mm/rmap: Convert try_to_migrate() to folios
[linux-2.6-block.git] / mm / rmap.c
1 /*
2  * mm/rmap.c - physical to virtual reverse mappings
3  *
4  * Copyright 2001, Rik van Riel <riel@conectiva.com.br>
5  * Released under the General Public License (GPL).
6  *
7  * Simple, low overhead reverse mapping scheme.
8  * Please try to keep this thing as modular as possible.
9  *
10  * Provides methods for unmapping each kind of mapped page:
11  * the anon methods track anonymous pages, and
12  * the file methods track pages belonging to an inode.
13  *
14  * Original design by Rik van Riel <riel@conectiva.com.br> 2001
15  * File methods by Dave McCracken <dmccr@us.ibm.com> 2003, 2004
16  * Anonymous methods by Andrea Arcangeli <andrea@suse.de> 2004
17  * Contributions by Hugh Dickins 2003, 2004
18  */
19
20 /*
21  * Lock ordering in mm:
22  *
23  * inode->i_rwsem       (while writing or truncating, not reading or faulting)
24  *   mm->mmap_lock
25  *     mapping->invalidate_lock (in filemap_fault)
26  *       page->flags PG_locked (lock_page)   * (see hugetlbfs below)
27  *         hugetlbfs_i_mmap_rwsem_key (in huge_pmd_share)
28  *           mapping->i_mmap_rwsem
29  *             hugetlb_fault_mutex (hugetlbfs specific page fault mutex)
30  *             anon_vma->rwsem
31  *               mm->page_table_lock or pte_lock
32  *                 swap_lock (in swap_duplicate, swap_info_get)
33  *                   mmlist_lock (in mmput, drain_mmlist and others)
34  *                   mapping->private_lock (in __set_page_dirty_buffers)
35  *                     lock_page_memcg move_lock (in __set_page_dirty_buffers)
36  *                       i_pages lock (widely used)
37  *                         lruvec->lru_lock (in folio_lruvec_lock_irq)
38  *                   inode->i_lock (in set_page_dirty's __mark_inode_dirty)
39  *                   bdi.wb->list_lock (in set_page_dirty's __mark_inode_dirty)
40  *                     sb_lock (within inode_lock in fs/fs-writeback.c)
41  *                     i_pages lock (widely used, in set_page_dirty,
42  *                               in arch-dependent flush_dcache_mmap_lock,
43  *                               within bdi.wb->list_lock in __sync_single_inode)
44  *
45  * anon_vma->rwsem,mapping->i_mmap_rwsem   (memory_failure, collect_procs_anon)
46  *   ->tasklist_lock
47  *     pte map lock
48  *
49  * * hugetlbfs PageHuge() pages take locks in this order:
50  *         mapping->i_mmap_rwsem
51  *           hugetlb_fault_mutex (hugetlbfs specific page fault mutex)
52  *             page->flags PG_locked (lock_page)
53  */
54
55 #include <linux/mm.h>
56 #include <linux/sched/mm.h>
57 #include <linux/sched/task.h>
58 #include <linux/pagemap.h>
59 #include <linux/swap.h>
60 #include <linux/swapops.h>
61 #include <linux/slab.h>
62 #include <linux/init.h>
63 #include <linux/ksm.h>
64 #include <linux/rmap.h>
65 #include <linux/rcupdate.h>
66 #include <linux/export.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/mmu_notifier.h>
69 #include <linux/migrate.h>
70 #include <linux/hugetlb.h>
71 #include <linux/huge_mm.h>
72 #include <linux/backing-dev.h>
73 #include <linux/page_idle.h>
74 #include <linux/memremap.h>
75 #include <linux/userfaultfd_k.h>
76
77 #include <asm/tlbflush.h>
78
79 #include <trace/events/tlb.h>
80
81 #include "internal.h"
82
83 static struct kmem_cache *anon_vma_cachep;
84 static struct kmem_cache *anon_vma_chain_cachep;
85
86 static inline struct anon_vma *anon_vma_alloc(void)
87 {
88         struct anon_vma *anon_vma;
89
90         anon_vma = kmem_cache_alloc(anon_vma_cachep, GFP_KERNEL);
91         if (anon_vma) {
92                 atomic_set(&anon_vma->refcount, 1);
93                 anon_vma->degree = 1;   /* Reference for first vma */
94                 anon_vma->parent = anon_vma;
95                 /*
96                  * Initialise the anon_vma root to point to itself. If called
97                  * from fork, the root will be reset to the parents anon_vma.
98                  */
99                 anon_vma->root = anon_vma;
100         }
101
102         return anon_vma;
103 }
104
105 static inline void anon_vma_free(struct anon_vma *anon_vma)
106 {
107         VM_BUG_ON(atomic_read(&anon_vma->refcount));
108
109         /*
110          * Synchronize against page_lock_anon_vma_read() such that
111          * we can safely hold the lock without the anon_vma getting
112          * freed.
113          *
114          * Relies on the full mb implied by the atomic_dec_and_test() from
115          * put_anon_vma() against the acquire barrier implied by
116          * down_read_trylock() from page_lock_anon_vma_read(). This orders:
117          *
118          * page_lock_anon_vma_read()    VS      put_anon_vma()
119          *   down_read_trylock()                  atomic_dec_and_test()
120          *   LOCK                                 MB
121          *   atomic_read()                        rwsem_is_locked()
122          *
123          * LOCK should suffice since the actual taking of the lock must
124          * happen _before_ what follows.
125          */
126         might_sleep();
127         if (rwsem_is_locked(&anon_vma->root->rwsem)) {
128                 anon_vma_lock_write(anon_vma);
129                 anon_vma_unlock_write(anon_vma);
130         }
131
132         kmem_cache_free(anon_vma_cachep, anon_vma);
133 }
134
135 static inline struct anon_vma_chain *anon_vma_chain_alloc(gfp_t gfp)
136 {
137         return kmem_cache_alloc(anon_vma_chain_cachep, gfp);
138 }
139
140 static void anon_vma_chain_free(struct anon_vma_chain *anon_vma_chain)
141 {
142         kmem_cache_free(anon_vma_chain_cachep, anon_vma_chain);
143 }
144
145 static void anon_vma_chain_link(struct vm_area_struct *vma,
146                                 struct anon_vma_chain *avc,
147                                 struct anon_vma *anon_vma)
148 {
149         avc->vma = vma;
150         avc->anon_vma = anon_vma;
151         list_add(&avc->same_vma, &vma->anon_vma_chain);
152         anon_vma_interval_tree_insert(avc, &anon_vma->rb_root);
153 }
154
155 /**
156  * __anon_vma_prepare - attach an anon_vma to a memory region
157  * @vma: the memory region in question
158  *
159  * This makes sure the memory mapping described by 'vma' has
160  * an 'anon_vma' attached to it, so that we can associate the
161  * anonymous pages mapped into it with that anon_vma.
162  *
163  * The common case will be that we already have one, which
164  * is handled inline by anon_vma_prepare(). But if
165  * not we either need to find an adjacent mapping that we
166  * can re-use the anon_vma from (very common when the only
167  * reason for splitting a vma has been mprotect()), or we
168  * allocate a new one.
169  *
170  * Anon-vma allocations are very subtle, because we may have
171  * optimistically looked up an anon_vma in page_lock_anon_vma_read()
172  * and that may actually touch the rwsem even in the newly
173  * allocated vma (it depends on RCU to make sure that the
174  * anon_vma isn't actually destroyed).
175  *
176  * As a result, we need to do proper anon_vma locking even
177  * for the new allocation. At the same time, we do not want
178  * to do any locking for the common case of already having
179  * an anon_vma.
180  *
181  * This must be called with the mmap_lock held for reading.
182  */
183 int __anon_vma_prepare(struct vm_area_struct *vma)
184 {
185         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
186         struct anon_vma *anon_vma, *allocated;
187         struct anon_vma_chain *avc;
188
189         might_sleep();
190
191         avc = anon_vma_chain_alloc(GFP_KERNEL);
192         if (!avc)
193                 goto out_enomem;
194
195         anon_vma = find_mergeable_anon_vma(vma);
196         allocated = NULL;
197         if (!anon_vma) {
198                 anon_vma = anon_vma_alloc();
199                 if (unlikely(!anon_vma))
200                         goto out_enomem_free_avc;
201                 allocated = anon_vma;
202         }
203
204         anon_vma_lock_write(anon_vma);
205         /* page_table_lock to protect against threads */
206         spin_lock(&mm->page_table_lock);
207         if (likely(!vma->anon_vma)) {
208                 vma->anon_vma = anon_vma;
209                 anon_vma_chain_link(vma, avc, anon_vma);
210                 /* vma reference or self-parent link for new root */
211                 anon_vma->degree++;
212                 allocated = NULL;
213                 avc = NULL;
214         }
215         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
216         anon_vma_unlock_write(anon_vma);
217
218         if (unlikely(allocated))
219                 put_anon_vma(allocated);
220         if (unlikely(avc))
221                 anon_vma_chain_free(avc);
222
223         return 0;
224
225  out_enomem_free_avc:
226         anon_vma_chain_free(avc);
227  out_enomem:
228         return -ENOMEM;
229 }
230
231 /*
232  * This is a useful helper function for locking the anon_vma root as
233  * we traverse the vma->anon_vma_chain, looping over anon_vma's that
234  * have the same vma.
235  *
236  * Such anon_vma's should have the same root, so you'd expect to see
237  * just a single mutex_lock for the whole traversal.
238  */
239 static inline struct anon_vma *lock_anon_vma_root(struct anon_vma *root, struct anon_vma *anon_vma)
240 {
241         struct anon_vma *new_root = anon_vma->root;
242         if (new_root != root) {
243                 if (WARN_ON_ONCE(root))
244                         up_write(&root->rwsem);
245                 root = new_root;
246                 down_write(&root->rwsem);
247         }
248         return root;
249 }
250
251 static inline void unlock_anon_vma_root(struct anon_vma *root)
252 {
253         if (root)
254                 up_write(&root->rwsem);
255 }
256
257 /*
258  * Attach the anon_vmas from src to dst.
259  * Returns 0 on success, -ENOMEM on failure.
260  *
261  * anon_vma_clone() is called by __vma_adjust(), __split_vma(), copy_vma() and
262  * anon_vma_fork(). The first three want an exact copy of src, while the last
263  * one, anon_vma_fork(), may try to reuse an existing anon_vma to prevent
264  * endless growth of anon_vma. Since dst->anon_vma is set to NULL before call,
265  * we can identify this case by checking (!dst->anon_vma && src->anon_vma).
266  *
267  * If (!dst->anon_vma && src->anon_vma) is true, this function tries to find
268  * and reuse existing anon_vma which has no vmas and only one child anon_vma.
269  * This prevents degradation of anon_vma hierarchy to endless linear chain in
270  * case of constantly forking task. On the other hand, an anon_vma with more
271  * than one child isn't reused even if there was no alive vma, thus rmap
272  * walker has a good chance of avoiding scanning the whole hierarchy when it
273  * searches where page is mapped.
