2020                 if (vma->vm_flags & (VM_IO | VM_PFNMAP))
2021                         continue;
2022                 if (nstart < vma->vm_start)
2023                         nstart = vma->vm_start;
2024                 /*
2025                  * Now fault in a range of pages. populate_vma_page_range()
2026                  * double checks the vma flags, so that it won't mlock pages
2027                  * if the vma was already munlocked.
2028                  */
2029                 ret = populate_vma_page_range(vma, nstart, nend, &locked);
2030                 if (ret < 0) {
2031                         if (ignore_errors) {
2032                                 ret = 0;
2033                                 continue;       /* continue at next VMA */
2034                         }
2035                         break;
2036                 }
2037                 nend = nstart + ret * PAGE_SIZE;
2038                 ret = 0;
2039         }
2040         if (locked)
2041                 mmap_read_unlock(mm);
2042         return ret;     /* 0 or negative error code */
2043 }
2044 #else /* CONFIG_MMU */
2045 static long __get_user_pages_locked(struct mm_struct *mm, unsigned long start,
2046                 unsigned long nr_pages, struct page **pages,
2047                 int *locked, unsigned int foll_flags)
2048 {
2049         struct vm_area_struct *vma;
2050         bool must_unlock = false;
2051         unsigned long vm_flags;
2052         long i;
2053
2054         if (!nr_pages)
2055                 return 0;
2056
2057         /*
2058          * The internal caller expects GUP to manage the lock internally and the
2059          * lock must be released when this returns.
2060          */
2061         if (!*locked) {
2062                 if (mmap_read_lock_killable(mm))
2063                         return -EAGAIN;
2064                 must_unlock = true;
2065                 *locked = 1;
2066         }
2067
2068         /* calculate required read or write permissions.
2069          * If FOLL_FORCE is set, we only require the "MAY" flags.
2070          */
2071         vm_flags  = (foll_flags & FOLL_WRITE) ?
2072                         (VM_WRITE | VM_MAYWRITE) : (VM_READ | VM_MAYREAD);
2073         vm_flags &= (foll_flags & FOLL_FORCE) ?
2074                         (VM_MAYREAD | VM_MAYWRITE) : (VM_READ | VM_WRITE);
2075
2076         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
2077                 vma = find_vma(mm, start);
2078                 if (!vma)
2079                         break;
2080
2081                 /* protect what we can, including chardevs */
2082                 if ((vma->vm_flags & (VM_IO | VM_PFNMAP)) ||
2083                     !(vm_flags & vma->vm_flags))
2084                         break;
2085
2086                 if (pages) {
2087                         pages[i] = virt_to_page((void *)start);
2088                         if (pages[i])
2089                                 get_page(pages[i]);
2090                 }
2091
2092                 start = (start + PAGE_SIZE) & PAGE_MASK;
2093         }
2094
2095         if (must_unlock && *locked) {
2096                 mmap_read_unlock(mm);
2097                 *locked = 0;
2098         }
2099
2100         return i ? : -EFAULT;
2101 }
2102 #endif /* !CONFIG_MMU */
2103
2104 /**
2105  * fault_in_writeable - fault in userspace address range for writing
2106  * @uaddr: start of address range
2107  * @size: size of address range
2108  *
2109  * Returns the number of bytes not faulted in (like copy_to_user() and
2110  * copy_from_user()).
2111  */
2112 size_t fault_in_writeable(char __user *uaddr, size_t size)
2113 {
2114         const unsigned long start = (unsigned long)uaddr;
2115         const unsigned long end = start + size;
2116         unsigned long cur;
2117
2118         if (unlikely(size == 0))
2119                 return 0;
2120         if (!user_write_access_begin(uaddr, size))
2121                 return size;
2122
2123         /* Stop once we overflow to 0. */
2124         for (cur = start; cur && cur < end; cur = PAGE_ALIGN_DOWN(cur + PAGE_SIZE))
2125                 unsafe_put_user(0, (char __user *)cur, out);
2126 out:
2127         user_write_access_end();
2128         if (size > cur - start)
2129                 return size - (cur - start);
2130         return 0;
2131 }
2132 EXPORT_SYMBOL(fault_in_writeable);
2133
2134 /**
2135  * fault_in_subpage_writeable - fault in an address range for writing
2136  * @uaddr: start of address range
2137  * @size: size of address range
2138  *
2139  * Fault in a user address range for writing while checking for permissions at
2140  * sub-page granularity (e.g. arm64 MTE). This function should be used when
2141  * the caller cannot guarantee forward progress of a copy_to_user() loop.
2142  *
2143  * Returns the number of bytes not faulted in (like copy_to_user() and
2144  * copy_from_user()).
2145  */
2146 size_t fault_in_subpage_writeable(char __user *uaddr, size_t size)
2147 {
2148         size_t faulted_in;
2149
2150         /*
2151          * Attempt faulting in at page granularity first for page table
2152          * permission checking. The arch-specific probe_subpage_writeable()
2153          * functions may not check for this.
2154          */
2155         faulted_in = size - fault_in_writeable(uaddr, size);
2156         if (faulted_in)
2157                 faulted_in -= probe_subpage_writeable(uaddr, faulted_in);
2158
2159         return size - faulted_in;
2160 }
2161 EXPORT_SYMBOL(fault_in_subpage_writeable);
2162
2163 /*
2164  * fault_in_safe_writeable - fault in an address range for writing
2165  * @uaddr: start of address range
2166  * @size: length of address range
2167  *
2168  * Faults in an address range for writing.  This is primarily useful when we
2169  * already know that some or all of the pages in the address range aren't in
2170  * memory.
2171  *
2172  * Unlike fault_in_writeable(), this function is non-destructive.
2173  *
2174  * Note that we don't pin or otherwise hold the pages referenced that we fault
2175  * in.  There's no guarantee that they'll stay in memory for any duration of
2176  * time.
2177  *
2178  * Returns the number of bytes not faulted in, like copy_to_user() and
2179  * copy_from_user().
2180  */
2181 size_t fault_in_safe_writeable(const char __user *uaddr, size_t size)
2182 {
2183         const unsigned long start = (unsigned long)uaddr;
2184         const unsigned long end = start + size;
2185         unsigned long cur;
2186         struct mm_struct *mm = current->mm;
2187         bool unlocked = false;
2188
2189         if (unlikely(size == 0))
2190                 return 0;
2191
2192         mmap_read_lock(mm);
2193         /* Stop once we overflow to 0. */
2194         for (cur = start; cur && cur < end; cur = PAGE_ALIGN_DOWN(cur + PAGE_SIZE))
2195                 if (fixup_user_fault(mm, cur, FAULT_FLAG_WRITE, &unlocked))
2196                         break;
2197         mmap_read_unlock(mm);
2198
2199         if (size > cur - start)
2200                 return size - (cur - start);
2201         return 0;
2202 }
2203 EXPORT_SYMBOL(fault_in_safe_writeable);
2204
2205 /**
2206  * fault_in_readable - fault in userspace address range for reading
2207  * @uaddr: start of user address range
2208  * @size: size of user address range
2209  *
2210  * Returns the number of bytes not faulted in (like copy_to_user() and
2211  * copy_from_user()).
2212  */
2213 size_t fault_in_readable(const char __user *uaddr, size_t size)
2214 {
2215         const unsigned long start = (unsigned long)uaddr;
2216         const unsigned long end = start + size;
2217         unsigned long cur;
2218         volatile char c;
2219
2220         if (unlikely(size == 0))
2221                 return 0;
2222         if (!user_read_access_begin(uaddr, size))
2223                 return size;
2224
2225         /* Stop once we overflow to 0. */
2226         for (cur = start; cur && cur < end; cur = PAGE_ALIGN_DOWN(cur + PAGE_SIZE))
2227                 unsafe_get_user(c, (const char __user *)cur, out);
2228 out:
2229         user_read_access_end();
2230         (void)c;
2231         if (size > cur - start)
2232                 return size - (cur - start);
2233         return 0;
2234 }
2235 EXPORT_SYMBOL(fault_in_readable);
2236
2237 /**
2238  * get_dump_page() - pin user page in memory while writing it to core dump
2239  * @addr: user address
2240  * @locked: a pointer to an int denoting whether the mmap sem is held
2241  *
2242  * Returns struct page pointer of user page pinned for dump,
2243  * to be freed afterwards by put_page().