274  */
275 int anon_vma_clone(struct vm_area_struct *dst, struct vm_area_struct *src)
276 {
277         struct anon_vma_chain *avc, *pavc;
278         struct anon_vma *root = NULL;
279
280         list_for_each_entry_reverse(pavc, &src->anon_vma_chain, same_vma) {
281                 struct anon_vma *anon_vma;
282
283                 avc = anon_vma_chain_alloc(GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN);
284                 if (unlikely(!avc)) {
285                         unlock_anon_vma_root(root);
286                         root = NULL;
287                         avc = anon_vma_chain_alloc(GFP_KERNEL);
288                         if (!avc)
289                                 goto enomem_failure;
290                 }
291                 anon_vma = pavc->anon_vma;
292                 root = lock_anon_vma_root(root, anon_vma);
293                 anon_vma_chain_link(dst, avc, anon_vma);
294
295                 /*
296                  * Reuse existing anon_vma if its degree lower than two,
297                  * that means it has no vma and only one anon_vma child.
298                  *
299                  * Do not chose parent anon_vma, otherwise first child
300                  * will always reuse it. Root anon_vma is never reused:
301                  * it has self-parent reference and at least one child.
302                  */
303                 if (!dst->anon_vma && src->anon_vma &&
304                     anon_vma != src->anon_vma && anon_vma->degree < 2)
305                         dst->anon_vma = anon_vma;
306         }
307         if (dst->anon_vma)
308                 dst->anon_vma->degree++;
309         unlock_anon_vma_root(root);
310         return 0;
311
312  enomem_failure:
313         /*
314          * dst->anon_vma is dropped here otherwise its degree can be incorrectly
315          * decremented in unlink_anon_vmas().
316          * We can safely do this because callers of anon_vma_clone() don't care
317          * about dst->anon_vma if anon_vma_clone() failed.
318          */
319         dst->anon_vma = NULL;
320         unlink_anon_vmas(dst);
321         return -ENOMEM;
322 }
323
324 /*
325  * Attach vma to its own anon_vma, as well as to the anon_vmas that
326  * the corresponding VMA in the parent process is attached to.
327  * Returns 0 on success, non-zero on failure.
328  */
329 int anon_vma_fork(struct vm_area_struct *vma, struct vm_area_struct *pvma)
330 {
331         struct anon_vma_chain *avc;
332         struct anon_vma *anon_vma;
333         int error;
334
335         /* Don't bother if the parent process has no anon_vma here. */
336         if (!pvma->anon_vma)
337                 return 0;
338
339         /* Drop inherited anon_vma, we'll reuse existing or allocate new. */
340         vma->anon_vma = NULL;
341
342         /*
343          * First, attach the new VMA to the parent VMA's anon_vmas,
344          * so rmap can find non-COWed pages in child processes.
345          */
346         error = anon_vma_clone(vma, pvma);
347         if (error)
348                 return error;
349
350         /* An existing anon_vma has been reused, all done then. */
351         if (vma->anon_vma)
352                 return 0;
353
354         /* Then add our own anon_vma. */
355         anon_vma = anon_vma_alloc();
356         if (!anon_vma)
357                 goto out_error;
358         avc = anon_vma_chain_alloc(GFP_KERNEL);
359         if (!avc)
360                 goto out_error_free_anon_vma;
361
362         /*
363          * The root anon_vma's rwsem is the lock actually used when we
364          * lock any of the anon_vmas in this anon_vma tree.
365          */
366         anon_vma->root = pvma->anon_vma->root;
367         anon_vma->parent = pvma->anon_vma;
368         /*
369          * With refcounts, an anon_vma can stay around longer than the
370          * process it belongs to. The root anon_vma needs to be pinned until
371          * this anon_vma is freed, because the lock lives in the root.
372          */
373         get_anon_vma(anon_vma->root);
374         /* Mark this anon_vma as the one where our new (COWed) pages go. */
375         vma->anon_vma = anon_vma;
376         anon_vma_lock_write(anon_vma);
377         anon_vma_chain_link(vma, avc, anon_vma);
378         anon_vma->parent->degree++;
379         anon_vma_unlock_write(anon_vma);
380
381         return 0;
382
383  out_error_free_anon_vma:
384         put_anon_vma(anon_vma);
385  out_error:
386         unlink_anon_vmas(vma);
387         return -ENOMEM;
388 }
389
390 void unlink_anon_vmas(struct vm_area_struct *vma)
391 {
392         struct anon_vma_chain *avc, *next;
393         struct anon_vma *root = NULL;
394
395         /*
396          * Unlink each anon_vma chained to the VMA.  This list is ordered
397          * from newest to oldest, ensuring the root anon_vma gets freed last.
398          */
399         list_for_each_entry_safe(avc, next, &vma->anon_vma_chain, same_vma) {
400                 struct anon_vma *anon_vma = avc->anon_vma;
401
402                 root = lock_anon_vma_root(root, anon_vma);
403                 anon_vma_interval_tree_remove(avc, &anon_vma->rb_root);
404
405                 /*
406                  * Leave empty anon_vmas on the list - we'll need
407                  * to free them outside the lock.
408                  */
409                 if (RB_EMPTY_ROOT(&anon_vma->rb_root.rb_root)) {
410                         anon_vma->parent->degree--;
411                         continue;
412                 }
413
414                 list_del(&avc->same_vma);
415                 anon_vma_chain_free(avc);
416         }
417         if (vma->anon_vma) {
418                 vma->anon_vma->degree--;
419
420                 /*
421                  * vma would still be needed after unlink, and anon_vma will be prepared
422                  * when handle fault.
423                  */
424                 vma->anon_vma = NULL;
425         }
426         unlock_anon_vma_root(root);
427
428         /*
429          * Iterate the list once more, it now only contains empty and unlinked
430          * anon_vmas, destroy them. Could not do before due to __put_anon_vma()
431          * needing to write-acquire the anon_vma->root->rwsem.
432          */
433         list_for_each_entry_safe(avc, next, &vma->anon_vma_chain, same_vma) {
434                 struct anon_vma *anon_vma = avc->anon_vma;
435
436                 VM_WARN_ON(anon_vma->degree);
437                 put_anon_vma(anon_vma);
438
439                 list_del(&avc->same_vma);
440                 anon_vma_chain_free(avc);
441         }
442 }
443
444 static void anon_vma_ctor(void *data)
445 {
446         struct anon_vma *anon_vma = data;
447
448         init_rwsem(&anon_vma->rwsem);
449         atomic_set(&anon_vma->refcount, 0);
450         anon_vma->rb_root = RB_ROOT_CACHED;
451 }
452
453 void __init anon_vma_init(void)
454 {
455         anon_vma_cachep = kmem_cache_create("anon_vma", sizeof(struct anon_vma),
456                         0, SLAB_TYPESAFE_BY_RCU|SLAB_PANIC|SLAB_ACCOUNT,
457                         anon_vma_ctor);
458         anon_vma_chain_cachep = KMEM_CACHE(anon_vma_chain,
459                         SLAB_PANIC|SLAB_ACCOUNT);
460 }
461
462 /*
463  * Getting a lock on a stable anon_vma from a page off the LRU is tricky!
464  *
465  * Since there is no serialization what so ever against page_remove_rmap()
466  * the best this function can do is return a refcount increased anon_vma
467  * that might have been relevant to this page.
468  *
469  * The page might have been remapped to a different anon_vma or the anon_vma
470  * returned may already be freed (and even reused).
471  *
472  * In case it was remapped to a different anon_vma, the new anon_vma will be a
473  * child of the old anon_vma, and the anon_vma lifetime rules will therefore
474  * ensure that any anon_vma obtained from the page will still be valid for as
475  * long as we observe page_mapped() [ hence all those page_mapped() tests ].
476  *
477  * All users of this function must be very careful when walking the anon_vma
478  * chain and verify that the page in question is indeed mapped in it
479  * [ something equivalent to page_mapped_in_vma() ].
480  *
481  * Since anon_vma's slab is SLAB_TYPESAFE_BY_RCU and we know from
482  * page_remove_rmap() that the anon_vma pointer from page->mapping is valid
483  * if there is a mapcount, we can dereference the anon_vma after observing
484  * those.
485  */
486 struct anon_vma *page_get_anon_vma(struct page *page)
487 {
488         struct anon_vma *anon_vma = NULL;
489         unsigned long anon_mapping;
490
491         rcu_read_lock();
492         anon_mapping = (unsigned long)READ_ONCE(page->mapping);
493         if ((anon_mapping & PAGE_MAPPING_FLAGS) != PAGE_MAPPING_ANON)
494                 goto out;
495         if (!page_mapped(page))
496                 goto out;
497
498         anon_vma = (struct anon_vma *) (anon_mapping - PAGE_MAPPING_ANON);
499         if (!atomic_inc_not_zero(&anon_vma->refcount)) {
500                 anon_vma = NULL;
501                 goto out;
502         }
503
504         /*
505          * If this page is still mapped, then its anon_vma cannot have been
506          * freed.  But if it has been unmapped, we have no security against the
507          * anon_vma structure being freed and reused (for another anon_vma:
508          * SLAB_TYPESAFE_BY_RCU guarantees that - so the atomic_inc_not_zero()
509          * above cannot corrupt).
510          */
511         if (!page_mapped(page)) {
512                 rcu_read_unlock();
513                 put_anon_vma(anon_vma);
514                 return NULL;
515         }
516 out:
517         rcu_read_unlock();
518
519         return anon_vma;
520 }
521
522 /*
523  * Similar to page_get_anon_vma() except it locks the anon_vma.
524  *
525  * Its a little more complex as it tries to keep the fast path to a single
526  * atomic op -- the trylock. If we fail the trylock, we fall back to getting a
527  * reference like with page_get_anon_vma() and then block on the mutex.
528  */
529 struct anon_vma *page_lock_anon_vma_read(struct page *page)
530 {
531         struct anon_vma *anon_vma = NULL;
532         struct anon_vma *root_anon_vma;
533         unsigned long anon_mapping;
534
535         rcu_read_lock();
536         anon_mapping = (unsigned long)READ_ONCE(page->mapping);
537         if ((anon_mapping & PAGE_MAPPING_FLAGS) != PAGE_MAPPING_ANON)
538                 goto out;
539         if (!page_mapped(page))
540                 goto out;
541
542         anon_vma = (struct anon_vma *) (anon_mapping - PAGE_MAPPING_ANON);
543         root_anon_vma = READ_ONCE(anon_vma->root);
544         if (down_read_trylock(&root_anon_vma->rwsem)) {
545                 /*
546                  * If the page is still mapped, then this anon_vma is still
547                  * its anon_vma, and holding the mutex ensures that it will
548                  * not go away, see anon_vma_free().
549                  */
550                 if (!page_mapped(page)) {
551                         up_read(&root_anon_vma->rwsem);
552                         anon_vma = NULL;
553                 }
554                 goto out;
555         }
556
557         /* trylock failed, we got to sleep */
558         if (!atomic_inc_not_zero(&anon_vma->refcount)) {
559                 anon_vma = NULL;
560                 goto out;
561         }
562
563         if (!page_mapped(page)) {
564                 rcu_read_unlock();
565                 put_anon_vma(anon_vma);
566                 return NULL;
567         }
568
569         /* we pinned the anon_vma, its safe to sleep */
570         rcu_read_unlock();
571         anon_vma_lock_read(anon_vma);
572
573         if (atomic_dec_and_test(&anon_vma->refcount)) {
574                 /*
575                  * Oops, we held the last refcount, release the lock
576                  * and bail -- can't simply use put_anon_vma() because
577                  * we'll deadlock on the anon_vma_lock_write() recursion.