2244  *
2245  * Returns NULL on any kind of failure - a hole must then be inserted into
2246  * the corefile, to preserve alignment with its headers; and also returns
2247  * NULL wherever the ZERO_PAGE, or an anonymous pte_none, has been found -
2248  * allowing a hole to be left in the corefile to save disk space.
2249  *
2250  * Called without mmap_lock (takes and releases the mmap_lock by itself).
2251  */
2252 #ifdef CONFIG_ELF_CORE
2253 struct page *get_dump_page(unsigned long addr, int *locked)
2254 {
2255         struct page *page;
2256         int ret;
2257
2258         ret = __get_user_pages_locked(current->mm, addr, 1, &page, locked,
2259                                       FOLL_FORCE | FOLL_DUMP | FOLL_GET);
2260         return (ret == 1) ? page : NULL;
2261 }
2262 #endif /* CONFIG_ELF_CORE */
2263
2264 #ifdef CONFIG_MIGRATION
2265
2266 /*
2267  * An array of either pages or folios ("pofs"). Although it may seem tempting to
2268  * avoid this complication, by simply interpreting a list of folios as a list of
2269  * pages, that approach won't work in the longer term, because eventually the
2270  * layouts of struct page and struct folio will become completely different.
2271  * Furthermore, this pof approach avoids excessive page_folio() calls.
2272  */
2273 struct pages_or_folios {
2274         union {
2275                 struct page **pages;
2276                 struct folio **folios;
2277                 void **entries;
2278         };
2279         bool has_folios;
2280         long nr_entries;
2281 };
2282
2283 static struct folio *pofs_get_folio(struct pages_or_folios *pofs, long i)
2284 {
2285         if (pofs->has_folios)
2286                 return pofs->folios[i];
2287         return page_folio(pofs->pages[i]);
2288 }
2289
2290 static void pofs_clear_entry(struct pages_or_folios *pofs, long i)
2291 {
2292         pofs->entries[i] = NULL;
2293 }
2294
2295 static void pofs_unpin(struct pages_or_folios *pofs)
2296 {
2297         if (pofs->has_folios)
2298                 unpin_folios(pofs->folios, pofs->nr_entries);
2299         else
2300                 unpin_user_pages(pofs->pages, pofs->nr_entries);
2301 }
2302
2303 /*
2304  * Returns the number of collected folios. Return value is always >= 0.
2305  */
2306 static unsigned long collect_longterm_unpinnable_folios(
2307                 struct list_head *movable_folio_list,
2308                 struct pages_or_folios *pofs)
2309 {
2310         unsigned long i, collected = 0;
2311         struct folio *prev_folio = NULL;
2312         bool drain_allow = true;
2313
2314         for (i = 0; i < pofs->nr_entries; i++) {
2315                 struct folio *folio = pofs_get_folio(pofs, i);
2316
2317                 if (folio == prev_folio)
2318                         continue;
2319                 prev_folio = folio;
2320
2321                 if (folio_is_longterm_pinnable(folio))
2322                         continue;
2323
2324                 collected++;
2325
2326                 if (folio_is_device_coherent(folio))
2327                         continue;
2328
2329                 if (folio_test_hugetlb(folio)) {
2330                         folio_isolate_hugetlb(folio, movable_folio_list);
2331                         continue;
2332                 }
2333
2334                 if (!folio_test_lru(folio) && drain_allow) {
2335                         lru_add_drain_all();
2336                         drain_allow = false;
2337                 }
2338
2339                 if (!folio_isolate_lru(folio))
2340                         continue;
2341
2342                 list_add_tail(&folio->lru, movable_folio_list);
2343                 node_stat_mod_folio(folio,
2344                                     NR_ISOLATED_ANON + folio_is_file_lru(folio),
2345                                     folio_nr_pages(folio));
2346         }
2347
2348         return collected;
2349 }
2350
2351 /*
2352  * Unpins all folios and migrates device coherent folios and movable_folio_list.
2353  * Returns -EAGAIN if all folios were successfully migrated or -errno for
2354  * failure (or partial success).
2355  */
2356 static int
2357 migrate_longterm_unpinnable_folios(struct list_head *movable_folio_list,
2358                                    struct pages_or_folios *pofs)
2359 {
2360         int ret;
2361         unsigned long i;
2362
2363         for (i = 0; i < pofs->nr_entries; i++) {
2364                 struct folio *folio = pofs_get_folio(pofs, i);
2365
2366                 if (folio_is_device_coherent(folio)) {
2367                         /*
2368                          * Migration will fail if the folio is pinned, so
2369                          * convert the pin on the source folio to a normal
2370                          * reference.
2371                          */
2372                         pofs_clear_entry(pofs, i);
2373                         folio_get(folio);
2374                         gup_put_folio(folio, 1, FOLL_PIN);
2375
2376                         if (migrate_device_coherent_folio(folio)) {
2377                                 ret = -EBUSY;
2378                                 goto err;
2379                         }
2380
2381                         continue;
2382                 }
2383
2384                 /*
2385                  * We can't migrate folios with unexpected references, so drop
2386                  * the reference obtained by __get_user_pages_locked().
2387                  * Migrating folios have been added to movable_folio_list after
2388                  * calling folio_isolate_lru() which takes a reference so the
2389                  * folio won't be freed if it's migrating.
2390                  */
2391                 unpin_folio(folio);
2392                 pofs_clear_entry(pofs, i);
2393         }
2394
2395         if (!list_empty(movable_folio_list)) {
2396                 struct migration_target_control mtc = {
2397                         .nid = NUMA_NO_NODE,
2398                         .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_NOWARN,
2399                         .reason = MR_LONGTERM_PIN,
2400                 };
2401
2402                 if (migrate_pages(movable_folio_list, alloc_migration_target,
2403                                   NULL, (unsigned long)&mtc, MIGRATE_SYNC,
2404                                   MR_LONGTERM_PIN, NULL)) {
2405                         ret = -ENOMEM;
2406                         goto err;
2407                 }
2408         }
2409
2410         putback_movable_pages(movable_folio_list);
2411
2412         return -EAGAIN;
2413
2414 err:
2415         pofs_unpin(pofs);
2416         putback_movable_pages(movable_folio_list);
2417
2418         return ret;
2419 }
2420
2421 static long
2422 check_and_migrate_movable_pages_or_folios(struct pages_or_folios *pofs)
2423 {
2424         LIST_HEAD(movable_folio_list);
2425         unsigned long collected;
2426
2427         collected = collect_longterm_unpinnable_folios(&movable_folio_list,
2428                                                        pofs);
2429         if (!collected)
2430                 return 0;
2431
2432         return migrate_longterm_unpinnable_folios(&movable_folio_list, pofs);
2433 }
2434
2435 /*
2436  * Check whether all folios are *allowed* to be pinned indefinitely (long term).
2437  * Rather confusingly, all folios in the range are required to be pinned via
2438  * FOLL_PIN, before calling this routine.
2439  *
2440  * Return values:
2441  *
2442  * 0: if everything is OK and all folios in the range are allowed to be pinned,
2443  * then this routine leaves all folios pinned and returns zero for success.
2444  *
2445  * -EAGAIN: if any folios in the range are not allowed to be pinned, then this
2446  * routine will migrate those folios away, unpin all the folios in the range. If
2447  * migration of the entire set of folios succeeds, then -EAGAIN is returned. The
2448  * caller should re-pin the entire range with FOLL_PIN and then call this
2449  * routine again.
2450  *
2451  * -ENOMEM, or any other -errno: if an error *other* than -EAGAIN occurs, this
2452  * indicates a migration failure. The caller should give up, and propagate the
2453  * error back up the call stack. The caller does not need to unpin any folios in
2454  * that case, because this routine will do the unpinning.
2455  */
2456 static long check_and_migrate_movable_folios(unsigned long nr_folios,
2457                                              struct folio **folios)
2458 {
2459         struct pages_or_folios pofs = {
2460                 .folios = folios,
2461                 .has_folios = true,
2462                 .nr_entries = nr_folios,
2463         };
2464
2465         return check_and_migrate_movable_pages_or_folios(&pofs);
2466 }
2467
2468 /*
2469  * Return values and behavior are the same as those for
2470  * check_and_migrate_movable_folios().