578                  */
579                 anon_vma_unlock_read(anon_vma);
580                 __put_anon_vma(anon_vma);
581                 anon_vma = NULL;
582         }
583
584         return anon_vma;
585
586 out:
587         rcu_read_unlock();
588         return anon_vma;
589 }
590
591 void page_unlock_anon_vma_read(struct anon_vma *anon_vma)
592 {
593         anon_vma_unlock_read(anon_vma);
594 }
595
596 #ifdef CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH
597 /*
598  * Flush TLB entries for recently unmapped pages from remote CPUs. It is
599  * important if a PTE was dirty when it was unmapped that it's flushed
600  * before any IO is initiated on the page to prevent lost writes. Similarly,
601  * it must be flushed before freeing to prevent data leakage.
602  */
603 void try_to_unmap_flush(void)
604 {
605         struct tlbflush_unmap_batch *tlb_ubc = &current->tlb_ubc;
606
607         if (!tlb_ubc->flush_required)
608                 return;
609
610         arch_tlbbatch_flush(&tlb_ubc->arch);
611         tlb_ubc->flush_required = false;
612         tlb_ubc->writable = false;
613 }
614
615 /* Flush iff there are potentially writable TLB entries that can race with IO */
616 void try_to_unmap_flush_dirty(void)
617 {
618         struct tlbflush_unmap_batch *tlb_ubc = &current->tlb_ubc;
619
620         if (tlb_ubc->writable)
621                 try_to_unmap_flush();
622 }
623
624 /*
625  * Bits 0-14 of mm->tlb_flush_batched record pending generations.
626  * Bits 16-30 of mm->tlb_flush_batched bit record flushed generations.
627  */
628 #define TLB_FLUSH_BATCH_FLUSHED_SHIFT   16
629 #define TLB_FLUSH_BATCH_PENDING_MASK                    \
630         ((1 << (TLB_FLUSH_BATCH_FLUSHED_SHIFT - 1)) - 1)
631 #define TLB_FLUSH_BATCH_PENDING_LARGE                   \
632         (TLB_FLUSH_BATCH_PENDING_MASK / 2)
633
634 static void set_tlb_ubc_flush_pending(struct mm_struct *mm, bool writable)
635 {
636         struct tlbflush_unmap_batch *tlb_ubc = &current->tlb_ubc;
637         int batch, nbatch;
638
639         arch_tlbbatch_add_mm(&tlb_ubc->arch, mm);
640         tlb_ubc->flush_required = true;
641
642         /*
643          * Ensure compiler does not re-order the setting of tlb_flush_batched
644          * before the PTE is cleared.
645          */
646         barrier();
647         batch = atomic_read(&mm->tlb_flush_batched);
648 retry:
649         if ((batch & TLB_FLUSH_BATCH_PENDING_MASK) > TLB_FLUSH_BATCH_PENDING_LARGE) {
650                 /*
651                  * Prevent `pending' from catching up with `flushed' because of
652                  * overflow.  Reset `pending' and `flushed' to be 1 and 0 if
653                  * `pending' becomes large.
654                  */
655                 nbatch = atomic_cmpxchg(&mm->tlb_flush_batched, batch, 1);
656                 if (nbatch != batch) {
657                         batch = nbatch;
658                         goto retry;
659                 }
660         } else {
661                 atomic_inc(&mm->tlb_flush_batched);
662         }
663
664         /*
665          * If the PTE was dirty then it's best to assume it's writable. The
666          * caller must use try_to_unmap_flush_dirty() or try_to_unmap_flush()
667          * before the page is queued for IO.
668          */
669         if (writable)
670                 tlb_ubc->writable = true;
671 }
672
673 /*
674  * Returns true if the TLB flush should be deferred to the end of a batch of
675  * unmap operations to reduce IPIs.
676  */
677 static bool should_defer_flush(struct mm_struct *mm, enum ttu_flags flags)
678 {
679         bool should_defer = false;
680
681         if (!(flags & TTU_BATCH_FLUSH))
682                 return false;
683
684         /* If remote CPUs need to be flushed then defer batch the flush */
685         if (cpumask_any_but(mm_cpumask(mm), get_cpu()) < nr_cpu_ids)
686                 should_defer = true;
687         put_cpu();
688
689         return should_defer;
690 }
691
692 /*
693  * Reclaim unmaps pages under the PTL but do not flush the TLB prior to
694  * releasing the PTL if TLB flushes are batched. It's possible for a parallel
695  * operation such as mprotect or munmap to race between reclaim unmapping
696  * the page and flushing the page. If this race occurs, it potentially allows
697  * access to data via a stale TLB entry. Tracking all mm's that have TLB
698  * batching in flight would be expensive during reclaim so instead track
699  * whether TLB batching occurred in the past and if so then do a flush here
700  * if required. This will cost one additional flush per reclaim cycle paid
701  * by the first operation at risk such as mprotect and mumap.
702  *
703  * This must be called under the PTL so that an access to tlb_flush_batched
704  * that is potentially a "reclaim vs mprotect/munmap/etc" race will synchronise
705  * via the PTL.
706  */
707 void flush_tlb_batched_pending(struct mm_struct *mm)
708 {
709         int batch = atomic_read(&mm->tlb_flush_batched);
710         int pending = batch & TLB_FLUSH_BATCH_PENDING_MASK;
711         int flushed = batch >> TLB_FLUSH_BATCH_FLUSHED_SHIFT;
712
713         if (pending != flushed) {
714                 flush_tlb_mm(mm);
715                 /*
716                  * If the new TLB flushing is pending during flushing, leave
717                  * mm->tlb_flush_batched as is, to avoid losing flushing.
718                  */
719                 atomic_cmpxchg(&mm->tlb_flush_batched, batch,
720                                pending | (pending << TLB_FLUSH_BATCH_FLUSHED_SHIFT));
721         }
722 }
723 #else
724 static void set_tlb_ubc_flush_pending(struct mm_struct *mm, bool writable)
725 {
726 }
727
728 static bool should_defer_flush(struct mm_struct *mm, enum ttu_flags flags)
729 {
730         return false;
731 }
732 #endif /* CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH */
733
734 /*
735  * At what user virtual address is page expected in vma?
736  * Caller should check the page is actually part of the vma.
737  */
738 unsigned long page_address_in_vma(struct page *page, struct vm_area_struct *vma)
739 {
740         if (PageAnon(page)) {
741                 struct anon_vma *page__anon_vma = page_anon_vma(page);
742                 /*
743                  * Note: swapoff's unuse_vma() is more efficient with this
744                  * check, and needs it to match anon_vma when KSM is active.
745                  */
746                 if (!vma->anon_vma || !page__anon_vma ||
747                     vma->anon_vma->root != page__anon_vma->root)
748                         return -EFAULT;
749         } else if (!vma->vm_file) {
750                 return -EFAULT;
751         } else if (vma->vm_file->f_mapping != compound_head(page)->mapping) {
752                 return -EFAULT;
753         }
754
755         return vma_address(page, vma);
756 }
757
758 pmd_t *mm_find_pmd(struct mm_struct *mm, unsigned long address)
759 {
760         pgd_t *pgd;
761         p4d_t *p4d;
762         pud_t *pud;
763         pmd_t *pmd = NULL;
764         pmd_t pmde;
765
766         pgd = pgd_offset(mm, address);
767         if (!pgd_present(*pgd))
768                 goto out;
769
770         p4d = p4d_offset(pgd, address);
771         if (!p4d_present(*p4d))
772                 goto out;
773
774         pud = pud_offset(p4d, address);
775         if (!pud_present(*pud))
776                 goto out;
777
778         pmd = pmd_offset(pud, address);
779         /*
780          * Some THP functions use the sequence pmdp_huge_clear_flush(), set_pmd_at()
781          * without holding anon_vma lock for write.  So when looking for a
782          * genuine pmde (in which to find pte), test present and !THP together.
783          */
784         pmde = *pmd;
785         barrier();
786         if (!pmd_present(pmde) || pmd_trans_huge(pmde))
787                 pmd = NULL;
788 out:
789         return pmd;
790 }
791
792 struct folio_referenced_arg {
793         int mapcount;
794         int referenced;
795         unsigned long vm_flags;
796         struct mem_cgroup *memcg;
797 };
798 /*
799  * arg: folio_referenced_arg will be passed
800  */
801 static bool folio_referenced_one(struct page *page, struct vm_area_struct *vma,
802                         unsigned long address, void *arg)
803 {
804         struct folio *folio = page_folio(page);
805         struct folio_referenced_arg *pra = arg;
806         DEFINE_FOLIO_VMA_WALK(pvmw, folio, vma, address, 0);
807         int referenced = 0;
808
809         while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
810                 address = pvmw.address;
811
812                 if ((vma->vm_flags & VM_LOCKED) &&
813                     (!folio_test_large(folio) || !pvmw.pte)) {
814                         /* Restore the mlock which got missed */
815                         mlock_vma_folio(folio, vma, !pvmw.pte);
816                         page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
817                         pra->vm_flags |= VM_LOCKED;
818                         return false; /* To break the loop */
819                 }
820
821                 if (pvmw.pte) {
822                         if (ptep_clear_flush_young_notify(vma, address,
823                                                 pvmw.pte)) {
824                                 /*
825                                  * Don't treat a reference through
826                                  * a sequentially read mapping as such.
827                                  * If the folio has been used in another mapping,
828                                  * we will catch it; if this other mapping is
829                                  * already gone, the unmap path will have set
830                                  * the referenced flag or activated the folio.
831                                  */
832                                 if (likely(!(vma->vm_flags & VM_SEQ_READ)))
833                                         referenced++;
834                         }
835                 } else if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)) {
836                         if (pmdp_clear_flush_young_notify(vma, address,
837                                                 pvmw.pmd))
838                                 referenced++;
839                 } else {
840                         /* unexpected pmd-mapped folio? */
841                         WARN_ON_ONCE(1);
842                 }
843
844                 pra->mapcount--;
845         }
846
847         if (referenced)
848                 folio_clear_idle(folio);
849         if (folio_test_clear_young(folio))
850                 referenced++;
851
852         if (referenced) {
853                 pra->referenced++;
854                 pra->vm_flags |= vma->vm_flags & ~VM_LOCKED;
855         }
856
857         if (!pra->mapcount)
858                 return false; /* To break the loop */
859
860         return true;
861 }
862
863 static bool invalid_folio_referenced_vma(struct vm_area_struct *vma, void *arg)
864 {
865         struct folio_referenced_arg *pra = arg;
866         struct mem_cgroup *memcg = pra->memcg;
867
868         if (!mm_match_cgroup(vma->vm_mm, memcg))
869                 return true;
870
871         return false;
872 }
873
874 /**
875  * folio_referenced() - Test if the folio was referenced.
876  * @folio: The folio to test.
877  * @is_locked: Caller holds lock on the folio.
878  * @memcg: target memory cgroup
879  * @vm_flags: A combination of all the vma->vm_flags which referenced the folio.
880  *
881  * Quick test_and_clear_referenced for all mappings of a folio,
882  *
883  * Return: The number of mappings which referenced the folio.
884  */
885 int folio_referenced(struct folio *folio, int is_locked,
886                      struct mem_cgroup *memcg, unsigned long *vm_flags)
887 {
888         int we_locked = 0;
889         struct folio_referenced_arg pra = {
890                 .mapcount = folio_mapcount(folio),
891                 .memcg = memcg,
892         };
893         struct rmap_walk_control rwc = {
894                 .rmap_one = folio_referenced_one,
895                 .arg = (void *)&pra,
896                 .anon_lock = page_lock_anon_vma_read,
897         };
898
899         *vm_flags = 0;
900         if (!pra.mapcount)
901                 return 0;
902
903         if (!folio_raw_mapping(folio))
904                 return 0;
905
906         if (!is_locked && (!folio_test_anon(folio) || folio_test_ksm(folio))) {
907                 we_locked = folio_trylock(folio);
908                 if (!we_locked)
909                         return 1;
910         }
911
912         /*
913          * If we are reclaiming on behalf of a cgroup, skip
914          * counting on behalf of references from different
915          * cgroups
916          */
917         if (memcg) {
918                 rwc.invalid_vma = invalid_folio_referenced_vma;
919         }
920
921         rmap_walk(&folio->page, &rwc);
922         *vm_flags = pra.vm_flags;
923
924         if (we_locked)
925                 folio_unlock(folio);
926
927         return pra.referenced;
928 }
929
930 static bool page_mkclean_one(struct page *page, struct vm_area_struct *vma,
931                             unsigned long address, void *arg)
932 {
933         struct folio *folio = page_folio(page);
934         DEFINE_FOLIO_VMA_WALK(pvmw, folio, vma, address, PVMW_SYNC);
935         struct mmu_notifier_range range;
936         int *cleaned = arg;
937
938         /*
939          * We have to assume the worse case ie pmd for invalidation. Note that
940          * the folio can not be freed from this function.
941          */
942         mmu_notifier_range_init(&range, MMU_NOTIFY_PROTECTION_PAGE,
943                                 0, vma, vma->vm_mm, address,
944                                 vma_address_end(&pvmw));
945         mmu_notifier_invalidate_range_start(&range);
946
947         while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
948                 int ret = 0;
949
950                 address = pvmw.address;
951                 if (pvmw.pte) {
952                         pte_t entry;
953                         pte_t *pte = pvmw.pte;
954
955                         if (!pte_dirty(*pte) && !pte_write(*pte))
956                                 continue;
957
958                         flush_cache_page(vma, address, pte_pfn(*pte));
959                         entry = ptep_clear_flush(vma, address, pte);
960                         entry = pte_wrprotect(entry);
961                         entry = pte_mkclean(entry);
962                         set_pte_at(vma->vm_mm, address, pte, entry);
963                         ret = 1;
964                 } else {
965 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
966                         pmd_t *pmd = pvmw.pmd;
967                         pmd_t entry;
968
969                         if (!pmd_dirty(*pmd) && !pmd_write(*pmd))
970                                 continue;
971
972                         flush_cache_page(vma, address, folio_pfn(folio));
973                         entry = pmdp_invalidate(vma, address, pmd);
974                         entry = pmd_wrprotect(entry);
975                         entry = pmd_mkclean(entry);
976                         set_pmd_at(vma->vm_mm, address, pmd, entry);
977                         ret = 1;
978 #else
979                         /* unexpected pmd-mapped folio? */
980                         WARN_ON_ONCE(1);
981 #endif
982                 }
983
984                 /*
985                  * No need to call mmu_notifier_invalidate_range() as we are
986                  * downgrading page table protection not changing it to point
987                  * to a new page.
988                  *
989                  * See Documentation/vm/mmu_notifier.rst
990                  */
991                 if (ret)
992                         (*cleaned)++;
993         }
994
995         mmu_notifier_invalidate_range_end(&range);
996
997         return true;
998 }
999
1000 static bool invalid_mkclean_vma(struct vm_area_struct *vma, void *arg)
1001 {
1002         if (vma->vm_flags & VM_SHARED)
1003                 return false;
1004
1005         return true;
1006 }
1007
1008 int folio_mkclean(struct folio *folio)
1009 {
1010         int cleaned = 0;
1011         struct address_space *mapping;
1012         struct rmap_walk_control rwc = {
1013                 .arg = (void *)&cleaned,
1014                 .rmap_one = page_mkclean_one,
1015                 .invalid_vma = invalid_mkclean_vma,
1016         };
1017
1018         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
1019
1020         if (!folio_mapped(folio))
1021                 return 0;
1022
1023         mapping = folio_mapping(folio);
1024         if (!mapping)
1025                 return 0;
1026
1027         rmap_walk(&folio->page, &rwc);
1028
1029         return cleaned;
1030 }
1031 EXPORT_SYMBOL_GPL(folio_mkclean);
1032
1033 /**
1034  * page_move_anon_rmap - move a page to our anon_vma
1035  * @page:       the page to move to our anon_vma
1036  * @vma:        the vma the page belongs to
1037  *
1038  * When a page belongs exclusively to one process after a COW event,
1039  * that page can be moved into the anon_vma that belongs to just that
1040  * process, so the rmap code will not search the parent or sibling
1041  * processes.
1042  */
1043 void page_move_anon_rmap(struct page *page, struct vm_area_struct *vma)
1044 {
1045         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
1046
1047         page = compound_head(page);
1048
1049         VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(page), page);
1050         VM_BUG_ON_VMA(!anon_vma, vma);
1051
1052         anon_vma = (void *) anon_vma + PAGE_MAPPING_ANON;
1053         /*
1054          * Ensure that anon_vma and the PAGE_MAPPING_ANON bit are written
1055          * simultaneously, so a concurrent reader (eg folio_referenced()'s
1056          * folio_test_anon()) will not see one without the other.
1057          */
1058         WRITE_ONCE(page->mapping, (struct address_space *) anon_vma);
1059 }
1060
1061 /**
1062  * __page_set_anon_rmap - set up new anonymous rmap
1063  * @page:       Page or Hugepage to add to rmap
1064  * @vma:        VM area to add page to.
1065  * @address:    User virtual address of the mapping     
1066  * @exclusive:  the page is exclusively owned by the current process
1067  */
1068 static void __page_set_anon_rmap(struct page *page,
1069         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, int exclusive)
1070 {
1071         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
1072
1073         BUG_ON(!anon_vma);
1074
1075         if (PageAnon(page))
1076                 return;
1077
1078         /*
1079          * If the page isn't exclusively mapped into this vma,
1080          * we must use the _oldest_ possible anon_vma for the
1081          * page mapping!
1082          */
1083         if (!exclusive)
1084                 anon_vma = anon_vma->root;
1085
1086         /*
1087          * page_idle does a lockless/optimistic rmap scan on page->mapping.
1088          * Make sure the compiler doesn't split the stores of anon_vma and
1089          * the PAGE_MAPPING_ANON type identifier, otherwise the rmap code
1090          * could mistake the mapping for a struct address_space and crash.
1091          */
1092         anon_vma = (void *) anon_vma + PAGE_MAPPING_ANON;
1093         WRITE_ONCE(page->mapping, (struct address_space *) anon_vma);
1094         page->index = linear_page_index(vma, address);
1095 }
1096
1097 /**
1098  * __page_check_anon_rmap - sanity check anonymous rmap addition
1099  * @page:       the page to add the mapping to
1100  * @vma:        the vm area in which the mapping is added
1101  * @address:    the user virtual address mapped
1102  */
1103 static void __page_check_anon_rmap(struct page *page,
1104         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
1105 {
1106         /*
1107          * The page's anon-rmap details (mapping and index) are guaranteed to
1108          * be set up correctly at this point.
1109          *
1110          * We have exclusion against page_add_anon_rmap because the caller
1111          * always holds the page locked.
1112          *
1113          * We have exclusion against page_add_new_anon_rmap because those pages
1114          * are initially only visible via the pagetables, and the pte is locked
1115          * over the call to page_add_new_anon_rmap.
1116          */
1117         VM_BUG_ON_PAGE(page_anon_vma(page)->root != vma->anon_vma->root, page);
1118         VM_BUG_ON_PAGE(page_to_pgoff(page) != linear_page_index(vma, address),
1119                        page);
1120 }
1121
1122 /**
1123  * page_add_anon_rmap - add pte mapping to an anonymous page
1124  * @page:       the page to add the mapping to
1125  * @vma:        the vm area in which the mapping is added
1126  * @address:    the user virtual address mapped
1127  * @compound:   charge the page as compound or small page
1128  *
1129  * The caller needs to hold the pte lock, and the page must be locked in
1130  * the anon_vma case: to serialize mapping,index checking after setting,
1131  * and to ensure that PageAnon is not being upgraded racily to PageKsm
1132  * (but PageKsm is never downgraded to PageAnon).
1133  */
1134 void page_add_anon_rmap(struct page *page,
1135         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, bool compound)
1136 {
1137         do_page_add_anon_rmap(page, vma, address, compound ? RMAP_COMPOUND : 0);
1138 }
1139
1140 /*
1141  * Special version of the above for do_swap_page, which often runs
1142  * into pages that are exclusively owned by the current process.
1143  * Everybody else should continue to use page_add_anon_rmap above.
1144  */
1145 void do_page_add_anon_rmap(struct page *page,
1146         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, int flags)
1147 {
1148         bool compound = flags & RMAP_COMPOUND;
1149         bool first;
1150
1151         if (unlikely(PageKsm(page)))
1152                 lock_page_memcg(page);
1153         else
1154                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(page), page);
1155
1156         if (compound) {
1157                 atomic_t *mapcount;
1158                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(page), page);
1159                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageTransHuge(page), page);
1160                 mapcount = compound_mapcount_ptr(page);
1161                 first = atomic_inc_and_test(mapcount);
1162         } else {
1163                 first = atomic_inc_and_test(&page->_mapcount);
1164         }
1165
1166         if (first) {
1167                 int nr = compound ? thp_nr_pages(page) : 1;
1168                 /*
1169                  * We use the irq-unsafe __{inc|mod}_zone_page_stat because
1170                  * these counters are not modified in interrupt context, and
1171                  * pte lock(a spinlock) is held, which implies preemption
1172                  * disabled.
1173                  */
1174                 if (compound)
1175                         __mod_lruvec_page_state(page, NR_ANON_THPS, nr);
1176                 __mod_lruvec_page_state(page, NR_ANON_MAPPED, nr);
1177         }
1178
1179         if (unlikely(PageKsm(page)))
1180                 unlock_page_memcg(page);
1181
1182         /* address might be in next vma when migration races vma_adjust */
1183         else if (first)
1184                 __page_set_anon_rmap(page, vma, address,
1185                                 flags & RMAP_EXCLUSIVE);
1186         else
1187                 __page_check_anon_rmap(page, vma, address);
1188
1189         mlock_vma_page(page, vma, compound);
1190 }
1191
1192 /**
1193  * page_add_new_anon_rmap - add pte mapping to a new anonymous page
1194  * @page:       the page to add the mapping to
1195  * @vma:        the vm area in which the mapping is added
1196  * @address:    the user virtual address mapped
1197  * @compound:   charge the page as compound or small page
1198  *
1199  * Same as page_add_anon_rmap but must only be called on *new* pages.
1200  * This means the inc-and-test can be bypassed.
1201  * Page does not have to be locked.