2471  */
2472 static long check_and_migrate_movable_pages(unsigned long nr_pages,
2473                                             struct page **pages)
2474 {
2475         struct pages_or_folios pofs = {
2476                 .pages = pages,
2477                 .has_folios = false,
2478                 .nr_entries = nr_pages,
2479         };
2480
2481         return check_and_migrate_movable_pages_or_folios(&pofs);
2482 }
2483 #else
2484 static long check_and_migrate_movable_pages(unsigned long nr_pages,
2485                                             struct page **pages)
2486 {
2487         return 0;
2488 }
2489
2490 static long check_and_migrate_movable_folios(unsigned long nr_folios,
2491                                              struct folio **folios)
2492 {
2493         return 0;
2494 }
2495 #endif /* CONFIG_MIGRATION */
2496
2497 /*
2498  * __gup_longterm_locked() is a wrapper for __get_user_pages_locked which
2499  * allows us to process the FOLL_LONGTERM flag.
2500  */
2501 static long __gup_longterm_locked(struct mm_struct *mm,
2502                                   unsigned long start,
2503                                   unsigned long nr_pages,
2504                                   struct page **pages,
2505                                   int *locked,
2506                                   unsigned int gup_flags)
2507 {
2508         unsigned int flags;
2509         long rc, nr_pinned_pages;
2510
2511         if (!(gup_flags & FOLL_LONGTERM))
2512                 return __get_user_pages_locked(mm, start, nr_pages, pages,
2513                                                locked, gup_flags);
2514
2515         flags = memalloc_pin_save();
2516         do {
2517                 nr_pinned_pages = __get_user_pages_locked(mm, start, nr_pages,
2518                                                           pages, locked,
2519                                                           gup_flags);
2520                 if (nr_pinned_pages <= 0) {
2521                         rc = nr_pinned_pages;
2522                         break;
2523                 }
2524
2525                 /* FOLL_LONGTERM implies FOLL_PIN */
2526                 rc = check_and_migrate_movable_pages(nr_pinned_pages, pages);
2527         } while (rc == -EAGAIN);
2528         memalloc_pin_restore(flags);
2529         return rc ? rc : nr_pinned_pages;
2530 }
2531
2532 /*
2533  * Check that the given flags are valid for the exported gup/pup interface, and
2534  * update them with the required flags that the caller must have set.
2535  */
2536 static bool is_valid_gup_args(struct page **pages, int *locked,
2537                               unsigned int *gup_flags_p, unsigned int to_set)
2538 {
2539         unsigned int gup_flags = *gup_flags_p;
2540
2541         /*
2542          * These flags not allowed to be specified externally to the gup
2543          * interfaces:
2544          * - FOLL_TOUCH/FOLL_PIN/FOLL_TRIED/FOLL_FAST_ONLY are internal only
2545          * - FOLL_REMOTE is internal only, set in (get|pin)_user_pages_remote()
2546          * - FOLL_UNLOCKABLE is internal only and used if locked is !NULL
2547          */
2548         if (WARN_ON_ONCE(gup_flags & INTERNAL_GUP_FLAGS))
2549                 return false;
2550
2551         gup_flags |= to_set;
2552         if (locked) {
2553                 /* At the external interface locked must be set */
2554                 if (WARN_ON_ONCE(*locked != 1))
2555                         return false;
2556
2557                 gup_flags |= FOLL_UNLOCKABLE;
2558         }
2559
2560         /* FOLL_GET and FOLL_PIN are mutually exclusive. */
2561         if (WARN_ON_ONCE((gup_flags & (FOLL_PIN | FOLL_GET)) ==
2562                          (FOLL_PIN | FOLL_GET)))
2563                 return false;
2564
2565         /* LONGTERM can only be specified when pinning */
2566         if (WARN_ON_ONCE(!(gup_flags & FOLL_PIN) && (gup_flags & FOLL_LONGTERM)))
2567                 return false;
2568
2569         /* Pages input must be given if using GET/PIN */
2570         if (WARN_ON_ONCE((gup_flags & (FOLL_GET | FOLL_PIN)) && !pages))
2571                 return false;
2572
2573         /* We want to allow the pgmap to be hot-unplugged at all times */
2574         if (WARN_ON_ONCE((gup_flags & FOLL_LONGTERM) &&
2575                          (gup_flags & FOLL_PCI_P2PDMA)))
2576                 return false;
2577
2578         *gup_flags_p = gup_flags;
2579         return true;
2580 }
2581
2582 #ifdef CONFIG_MMU
2583 /**
2584  * get_user_pages_remote() - pin user pages in memory
2585  * @mm:         mm_struct of target mm
2586  * @start:      starting user address
2587  * @nr_pages:   number of pages from start to pin
2588  * @gup_flags:  flags modifying lookup behaviour
2589  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
2590  *              Should be at least nr_pages long. Or NULL, if caller
2591  *              only intends to ensure the pages are faulted in.
2592  * @locked:     pointer to lock flag indicating whether lock is held and
2593  *              subsequently whether VM_FAULT_RETRY functionality can be
2594  *              utilised. Lock must initially be held.
2595  *
2596  * Returns either number of pages pinned (which may be less than the
2597  * number requested), or an error. Details about the return value:
2598  *
2599  * -- If nr_pages is 0, returns 0.
2600  * -- If nr_pages is >0, but no pages were pinned, returns -errno.
2601  * -- If nr_pages is >0, and some pages were pinned, returns the number of
2602  *    pages pinned. Again, this may be less than nr_pages.
2603  *
2604  * The caller is responsible for releasing returned @pages, via put_page().
2605  *
2606  * Must be called with mmap_lock held for read or write.
2607  *
2608  * get_user_pages_remote walks a process's page tables and takes a reference
2609  * to each struct page that each user address corresponds to at a given
2610  * instant. That is, it takes the page that would be accessed if a user
2611  * thread accesses the given user virtual address at that instant.
2612  *
2613  * This does not guarantee that the page exists in the user mappings when
2614  * get_user_pages_remote returns, and there may even be a completely different
2615  * page there in some cases (eg. if mmapped pagecache has been invalidated
2616  * and subsequently re-faulted). However it does guarantee that the page
2617  * won't be freed completely. And mostly callers simply care that the page
2618  * contains data that was valid *at some point in time*. Typically, an IO
2619  * or similar operation cannot guarantee anything stronger anyway because
2620  * locks can't be held over the syscall boundary.
2621  *
2622  * If gup_flags & FOLL_WRITE == 0, the page must not be written to. If the page
2623  * is written to, set_page_dirty (or set_page_dirty_lock, as appropriate) must
2624  * be called after the page is finished with, and before put_page is called.
2625  *
2626  * get_user_pages_remote is typically used for fewer-copy IO operations,
2627  * to get a handle on the memory by some means other than accesses
2628  * via the user virtual addresses. The pages may be submitted for
2629  * DMA to devices or accessed via their kernel linear mapping (via the
2630  * kmap APIs). Care should be taken to use the correct cache flushing APIs.
2631  *
2632  * See also get_user_pages_fast, for performance critical applications.
2633  *
2634  * get_user_pages_remote should be phased out in favor of
2635  * get_user_pages_locked|unlocked or get_user_pages_fast. Nothing
2636  * should use get_user_pages_remote because it cannot pass
2637  * FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY to handle_mm_fault.
2638  */
2639 long get_user_pages_remote(struct mm_struct *mm,
2640                 unsigned long start, unsigned long nr_pages,
2641                 unsigned int gup_flags, struct page **pages,
2642                 int *locked)
2643 {
2644         int local_locked = 1;
2645
2646         if (!is_valid_gup_args(pages, locked, &gup_flags,
2647                                FOLL_TOUCH | FOLL_REMOTE))
2648                 return -EINVAL;
2649
2650         return __get_user_pages_locked(mm, start, nr_pages, pages,
2651                                        locked ? locked : &local_locked,
2652                                        gup_flags);
2653 }
2654 EXPORT_SYMBOL(get_user_pages_remote);
2655
2656 #else /* CONFIG_MMU */
2657 long get_user_pages_remote(struct mm_struct *mm,
2658                            unsigned long start, unsigned long nr_pages,
2659                            unsigned int gup_flags, struct page **pages,
2660                            int *locked)
2661 {
2662         return 0;
2663 }
2664 #endif /* !CONFIG_MMU */
2665
2666 /**
2667  * get_user_pages() - pin user pages in memory
2668  * @start:      starting user address
2669  * @nr_pages:   number of pages from start to pin
2670  * @gup_flags:  flags modifying lookup behaviour
2671  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
2672  *              Should be at least nr_pages long. Or NULL, if caller
2673  *              only intends to ensure the pages are faulted in.
2674  *
2675  * This is the same as get_user_pages_remote(), just with a less-flexible
2676  * calling convention where we assume that the mm being operated on belongs to
2677  * the current task, and doesn't allow passing of a locked parameter.  We also
2678  * obviously don't pass FOLL_REMOTE in here.
2679  */
2680 long get_user_pages(unsigned long start, unsigned long nr_pages,
2681                     unsigned int gup_flags, struct page **pages)
2682 {
2683         int locked = 1;
2684
2685         if (!is_valid_gup_args(pages, NULL, &gup_flags, FOLL_TOUCH))
2686                 return -EINVAL;
2687
2688         return __get_user_pages_locked(current->mm, start, nr_pages, pages,
2689                                        &locked, gup_flags);
2690 }
2691 EXPORT_SYMBOL(get_user_pages);
2692
2693 /*
2694  * get_user_pages_unlocked() is suitable to replace the form:
2695  *
2696  *      mmap_read_lock(mm);
2697  *      get_user_pages(mm, ..., pages, NULL);
2698  *      mmap_read_unlock(mm);
2699  *
2700  *  with:
2701  *
2702  *      get_user_pages_unlocked(mm, ..., pages);
2703  *
2704  * It is functionally equivalent to get_user_pages_fast so
2705  * get_user_pages_fast should be used instead if specific gup_flags
2706  * (e.g. FOLL_FORCE) are not required.
2707  */
2708 long get_user_pages_unlocked(unsigned long start, unsigned long nr_pages,
2709                              struct page **pages, unsigned int gup_flags)
2710 {
2711         int locked = 0;
2712
2713         if (!is_valid_gup_args(pages, NULL, &gup_flags,
2714                                FOLL_TOUCH | FOLL_UNLOCKABLE))
2715                 return -EINVAL;
2716
2717         return __get_user_pages_locked(current->mm, start, nr_pages, pages,
2718                                        &locked, gup_flags);
2719 }
2720 EXPORT_SYMBOL(get_user_pages_unlocked);
2721
2722 /*
2723  * GUP-fast
2724  *
2725  * get_user_pages_fast attempts to pin user pages by walking the page
2726  * tables directly and avoids taking locks. Thus the walker needs to be
2727  * protected from page table pages being freed from under it, and should
2728  * block any THP splits.
2729  *
2730  * One way to achieve this is to have the walker disable interrupts, and
2731  * rely on IPIs from the TLB flushing code blocking before the page table
2732  * pages are freed. This is unsuitable for architectures that do not need
2733  * to broadcast an IPI when invalidating TLBs.
2734  *
2735  * Another way to achieve this is to batch up page table containing pages
2736  * belonging to more than one mm_user, then rcu_sched a callback to free those
2737  * pages. Disabling interrupts will allow the gup_fast() walker to both block
2738  * the rcu_sched callback, and an IPI that we broadcast for splitting THPs
2739  * (which is a relatively rare event). The code below adopts this strategy.
2740  *
2741  * Before activating this code, please be aware that the following assumptions
2742  * are currently made:
2743  *
2744  *  *) Either MMU_GATHER_RCU_TABLE_FREE is enabled, and tlb_remove_table() is used to
2745  *  free pages containing page tables or TLB flushing requires IPI broadcast.
2746  *
2747  *  *) ptes can be read atomically by the architecture.
2748  *
2749  *  *) valid user addesses are below TASK_MAX_SIZE
2750  *
2751  * The last two assumptions can be relaxed by the addition of helper functions.
2752  *
2753  * This code is based heavily on the PowerPC implementation by Nick Piggin.
2754  */
2755 #ifdef CONFIG_HAVE_GUP_FAST
2756 /*
2757  * Used in the GUP-fast path to determine whether GUP is permitted to work on
2758  * a specific folio.
2759  *
2760  * This call assumes the caller has pinned the folio, that the lowest page table
2761  * level still points to this folio, and that interrupts have been disabled.
2762  *
2763  * GUP-fast must reject all secretmem folios.
2764  *
2765  * Writing to pinned file-backed dirty tracked folios is inherently problematic
2766  * (see comment describing the writable_file_mapping_allowed() function). We
2767  * therefore try to avoid the most egregious case of a long-term mapping doing
2768  * so.
2769  *
2770  * This function cannot be as thorough as that one as the VMA is not available
2771  * in the fast path, so instead we whitelist known good cases and if in doubt,
2772  * fall back to the slow path.
2773  */
2774 static bool gup_fast_folio_allowed(struct folio *folio, unsigned int flags)
2775 {
2776         bool reject_file_backed = false;
2777         struct address_space *mapping;
2778         bool check_secretmem = false;
2779         unsigned long mapping_flags;
2780
2781         /*
2782          * If we aren't pinning then no problematic write can occur. A long term
2783          * pin is the most egregious case so this is the one we disallow.
2784          */
2785         if ((flags & (FOLL_PIN | FOLL_LONGTERM | FOLL_WRITE)) ==
2786             (FOLL_PIN | FOLL_LONGTERM | FOLL_WRITE))
2787                 reject_file_backed = true;
2788
2789         /* We hold a folio reference, so we can safely access folio fields. */
2790
2791         /* secretmem folios are always order-0 folios. */
2792         if (IS_ENABLED(CONFIG_SECRETMEM) && !folio_test_large(folio))
2793                 check_secretmem = true;
2794
2795         if (!reject_file_backed && !check_secretmem)
2796                 return true;
2797
2798         if (WARN_ON_ONCE(folio_test_slab(folio)))
2799                 return false;
2800
2801         /* hugetlb neither requires dirty-tracking nor can be secretmem. */
2802         if (folio_test_hugetlb(folio))
2803                 return true;
2804
2805         /*
2806          * GUP-fast disables IRQs. When IRQS are disabled, RCU grace periods
2807          * cannot proceed, which means no actions performed under RCU can
2808          * proceed either.
2809          *
2810          * inodes and thus their mappings are freed under RCU, which means the
2811          * mapping cannot be freed beneath us and thus we can safely dereference
2812          * it.
2813          */
2814         lockdep_assert_irqs_disabled();
2815
2816         /*
2817          * However, there may be operations which _alter_ the mapping, so ensure
2818          * we read it once and only once.
2819          */
2820         mapping = READ_ONCE(folio->mapping);
2821
2822         /*
2823          * The mapping may have been truncated, in any case we cannot determine
2824          * if this mapping is safe - fall back to slow path to determine how to
2825          * proceed.
2826          */
2827         if (!mapping)
2828                 return false;
2829
2830         /* Anonymous folios pose no problem. */
2831         mapping_flags = (unsigned long)mapping & PAGE_MAPPING_FLAGS;
2832         if (mapping_flags)
2833                 return mapping_flags & PAGE_MAPPING_ANON;
2834
2835         /*
2836          * At this point, we know the mapping is non-null and points to an
2837          * address_space object.
2838          */
2839         if (check_secretmem && secretmem_mapping(mapping))
2840                 return false;
2841         /* The only remaining allowed file system is shmem. */
2842         return !reject_file_backed || shmem_mapping(mapping);
2843 }
2844
2845 static void __maybe_unused gup_fast_undo_dev_pagemap(int *nr, int nr_start,
2846                 unsigned int flags, struct page **pages)
2847 {
2848         while ((*nr) - nr_start) {
2849                 struct folio *folio = page_folio(pages[--(*nr)]);
2850
2851                 folio_clear_referenced(folio);
2852                 gup_put_folio(folio, 1, flags);
2853         }
2854 }
2855
2856 #ifdef CONFIG_ARCH_HAS_PTE_SPECIAL
2857 /*
2858  * GUP-fast relies on pte change detection to avoid concurrent pgtable
2859  * operations.
2860  *
2861  * To pin the page, GUP-fast needs to do below in order:
2862  * (1) pin the page (by prefetching pte), then (2) check pte not changed.
2863  *
2864  * For the rest of pgtable operations where pgtable updates can be racy
2865  * with GUP-fast, we need to do (1) clear pte, then (2) check whether page
2866  * is pinned.
2867  *
2868  * Above will work for all pte-level operations, including THP split.
2869  *
2870  * For THP collapse, it's a bit more complicated because GUP-fast may be
2871  * walking a pgtable page that is being freed (pte is still valid but pmd
2872  * can be cleared already).  To avoid race in such condition, we need to
2873  * also check pmd here to make sure pmd doesn't change (corresponds to
2874  * pmdp_collapse_flush() in the THP collapse code path).