1202  */
1203 void page_add_new_anon_rmap(struct page *page,
1204         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, bool compound)
1205 {
1206         int nr = compound ? thp_nr_pages(page) : 1;
1207
1208         VM_BUG_ON_VMA(address < vma->vm_start || address >= vma->vm_end, vma);
1209         __SetPageSwapBacked(page);
1210         if (compound) {
1211                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageTransHuge(page), page);
1212                 /* increment count (starts at -1) */
1213                 atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), 0);
1214                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
1215
1216                 __mod_lruvec_page_state(page, NR_ANON_THPS, nr);
1217         } else {
1218                 /* Anon THP always mapped first with PMD */
1219                 VM_BUG_ON_PAGE(PageTransCompound(page), page);
1220                 /* increment count (starts at -1) */
1221                 atomic_set(&page->_mapcount, 0);
1222         }
1223         __mod_lruvec_page_state(page, NR_ANON_MAPPED, nr);
1224         __page_set_anon_rmap(page, vma, address, 1);
1225 }
1226
1227 /**
1228  * page_add_file_rmap - add pte mapping to a file page
1229  * @page:       the page to add the mapping to
1230  * @vma:        the vm area in which the mapping is added
1231  * @compound:   charge the page as compound or small page
1232  *
1233  * The caller needs to hold the pte lock.
1234  */
1235 void page_add_file_rmap(struct page *page,
1236         struct vm_area_struct *vma, bool compound)
1237 {
1238         int i, nr = 1;
1239
1240         VM_BUG_ON_PAGE(compound && !PageTransHuge(page), page);
1241         lock_page_memcg(page);
1242         if (compound && PageTransHuge(page)) {
1243                 int nr_pages = thp_nr_pages(page);
1244
1245                 for (i = 0, nr = 0; i < nr_pages; i++) {
1246                         if (atomic_inc_and_test(&page[i]._mapcount))
1247                                 nr++;
1248                 }
1249                 if (!atomic_inc_and_test(compound_mapcount_ptr(page)))
1250                         goto out;
1251                 if (PageSwapBacked(page))
1252                         __mod_lruvec_page_state(page, NR_SHMEM_PMDMAPPED,
1253                                                 nr_pages);
1254                 else
1255                         __mod_lruvec_page_state(page, NR_FILE_PMDMAPPED,
1256                                                 nr_pages);
1257         } else {
1258                 if (PageTransCompound(page) && page_mapping(page)) {
1259                         VM_WARN_ON_ONCE(!PageLocked(page));
1260                         SetPageDoubleMap(compound_head(page));
1261                 }
1262                 if (!atomic_inc_and_test(&page->_mapcount))
1263                         goto out;
1264         }
1265         __mod_lruvec_page_state(page, NR_FILE_MAPPED, nr);
1266 out:
1267         unlock_page_memcg(page);
1268
1269         mlock_vma_page(page, vma, compound);
1270 }
1271
1272 static void page_remove_file_rmap(struct page *page, bool compound)
1273 {
1274         int i, nr = 1;
1275
1276         VM_BUG_ON_PAGE(compound && !PageHead(page), page);
1277
1278         /* Hugepages are not counted in NR_FILE_MAPPED for now. */
1279         if (unlikely(PageHuge(page))) {
1280                 /* hugetlb pages are always mapped with pmds */
1281                 atomic_dec(compound_mapcount_ptr(page));
1282                 return;
1283         }
1284
1285         /* page still mapped by someone else? */
1286         if (compound && PageTransHuge(page)) {
1287                 int nr_pages = thp_nr_pages(page);
1288
1289                 for (i = 0, nr = 0; i < nr_pages; i++) {
1290                         if (atomic_add_negative(-1, &page[i]._mapcount))
1291                                 nr++;
1292                 }
1293                 if (!atomic_add_negative(-1, compound_mapcount_ptr(page)))
1294                         return;
1295                 if (PageSwapBacked(page))
1296                         __mod_lruvec_page_state(page, NR_SHMEM_PMDMAPPED,
1297                                                 -nr_pages);
1298                 else
1299                         __mod_lruvec_page_state(page, NR_FILE_PMDMAPPED,
1300                                                 -nr_pages);
1301         } else {
1302                 if (!atomic_add_negative(-1, &page->_mapcount))
1303                         return;
1304         }
1305
1306         /*
1307          * We use the irq-unsafe __{inc|mod}_lruvec_page_state because
1308          * these counters are not modified in interrupt context, and
1309          * pte lock(a spinlock) is held, which implies preemption disabled.
1310          */
1311         __mod_lruvec_page_state(page, NR_FILE_MAPPED, -nr);
1312 }
1313
1314 static void page_remove_anon_compound_rmap(struct page *page)
1315 {
1316         int i, nr;
1317
1318         if (!atomic_add_negative(-1, compound_mapcount_ptr(page)))
1319                 return;
1320
1321         /* Hugepages are not counted in NR_ANON_PAGES for now. */
1322         if (unlikely(PageHuge(page)))
1323                 return;
1324
1325         if (!IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE))
1326                 return;
1327
1328         __mod_lruvec_page_state(page, NR_ANON_THPS, -thp_nr_pages(page));
1329
1330         if (TestClearPageDoubleMap(page)) {
1331                 /*
1332                  * Subpages can be mapped with PTEs too. Check how many of
1333                  * them are still mapped.
1334                  */
1335                 for (i = 0, nr = 0; i < thp_nr_pages(page); i++) {
1336                         if (atomic_add_negative(-1, &page[i]._mapcount))
1337                                 nr++;
1338                 }
1339
1340                 /*
1341                  * Queue the page for deferred split if at least one small
1342                  * page of the compound page is unmapped, but at least one
1343                  * small page is still mapped.
1344                  */
1345                 if (nr && nr < thp_nr_pages(page))
1346                         deferred_split_huge_page(page);
1347         } else {
1348                 nr = thp_nr_pages(page);
1349         }
1350
1351         if (nr)
1352                 __mod_lruvec_page_state(page, NR_ANON_MAPPED, -nr);
1353 }
1354
1355 /**
1356  * page_remove_rmap - take down pte mapping from a page
1357  * @page:       page to remove mapping from
1358  * @vma:        the vm area from which the mapping is removed
1359  * @compound:   uncharge the page as compound or small page
1360  *
1361  * The caller needs to hold the pte lock.
1362  */
1363 void page_remove_rmap(struct page *page,
1364         struct vm_area_struct *vma, bool compound)
1365 {
1366         lock_page_memcg(page);
1367
1368         if (!PageAnon(page)) {
1369                 page_remove_file_rmap(page, compound);
1370                 goto out;
1371         }
1372
1373         if (compound) {
1374                 page_remove_anon_compound_rmap(page);
1375                 goto out;
1376         }
1377
1378         /* page still mapped by someone else? */
1379         if (!atomic_add_negative(-1, &page->_mapcount))
1380                 goto out;
1381
1382         /*
1383          * We use the irq-unsafe __{inc|mod}_zone_page_stat because
1384          * these counters are not modified in interrupt context, and
1385          * pte lock(a spinlock) is held, which implies preemption disabled.
1386          */
1387         __dec_lruvec_page_state(page, NR_ANON_MAPPED);
1388
1389         if (PageTransCompound(page))
1390                 deferred_split_huge_page(compound_head(page));
1391
1392         /*
1393          * It would be tidy to reset the PageAnon mapping here,
1394          * but that might overwrite a racing page_add_anon_rmap
1395          * which increments mapcount after us but sets mapping
1396          * before us: so leave the reset to free_unref_page,
1397          * and remember that it's only reliable while mapped.
1398          * Leaving it set also helps swapoff to reinstate ptes
1399          * faster for those pages still in swapcache.
1400          */
1401 out:
1402         unlock_page_memcg(page);
1403
1404         munlock_vma_page(page, vma, compound);
1405 }
1406
1407 /*
1408  * @arg: enum ttu_flags will be passed to this argument
1409  */
1410 static bool try_to_unmap_one(struct page *page, struct vm_area_struct *vma,
1411                      unsigned long address, void *arg)
1412 {
1413         struct folio *folio = page_folio(page);
1414         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
1415         DEFINE_FOLIO_VMA_WALK(pvmw, folio, vma, address, 0);
1416         pte_t pteval;
1417         struct page *subpage;
1418         bool ret = true;
1419         struct mmu_notifier_range range;
1420         enum ttu_flags flags = (enum ttu_flags)(long)arg;
1421
1422         /*
1423          * When racing against e.g. zap_pte_range() on another cpu,
1424          * in between its ptep_get_and_clear_full() and page_remove_rmap(),
1425          * try_to_unmap() may return before page_mapped() has become false,
1426          * if page table locking is skipped: use TTU_SYNC to wait for that.
1427          */
1428         if (flags & TTU_SYNC)
1429                 pvmw.flags = PVMW_SYNC;
1430
1431         if (flags & TTU_SPLIT_HUGE_PMD)
1432                 split_huge_pmd_address(vma, address, false, folio);
1433
1434         /*
1435          * For THP, we have to assume the worse case ie pmd for invalidation.
1436          * For hugetlb, it could be much worse if we need to do pud
1437          * invalidation in the case of pmd sharing.
1438          *
1439          * Note that the folio can not be freed in this function as call of
1440          * try_to_unmap() must hold a reference on the folio.
1441          */
1442         range.end = vma_address_end(&pvmw);
1443         mmu_notifier_range_init(&range, MMU_NOTIFY_CLEAR, 0, vma, vma->vm_mm,
1444                                 address, range.end);
1445         if (folio_test_hugetlb(folio)) {
1446                 /*
1447                  * If sharing is possible, start and end will be adjusted
1448                  * accordingly.
1449                  */
1450                 adjust_range_if_pmd_sharing_possible(vma, &range.start,
1451                                                      &range.end);
1452         }
1453         mmu_notifier_invalidate_range_start(&range);
1454
1455         while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
1456                 /* Unexpected PMD-mapped THP? */
1457                 VM_BUG_ON_FOLIO(!pvmw.pte, folio);
1458
1459                 /*
1460                  * If the folio is in an mlock()d vma, we must not swap it out.
1461                  */
1462                 if (!(flags & TTU_IGNORE_MLOCK) &&
1463                     (vma->vm_flags & VM_LOCKED)) {
1464                         /* Restore the mlock which got missed */
1465                         mlock_vma_folio(folio, vma, false);
1466                         page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1467                         ret = false;
1468                         break;
1469                 }
1470
1471                 subpage = folio_page(folio,
1472                                         pte_pfn(*pvmw.pte) - folio_pfn(folio));
1473                 address = pvmw.address;
1474
1475                 if (folio_test_hugetlb(folio) && !folio_test_anon(folio)) {
1476                         /*
1477                          * To call huge_pmd_unshare, i_mmap_rwsem must be
1478                          * held in write mode.  Caller needs to explicitly
1479                          * do this outside rmap routines.
1480                          */
1481                         VM_BUG_ON(!(flags & TTU_RMAP_LOCKED));
1482                         if (huge_pmd_unshare(mm, vma, &address, pvmw.pte)) {
1483                                 /*
1484                                  * huge_pmd_unshare unmapped an entire PMD
1485                                  * page.  There is no way of knowing exactly
1486                                  * which PMDs may be cached for this mm, so
1487                                  * we must flush them all.  start/end were
1488                                  * already adjusted above to cover this range.