2875  */
2876 static int gup_fast_pte_range(pmd_t pmd, pmd_t *pmdp, unsigned long addr,
2877                 unsigned long end, unsigned int flags, struct page **pages,
2878                 int *nr)
2879 {
2880         struct dev_pagemap *pgmap = NULL;
2881         int nr_start = *nr, ret = 0;
2882         pte_t *ptep, *ptem;
2883
2884         ptem = ptep = pte_offset_map(&pmd, addr);
2885         if (!ptep)
2886                 return 0;
2887         do {
2888                 pte_t pte = ptep_get_lockless(ptep);
2889                 struct page *page;
2890                 struct folio *folio;
2891
2892                 /*
2893                  * Always fallback to ordinary GUP on PROT_NONE-mapped pages:
2894                  * pte_access_permitted() better should reject these pages
2895                  * either way: otherwise, GUP-fast might succeed in
2896                  * cases where ordinary GUP would fail due to VMA access
2897                  * permissions.
2898                  */
2899                 if (pte_protnone(pte))
2900                         goto pte_unmap;
2901
2902                 if (!pte_access_permitted(pte, flags & FOLL_WRITE))
2903                         goto pte_unmap;
2904
2905                 if (pte_devmap(pte)) {
2906                         if (unlikely(flags & FOLL_LONGTERM))
2907                                 goto pte_unmap;
2908
2909                         pgmap = get_dev_pagemap(pte_pfn(pte), pgmap);
2910                         if (unlikely(!pgmap)) {
2911                                 gup_fast_undo_dev_pagemap(nr, nr_start, flags, pages);
2912                                 goto pte_unmap;
2913                         }
2914                 } else if (pte_special(pte))
2915                         goto pte_unmap;
2916
2917                 VM_BUG_ON(!pfn_valid(pte_pfn(pte)));
2918                 page = pte_page(pte);
2919
2920                 folio = try_grab_folio_fast(page, 1, flags);
2921                 if (!folio)
2922                         goto pte_unmap;
2923
2924                 if (unlikely(pmd_val(pmd) != pmd_val(*pmdp)) ||
2925                     unlikely(pte_val(pte) != pte_val(ptep_get(ptep)))) {
2926                         gup_put_folio(folio, 1, flags);
2927                         goto pte_unmap;
2928                 }
2929
2930                 if (!gup_fast_folio_allowed(folio, flags)) {
2931                         gup_put_folio(folio, 1, flags);
2932                         goto pte_unmap;
2933                 }
2934
2935                 if (!pte_write(pte) && gup_must_unshare(NULL, flags, page)) {
2936                         gup_put_folio(folio, 1, flags);
2937                         goto pte_unmap;
2938                 }
2939
2940                 /*
2941                  * We need to make the page accessible if and only if we are
2942                  * going to access its content (the FOLL_PIN case).  Please
2943                  * see Documentation/core-api/pin_user_pages.rst for
2944                  * details.
2945                  */
2946                 if (flags & FOLL_PIN) {
2947                         ret = arch_make_folio_accessible(folio);
2948                         if (ret) {
2949                                 gup_put_folio(folio, 1, flags);
2950                                 goto pte_unmap;
2951                         }
2952                 }
2953                 folio_set_referenced(folio);
2954                 pages[*nr] = page;
2955                 (*nr)++;
2956         } while (ptep++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
2957
2958         ret = 1;
2959
2960 pte_unmap:
2961         if (pgmap)
2962                 put_dev_pagemap(pgmap);
2963         pte_unmap(ptem);
2964         return ret;
2965 }
2966 #else
2967
2968 /*
2969  * If we can't determine whether or not a pte is special, then fail immediately
2970  * for ptes. Note, we can still pin HugeTLB and THP as these are guaranteed not
2971  * to be special.
2972  *
2973  * For a futex to be placed on a THP tail page, get_futex_key requires a
2974  * get_user_pages_fast_only implementation that can pin pages. Thus it's still
2975  * useful to have gup_fast_pmd_leaf even if we can't operate on ptes.
2976  */
2977 static int gup_fast_pte_range(pmd_t pmd, pmd_t *pmdp, unsigned long addr,
2978                 unsigned long end, unsigned int flags, struct page **pages,
2979                 int *nr)
2980 {
2981         return 0;
2982 }
2983 #endif /* CONFIG_ARCH_HAS_PTE_SPECIAL */
2984
2985 #if defined(CONFIG_ARCH_HAS_PTE_DEVMAP) && defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)
2986 static int gup_fast_devmap_leaf(unsigned long pfn, unsigned long addr,
2987         unsigned long end, unsigned int flags, struct page **pages, int *nr)
2988 {
2989         int nr_start = *nr;
2990         struct dev_pagemap *pgmap = NULL;
2991
2992         do {
2993                 struct folio *folio;
2994                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
2995
2996                 pgmap = get_dev_pagemap(pfn, pgmap);
2997                 if (unlikely(!pgmap)) {
2998                         gup_fast_undo_dev_pagemap(nr, nr_start, flags, pages);
2999                         break;
3000                 }
3001
3002                 folio = try_grab_folio_fast(page, 1, flags);
3003                 if (!folio) {
3004                         gup_fast_undo_dev_pagemap(nr, nr_start, flags, pages);
3005                         break;
3006                 }
3007                 folio_set_referenced(folio);
3008                 pages[*nr] = page;
3009                 (*nr)++;
3010                 pfn++;
3011         } while (addr += PAGE_SIZE, addr != end);
3012
3013         put_dev_pagemap(pgmap);
3014         return addr == end;
3015 }
3016
3017 static int gup_fast_devmap_pmd_leaf(pmd_t orig, pmd_t *pmdp, unsigned long addr,
3018                 unsigned long end, unsigned int flags, struct page **pages,
3019                 int *nr)
3020 {
3021         unsigned long fault_pfn;
3022         int nr_start = *nr;
3023
3024         fault_pfn = pmd_pfn(orig) + ((addr & ~PMD_MASK) >> PAGE_SHIFT);
3025         if (!gup_fast_devmap_leaf(fault_pfn, addr, end, flags, pages, nr))
3026                 return 0;
3027
3028         if (unlikely(pmd_val(orig) != pmd_val(*pmdp))) {
3029                 gup_fast_undo_dev_pagemap(nr, nr_start, flags, pages);
3030                 return 0;
3031         }
3032         return 1;
3033 }
3034
3035 static int gup_fast_devmap_pud_leaf(pud_t orig, pud_t *pudp, unsigned long addr,
3036                 unsigned long end, unsigned int flags, struct page **pages,
3037                 int *nr)
3038 {
3039         unsigned long fault_pfn;
3040         int nr_start = *nr;
3041
3042         fault_pfn = pud_pfn(orig) + ((addr & ~PUD_MASK) >> PAGE_SHIFT);
3043         if (!gup_fast_devmap_leaf(fault_pfn, addr, end, flags, pages, nr))
3044                 return 0;
3045
3046         if (unlikely(pud_val(orig) != pud_val(*pudp))) {
3047                 gup_fast_undo_dev_pagemap(nr, nr_start, flags, pages);
3048                 return 0;
3049         }
3050         return 1;
3051 }
3052 #else
3053 static int gup_fast_devmap_pmd_leaf(pmd_t orig, pmd_t *pmdp, unsigned long addr,
3054                 unsigned long end, unsigned int flags, struct page **pages,
3055                 int *nr)
3056 {
3057         BUILD_BUG();
3058         return 0;
3059 }
3060
3061 static int gup_fast_devmap_pud_leaf(pud_t pud, pud_t *pudp, unsigned long addr,
3062                 unsigned long end, unsigned int flags, struct page **pages,
3063                 int *nr)
3064 {
3065         BUILD_BUG();
3066         return 0;
3067 }
3068 #endif
3069
3070 static int gup_fast_pmd_leaf(pmd_t orig, pmd_t *pmdp, unsigned long addr,
3071                 unsigned long end, unsigned int flags, struct page **pages,
3072                 int *nr)
3073 {
3074         struct page *page;
3075         struct folio *folio;
3076         int refs;
3077
3078         if (!pmd_access_permitted(orig, flags & FOLL_WRITE))
3079                 return 0;
3080
3081         if (pmd_special(orig))
3082                 return 0;
3083
3084         if (pmd_devmap(orig)) {
3085                 if (unlikely(flags & FOLL_LONGTERM))
3086                         return 0;
3087                 return gup_fast_devmap_pmd_leaf(orig, pmdp, addr, end, flags,
3088                                                 pages, nr);
3089         }
3090
3091         page = pmd_page(orig);
3092         refs = record_subpages(page, PMD_SIZE, addr, end, pages + *nr);
3093
3094         folio = try_grab_folio_fast(page, refs, flags);
3095         if (!folio)
3096                 return 0;
3097
3098         if (unlikely(pmd_val(orig) != pmd_val(*pmdp))) {
3099                 gup_put_folio(folio, refs, flags);
3100                 return 0;
3101         }
3102
3103         if (!gup_fast_folio_allowed(folio, flags)) {
3104                 gup_put_folio(folio, refs, flags);
3105                 return 0;
3106         }
3107         if (!pmd_write(orig) && gup_must_unshare(NULL, flags, &folio->page)) {
3108                 gup_put_folio(folio, refs, flags);
3109                 return 0;
3110         }
3111
3112         *nr += refs;
3113         folio_set_referenced(folio);
3114         return 1;
3115 }
3116
3117 static int gup_fast_pud_leaf(pud_t orig, pud_t *pudp, unsigned long addr,
3118                 unsigned long end, unsigned int flags, struct page **pages,
3119                 int *nr)
3120 {
3121         struct page *page;
3122         struct folio *folio;
3123         int refs;
3124
3125         if (!pud_access_permitted(orig, flags & FOLL_WRITE))
3126                 return 0;
3127
3128         if (pud_special(orig))
3129                 return 0;
3130
3131         if (pud_devmap(orig)) {
3132                 if (unlikely(flags & FOLL_LONGTERM))
3133                         return 0;
3134                 return gup_fast_devmap_pud_leaf(orig, pudp, addr, end, flags,
3135                                                 pages, nr);
3136         }
3137
3138         page = pud_page(orig);
3139         refs = record_subpages(page, PUD_SIZE, addr, end, pages + *nr);
3140
3141         folio = try_grab_folio_fast(page, refs, flags);
3142         if (!folio)
3143                 return 0;
3144
3145         if (unlikely(pud_val(orig) != pud_val(*pudp))) {
3146                 gup_put_folio(folio, refs, flags);
3147                 return 0;
3148         }
3149
3150         if (!gup_fast_folio_allowed(folio, flags)) {
3151                 gup_put_folio(folio, refs, flags);
3152                 return 0;
3153         }
3154
3155         if (!pud_write(orig) && gup_must_unshare(NULL, flags, &folio->page)) {
3156                 gup_put_folio(folio, refs, flags);
3157                 return 0;
3158         }
3159
3160         *nr += refs;
3161         folio_set_referenced(folio);
3162         return 1;
3163 }
3164
3165 static int gup_fast_pmd_range(pud_t *pudp, pud_t pud, unsigned long addr,
3166                 unsigned long end, unsigned int flags, struct page **pages,
3167                 int *nr)
3168 {
3169         unsigned long next;
3170         pmd_t *pmdp;
3171
3172         pmdp = pmd_offset_lockless(pudp, pud, addr);
3173         do {
3174                 pmd_t pmd = pmdp_get_lockless(pmdp);
3175
3176                 next = pmd_addr_end(addr, end);
3177                 if (!pmd_present(pmd))
3178                         return 0;
3179
3180                 if (unlikely(pmd_leaf(pmd))) {
3181                         /* See gup_fast_pte_range() */
3182                         if (pmd_protnone(pmd))
3183                                 return 0;
3184
3185                         if (!gup_fast_pmd_leaf(pmd, pmdp, addr, next, flags,
3186                                 pages, nr))
3187                                 return 0;
3188
3189                 } else if (!gup_fast_pte_range(pmd, pmdp, addr, next, flags,
3190                                                pages, nr))
3191                         return 0;
3192         } while (pmdp++, addr = next, addr != end);
3193
3194         return 1;
3195 }
3196
3197 static int gup_fast_pud_range(p4d_t *p4dp, p4d_t p4d, unsigned long addr,
3198                 unsigned long end, unsigned int flags, struct page **pages,
3199                 int *nr)
3200 {
3201         unsigned long next;
3202         pud_t *pudp;
3203
3204         pudp = pud_offset_lockless(p4dp, p4d, addr);
3205         do {
3206                 pud_t pud = READ_ONCE(*pudp);
3207
3208                 next = pud_addr_end(addr, end);
3209                 if (unlikely(!pud_present(pud)))
3210                         return 0;
3211                 if (unlikely(pud_leaf(pud))) {
3212                         if (!gup_fast_pud_leaf(pud, pudp, addr, next, flags,
3213                                                pages, nr))
3214                                 return 0;
3215                 } else if (!gup_fast_pmd_range(pudp, pud, addr, next, flags,
3216                                                pages, nr))
3217                         return 0;
3218         } while (pudp++, addr = next, addr != end);
3219
3220         return 1;
3221 }
3222
3223 static int gup_fast_p4d_range(pgd_t *pgdp, pgd_t pgd, unsigned long addr,
3224                 unsigned long end, unsigned int flags, struct page **pages,
3225                 int *nr)
3226 {
3227         unsigned long next;
3228         p4d_t *p4dp;
3229
3230         p4dp = p4d_offset_lockless(pgdp, pgd, addr);
3231         do {
3232                 p4d_t p4d = READ_ONCE(*p4dp);
3233
3234                 next = p4d_addr_end(addr, end);
3235                 if (!p4d_present(p4d))
3236                         return 0;
3237                 BUILD_BUG_ON(p4d_leaf(p4d));
3238                 if (!gup_fast_pud_range(p4dp, p4d, addr, next, flags,
3239                                         pages, nr))
3240                         return 0;
3241         } while (p4dp++, addr = next, addr != end);
3242
3243         return 1;
3244 }
3245
3246 static void gup_fast_pgd_range(unsigned long addr, unsigned long end,
3247                 unsigned int flags, struct page **pages, int *nr)
3248 {
3249         unsigned long next;
3250         pgd_t *pgdp;
3251
3252         pgdp = pgd_offset(current->mm, addr);
3253         do {
3254                 pgd_t pgd = READ_ONCE(*pgdp);
3255
3256                 next = pgd_addr_end(addr, end);
3257                 if (pgd_none(pgd))
3258                         return;
3259                 BUILD_BUG_ON(pgd_leaf(pgd));
3260                 if (!gup_fast_p4d_range(pgdp, pgd, addr, next, flags,
3261                                         pages, nr))
3262                         return;
3263         } while (pgdp++, addr = next, addr != end);
3264 }
3265 #else
3266 static inline void gup_fast_pgd_range(unsigned long addr, unsigned long end,
3267                 unsigned int flags, struct page **pages, int *nr)
3268 {
3269 }
3270 #endif /* CONFIG_HAVE_GUP_FAST */
3271
3272 #ifndef gup_fast_permitted
3273 /*
3274  * Check if it's allowed to use get_user_pages_fast_only() for the range, or
3275  * we need to fall back to the slow version:
3276  */
3277 static bool gup_fast_permitted(unsigned long start, unsigned long end)
3278 {
3279         return true;
3280 }
3281 #endif
3282
3283 static unsigned long gup_fast(unsigned long start, unsigned long end,
3284                 unsigned int gup_flags, struct page **pages)
3285 {
3286         unsigned long flags;
3287         int nr_pinned = 0;
3288         unsigned seq;
3289
3290         if (!IS_ENABLED(CONFIG_HAVE_GUP_FAST) ||
3291             !gup_fast_permitted(start, end))
3292                 return 0;
3293
3294         if (gup_flags & FOLL_PIN) {
3295                 if (!raw_seqcount_try_begin(&current->mm->write_protect_seq, seq))
3296                         return 0;
3297         }
3298
3299         /*
3300          * Disable interrupts. The nested form is used, in order to allow full,
3301          * general purpose use of this routine.
3302          *
3303          * With interrupts disabled, we block page table pages from being freed
3304          * from under us. See struct mmu_table_batch comments in
3305          * include/asm-generic/tlb.h for more details.
3306          *
3307          * We do not adopt an rcu_read_lock() here as we also want to block IPIs
3308          * that come from callers of tlb_remove_table_sync_one().
3309          */
3310         local_irq_save(flags);
3311         gup_fast_pgd_range(start, end, gup_flags, pages, &nr_pinned);
3312         local_irq_restore(flags);
3313
3314         /*
3315          * When pinning pages for DMA there could be a concurrent write protect
3316          * from fork() via copy_page_range(), in this case always fail GUP-fast.