1489                                  */
1490                                 flush_cache_range(vma, range.start, range.end);
1491                                 flush_tlb_range(vma, range.start, range.end);
1492                                 mmu_notifier_invalidate_range(mm, range.start,
1493                                                               range.end);
1494
1495                                 /*
1496                                  * The ref count of the PMD page was dropped
1497                                  * which is part of the way map counting
1498                                  * is done for shared PMDs.  Return 'true'
1499                                  * here.  When there is no other sharing,
1500                                  * huge_pmd_unshare returns false and we will
1501                                  * unmap the actual page and drop map count
1502                                  * to zero.
1503                                  */
1504                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1505                                 break;
1506                         }
1507                 }
1508
1509                 /* Nuke the page table entry. */
1510                 flush_cache_page(vma, address, pte_pfn(*pvmw.pte));
1511                 if (should_defer_flush(mm, flags)) {
1512                         /*
1513                          * We clear the PTE but do not flush so potentially
1514                          * a remote CPU could still be writing to the folio.
1515                          * If the entry was previously clean then the
1516                          * architecture must guarantee that a clear->dirty
1517                          * transition on a cached TLB entry is written through
1518                          * and traps if the PTE is unmapped.
1519                          */
1520                         pteval = ptep_get_and_clear(mm, address, pvmw.pte);
1521
1522                         set_tlb_ubc_flush_pending(mm, pte_dirty(pteval));
1523                 } else {
1524                         pteval = ptep_clear_flush(vma, address, pvmw.pte);
1525                 }
1526
1527                 /* Set the dirty flag on the folio now the pte is gone. */
1528                 if (pte_dirty(pteval))
1529                         folio_mark_dirty(folio);
1530
1531                 /* Update high watermark before we lower rss */
1532                 update_hiwater_rss(mm);
1533
1534                 if (PageHWPoison(subpage) && !(flags & TTU_IGNORE_HWPOISON)) {
1535                         pteval = swp_entry_to_pte(make_hwpoison_entry(subpage));
1536                         if (folio_test_hugetlb(folio)) {
1537                                 hugetlb_count_sub(folio_nr_pages(folio), mm);
1538                                 set_huge_swap_pte_at(mm, address,
1539                                                      pvmw.pte, pteval,
1540                                                      vma_mmu_pagesize(vma));
1541                         } else {
1542                                 dec_mm_counter(mm, mm_counter(&folio->page));
1543                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
1544                         }
1545
1546                 } else if (pte_unused(pteval) && !userfaultfd_armed(vma)) {
1547                         /*
1548                          * The guest indicated that the page content is of no
1549                          * interest anymore. Simply discard the pte, vmscan
1550                          * will take care of the rest.
1551                          * A future reference will then fault in a new zero
1552                          * page. When userfaultfd is active, we must not drop
1553                          * this page though, as its main user (postcopy
1554                          * migration) will not expect userfaults on already
1555                          * copied pages.
1556                          */
1557                         dec_mm_counter(mm, mm_counter(&folio->page));
1558                         /* We have to invalidate as we cleared the pte */
1559                         mmu_notifier_invalidate_range(mm, address,
1560                                                       address + PAGE_SIZE);
1561                 } else if (folio_test_anon(folio)) {
1562                         swp_entry_t entry = { .val = page_private(subpage) };
1563                         pte_t swp_pte;
1564                         /*
1565                          * Store the swap location in the pte.
1566                          * See handle_pte_fault() ...
1567                          */
1568                         if (unlikely(folio_test_swapbacked(folio) !=
1569                                         folio_test_swapcache(folio))) {
1570                                 WARN_ON_ONCE(1);
1571                                 ret = false;
1572                                 /* We have to invalidate as we cleared the pte */
1573                                 mmu_notifier_invalidate_range(mm, address,
1574                                                         address + PAGE_SIZE);
1575                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1576                                 break;
1577                         }
1578
1579                         /* MADV_FREE page check */
1580                         if (!folio_test_swapbacked(folio)) {
1581                                 if (!folio_test_dirty(folio)) {
1582                                         /* Invalidate as we cleared the pte */
1583                                         mmu_notifier_invalidate_range(mm,
1584                                                 address, address + PAGE_SIZE);
1585                                         dec_mm_counter(mm, MM_ANONPAGES);
1586                                         goto discard;
1587                                 }
1588
1589                                 /*
1590                                  * If the folio was redirtied, it cannot be
1591                                  * discarded. Remap the page to page table.
1592                                  */
1593                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
1594                                 folio_set_swapbacked(folio);
1595                                 ret = false;
1596                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1597                                 break;
1598                         }
1599
1600                         if (swap_duplicate(entry) < 0) {
1601                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
1602                                 ret = false;
1603                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1604                                 break;
1605                         }
1606                         if (arch_unmap_one(mm, vma, address, pteval) < 0) {
1607                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
1608                                 ret = false;
1609                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1610                                 break;
1611                         }
1612                         if (list_empty(&mm->mmlist)) {
1613                                 spin_lock(&mmlist_lock);
1614                                 if (list_empty(&mm->mmlist))
1615                                         list_add(&mm->mmlist, &init_mm.mmlist);
1616                                 spin_unlock(&mmlist_lock);
1617                         }
1618                         dec_mm_counter(mm, MM_ANONPAGES);
1619                         inc_mm_counter(mm, MM_SWAPENTS);
1620                         swp_pte = swp_entry_to_pte(entry);
1621                         if (pte_soft_dirty(pteval))
1622                                 swp_pte = pte_swp_mksoft_dirty(swp_pte);
1623                         if (pte_uffd_wp(pteval))
1624                                 swp_pte = pte_swp_mkuffd_wp(swp_pte);
1625                         set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, swp_pte);
1626                         /* Invalidate as we cleared the pte */
1627                         mmu_notifier_invalidate_range(mm, address,
1628                                                       address + PAGE_SIZE);
1629                 } else {
1630                         /*
1631                          * This is a locked file-backed folio,
1632                          * so it cannot be removed from the page
1633                          * cache and replaced by a new folio before
1634                          * mmu_notifier_invalidate_range_end, so no
1635                          * concurrent thread might update its page table
1636                          * to point at a new folio while a device is
1637                          * still using this folio.
1638                          *
1639                          * See Documentation/vm/mmu_notifier.rst
1640                          */
1641                         dec_mm_counter(mm, mm_counter_file(&folio->page));
1642                 }
1643 discard:
1644                 /*
1645                  * No need to call mmu_notifier_invalidate_range() it has be
1646                  * done above for all cases requiring it to happen under page
1647                  * table lock before mmu_notifier_invalidate_range_end()
1648                  *
1649                  * See Documentation/vm/mmu_notifier.rst
1650                  */
1651                 page_remove_rmap(subpage, vma, folio_test_hugetlb(folio));
1652                 if (vma->vm_flags & VM_LOCKED)
1653                         mlock_page_drain(smp_processor_id());
1654                 folio_put(folio);
1655         }
1656
1657         mmu_notifier_invalidate_range_end(&range);
1658
1659         return ret;
1660 }
1661
1662 static bool invalid_migration_vma(struct vm_area_struct *vma, void *arg)
1663 {
1664         return vma_is_temporary_stack(vma);
1665 }
1666
1667 static int page_not_mapped(struct page *page)
1668 {
1669         return !page_mapped(page);
1670 }
1671
1672 /**
1673  * try_to_unmap - Try to remove all page table mappings to a folio.
1674  * @folio: The folio to unmap.
1675  * @flags: action and flags
1676  *
1677  * Tries to remove all the page table entries which are mapping this
1678  * folio.  It is the caller's responsibility to check if the folio is
1679  * still mapped if needed (use TTU_SYNC to prevent accounting races).
1680  *
1681  * Context: Caller must hold the folio lock.
1682  */
1683 void try_to_unmap(struct folio *folio, enum ttu_flags flags)
1684 {
1685         struct rmap_walk_control rwc = {
1686                 .rmap_one = try_to_unmap_one,
1687                 .arg = (void *)flags,
1688                 .done = page_not_mapped,
1689                 .anon_lock = page_lock_anon_vma_read,
1690         };
1691
1692         if (flags & TTU_RMAP_LOCKED)
1693                 rmap_walk_locked(&folio->page, &rwc);
1694         else
1695                 rmap_walk(&folio->page, &rwc);
1696 }
1697
1698 /*
1699  * @arg: enum ttu_flags will be passed to this argument.
1700  *
1701  * If TTU_SPLIT_HUGE_PMD is specified any PMD mappings will be split into PTEs
1702  * containing migration entries.
1703  */
1704 static bool try_to_migrate_one(struct page *page, struct vm_area_struct *vma,
1705                      unsigned long address, void *arg)
1706 {
1707         struct folio *folio = page_folio(page);
1708         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
1709         DEFINE_FOLIO_VMA_WALK(pvmw, folio, vma, address, 0);
1710         pte_t pteval;
1711         struct page *subpage;
1712         bool ret = true;
1713         struct mmu_notifier_range range;
1714         enum ttu_flags flags = (enum ttu_flags)(long)arg;
1715
1716         /*
1717          * When racing against e.g. zap_pte_range() on another cpu,
1718          * in between its ptep_get_and_clear_full() and page_remove_rmap(),
1719          * try_to_migrate() may return before page_mapped() has become false,
1720          * if page table locking is skipped: use TTU_SYNC to wait for that.
1721          */
1722         if (flags & TTU_SYNC)
1723                 pvmw.flags = PVMW_SYNC;
1724
1725         /*
1726          * unmap_page() in mm/huge_memory.c is the only user of migration with
1727          * TTU_SPLIT_HUGE_PMD and it wants to freeze.
1728          */
1729         if (flags & TTU_SPLIT_HUGE_PMD)
1730                 split_huge_pmd_address(vma, address, true, folio);
1731
1732         /*
1733          * For THP, we have to assume the worse case ie pmd for invalidation.
1734          * For hugetlb, it could be much worse if we need to do pud
1735          * invalidation in the case of pmd sharing.
1736          *
1737          * Note that the page can not be free in this function as call of
1738          * try_to_unmap() must hold a reference on the page.
1739          */
1740         range.end = vma_address_end(&pvmw);
1741         mmu_notifier_range_init(&range, MMU_NOTIFY_CLEAR, 0, vma, vma->vm_mm,
1742                                 address, range.end);
1743         if (folio_test_hugetlb(folio)) {
1744                 /*
1745                  * If sharing is possible, start and end will be adjusted
1746                  * accordingly.
1747                  */
1748                 adjust_range_if_pmd_sharing_possible(vma, &range.start,
1749                                                      &range.end);
1750         }
1751         mmu_notifier_invalidate_range_start(&range);
1752
1753         while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
1754 #ifdef CONFIG_ARCH_ENABLE_THP_MIGRATION
1755                 /* PMD-mapped THP migration entry */
1756                 if (!pvmw.pte) {
1757                         subpage = folio_page(folio,
1758                                 pmd_pfn(*pvmw.pmd) - folio_pfn(folio));
1759                         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_hugetlb(folio) ||
1760                                         !folio_test_pmd_mappable(folio), folio);
1761
1762                         set_pmd_migration_entry(&pvmw, subpage);
1763                         continue;
1764                 }
1765 #endif
1766
1767                 /* Unexpected PMD-mapped THP? */
1768                 VM_BUG_ON_FOLIO(!pvmw.pte, folio);
1769
1770                 subpage = folio_page(folio,
1771                                 pte_pfn(*pvmw.pte) - folio_pfn(folio));
1772                 address = pvmw.address;
1773
1774                 if (folio_test_hugetlb(folio) && !folio_test_anon(folio)) {
1775                         /*
1776                          * To call huge_pmd_unshare, i_mmap_rwsem must be
1777                          * held in write mode.  Caller needs to explicitly
1778                          * do this outside rmap routines.