3317          */
3318         if (gup_flags & FOLL_PIN) {
3319                 if (read_seqcount_retry(&current->mm->write_protect_seq, seq)) {
3320                         gup_fast_unpin_user_pages(pages, nr_pinned);
3321                         return 0;
3322                 } else {
3323                         sanity_check_pinned_pages(pages, nr_pinned);
3324                 }
3325         }
3326         return nr_pinned;
3327 }
3328
3329 static int gup_fast_fallback(unsigned long start, unsigned long nr_pages,
3330                 unsigned int gup_flags, struct page **pages)
3331 {
3332         unsigned long len, end;
3333         unsigned long nr_pinned;
3334         int locked = 0;
3335         int ret;
3336
3337         if (WARN_ON_ONCE(gup_flags & ~(FOLL_WRITE | FOLL_LONGTERM |
3338                                        FOLL_FORCE | FOLL_PIN | FOLL_GET |
3339                                        FOLL_FAST_ONLY | FOLL_NOFAULT |
3340                                        FOLL_PCI_P2PDMA | FOLL_HONOR_NUMA_FAULT)))
3341                 return -EINVAL;
3342
3343         if (gup_flags & FOLL_PIN)
3344                 mm_set_has_pinned_flag(&current->mm->flags);
3345
3346         if (!(gup_flags & FOLL_FAST_ONLY))
3347                 might_lock_read(&current->mm->mmap_lock);
3348
3349         start = untagged_addr(start) & PAGE_MASK;
3350         len = nr_pages << PAGE_SHIFT;
3351         if (check_add_overflow(start, len, &end))
3352                 return -EOVERFLOW;
3353         if (end > TASK_SIZE_MAX)
3354                 return -EFAULT;
3355
3356         nr_pinned = gup_fast(start, end, gup_flags, pages);
3357         if (nr_pinned == nr_pages || gup_flags & FOLL_FAST_ONLY)
3358                 return nr_pinned;
3359
3360         /* Slow path: try to get the remaining pages with get_user_pages */
3361         start += nr_pinned << PAGE_SHIFT;
3362         pages += nr_pinned;
3363         ret = __gup_longterm_locked(current->mm, start, nr_pages - nr_pinned,
3364                                     pages, &locked,
3365                                     gup_flags | FOLL_TOUCH | FOLL_UNLOCKABLE);
3366         if (ret < 0) {
3367                 /*
3368                  * The caller has to unpin the pages we already pinned so
3369                  * returning -errno is not an option
3370                  */
3371                 if (nr_pinned)
3372                         return nr_pinned;
3373                 return ret;
3374         }
3375         return ret + nr_pinned;
3376 }
3377
3378 /**
3379  * get_user_pages_fast_only() - pin user pages in memory
3380  * @start:      starting user address
3381  * @nr_pages:   number of pages from start to pin
3382  * @gup_flags:  flags modifying pin behaviour
3383  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
3384  *              Should be at least nr_pages long.
3385  *
3386  * Like get_user_pages_fast() except it's IRQ-safe in that it won't fall back to
3387  * the regular GUP.
3388  *
3389  * If the architecture does not support this function, simply return with no
3390  * pages pinned.
3391  *
3392  * Careful, careful! COW breaking can go either way, so a non-write
3393  * access can get ambiguous page results. If you call this function without
3394  * 'write' set, you'd better be sure that you're ok with that ambiguity.
3395  */
3396 int get_user_pages_fast_only(unsigned long start, int nr_pages,
3397                              unsigned int gup_flags, struct page **pages)
3398 {
3399         /*
3400          * Internally (within mm/gup.c), gup fast variants must set FOLL_GET,
3401          * because gup fast is always a "pin with a +1 page refcount" request.
3402          *
3403          * FOLL_FAST_ONLY is required in order to match the API description of
3404          * this routine: no fall back to regular ("slow") GUP.
3405          */
3406         if (!is_valid_gup_args(pages, NULL, &gup_flags,
3407                                FOLL_GET | FOLL_FAST_ONLY))
3408                 return -EINVAL;
3409
3410         return gup_fast_fallback(start, nr_pages, gup_flags, pages);
3411 }
3412 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_user_pages_fast_only);
3413
3414 /**
3415  * get_user_pages_fast() - pin user pages in memory
3416  * @start:      starting user address
3417  * @nr_pages:   number of pages from start to pin
3418  * @gup_flags:  flags modifying pin behaviour
3419  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
3420  *              Should be at least nr_pages long.
3421  *
3422  * Attempt to pin user pages in memory without taking mm->mmap_lock.
3423  * If not successful, it will fall back to taking the lock and
3424  * calling get_user_pages().
3425  *
3426  * Returns number of pages pinned. This may be fewer than the number requested.
3427  * If nr_pages is 0 or negative, returns 0. If no pages were pinned, returns
3428  * -errno.
3429  */
3430 int get_user_pages_fast(unsigned long start, int nr_pages,
3431                         unsigned int gup_flags, struct page **pages)
3432 {
3433         /*
3434          * The caller may or may not have explicitly set FOLL_GET; either way is
3435          * OK. However, internally (within mm/gup.c), gup fast variants must set
3436          * FOLL_GET, because gup fast is always a "pin with a +1 page refcount"
3437          * request.
3438          */
3439         if (!is_valid_gup_args(pages, NULL, &gup_flags, FOLL_GET))
3440                 return -EINVAL;
3441         return gup_fast_fallback(start, nr_pages, gup_flags, pages);
3442 }
3443 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_user_pages_fast);
3444
3445 /**
3446  * pin_user_pages_fast() - pin user pages in memory without taking locks
3447  *
3448  * @start:      starting user address
3449  * @nr_pages:   number of pages from start to pin
3450  * @gup_flags:  flags modifying pin behaviour
3451  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
3452  *              Should be at least nr_pages long.
3453  *
3454  * Nearly the same as get_user_pages_fast(), except that FOLL_PIN is set. See
3455  * get_user_pages_fast() for documentation on the function arguments, because
3456  * the arguments here are identical.
3457  *
3458  * FOLL_PIN means that the pages must be released via unpin_user_page(). Please
3459  * see Documentation/core-api/pin_user_pages.rst for further details.
3460  *
3461  * Note that if a zero_page is amongst the returned pages, it will not have
3462  * pins in it and unpin_user_page() will not remove pins from it.
3463  */
3464 int pin_user_pages_fast(unsigned long start, int nr_pages,
3465                         unsigned int gup_flags, struct page **pages)
3466 {
3467         if (!is_valid_gup_args(pages, NULL, &gup_flags, FOLL_PIN))
3468                 return -EINVAL;
3469         return gup_fast_fallback(start, nr_pages, gup_flags, pages);
3470 }
3471 EXPORT_SYMBOL_GPL(pin_user_pages_fast);
3472
3473 /**
3474  * pin_user_pages_remote() - pin pages of a remote process
3475  *
3476  * @mm:         mm_struct of target mm
3477  * @start:      starting user address
3478  * @nr_pages:   number of pages from start to pin
3479  * @gup_flags:  flags modifying lookup behaviour
3480  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
3481  *              Should be at least nr_pages long.
3482  * @locked:     pointer to lock flag indicating whether lock is held and
3483  *              subsequently whether VM_FAULT_RETRY functionality can be
3484  *              utilised. Lock must initially be held.
3485  *
3486  * Nearly the same as get_user_pages_remote(), except that FOLL_PIN is set. See
3487  * get_user_pages_remote() for documentation on the function arguments, because
3488  * the arguments here are identical.
3489  *
3490  * FOLL_PIN means that the pages must be released via unpin_user_page(). Please
3491  * see Documentation/core-api/pin_user_pages.rst for details.
3492  *
3493  * Note that if a zero_page is amongst the returned pages, it will not have
3494  * pins in it and unpin_user_page*() will not remove pins from it.
3495  */
3496 long pin_user_pages_remote(struct mm_struct *mm,
3497                            unsigned long start, unsigned long nr_pages,
3498                            unsigned int gup_flags, struct page **pages,
3499                            int *locked)
3500 {
3501         int local_locked = 1;
3502
3503         if (!is_valid_gup_args(pages, locked, &gup_flags,
3504                                FOLL_PIN | FOLL_TOUCH | FOLL_REMOTE))
3505                 return 0;
3506         return __gup_longterm_locked(mm, start, nr_pages, pages,
3507                                      locked ? locked : &local_locked,
3508                                      gup_flags);
3509 }
3510 EXPORT_SYMBOL(pin_user_pages_remote);
3511
3512 /**
3513  * pin_user_pages() - pin user pages in memory for use by other devices
3514  *
3515  * @start:      starting user address
3516  * @nr_pages:   number of pages from start to pin
3517  * @gup_flags:  flags modifying lookup behaviour
3518  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
3519  *              Should be at least nr_pages long.
3520  *
3521  * Nearly the same as get_user_pages(), except that FOLL_TOUCH is not set, and
3522  * FOLL_PIN is set.
3523  *
3524  * FOLL_PIN means that the pages must be released via unpin_user_page(). Please
3525  * see Documentation/core-api/pin_user_pages.rst for details.
3526  *
3527  * Note that if a zero_page is amongst the returned pages, it will not have
3528  * pins in it and unpin_user_page*() will not remove pins from it.
3529  */
3530 long pin_user_pages(unsigned long start, unsigned long nr_pages,
3531                     unsigned int gup_flags, struct page **pages)
3532 {
3533         int locked = 1;
3534
3535         if (!is_valid_gup_args(pages, NULL, &gup_flags, FOLL_PIN))
3536                 return 0;
3537         return __gup_longterm_locked(current->mm, start, nr_pages,
3538                                      pages, &locked, gup_flags);
3539 }
3540 EXPORT_SYMBOL(pin_user_pages);
3541
3542 /*
3543  * pin_user_pages_unlocked() is the FOLL_PIN variant of
3544  * get_user_pages_unlocked(). Behavior is the same, except that this one sets
3545  * FOLL_PIN and rejects FOLL_GET.
3546  *
3547  * Note that if a zero_page is amongst the returned pages, it will not have
3548  * pins in it and unpin_user_page*() will not remove pins from it.
3549  */
3550 long pin_user_pages_unlocked(unsigned long start, unsigned long nr_pages,
3551                              struct page **pages, unsigned int gup_flags)
3552 {
3553         int locked = 0;
3554
3555         if (!is_valid_gup_args(pages, NULL, &gup_flags,
3556                                FOLL_PIN | FOLL_TOUCH | FOLL_UNLOCKABLE))
3557                 return 0;
3558
3559         return __gup_longterm_locked(current->mm, start, nr_pages, pages,
3560                                      &locked, gup_flags);
3561 }
3562 EXPORT_SYMBOL(pin_user_pages_unlocked);
3563
3564 /**
3565  * memfd_pin_folios() - pin folios associated with a memfd
3566  * @memfd:      the memfd whose folios are to be pinned
3567  * @start:      the first memfd offset
3568  * @end:        the last memfd offset (inclusive)
3569  * @folios:     array that receives pointers to the folios pinned
3570  * @max_folios: maximum number of entries in @folios
3571  * @offset:     the offset into the first folio
3572  *
3573  * Attempt to pin folios associated with a memfd in the contiguous range
3574  * [start, end]. Given that a memfd is either backed by shmem or hugetlb,
3575  * the folios can either be found in the page cache or need to be allocated
3576  * if necessary. Once the folios are located, they are all pinned via
3577  * FOLL_PIN and @offset is populatedwith the offset into the first folio.
3578  * And, eventually, these pinned folios must be released either using
3579  * unpin_folios() or unpin_folio().
3580  *
3581  * It must be noted that the folios may be pinned for an indefinite amount
3582  * of time. And, in most cases, the duration of time they may stay pinned
3583  * would be controlled by the userspace. This behavior is effectively the
3584  * same as using FOLL_LONGTERM with other GUP APIs.
3585  *
3586  * Returns number of folios pinned, which could be less than @max_folios
3587  * as it depends on the folio sizes that cover the range [start, end].
3588  * If no folios were pinned, it returns -errno.
3589  */
3590 long memfd_pin_folios(struct file *memfd, loff_t start, loff_t end,
3591                       struct folio **folios, unsigned int max_folios,
3592                       pgoff_t *offset)
3593 {
3594         unsigned int flags, nr_folios, nr_found;
3595         unsigned int i, pgshift = PAGE_SHIFT;
3596         pgoff_t start_idx, end_idx;
3597         struct folio *folio = NULL;
3598         struct folio_batch fbatch;
3599         struct hstate *h;
3600         long ret = -EINVAL;
3601
3602         if (start < 0 || start > end || !max_folios)
3603                 return -EINVAL;
3604
3605         if (!memfd)
3606                 return -EINVAL;
3607
3608         if (!shmem_file(memfd) && !is_file_hugepages(memfd))
3609                 return -EINVAL;
3610
3611         if (end >= i_size_read(file_inode(memfd)))
3612                 return -EINVAL;
3613
3614         if (is_file_hugepages(memfd)) {
3615                 h = hstate_file(memfd);
3616                 pgshift = huge_page_shift(h);
3617         }
3618
3619         flags = memalloc_pin_save();
3620         do {
3621                 nr_folios = 0;
3622                 start_idx = start >> pgshift;
3623                 end_idx = end >> pgshift;
3624                 if (is_file_hugepages(memfd)) {
3625                         start_idx <<= huge_page_order(h);
3626                         end_idx <<= huge_page_order(h);
3627                 }
3628
3629                 folio_batch_init(&fbatch);
3630                 while (start_idx <= end_idx && nr_folios < max_folios) {
3631                         /*
3632                          * In most cases, we should be able to find the folios
3633                          * in the page cache. If we cannot find them for some
3634                          * reason, we try to allocate them and add them to the
3635                          * page cache.
3636                          */
3637                         nr_found = filemap_get_folios_contig(memfd->f_mapping,
3638                                                              &start_idx,
3639                                                              end_idx,
3640                                                              &fbatch);
3641                         if (folio) {
3642                                 folio_put(folio);
3643                                 folio = NULL;
3644                         }
3645
3646                         for (i = 0; i < nr_found; i++) {
3647                                 folio = fbatch.folios[i];
3648
3649                                 if (try_grab_folio(folio, 1, FOLL_PIN)) {
3650                                         folio_batch_release(&fbatch);
3651                                         ret = -EINVAL;
3652                                         goto err;
3653                                 }
3654
3655                                 if (nr_folios == 0)
3656                                         *offset = offset_in_folio(folio, start);
3657
3658                                 folios[nr_folios] = folio;
3659                                 if (++nr_folios == max_folios)
3660                                         break;
3661                         }
3662
3663                         folio = NULL;
3664                         folio_batch_release(&fbatch);
3665                         if (!nr_found) {
3666                                 folio = memfd_alloc_folio(memfd, start_idx);
3667                                 if (IS_ERR(folio)) {
3668                                         ret = PTR_ERR(folio);
3669                                         if (ret != -EEXIST)
3670                                                 goto err;
3671                                         folio = NULL;
3672                                 }
3673                         }
3674                 }
3675
3676                 ret = check_and_migrate_movable_folios(nr_folios, folios);
3677         } while (ret == -EAGAIN);
3678
3679         memalloc_pin_restore(flags);
3680         return ret ? ret : nr_folios;
3681 err:
3682         memalloc_pin_restore(flags);
3683         unpin_folios(folios, nr_folios);
3684
3685         return ret;
3686 }
3687 EXPORT_SYMBOL_GPL(memfd_pin_folios);
3688
3689 /**
3690  * folio_add_pins() - add pins to an already-pinned folio
3691  * @folio: the folio to add more pins to
3692  * @pins: number of pins to add
3693  *
3694  * Try to add more pins to an already-pinned folio. The semantics
3695  * of the pin (e.g., FOLL_WRITE) follow any existing pin and cannot
3696  * be changed.
3697  *
3698  * This function is helpful when having obtained a pin on a large folio
3699  * using memfd_pin_folios(), but wanting to logically unpin parts
3700  * (e.g., individual pages) of the folio later, for example, using
3701  * unpin_user_page_range_dirty_lock().
3702  *
3703  * This is not the right interface to initially pin a folio.
3704  */
3705 int folio_add_pins(struct folio *folio, unsigned int pins)
3706 {
3707         VM_WARN_ON_ONCE(!folio_maybe_dma_pinned(folio));
3708
3709         return try_grab_folio(folio, pins, FOLL_PIN);
3710 }
3711 EXPORT_SYMBOL_GPL(folio_add_pins);