1779                          */
1780                         VM_BUG_ON(!(flags & TTU_RMAP_LOCKED));
1781                         if (huge_pmd_unshare(mm, vma, &address, pvmw.pte)) {
1782                                 /*
1783                                  * huge_pmd_unshare unmapped an entire PMD
1784                                  * page.  There is no way of knowing exactly
1785                                  * which PMDs may be cached for this mm, so
1786                                  * we must flush them all.  start/end were
1787                                  * already adjusted above to cover this range.
1788                                  */
1789                                 flush_cache_range(vma, range.start, range.end);
1790                                 flush_tlb_range(vma, range.start, range.end);
1791                                 mmu_notifier_invalidate_range(mm, range.start,
1792                                                               range.end);
1793
1794                                 /*
1795                                  * The ref count of the PMD page was dropped
1796                                  * which is part of the way map counting
1797                                  * is done for shared PMDs.  Return 'true'
1798                                  * here.  When there is no other sharing,
1799                                  * huge_pmd_unshare returns false and we will
1800                                  * unmap the actual page and drop map count
1801                                  * to zero.
1802                                  */
1803                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1804                                 break;
1805                         }
1806                 }
1807
1808                 /* Nuke the page table entry. */
1809                 flush_cache_page(vma, address, pte_pfn(*pvmw.pte));
1810                 pteval = ptep_clear_flush(vma, address, pvmw.pte);
1811
1812                 /* Set the dirty flag on the folio now the pte is gone. */
1813                 if (pte_dirty(pteval))
1814                         folio_mark_dirty(folio);
1815
1816                 /* Update high watermark before we lower rss */
1817                 update_hiwater_rss(mm);
1818
1819                 if (folio_is_zone_device(folio)) {
1820                         unsigned long pfn = folio_pfn(folio);
1821                         swp_entry_t entry;
1822                         pte_t swp_pte;
1823
1824                         /*
1825                          * Store the pfn of the page in a special migration
1826                          * pte. do_swap_page() will wait until the migration
1827                          * pte is removed and then restart fault handling.
1828                          */
1829                         entry = pte_to_swp_entry(pteval);
1830                         if (is_writable_device_private_entry(entry))
1831                                 entry = make_writable_migration_entry(pfn);
1832                         else
1833                                 entry = make_readable_migration_entry(pfn);
1834                         swp_pte = swp_entry_to_pte(entry);
1835
1836                         /*
1837                          * pteval maps a zone device page and is therefore
1838                          * a swap pte.
1839                          */
1840                         if (pte_swp_soft_dirty(pteval))
1841                                 swp_pte = pte_swp_mksoft_dirty(swp_pte);
1842                         if (pte_swp_uffd_wp(pteval))
1843                                 swp_pte = pte_swp_mkuffd_wp(swp_pte);
1844                         set_pte_at(mm, pvmw.address, pvmw.pte, swp_pte);
1845                         /*
1846                          * No need to invalidate here it will synchronize on
1847                          * against the special swap migration pte.
1848                          *
1849                          * The assignment to subpage above was computed from a
1850                          * swap PTE which results in an invalid pointer.
1851                          * Since only PAGE_SIZE pages can currently be
1852                          * migrated, just set it to page. This will need to be
1853                          * changed when hugepage migrations to device private
1854                          * memory are supported.
1855                          */
1856                         subpage = &folio->page;
1857                 } else if (PageHWPoison(subpage)) {
1858                         pteval = swp_entry_to_pte(make_hwpoison_entry(subpage));
1859                         if (folio_test_hugetlb(folio)) {
1860                                 hugetlb_count_sub(folio_nr_pages(folio), mm);
1861                                 set_huge_swap_pte_at(mm, address,
1862                                                      pvmw.pte, pteval,
1863                                                      vma_mmu_pagesize(vma));
1864                         } else {
1865                                 dec_mm_counter(mm, mm_counter(&folio->page));
1866                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
1867                         }
1868
1869                 } else if (pte_unused(pteval) && !userfaultfd_armed(vma)) {
1870                         /*
1871                          * The guest indicated that the page content is of no
1872                          * interest anymore. Simply discard the pte, vmscan
1873                          * will take care of the rest.
1874                          * A future reference will then fault in a new zero
1875                          * page. When userfaultfd is active, we must not drop
1876                          * this page though, as its main user (postcopy
1877                          * migration) will not expect userfaults on already
1878                          * copied pages.
1879                          */
1880                         dec_mm_counter(mm, mm_counter(&folio->page));
1881                         /* We have to invalidate as we cleared the pte */
1882                         mmu_notifier_invalidate_range(mm, address,
1883                                                       address + PAGE_SIZE);
1884                 } else {
1885                         swp_entry_t entry;
1886                         pte_t swp_pte;
1887
1888                         if (arch_unmap_one(mm, vma, address, pteval) < 0) {
1889                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
1890                                 ret = false;
1891                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1892                                 break;
1893                         }
1894
1895                         /*
1896                          * Store the pfn of the page in a special migration
1897                          * pte. do_swap_page() will wait until the migration
1898                          * pte is removed and then restart fault handling.
1899                          */
1900                         if (pte_write(pteval))
1901                                 entry = make_writable_migration_entry(
1902                                                         page_to_pfn(subpage));
1903                         else
1904                                 entry = make_readable_migration_entry(
1905                                                         page_to_pfn(subpage));
1906
1907                         swp_pte = swp_entry_to_pte(entry);
1908                         if (pte_soft_dirty(pteval))
1909                                 swp_pte = pte_swp_mksoft_dirty(swp_pte);
1910                         if (pte_uffd_wp(pteval))
1911                                 swp_pte = pte_swp_mkuffd_wp(swp_pte);
1912                         set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, swp_pte);
1913                         /*
1914                          * No need to invalidate here it will synchronize on
1915                          * against the special swap migration pte.
1916                          */
1917                 }
1918
1919                 /*
1920                  * No need to call mmu_notifier_invalidate_range() it has be
1921                  * done above for all cases requiring it to happen under page
1922                  * table lock before mmu_notifier_invalidate_range_end()
1923                  *
1924                  * See Documentation/vm/mmu_notifier.rst
1925                  */
1926                 page_remove_rmap(subpage, vma, folio_test_hugetlb(folio));
1927                 if (vma->vm_flags & VM_LOCKED)
1928                         mlock_page_drain(smp_processor_id());
1929                 folio_put(folio);
1930         }
1931
1932         mmu_notifier_invalidate_range_end(&range);
1933
1934         return ret;
1935 }
1936
1937 /**
1938  * try_to_migrate - try to replace all page table mappings with swap entries
1939  * @folio: the folio to replace page table entries for
1940  * @flags: action and flags
1941  *
1942  * Tries to remove all the page table entries which are mapping this folio and
1943  * replace them with special swap entries. Caller must hold the folio lock.
1944  */
1945 void try_to_migrate(struct folio *folio, enum ttu_flags flags)
1946 {
1947         struct rmap_walk_control rwc = {
1948                 .rmap_one = try_to_migrate_one,
1949                 .arg = (void *)flags,
1950                 .done = page_not_mapped,
1951                 .anon_lock = page_lock_anon_vma_read,
1952         };
1953
1954         /*
1955          * Migration always ignores mlock and only supports TTU_RMAP_LOCKED and
1956          * TTU_SPLIT_HUGE_PMD and TTU_SYNC flags.
1957          */
1958         if (WARN_ON_ONCE(flags & ~(TTU_RMAP_LOCKED | TTU_SPLIT_HUGE_PMD |
1959                                         TTU_SYNC)))
1960                 return;
1961
1962         if (folio_is_zone_device(folio) && !folio_is_device_private(folio))
1963                 return;
1964
1965         /*
1966          * During exec, a temporary VMA is setup and later moved.
1967          * The VMA is moved under the anon_vma lock but not the
1968          * page tables leading to a race where migration cannot
1969          * find the migration ptes. Rather than increasing the
1970          * locking requirements of exec(), migration skips
1971          * temporary VMAs until after exec() completes.
1972          */
1973         if (!folio_test_ksm(folio) && folio_test_anon(folio))
1974                 rwc.invalid_vma = invalid_migration_vma;
1975
1976         if (flags & TTU_RMAP_LOCKED)
1977                 rmap_walk_locked(&folio->page, &rwc);
1978         else
1979                 rmap_walk(&folio->page, &rwc);
1980 }
1981
1982 #ifdef CONFIG_DEVICE_PRIVATE
1983 struct make_exclusive_args {
1984         struct mm_struct *mm;
1985         unsigned long address;
1986         void *owner;
1987         bool valid;
1988 };
1989
1990 static bool page_make_device_exclusive_one(struct page *page,
1991                 struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, void *priv)
1992 {
1993         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
1994         DEFINE_PAGE_VMA_WALK(pvmw, page, vma, address, 0);
1995         struct make_exclusive_args *args = priv;
1996         pte_t pteval;
1997         struct page *subpage;
1998         bool ret = true;
1999         struct mmu_notifier_range range;
2000         swp_entry_t entry;
2001         pte_t swp_pte;
2002
2003         mmu_notifier_range_init_owner(&range, MMU_NOTIFY_EXCLUSIVE, 0, vma,
2004                                       vma->vm_mm, address, min(vma->vm_end,
2005                                       address + page_size(page)), args->owner);
2006         mmu_notifier_invalidate_range_start(&range);
2007
2008         while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
2009                 /* Unexpected PMD-mapped THP? */
2010                 VM_BUG_ON_PAGE(!pvmw.pte, page);
2011
2012                 if (!pte_present(*pvmw.pte)) {
2013                         ret = false;
2014                         page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
2015                         break;
2016                 }
2017
2018                 subpage = page - page_to_pfn(page) + pte_pfn(*pvmw.pte);
2019                 address = pvmw.address;
2020
2021                 /* Nuke the page table entry. */
2022                 flush_cache_page(vma, address, pte_pfn(*pvmw.pte));
2023                 pteval = ptep_clear_flush(vma, address, pvmw.pte);
2024
2025                 /* Move the dirty bit to the page. Now the pte is gone. */
2026                 if (pte_dirty(pteval))
2027                         set_page_dirty(page);
2028
2029                 /*
2030                  * Check that our target page is still mapped at the expected
2031                  * address.
2032                  */
2033                 if (args->mm == mm && args->address == address &&
2034                     pte_write(pteval))
2035                         args->valid = true;
2036
2037                 /*
2038                  * Store the pfn of the page in a special migration
2039                  * pte. do_swap_page() will wait until the migration
2040                  * pte is removed and then restart fault handling.
2041                  */
2042                 if (pte_write(pteval))
2043                         entry = make_writable_device_exclusive_entry(
2044                                                         page_to_pfn(subpage));
2045                 else
2046                         entry = make_readable_device_exclusive_entry(
2047                                                         page_to_pfn(subpage));
2048                 swp_pte = swp_entry_to_pte(entry);
2049                 if (pte_soft_dirty(pteval))
2050                         swp_pte = pte_swp_mksoft_dirty(swp_pte);
2051                 if (pte_uffd_wp(pteval))
2052                         swp_pte = pte_swp_mkuffd_wp(swp_pte);
2053
2054                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, swp_pte);
2055
2056                 /*
2057                  * There is a reference on the page for the swap entry which has
2058                  * been removed, so shouldn't take another.
2059                  */
2060                 page_remove_rmap(subpage, vma, false);
2061         }
2062
2063         mmu_notifier_invalidate_range_end(&range);
2064
2065         return ret;
2066 }
2067
2068 /**
2069  * page_make_device_exclusive - mark the page exclusively owned by a device
2070  * @page: the page to replace page table entries for
2071  * @mm: the mm_struct where the page is expected to be mapped
2072  * @address: address where the page is expected to be mapped
2073  * @owner: passed to MMU_NOTIFY_EXCLUSIVE range notifier callbacks
2074  *
2075  * Tries to remove all the page table entries which are mapping this page and
2076  * replace them with special device exclusive swap entries to grant a device
2077  * exclusive access to the page. Caller must hold the page lock.
2078  *
2079  * Returns false if the page is still mapped, or if it could not be unmapped
2080  * from the expected address. Otherwise returns true (success).
2081  */
2082 static bool page_make_device_exclusive(struct page *page, struct mm_struct *mm,
2083                                 unsigned long address, void *owner)
2084 {
2085         struct make_exclusive_args args = {
2086                 .mm = mm,
2087                 .address = address,
2088                 .owner = owner,
2089                 .valid = false,
2090         };
2091         struct rmap_walk_control rwc = {
2092                 .rmap_one = page_make_device_exclusive_one,
2093                 .done = page_not_mapped,
2094                 .anon_lock = page_lock_anon_vma_read,
2095                 .arg = &args,
2096         };
2097
2098         /*
2099          * Restrict to anonymous pages for now to avoid potential writeback
2100          * issues. Also tail pages shouldn't be passed to rmap_walk so skip
2101          * those.
2102          */
2103         if (!PageAnon(page) || PageTail(page))
2104                 return false;
2105
2106         rmap_walk(page, &rwc);
2107
2108         return args.valid && !page_mapcount(page);
2109 }
2110
2111 /**
2112  * make_device_exclusive_range() - Mark a range for exclusive use by a device
2113  * @mm: mm_struct of assoicated target process
2114  * @start: start of the region to mark for exclusive device access
2115  * @end: end address of region
2116  * @pages: returns the pages which were successfully marked for exclusive access
2117  * @owner: passed to MMU_NOTIFY_EXCLUSIVE range notifier to allow filtering
2118  *
2119  * Returns: number of pages found in the range by GUP. A page is marked for
2120  * exclusive access only if the page pointer is non-NULL.
2121  *
2122  * This function finds ptes mapping page(s) to the given address range, locks
2123  * them and replaces mappings with special swap entries preventing userspace CPU
2124  * access. On fault these entries are replaced with the original mapping after
2125  * calling MMU notifiers.
2126  *
2127  * A driver using this to program access from a device must use a mmu notifier
2128  * critical section to hold a device specific lock during programming. Once
2129  * programming is complete it should drop the page lock and reference after
2130  * which point CPU access to the page will revoke the exclusive access.
2131  */
2132 int make_device_exclusive_range(struct mm_struct *mm, unsigned long start,
2133                                 unsigned long end, struct page **pages,
2134                                 void *owner)
2135 {
2136         long npages = (end - start) >> PAGE_SHIFT;
2137         long i;
2138
2139         npages = get_user_pages_remote(mm, start, npages,
2140                                        FOLL_GET | FOLL_WRITE | FOLL_SPLIT_PMD,
2141                                        pages, NULL, NULL);
2142         if (npages < 0)
2143                 return npages;
2144
2145         for (i = 0; i < npages; i++, start += PAGE_SIZE) {
2146                 if (!trylock_page(pages[i])) {
2147                         put_page(pages[i]);
2148                         pages[i] = NULL;
2149                         continue;
2150                 }
2151
2152                 if (!page_make_device_exclusive(pages[i], mm, start, owner)) {
2153                         unlock_page(pages[i]);
2154                         put_page(pages[i]);
2155                         pages[i] = NULL;
2156                 }
2157         }
2158
2159         return npages;
2160 }
2161 EXPORT_SYMBOL_GPL(make_device_exclusive_range);
2162 #endif
2163
2164 void __put_anon_vma(struct anon_vma *anon_vma)
2165 {
2166         struct anon_vma *root = anon_vma->root;
2167
2168         anon_vma_free(anon_vma);
2169         if (root != anon_vma && atomic_dec_and_test(&root->refcount))
2170                 anon_vma_free(root);
2171 }
2172
2173 static struct anon_vma *rmap_walk_anon_lock(struct page *page,
2174                                         struct rmap_walk_control *rwc)
2175 {
2176         struct anon_vma *anon_vma;
2177
2178         if (rwc->anon_lock)
2179                 return rwc->anon_lock(page);
2180
2181         /*
2182          * Note: remove_migration_ptes() cannot use page_lock_anon_vma_read()
2183          * because that depends on page_mapped(); but not all its usages
2184          * are holding mmap_lock. Users without mmap_lock are required to
2185          * take a reference count to prevent the anon_vma disappearing
2186          */
2187         anon_vma = page_anon_vma(page);
2188         if (!anon_vma)
2189                 return NULL;
2190
2191         anon_vma_lock_read(anon_vma);
2192         return anon_vma;
2193 }
2194
2195 /*
2196  * rmap_walk_anon - do something to anonymous page using the object-based
2197  * rmap method
2198  * @page: the page to be handled
2199  * @rwc: control variable according to each walk type
2200  *
2201  * Find all the mappings of a page using the mapping pointer and the vma chains
2202  * contained in the anon_vma struct it points to.
2203  */
2204 static void rmap_walk_anon(struct page *page, struct rmap_walk_control *rwc,
2205                 bool locked)
2206 {
2207         struct anon_vma *anon_vma;
2208         pgoff_t pgoff_start, pgoff_end;
2209         struct anon_vma_chain *avc;
2210
2211         if (locked) {
2212                 anon_vma = page_anon_vma(page);
2213                 /* anon_vma disappear under us? */
2214                 VM_BUG_ON_PAGE(!anon_vma, page);
2215         } else {
2216                 anon_vma = rmap_walk_anon_lock(page, rwc);
2217         }
2218         if (!anon_vma)
2219                 return;
2220
2221         pgoff_start = page_to_pgoff(page);
2222         pgoff_end = pgoff_start + thp_nr_pages(page) - 1;
2223         anon_vma_interval_tree_foreach(avc, &anon_vma->rb_root,
2224                         pgoff_start, pgoff_end) {
2225                 struct vm_area_struct *vma = avc->vma;
2226                 unsigned long address = vma_address(page, vma);
2227
2228                 VM_BUG_ON_VMA(address == -EFAULT, vma);
2229                 cond_resched();
2230
2231                 if (rwc->invalid_vma && rwc->invalid_vma(vma, rwc->arg))
2232                         continue;
2233
2234                 if (!rwc->rmap_one(page, vma, address, rwc->arg))
2235                         break;
2236                 if (rwc->done && rwc->done(page))
2237                         break;
2238         }
2239
2240         if (!locked)
2241                 anon_vma_unlock_read(anon_vma);
2242 }
2243
2244 /*
2245  * rmap_walk_file - do something to file page using the object-based rmap method
2246  * @page: the page to be handled
2247  * @rwc: control variable according to each walk type
2248  *
2249  * Find all the mappings of a page using the mapping pointer and the vma chains
2250  * contained in the address_space struct it points to.
2251  */
2252 static void rmap_walk_file(struct page *page, struct rmap_walk_control *rwc,
2253                 bool locked)
2254 {
2255         struct address_space *mapping = page_mapping(page);
2256         pgoff_t pgoff_start, pgoff_end;
2257         struct vm_area_struct *vma;
2258
2259         /*
2260          * The page lock not only makes sure that page->mapping cannot
2261          * suddenly be NULLified by truncation, it makes sure that the
2262          * structure at mapping cannot be freed and reused yet,
2263          * so we can safely take mapping->i_mmap_rwsem.
2264          */
2265         VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(page), page);
2266
2267         if (!mapping)
2268                 return;
2269
2270         pgoff_start = page_to_pgoff(page);
2271         pgoff_end = pgoff_start + thp_nr_pages(page) - 1;
2272         if (!locked)
2273                 i_mmap_lock_read(mapping);
2274         vma_interval_tree_foreach(vma, &mapping->i_mmap,
2275                         pgoff_start, pgoff_end) {
2276                 unsigned long address = vma_address(page, vma);
2277
2278                 VM_BUG_ON_VMA(address == -EFAULT, vma);
2279                 cond_resched();
2280
2281                 if (rwc->invalid_vma && rwc->invalid_vma(vma, rwc->arg))
2282                         continue;
2283
2284                 if (!rwc->rmap_one(page, vma, address, rwc->arg))
2285                         goto done;
2286                 if (rwc->done && rwc->done(page))
2287                         goto done;
2288         }
2289
2290 done:
2291         if (!locked)
2292                 i_mmap_unlock_read(mapping);
2293 }
2294
2295 void rmap_walk(struct page *page, struct rmap_walk_control *rwc)
2296 {
2297         if (unlikely(PageKsm(page)))
2298                 rmap_walk_ksm(page, rwc);
2299         else if (PageAnon(page))
2300                 rmap_walk_anon(page, rwc, false);
2301         else
2302                 rmap_walk_file(page, rwc, false);
2303 }
2304
2305 /* Like rmap_walk, but caller holds relevant rmap lock */
2306 void rmap_walk_locked(struct page *page, struct rmap_walk_control *rwc)
2307 {
2308         /* no ksm support for now */
2309         VM_BUG_ON_PAGE(PageKsm(page), page);
2310         if (PageAnon(page))
2311                 rmap_walk_anon(page, rwc, true);
2312         else
2313                 rmap_walk_file(page, rwc, true);
2314 }
2315
2316 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
2317 /*
2318  * The following two functions are for anonymous (private mapped) hugepages.
2319  * Unlike common anonymous pages, anonymous hugepages have no accounting code
2320  * and no lru code, because we handle hugepages differently from common pages.
2321  */
2322 void hugepage_add_anon_rmap(struct page *page,
2323                             struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
2324 {
2325         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
2326         int first;
2327
2328         BUG_ON(!PageLocked(page));
2329         BUG_ON(!anon_vma);
2330         /* address might be in next vma when migration races vma_adjust */
2331         first = atomic_inc_and_test(compound_mapcount_ptr(page));
2332         if (first)
2333                 __page_set_anon_rmap(page, vma, address, 0);
2334 }
2335
2336 void hugepage_add_new_anon_rmap(struct page *page,
2337                         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
2338 {
2339         BUG_ON(address < vma->vm_start || address >= vma->vm_end);
2340         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), 0);
2341         atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
2342
2343         __page_set_anon_rmap(page, vma, address, 1);
2344 }
2345 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE */