68ce283e84be82062f33c9d9785069e3b0763d13
[linux-2.6-block.git] / mm / swapfile.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/swapfile.c
4  *
5  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
6  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
7  */
8
9 #include <linux/blkdev.h>
10 #include <linux/mm.h>
11 #include <linux/sched/mm.h>
12 #include <linux/sched/task.h>
13 #include <linux/hugetlb.h>
14 #include <linux/mman.h>
15 #include <linux/slab.h>
16 #include <linux/kernel_stat.h>
17 #include <linux/swap.h>
18 #include <linux/vmalloc.h>
19 #include <linux/pagemap.h>
20 #include <linux/namei.h>
21 #include <linux/shmem_fs.h>
22 #include <linux/blk-cgroup.h>
23 #include <linux/random.h>
24 #include <linux/writeback.h>
25 #include <linux/proc_fs.h>
26 #include <linux/seq_file.h>
27 #include <linux/init.h>
28 #include <linux/ksm.h>
29 #include <linux/rmap.h>
30 #include <linux/security.h>
31 #include <linux/backing-dev.h>
32 #include <linux/mutex.h>
33 #include <linux/capability.h>
34 #include <linux/syscalls.h>
35 #include <linux/memcontrol.h>
36 #include <linux/poll.h>
37 #include <linux/oom.h>
38 #include <linux/swapfile.h>
39 #include <linux/export.h>
40 #include <linux/sort.h>
41 #include <linux/completion.h>
42 #include <linux/suspend.h>
43 #include <linux/zswap.h>
44 #include <linux/plist.h>
45
46 #include <asm/tlbflush.h>
47 #include <linux/swapops.h>
48 #include <linux/swap_cgroup.h>
49 #include "internal.h"
50 #include "swap.h"
51
52 static bool swap_count_continued(struct swap_info_struct *, pgoff_t,
53                                  unsigned char);
54 static void free_swap_count_continuations(struct swap_info_struct *);
55 static void swap_entries_free(struct swap_info_struct *si,
56                               struct swap_cluster_info *ci,
57                               swp_entry_t entry, unsigned int nr_pages);
58 static void swap_range_alloc(struct swap_info_struct *si,
59                              unsigned int nr_entries);
60 static bool folio_swapcache_freeable(struct folio *folio);
61 static struct swap_cluster_info *lock_cluster(struct swap_info_struct *si,
62                                               unsigned long offset);
63 static inline void unlock_cluster(struct swap_cluster_info *ci);
64
65 static DEFINE_SPINLOCK(swap_lock);
66 static unsigned int nr_swapfiles;
67 atomic_long_t nr_swap_pages;
68 /*
69  * Some modules use swappable objects and may try to swap them out under
70  * memory pressure (via the shrinker). Before doing so, they may wish to
71  * check to see if any swap space is available.
72  */
73 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_swap_pages);
74 /* protected with swap_lock. reading in vm_swap_full() doesn't need lock */
75 long total_swap_pages;
76 static int least_priority = -1;
77 unsigned long swapfile_maximum_size;
78 #ifdef CONFIG_MIGRATION
79 bool swap_migration_ad_supported;
80 #endif  /* CONFIG_MIGRATION */
81
82 static const char Bad_file[] = "Bad swap file entry ";
83 static const char Unused_file[] = "Unused swap file entry ";
84 static const char Bad_offset[] = "Bad swap offset entry ";
85 static const char Unused_offset[] = "Unused swap offset entry ";
86
87 /*
88  * all active swap_info_structs
89  * protected with swap_lock, and ordered by priority.
90  */
91 static PLIST_HEAD(swap_active_head);
92
93 /*
94  * all available (active, not full) swap_info_structs
95  * protected with swap_avail_lock, ordered by priority.
96  * This is used by folio_alloc_swap() instead of swap_active_head
97  * because swap_active_head includes all swap_info_structs,
98  * but folio_alloc_swap() doesn't need to look at full ones.
99  * This uses its own lock instead of swap_lock because when a
100  * swap_info_struct changes between not-full/full, it needs to
101  * add/remove itself to/from this list, but the swap_info_struct->lock
102  * is held and the locking order requires swap_lock to be taken
103  * before any swap_info_struct->lock.
104  */
105 static struct plist_head *swap_avail_heads;
106 static DEFINE_SPINLOCK(swap_avail_lock);
107
108 static struct swap_info_struct *swap_info[MAX_SWAPFILES];
109
110 static DEFINE_MUTEX(swapon_mutex);
111
112 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(proc_poll_wait);
113 /* Activity counter to indicate that a swapon or swapoff has occurred */
114 static atomic_t proc_poll_event = ATOMIC_INIT(0);
115
116 atomic_t nr_rotate_swap = ATOMIC_INIT(0);
117
118 struct percpu_swap_cluster {
119         struct swap_info_struct *si[SWAP_NR_ORDERS];
120         unsigned long offset[SWAP_NR_ORDERS];
121         local_lock_t lock;
122 };
123
124 static DEFINE_PER_CPU(struct percpu_swap_cluster, percpu_swap_cluster) = {
125         .si = { NULL },
126         .offset = { SWAP_ENTRY_INVALID },
127         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(),
128 };
129
130 static struct swap_info_struct *swap_type_to_swap_info(int type)
131 {
132         if (type >= MAX_SWAPFILES)
133                 return NULL;
134
135         return READ_ONCE(swap_info[type]); /* rcu_dereference() */
136 }
137
138 static inline unsigned char swap_count(unsigned char ent)
139 {
140         return ent & ~SWAP_HAS_CACHE;   /* may include COUNT_CONTINUED flag */
141 }
142
143 /*
144  * Use the second highest bit of inuse_pages counter as the indicator
145  * if one swap device is on the available plist, so the atomic can
146  * still be updated arithmetically while having special data embedded.
147  *
148  * inuse_pages counter is the only thing indicating if a device should
149  * be on avail_lists or not (except swapon / swapoff). By embedding the
150  * off-list bit in the atomic counter, updates no longer need any lock
151  * to check the list status.
152  *
153  * This bit will be set if the device is not on the plist and not
154  * usable, will be cleared if the device is on the plist.
155  */
156 #define SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT (1UL << (BITS_PER_TYPE(atomic_t) - 2))
157 #define SWAP_USAGE_COUNTER_MASK (~SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT)
158 static long swap_usage_in_pages(struct swap_info_struct *si)
159 {
160         return atomic_long_read(&si->inuse_pages) & SWAP_USAGE_COUNTER_MASK;
161 }
162
163 /* Reclaim the swap entry anyway if possible */
164 #define TTRS_ANYWAY             0x1
165 /*
166  * Reclaim the swap entry if there are no more mappings of the
167  * corresponding page
168  */
169 #define TTRS_UNMAPPED           0x2
170 /* Reclaim the swap entry if swap is getting full */
171 #define TTRS_FULL               0x4
172
173 static bool swap_only_has_cache(struct swap_info_struct *si,
174                               unsigned long offset, int nr_pages)
175 {
176         unsigned char *map = si->swap_map + offset;
177         unsigned char *map_end = map + nr_pages;
178
179         do {
180                 VM_BUG_ON(!(*map & SWAP_HAS_CACHE));
181                 if (*map != SWAP_HAS_CACHE)
182                         return false;
183         } while (++map < map_end);
184
185         return true;
186 }
187
188 static bool swap_is_last_map(struct swap_info_struct *si,
189                 unsigned long offset, int nr_pages, bool *has_cache)
190 {
191         unsigned char *map = si->swap_map + offset;
192         unsigned char *map_end = map + nr_pages;
193         unsigned char count = *map;
194
195         if (swap_count(count) != 1 && swap_count(count) != SWAP_MAP_SHMEM)
196                 return false;
197
198         while (++map < map_end) {
199                 if (*map != count)
200                         return false;
201         }
202
203         *has_cache = !!(count & SWAP_HAS_CACHE);
204         return true;
205 }
206
207 /*
208  * returns number of pages in the folio that backs the swap entry. If positive,
209  * the folio was reclaimed. If negative, the folio was not reclaimed. If 0, no
210  * folio was associated with the swap entry.
211  */
212 static int __try_to_reclaim_swap(struct swap_info_struct *si,
213                                  unsigned long offset, unsigned long flags)
214 {
215         swp_entry_t entry = swp_entry(si->type, offset);
216         struct address_space *address_space = swap_address_space(entry);
217         struct swap_cluster_info *ci;
218         struct folio *folio;
219         int ret, nr_pages;
220         bool need_reclaim;
221
222 again:
223         folio = filemap_get_folio(address_space, swap_cache_index(entry));
224         if (IS_ERR(folio))
225                 return 0;
226
227         nr_pages = folio_nr_pages(folio);
228         ret = -nr_pages;
229
230         /*
231          * When this function is called from scan_swap_map_slots() and it's
232          * called by vmscan.c at reclaiming folios. So we hold a folio lock
233          * here. We have to use trylock for avoiding deadlock. This is a special
234          * case and you should use folio_free_swap() with explicit folio_lock()
235          * in usual operations.
236          */
237         if (!folio_trylock(folio))
238                 goto out;
239
240         /*
241          * Offset could point to the middle of a large folio, or folio
242          * may no longer point to the expected offset before it's locked.
243          */
244         entry = folio->swap;
245         if (offset < swp_offset(entry) || offset >= swp_offset(entry) + nr_pages) {
246                 folio_unlock(folio);
247                 folio_put(folio);
248                 goto again;
249         }
250         offset = swp_offset(entry);
251
252         need_reclaim = ((flags & TTRS_ANYWAY) ||
253                         ((flags & TTRS_UNMAPPED) && !folio_mapped(folio)) ||
254                         ((flags & TTRS_FULL) && mem_cgroup_swap_full(folio)));
255         if (!need_reclaim || !folio_swapcache_freeable(folio))
256                 goto out_unlock;
257
258         /*
259          * It's safe to delete the folio from swap cache only if the folio's
260          * swap_map is HAS_CACHE only, which means the slots have no page table
261          * reference or pending writeback, and can't be allocated to others.
262          */
263         ci = lock_cluster(si, offset);
264         need_reclaim = swap_only_has_cache(si, offset, nr_pages);
265         unlock_cluster(ci);
266         if (!need_reclaim)
267                 goto out_unlock;
268
269         delete_from_swap_cache(folio);
270         folio_set_dirty(folio);
271         ret = nr_pages;
272 out_unlock:
273         folio_unlock(folio);
274 out:
275         folio_put(folio);
276         return ret;
277 }
278
279 static inline struct swap_extent *first_se(struct swap_info_struct *sis)
280 {
281         struct rb_node *rb = rb_first(&sis->swap_extent_root);
282         return rb_entry(rb, struct swap_extent, rb_node);
283 }
284
285 static inline struct swap_extent *next_se(struct swap_extent *se)
286 {
287         struct rb_node *rb = rb_next(&se->rb_node);
288         return rb ? rb_entry(rb, struct swap_extent, rb_node) : NULL;
289 }
290
291 /*
292  * swapon tell device that all the old swap contents can be discarded,
293  * to allow the swap device to optimize its wear-levelling.
294  */
295 static int discard_swap(struct swap_info_struct *si)
296 {
297         struct swap_extent *se;
298         sector_t start_block;
299         sector_t nr_blocks;
300         int err = 0;
301
302         /* Do not discard the swap header page! */
303         se = first_se(si);
304         start_block = (se->start_block + 1) << (PAGE_SHIFT - 9);
305         nr_blocks = ((sector_t)se->nr_pages - 1) << (PAGE_SHIFT - 9);
306         if (nr_blocks) {
307                 err = blkdev_issue_discard(si->bdev, start_block,
308                                 nr_blocks, GFP_KERNEL);
309                 if (err)
310                         return err;
311                 cond_resched();
312         }
313
314         for (se = next_se(se); se; se = next_se(se)) {
315                 start_block = se->start_block << (PAGE_SHIFT - 9);
316                 nr_blocks = (sector_t)se->nr_pages << (PAGE_SHIFT - 9);
317
318                 err = blkdev_issue_discard(si->bdev, start_block,
319                                 nr_blocks, GFP_KERNEL);
320                 if (err)
321                         break;
322
323                 cond_resched();
324         }
325         return err;             /* That will often be -EOPNOTSUPP */
326 }
327
328 static struct swap_extent *
329 offset_to_swap_extent(struct swap_info_struct *sis, unsigned long offset)
330 {
331         struct swap_extent *se;
332         struct rb_node *rb;
333
334         rb = sis->swap_extent_root.rb_node;
335         while (rb) {
336                 se = rb_entry(rb, struct swap_extent, rb_node);
337                 if (offset < se->start_page)
338                         rb = rb->rb_left;
339                 else if (offset >= se->start_page + se->nr_pages)
340                         rb = rb->rb_right;
341                 else
342                         return se;
343         }
344         /* It *must* be present */
345         BUG();
346 }
347
348 sector_t swap_folio_sector(struct folio *folio)
349 {
350         struct swap_info_struct *sis = swp_swap_info(folio->swap);
351         struct swap_extent *se;
352         sector_t sector;
353         pgoff_t offset;
354
355         offset = swp_offset(folio->swap);
356         se = offset_to_swap_extent(sis, offset);
357         sector = se->start_block + (offset - se->start_page);
358         return sector << (PAGE_SHIFT - 9);
359 }
360
361 /*
362  * swap allocation tell device that a cluster of swap can now be discarded,
363  * to allow the swap device to optimize its wear-levelling.
364  */
365 static void discard_swap_cluster(struct swap_info_struct *si,
366                                  pgoff_t start_page, pgoff_t nr_pages)
367 {
368         struct swap_extent *se = offset_to_swap_extent(si, start_page);
369
370         while (nr_pages) {
371                 pgoff_t offset = start_page - se->start_page;
372                 sector_t start_block = se->start_block + offset;
373                 sector_t nr_blocks = se->nr_pages - offset;
374
375                 if (nr_blocks > nr_pages)
376                         nr_blocks = nr_pages;
377                 start_page += nr_blocks;
378                 nr_pages -= nr_blocks;
379
380                 start_block <<= PAGE_SHIFT - 9;
381                 nr_blocks <<= PAGE_SHIFT - 9;
382                 if (blkdev_issue_discard(si->bdev, start_block,
383                                         nr_blocks, GFP_NOIO))
384                         break;
385
386                 se = next_se(se);
387         }
388 }
389
390 #ifdef CONFIG_THP_SWAP
391 #define SWAPFILE_CLUSTER        HPAGE_PMD_NR
392
393 #define swap_entry_order(order) (order)
394 #else
395 #define SWAPFILE_CLUSTER        256
396
397 /*
398  * Define swap_entry_order() as constant to let compiler to optimize
399  * out some code if !CONFIG_THP_SWAP
400  */
401 #define swap_entry_order(order) 0
402 #endif
403 #define LATENCY_LIMIT           256
404
405 static inline bool cluster_is_empty(struct swap_cluster_info *info)
406 {
407         return info->count == 0;
408 }
409
410 static inline bool cluster_is_discard(struct swap_cluster_info *info)
411 {
412         return info->flags == CLUSTER_FLAG_DISCARD;
413 }
414
415 static inline bool cluster_is_usable(struct swap_cluster_info *ci, int order)
416 {
417         if (unlikely(ci->flags > CLUSTER_FLAG_USABLE))
418                 return false;
419         if (!order)
420                 return true;
421         return cluster_is_empty(ci) || order == ci->order;
422 }
423
424 static inline unsigned int cluster_index(struct swap_info_struct *si,
425                                          struct swap_cluster_info *ci)
426 {
427         return ci - si->cluster_info;
428 }
429
430 static inline struct swap_cluster_info *offset_to_cluster(struct swap_info_struct *si,
431                                                           unsigned long offset)
432 {
433         return &si->cluster_info[offset / SWAPFILE_CLUSTER];
434 }
435
436 static inline unsigned int cluster_offset(struct swap_info_struct *si,
437                                           struct swap_cluster_info *ci)
438 {
439         return cluster_index(si, ci) * SWAPFILE_CLUSTER;
440 }
441
442 static inline struct swap_cluster_info *lock_cluster(struct swap_info_struct *si,
443                                                      unsigned long offset)
444 {
445         struct swap_cluster_info *ci;
446
447         ci = offset_to_cluster(si, offset);
448         spin_lock(&ci->lock);
449
450         return ci;
451 }
452
453 static inline void unlock_cluster(struct swap_cluster_info *ci)
454 {
455         spin_unlock(&ci->lock);
456 }
457
458 static void move_cluster(struct swap_info_struct *si,
459                          struct swap_cluster_info *ci, struct list_head *list,
460                          enum swap_cluster_flags new_flags)
461 {
462         VM_WARN_ON(ci->flags == new_flags);
463
464         BUILD_BUG_ON(1 << sizeof(ci->flags) * BITS_PER_BYTE < CLUSTER_FLAG_MAX);
465         lockdep_assert_held(&ci->lock);
466
467         spin_lock(&si->lock);
468         if (ci->flags == CLUSTER_FLAG_NONE)
469                 list_add_tail(&ci->list, list);
470         else
471                 list_move_tail(&ci->list, list);
472         spin_unlock(&si->lock);
473
474         if (ci->flags == CLUSTER_FLAG_FRAG)
475                 atomic_long_dec(&si->frag_cluster_nr[ci->order]);
476         else if (new_flags == CLUSTER_FLAG_FRAG)
477                 atomic_long_inc(&si->frag_cluster_nr[ci->order]);
478         ci->flags = new_flags;
479 }
480
481 /* Add a cluster to discard list and schedule it to do discard */
482 static void swap_cluster_schedule_discard(struct swap_info_struct *si,
483                 struct swap_cluster_info *ci)
484 {
485         VM_BUG_ON(ci->flags == CLUSTER_FLAG_FREE);
486         move_cluster(si, ci, &si->discard_clusters, CLUSTER_FLAG_DISCARD);
487         schedule_work(&si->discard_work);
488 }
489
490 static void __free_cluster(struct swap_info_struct *si, struct swap_cluster_info *ci)
491 {
492         lockdep_assert_held(&ci->lock);
493         move_cluster(si, ci, &si->free_clusters, CLUSTER_FLAG_FREE);
494         ci->order = 0;
495 }
496
497 /*
498  * Isolate and lock the first cluster that is not contented on a list,
499  * clean its flag before taken off-list. Cluster flag must be in sync
500  * with list status, so cluster updaters can always know the cluster
501  * list status without touching si lock.
502  *
503  * Note it's possible that all clusters on a list are contented so
504  * this returns NULL for an non-empty list.
505  */
506 static struct swap_cluster_info *isolate_lock_cluster(
507                 struct swap_info_struct *si, struct list_head *list)
508 {
509         struct swap_cluster_info *ci, *ret = NULL;
510
511         spin_lock(&si->lock);
512
513         if (unlikely(!(si->flags & SWP_WRITEOK)))
514                 goto out;
515
516         list_for_each_entry(ci, list, list) {
517                 if (!spin_trylock(&ci->lock))
518                         continue;
519
520                 /* We may only isolate and clear flags of following lists */
521                 VM_BUG_ON(!ci->flags);
522                 VM_BUG_ON(ci->flags > CLUSTER_FLAG_USABLE &&
523                           ci->flags != CLUSTER_FLAG_FULL);
524
525                 list_del(&ci->list);
526                 ci->flags = CLUSTER_FLAG_NONE;
527                 ret = ci;
528                 break;
529         }
530 out:
531         spin_unlock(&si->lock);
532
533         return ret;
534 }
535
536 /*
537  * Doing discard actually. After a cluster discard is finished, the cluster
538  * will be added to free cluster list. Discard cluster is a bit special as
539  * they don't participate in allocation or reclaim, so clusters marked as
540  * CLUSTER_FLAG_DISCARD must remain off-list or on discard list.
541  */
542 static bool swap_do_scheduled_discard(struct swap_info_struct *si)
543 {
544         struct swap_cluster_info *ci;
545         bool ret = false;
546         unsigned int idx;
547
548         spin_lock(&si->lock);
549         while (!list_empty(&si->discard_clusters)) {
550                 ci = list_first_entry(&si->discard_clusters, struct swap_cluster_info, list);
551                 /*
552                  * Delete the cluster from list to prepare for discard, but keep
553                  * the CLUSTER_FLAG_DISCARD flag, percpu_swap_cluster could be
554                  * pointing to it, or ran into by relocate_cluster.
555                  */
556                 list_del(&ci->list);
557                 idx = cluster_index(si, ci);
558                 spin_unlock(&si->lock);
559                 discard_swap_cluster(si, idx * SWAPFILE_CLUSTER,
560                                 SWAPFILE_CLUSTER);
561
562                 spin_lock(&ci->lock);
563                 /*
564                  * Discard is done, clear its flags as it's off-list, then
565                  * return the cluster to allocation list.
566                  */
567                 ci->flags = CLUSTER_FLAG_NONE;
568                 __free_cluster(si, ci);
569                 spin_unlock(&ci->lock);
570                 ret = true;
571                 spin_lock(&si->lock);
572         }
573         spin_unlock(&si->lock);
574         return ret;
575 }
576
577 static void swap_discard_work(struct work_struct *work)
578 {
579         struct swap_info_struct *si;
580
581         si = container_of(work, struct swap_info_struct, discard_work);
582
583         swap_do_scheduled_discard(si);
584 }
585
586 static void swap_users_ref_free(struct percpu_ref *ref)
587 {
588         struct swap_info_struct *si;
589
590         si = container_of(ref, struct swap_info_struct, users);
591         complete(&si->comp);
592 }
593
594 /*
595  * Must be called after freeing if ci->count == 0, moves the cluster to free
596  * or discard list.
597  */
598 static void free_cluster(struct swap_info_struct *si, struct swap_cluster_info *ci)
599 {
600         VM_BUG_ON(ci->count != 0);
601         VM_BUG_ON(ci->flags == CLUSTER_FLAG_FREE);
602         lockdep_assert_held(&ci->lock);
603
604         /*
605          * If the swap is discardable, prepare discard the cluster
606          * instead of free it immediately. The cluster will be freed
607          * after discard.
608          */
609         if ((si->flags & (SWP_WRITEOK | SWP_PAGE_DISCARD)) ==
610             (SWP_WRITEOK | SWP_PAGE_DISCARD)) {
611                 swap_cluster_schedule_discard(si, ci);
612                 return;
613         }
614
615         __free_cluster(si, ci);
616 }
617
618 /*
619  * Must be called after freeing if ci->count != 0, moves the cluster to
620  * nonfull list.
621  */
622 static void partial_free_cluster(struct swap_info_struct *si,
623                                  struct swap_cluster_info *ci)
624 {
625         VM_BUG_ON(!ci->count || ci->count == SWAPFILE_CLUSTER);
626         lockdep_assert_held(&ci->lock);
627
628         if (ci->flags != CLUSTER_FLAG_NONFULL)
629                 move_cluster(si, ci, &si->nonfull_clusters[ci->order],
630                              CLUSTER_FLAG_NONFULL);
631 }
632
633 /*
634  * Must be called after allocation, moves the cluster to full or frag list.
635  * Note: allocation doesn't acquire si lock, and may drop the ci lock for
636  * reclaim, so the cluster could be any where when called.
637  */
638 static void relocate_cluster(struct swap_info_struct *si,
639                              struct swap_cluster_info *ci)
640 {
641         lockdep_assert_held(&ci->lock);
642
643         /* Discard cluster must remain off-list or on discard list */
644         if (cluster_is_discard(ci))
645                 return;
646
647         if (!ci->count) {
648                 if (ci->flags != CLUSTER_FLAG_FREE)
649                         free_cluster(si, ci);
650         } else if (ci->count != SWAPFILE_CLUSTER) {
651                 if (ci->flags != CLUSTER_FLAG_FRAG)
652                         move_cluster(si, ci, &si->frag_clusters[ci->order],
653                                      CLUSTER_FLAG_FRAG);
654         } else {
655                 if (ci->flags != CLUSTER_FLAG_FULL)
656                         move_cluster(si, ci, &si->full_clusters,
657                                      CLUSTER_FLAG_FULL);
658         }
659 }
660
661 /*
662  * The cluster corresponding to page_nr will be used. The cluster will not be
663  * added to free cluster list and its usage counter will be increased by 1.
664  * Only used for initialization.
665  */
666 static void inc_cluster_info_page(struct swap_info_struct *si,
667         struct swap_cluster_info *cluster_info, unsigned long page_nr)
668 {
669         unsigned long idx = page_nr / SWAPFILE_CLUSTER;
670         struct swap_cluster_info *ci;
671
672         ci = cluster_info + idx;
673         ci->count++;
674
675         VM_BUG_ON(ci->count > SWAPFILE_CLUSTER);
676         VM_BUG_ON(ci->flags);
677 }
678
679 static bool cluster_reclaim_range(struct swap_info_struct *si,
680                                   struct swap_cluster_info *ci,
681                                   unsigned long start, unsigned long end)
682 {
683         unsigned char *map = si->swap_map;
684         unsigned long offset = start;
685         int nr_reclaim;
686
687         spin_unlock(&ci->lock);
688         do {
689                 switch (READ_ONCE(map[offset])) {
690                 case 0:
691                         offset++;
692                         break;
693                 case SWAP_HAS_CACHE:
694                         nr_reclaim = __try_to_reclaim_swap(si, offset, TTRS_ANYWAY);
695                         if (nr_reclaim > 0)
696                                 offset += nr_reclaim;
697                         else
698                                 goto out;
699                         break;
700                 default:
701                         goto out;
702                 }
703         } while (offset < end);
704 out:
705         spin_lock(&ci->lock);
706         /*
707          * Recheck the range no matter reclaim succeeded or not, the slot
708          * could have been be freed while we are not holding the lock.
709          */
710         for (offset = start; offset < end; offset++)
711                 if (READ_ONCE(map[offset]))
712                         return false;
713
714         return true;
715 }
716
717 static bool cluster_scan_range(struct swap_info_struct *si,
718                                struct swap_cluster_info *ci,
719                                unsigned long start, unsigned int nr_pages,
720                                bool *need_reclaim)
721 {
722         unsigned long offset, end = start + nr_pages;
723         unsigned char *map = si->swap_map;
724
725         if (cluster_is_empty(ci))
726                 return true;
727
728         for (offset = start; offset < end; offset++) {
729                 switch (READ_ONCE(map[offset])) {
730                 case 0:
731                         continue;
732                 case SWAP_HAS_CACHE:
733                         if (!vm_swap_full())
734                                 return false;
735                         *need_reclaim = true;
736                         continue;
737                 default:
738                         return false;
739                 }
740         }
741
742         return true;
743 }
744
745 static bool cluster_alloc_range(struct swap_info_struct *si, struct swap_cluster_info *ci,
746                                 unsigned int start, unsigned char usage,
747                                 unsigned int order)
748 {
749         unsigned int nr_pages = 1 << order;
750
751         lockdep_assert_held(&ci->lock);
752
753         if (!(si->flags & SWP_WRITEOK))
754                 return false;
755
756         /*
757          * The first allocation in a cluster makes the
758          * cluster exclusive to this order
759          */
760         if (cluster_is_empty(ci))
761                 ci->order = order;
762
763         memset(si->swap_map + start, usage, nr_pages);
764         swap_range_alloc(si, nr_pages);
765         ci->count += nr_pages;
766
767         return true;
768 }
769
770 /* Try use a new cluster for current CPU and allocate from it. */
771 static unsigned int alloc_swap_scan_cluster(struct swap_info_struct *si,
772                                             struct swap_cluster_info *ci,
773                                             unsigned long offset,
774                                             unsigned int order,
775                                             unsigned char usage)
776 {
777         unsigned int next = SWAP_ENTRY_INVALID, found = SWAP_ENTRY_INVALID;
778         unsigned long start = ALIGN_DOWN(offset, SWAPFILE_CLUSTER);
779         unsigned long end = min(start + SWAPFILE_CLUSTER, si->max);
780         unsigned int nr_pages = 1 << order;
781         bool need_reclaim, ret;
782
783         lockdep_assert_held(&ci->lock);
784
785         if (end < nr_pages || ci->count + nr_pages > SWAPFILE_CLUSTER)
786                 goto out;
787
788         for (end -= nr_pages; offset <= end; offset += nr_pages) {
789                 need_reclaim = false;
790                 if (!cluster_scan_range(si, ci, offset, nr_pages, &need_reclaim))
791                         continue;
792                 if (need_reclaim) {
793                         ret = cluster_reclaim_range(si, ci, offset, offset + nr_pages);
794                         /*
795                          * Reclaim drops ci->lock and cluster could be used
796                          * by another order. Not checking flag as off-list
797                          * cluster has no flag set, and change of list
798                          * won't cause fragmentation.
799                          */
800                         if (!cluster_is_usable(ci, order))
801                                 goto out;
802                         if (cluster_is_empty(ci))
803                                 offset = start;
804                         /* Reclaim failed but cluster is usable, try next */
805                         if (!ret)
806                                 continue;
807                 }
808                 if (!cluster_alloc_range(si, ci, offset, usage, order))
809                         break;
810                 found = offset;
811                 offset += nr_pages;
812                 if (ci->count < SWAPFILE_CLUSTER && offset <= end)
813                         next = offset;
814                 break;
815         }
816 out:
817         relocate_cluster(si, ci);
818         unlock_cluster(ci);
819         if (si->flags & SWP_SOLIDSTATE) {
820                 this_cpu_write(percpu_swap_cluster.offset[order], next);
821                 this_cpu_write(percpu_swap_cluster.si[order], si);
822         } else {
823                 si->global_cluster->next[order] = next;
824         }
825         return found;
826 }
827
828 static void swap_reclaim_full_clusters(struct swap_info_struct *si, bool force)
829 {
830         long to_scan = 1;
831         unsigned long offset, end;
832         struct swap_cluster_info *ci;
833         unsigned char *map = si->swap_map;
834         int nr_reclaim;
835
836         if (force)
837                 to_scan = swap_usage_in_pages(si) / SWAPFILE_CLUSTER;
838
839         while ((ci = isolate_lock_cluster(si, &si->full_clusters))) {
840                 offset = cluster_offset(si, ci);
841                 end = min(si->max, offset + SWAPFILE_CLUSTER);
842                 to_scan--;
843
844                 while (offset < end) {
845                         if (READ_ONCE(map[offset]) == SWAP_HAS_CACHE) {
846                                 spin_unlock(&ci->lock);
847                                 nr_reclaim = __try_to_reclaim_swap(si, offset,
848                                                                    TTRS_ANYWAY);
849                                 spin_lock(&ci->lock);
850                                 if (nr_reclaim) {
851                                         offset += abs(nr_reclaim);
852                                         continue;
853                                 }
854                         }
855                         offset++;
856                 }
857
858                 /* in case no swap cache is reclaimed */
859                 if (ci->flags == CLUSTER_FLAG_NONE)
860                         relocate_cluster(si, ci);
861
862                 unlock_cluster(ci);
863                 if (to_scan <= 0)
864                         break;
865         }
866 }
867
868 static void swap_reclaim_work(struct work_struct *work)
869 {
870         struct swap_info_struct *si;
871
872         si = container_of(work, struct swap_info_struct, reclaim_work);
873
874         swap_reclaim_full_clusters(si, true);
875 }
876
877 /*
878  * Try to allocate swap entries with specified order and try set a new
879  * cluster for current CPU too.
880  */
881 static unsigned long cluster_alloc_swap_entry(struct swap_info_struct *si, int order,
882                                               unsigned char usage)
883 {
884         struct swap_cluster_info *ci;
885         unsigned int offset = SWAP_ENTRY_INVALID, found = SWAP_ENTRY_INVALID;
886
887         /*
888          * Swapfile is not block device so unable
889          * to allocate large entries.
890          */
891         if (order && !(si->flags & SWP_BLKDEV))
892                 return 0;
893
894         if (!(si->flags & SWP_SOLIDSTATE)) {
895                 /* Serialize HDD SWAP allocation for each device. */
896                 spin_lock(&si->global_cluster_lock);
897                 offset = si->global_cluster->next[order];
898                 if (offset == SWAP_ENTRY_INVALID)
899                         goto new_cluster;
900
901                 ci = lock_cluster(si, offset);
902                 /* Cluster could have been used by another order */
903                 if (cluster_is_usable(ci, order)) {
904                         if (cluster_is_empty(ci))
905                                 offset = cluster_offset(si, ci);
906                         found = alloc_swap_scan_cluster(si, ci, offset,
907                                                         order, usage);
908                 } else {
909                         unlock_cluster(ci);
910                 }
911                 if (found)
912                         goto done;
913         }
914
915 new_cluster:
916         ci = isolate_lock_cluster(si, &si->free_clusters);
917         if (ci) {
918                 found = alloc_swap_scan_cluster(si, ci, cluster_offset(si, ci),
919                                                 order, usage);
920                 if (found)
921                         goto done;
922         }
923
924         /* Try reclaim from full clusters if free clusters list is drained */
925         if (vm_swap_full())
926                 swap_reclaim_full_clusters(si, false);
927
928         if (order < PMD_ORDER) {
929                 unsigned int frags = 0, frags_existing;
930
931                 while ((ci = isolate_lock_cluster(si, &si->nonfull_clusters[order]))) {
932                         found = alloc_swap_scan_cluster(si, ci, cluster_offset(si, ci),
933                                                         order, usage);
934                         if (found)
935                                 goto done;
936                         /* Clusters failed to allocate are moved to frag_clusters */
937                         frags++;
938                 }
939
940                 frags_existing = atomic_long_read(&si->frag_cluster_nr[order]);
941                 while (frags < frags_existing &&
942                        (ci = isolate_lock_cluster(si, &si->frag_clusters[order]))) {
943                         atomic_long_dec(&si->frag_cluster_nr[order]);
944                         /*
945                          * Rotate the frag list to iterate, they were all
946                          * failing high order allocation or moved here due to
947                          * per-CPU usage, but they could contain newly released
948                          * reclaimable (eg. lazy-freed swap cache) slots.
949                          */
950                         found = alloc_swap_scan_cluster(si, ci, cluster_offset(si, ci),
951                                                         order, usage);
952                         if (found)
953                                 goto done;
954                         frags++;
955                 }
956         }
957
958         /*
959          * We don't have free cluster but have some clusters in
960          * discarding, do discard now and reclaim them, then
961          * reread cluster_next_cpu since we dropped si->lock
962          */
963         if ((si->flags & SWP_PAGE_DISCARD) && swap_do_scheduled_discard(si))
964                 goto new_cluster;
965
966         if (order)
967                 goto done;
968
969         /* Order 0 stealing from higher order */
970         for (int o = 1; o < SWAP_NR_ORDERS; o++) {
971                 /*
972                  * Clusters here have at least one usable slots and can't fail order 0
973                  * allocation, but reclaim may drop si->lock and race with another user.
974                  */
975                 while ((ci = isolate_lock_cluster(si, &si->frag_clusters[o]))) {
976                         atomic_long_dec(&si->frag_cluster_nr[o]);
977                         found = alloc_swap_scan_cluster(si, ci, cluster_offset(si, ci),
978                                                         0, usage);
979                         if (found)
980                                 goto done;
981                 }
982
983                 while ((ci = isolate_lock_cluster(si, &si->nonfull_clusters[o]))) {
984                         found = alloc_swap_scan_cluster(si, ci, cluster_offset(si, ci),
985                                                         0, usage);
986                         if (found)
987                                 goto done;
988                 }
989         }
990 done:
991         if (!(si->flags & SWP_SOLIDSTATE))
992                 spin_unlock(&si->global_cluster_lock);
993         return found;
994 }
995
996 /* SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT can only be set by this helper. */
997 static void del_from_avail_list(struct swap_info_struct *si, bool swapoff)
998 {
999         int nid;
1000         unsigned long pages;
1001
1002         spin_lock(&swap_avail_lock);
1003
1004         if (swapoff) {
1005                 /*
1006                  * Forcefully remove it. Clear the SWP_WRITEOK flags for
1007                  * swapoff here so it's synchronized by both si->lock and
1008                  * swap_avail_lock, to ensure the result can be seen by
1009                  * add_to_avail_list.
1010                  */
1011                 lockdep_assert_held(&si->lock);
1012                 si->flags &= ~SWP_WRITEOK;
1013                 atomic_long_or(SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT, &si->inuse_pages);
1014         } else {
1015                 /*
1016                  * If not called by swapoff, take it off-list only if it's
1017                  * full and SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT is not set (strictly
1018                  * si->inuse_pages == pages), any concurrent slot freeing,
1019                  * or device already removed from plist by someone else
1020                  * will make this return false.
1021                  */
1022                 pages = si->pages;
1023                 if (!atomic_long_try_cmpxchg(&si->inuse_pages, &pages,
1024                                              pages | SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT))
1025                         goto skip;
1026         }
1027
1028         for_each_node(nid)
1029                 plist_del(&si->avail_lists[nid], &swap_avail_heads[nid]);
1030
1031 skip:
1032         spin_unlock(&swap_avail_lock);
1033 }
1034
1035 /* SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT can only be cleared by this helper. */
1036 static void add_to_avail_list(struct swap_info_struct *si, bool swapon)
1037 {
1038         int nid;
1039         long val;
1040         unsigned long pages;
1041
1042         spin_lock(&swap_avail_lock);
1043
1044         /* Corresponding to SWP_WRITEOK clearing in del_from_avail_list */
1045         if (swapon) {
1046                 lockdep_assert_held(&si->lock);
1047                 si->flags |= SWP_WRITEOK;
1048         } else {
1049                 if (!(READ_ONCE(si->flags) & SWP_WRITEOK))
1050                         goto skip;
1051         }
1052
1053         if (!(atomic_long_read(&si->inuse_pages) & SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT))
1054                 goto skip;
1055
1056         val = atomic_long_fetch_and_relaxed(~SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT, &si->inuse_pages);
1057
1058         /*
1059          * When device is full and device is on the plist, only one updater will
1060          * see (inuse_pages == si->pages) and will call del_from_avail_list. If
1061          * that updater happen to be here, just skip adding.
1062          */
1063         pages = si->pages;
1064         if (val == pages) {
1065                 /* Just like the cmpxchg in del_from_avail_list */
1066                 if (atomic_long_try_cmpxchg(&si->inuse_pages, &pages,
1067                                             pages | SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT))
1068                         goto skip;
1069         }
1070
1071         for_each_node(nid)
1072                 plist_add(&si->avail_lists[nid], &swap_avail_heads[nid]);
1073
1074 skip:
1075         spin_unlock(&swap_avail_lock);
1076 }
1077
1078 /*
1079  * swap_usage_add / swap_usage_sub of each slot are serialized by ci->lock
1080  * within each cluster, so the total contribution to the global counter should
1081  * always be positive and cannot exceed the total number of usable slots.
1082  */
1083 static bool swap_usage_add(struct swap_info_struct *si, unsigned int nr_entries)
1084 {
1085         long val = atomic_long_add_return_relaxed(nr_entries, &si->inuse_pages);
1086
1087         /*
1088          * If device is full, and SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT is not set,
1089          * remove it from the plist.
1090          */
1091         if (unlikely(val == si->pages)) {
1092                 del_from_avail_list(si, false);
1093                 return true;
1094         }
1095
1096         return false;
1097 }
1098
1099 static void swap_usage_sub(struct swap_info_struct *si, unsigned int nr_entries)
1100 {
1101         long val = atomic_long_sub_return_relaxed(nr_entries, &si->inuse_pages);
1102
1103         /*
1104          * If device is not full, and SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT is set,
1105          * add it to the plist.
1106          */
1107         if (unlikely(val & SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT))
1108                 add_to_avail_list(si, false);
1109 }
1110
1111 static void swap_range_alloc(struct swap_info_struct *si,
1112                              unsigned int nr_entries)
1113 {
1114         if (swap_usage_add(si, nr_entries)) {
1115                 if (vm_swap_full())
1116                         schedule_work(&si->reclaim_work);
1117         }
1118 }
1119
1120 static void swap_range_free(struct swap_info_struct *si, unsigned long offset,
1121                             unsigned int nr_entries)
1122 {
1123         unsigned long begin = offset;
1124         unsigned long end = offset + nr_entries - 1;
1125         void (*swap_slot_free_notify)(struct block_device *, unsigned long);
1126         unsigned int i;
1127
1128         /*
1129          * Use atomic clear_bit operations only on zeromap instead of non-atomic
1130          * bitmap_clear to prevent adjacent bits corruption due to simultaneous writes.
1131          */
1132         for (i = 0; i < nr_entries; i++) {
1133                 clear_bit(offset + i, si->zeromap);
1134                 zswap_invalidate(swp_entry(si->type, offset + i));
1135         }
1136
1137         if (si->flags & SWP_BLKDEV)
1138                 swap_slot_free_notify =
1139                         si->bdev->bd_disk->fops->swap_slot_free_notify;
1140         else
1141                 swap_slot_free_notify = NULL;
1142         while (offset <= end) {
1143                 arch_swap_invalidate_page(si->type, offset);
1144                 if (swap_slot_free_notify)
1145                         swap_slot_free_notify(si->bdev, offset);
1146                 offset++;
1147         }
1148         clear_shadow_from_swap_cache(si->type, begin, end);
1149
1150         /*
1151          * Make sure that try_to_unuse() observes si->inuse_pages reaching 0
1152          * only after the above cleanups are done.
1153          */
1154         smp_wmb();
1155         atomic_long_add(nr_entries, &nr_swap_pages);
1156         swap_usage_sub(si, nr_entries);
1157 }
1158
1159 static bool get_swap_device_info(struct swap_info_struct *si)
1160 {
1161         if (!percpu_ref_tryget_live(&si->users))
1162                 return false;
1163         /*
1164          * Guarantee the si->users are checked before accessing other
1165          * fields of swap_info_struct, and si->flags (SWP_WRITEOK) is
1166          * up to dated.
1167          *
1168          * Paired with the spin_unlock() after setup_swap_info() in
1169          * enable_swap_info(), and smp_wmb() in swapoff.
1170          */
1171         smp_rmb();
1172         return true;
1173 }
1174
1175 /*
1176  * Fast path try to get swap entries with specified order from current
1177  * CPU's swap entry pool (a cluster).
1178  */
1179 static bool swap_alloc_fast(swp_entry_t *entry,
1180                             int order)
1181 {
1182         struct swap_cluster_info *ci;
1183         struct swap_info_struct *si;
1184         unsigned int offset, found = SWAP_ENTRY_INVALID;
1185
1186         /*
1187          * Once allocated, swap_info_struct will never be completely freed,
1188          * so checking it's liveness by get_swap_device_info is enough.
1189          */
1190         si = this_cpu_read(percpu_swap_cluster.si[order]);
1191         offset = this_cpu_read(percpu_swap_cluster.offset[order]);
1192         if (!si || !offset || !get_swap_device_info(si))
1193                 return false;
1194
1195         ci = lock_cluster(si, offset);
1196         if (cluster_is_usable(ci, order)) {
1197                 if (cluster_is_empty(ci))
1198                         offset = cluster_offset(si, ci);
1199                 found = alloc_swap_scan_cluster(si, ci, offset, order, SWAP_HAS_CACHE);
1200                 if (found)
1201                         *entry = swp_entry(si->type, found);
1202         } else {
1203                 unlock_cluster(ci);
1204         }
1205
1206         put_swap_device(si);
1207         return !!found;
1208 }
1209
1210 /* Rotate the device and switch to a new cluster */
1211 static bool swap_alloc_slow(swp_entry_t *entry,
1212                             int order)
1213 {
1214         int node;
1215         unsigned long offset;
1216         struct swap_info_struct *si, *next;
1217
1218         node = numa_node_id();
1219         spin_lock(&swap_avail_lock);
1220 start_over:
1221         plist_for_each_entry_safe(si, next, &swap_avail_heads[node], avail_lists[node]) {
1222                 /* Rotate the device and switch to a new cluster */
1223                 plist_requeue(&si->avail_lists[node], &swap_avail_heads[node]);
1224                 spin_unlock(&swap_avail_lock);
1225                 if (get_swap_device_info(si)) {
1226                         offset = cluster_alloc_swap_entry(si, order, SWAP_HAS_CACHE);
1227                         put_swap_device(si);
1228                         if (offset) {
1229                                 *entry = swp_entry(si->type, offset);
1230                                 return true;
1231                         }
1232                         if (order)
1233                                 return false;
1234                 }
1235
1236                 spin_lock(&swap_avail_lock);
1237                 /*
1238                  * if we got here, it's likely that si was almost full before,
1239                  * and since scan_swap_map_slots() can drop the si->lock,
1240                  * multiple callers probably all tried to get a page from the
1241                  * same si and it filled up before we could get one; or, the si
1242                  * filled up between us dropping swap_avail_lock and taking
1243                  * si->lock. Since we dropped the swap_avail_lock, the
1244                  * swap_avail_head list may have been modified; so if next is
1245                  * still in the swap_avail_head list then try it, otherwise
1246                  * start over if we have not gotten any slots.
1247                  */
1248                 if (plist_node_empty(&next->avail_lists[node]))
1249                         goto start_over;
1250         }
1251         spin_unlock(&swap_avail_lock);
1252         return false;
1253 }
1254
1255 /**
1256  * folio_alloc_swap - allocate swap space for a folio
1257  * @folio: folio we want to move to swap
1258  * @gfp: gfp mask for shadow nodes
1259  *
1260  * Allocate swap space for the folio and add the folio to the
1261  * swap cache.
1262  *
1263  * Context: Caller needs to hold the folio lock.
1264  * Return: Whether the folio was added to the swap cache.
1265  */
1266 int folio_alloc_swap(struct folio *folio, gfp_t gfp)
1267 {
1268         unsigned int order = folio_order(folio);
1269         unsigned int size = 1 << order;
1270         swp_entry_t entry = {};
1271
1272         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
1273         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_uptodate(folio), folio);
1274
1275         if (order) {
1276                 /*
1277                  * Reject large allocation when THP_SWAP is disabled,
1278                  * the caller should split the folio and try again.
1279                  */
1280                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_THP_SWAP))
1281                         return -EAGAIN;
1282
1283                 /*
1284                  * Allocation size should never exceed cluster size
1285                  * (HPAGE_PMD_SIZE).
1286                  */
1287                 if (size > SWAPFILE_CLUSTER) {
1288                         VM_WARN_ON_ONCE(1);
1289                         return -EINVAL;
1290                 }
1291         }
1292
1293         local_lock(&percpu_swap_cluster.lock);
1294         if (!swap_alloc_fast(&entry, order))
1295                 swap_alloc_slow(&entry, order);
1296         local_unlock(&percpu_swap_cluster.lock);
1297
1298         /* Need to call this even if allocation failed, for MEMCG_SWAP_FAIL. */
1299         if (mem_cgroup_try_charge_swap(folio, entry))
1300                 goto out_free;
1301
1302         if (!entry.val)
1303                 return -ENOMEM;
1304
1305         /*
1306          * XArray node allocations from PF_MEMALLOC contexts could
1307          * completely exhaust the page allocator. __GFP_NOMEMALLOC
1308          * stops emergency reserves from being allocated.
1309          *
1310          * TODO: this could cause a theoretical memory reclaim
1311          * deadlock in the swap out path.
1312          */
1313         if (add_to_swap_cache(folio, entry, gfp | __GFP_NOMEMALLOC, NULL))
1314                 goto out_free;
1315
1316         atomic_long_sub(size, &nr_swap_pages);
1317         return 0;
1318
1319 out_free:
1320         put_swap_folio(folio, entry);
1321         return -ENOMEM;
1322 }
1323
1324 static struct swap_info_struct *_swap_info_get(swp_entry_t entry)
1325 {
1326         struct swap_info_struct *si;
1327         unsigned long offset;
1328
1329         if (!entry.val)
1330                 goto out;
1331         si = swp_swap_info(entry);
1332         if (!si)
1333                 goto bad_nofile;
1334         if (data_race(!(si->flags & SWP_USED)))
1335                 goto bad_device;
1336         offset = swp_offset(entry);
1337         if (offset >= si->max)
1338                 goto bad_offset;
1339         if (data_race(!si->swap_map[swp_offset(entry)]))
1340                 goto bad_free;
1341         return si;
1342
1343 bad_free:
1344         pr_err("%s: %s%08lx\n", __func__, Unused_offset, entry.val);
1345         goto out;
1346 bad_offset:
1347         pr_err("%s: %s%08lx\n", __func__, Bad_offset, entry.val);
1348         goto out;
1349 bad_device:
1350         pr_err("%s: %s%08lx\n", __func__, Unused_file, entry.val);
1351         goto out;
1352 bad_nofile:
1353         pr_err("%s: %s%08lx\n", __func__, Bad_file, entry.val);
1354 out:
1355         return NULL;
1356 }
1357
1358 static unsigned char swap_entry_put_locked(struct swap_info_struct *si,
1359                                            struct swap_cluster_info *ci,
1360                                            swp_entry_t entry,
1361                                            unsigned char usage)
1362 {
1363         unsigned long offset = swp_offset(entry);
1364         unsigned char count;
1365         unsigned char has_cache;
1366
1367         count = si->swap_map[offset];
1368
1369         has_cache = count & SWAP_HAS_CACHE;
1370         count &= ~SWAP_HAS_CACHE;
1371
1372         if (usage == SWAP_HAS_CACHE) {
1373                 VM_BUG_ON(!has_cache);
1374                 has_cache = 0;
1375         } else if (count == SWAP_MAP_SHMEM) {
1376                 /*
1377                  * Or we could insist on shmem.c using a special
1378                  * swap_shmem_free() and free_shmem_swap_and_cache()...
1379                  */
1380                 count = 0;
1381         } else if ((count & ~COUNT_CONTINUED) <= SWAP_MAP_MAX) {
1382                 if (count == COUNT_CONTINUED) {
1383                         if (swap_count_continued(si, offset, count))
1384                                 count = SWAP_MAP_MAX | COUNT_CONTINUED;
1385                         else
1386                                 count = SWAP_MAP_MAX;
1387                 } else
1388                         count--;
1389         }
1390
1391         usage = count | has_cache;
1392         if (usage)
1393                 WRITE_ONCE(si->swap_map[offset], usage);
1394         else
1395                 swap_entries_free(si, ci, entry, 1);
1396
1397         return usage;
1398 }
1399
1400 /*
1401  * When we get a swap entry, if there aren't some other ways to
1402  * prevent swapoff, such as the folio in swap cache is locked, RCU
1403  * reader side is locked, etc., the swap entry may become invalid
1404  * because of swapoff.  Then, we need to enclose all swap related
1405  * functions with get_swap_device() and put_swap_device(), unless the
1406  * swap functions call get/put_swap_device() by themselves.
1407  *
1408  * RCU reader side lock (including any spinlock) is sufficient to
1409  * prevent swapoff, because synchronize_rcu() is called in swapoff()
1410  * before freeing data structures.
1411  *
1412  * Check whether swap entry is valid in the swap device.  If so,
1413  * return pointer to swap_info_struct, and keep the swap entry valid
1414  * via preventing the swap device from being swapoff, until
1415  * put_swap_device() is called.  Otherwise return NULL.
1416  *
1417  * Notice that swapoff or swapoff+swapon can still happen before the
1418  * percpu_ref_tryget_live() in get_swap_device() or after the
1419  * percpu_ref_put() in put_swap_device() if there isn't any other way
1420  * to prevent swapoff.  The caller must be prepared for that.  For
1421  * example, the following situation is possible.
1422  *
1423  *   CPU1                               CPU2
1424  *   do_swap_page()
1425  *     ...                              swapoff+swapon
1426  *     __read_swap_cache_async()
1427  *       swapcache_prepare()
1428  *         __swap_duplicate()
1429  *           // check swap_map
1430  *     // verify PTE not changed
1431  *
1432  * In __swap_duplicate(), the swap_map need to be checked before
1433  * changing partly because the specified swap entry may be for another
1434  * swap device which has been swapoff.  And in do_swap_page(), after
1435  * the page is read from the swap device, the PTE is verified not
1436  * changed with the page table locked to check whether the swap device
1437  * has been swapoff or swapoff+swapon.
1438  */
1439 struct swap_info_struct *get_swap_device(swp_entry_t entry)
1440 {
1441         struct swap_info_struct *si;
1442         unsigned long offset;
1443
1444         if (!entry.val)
1445                 goto out;
1446         si = swp_swap_info(entry);
1447         if (!si)
1448                 goto bad_nofile;
1449         if (!get_swap_device_info(si))
1450                 goto out;
1451         offset = swp_offset(entry);
1452         if (offset >= si->max)
1453                 goto put_out;
1454
1455         return si;
1456 bad_nofile:
1457         pr_err("%s: %s%08lx\n", __func__, Bad_file, entry.val);
1458 out:
1459         return NULL;
1460 put_out:
1461         pr_err("%s: %s%08lx\n", __func__, Bad_offset, entry.val);
1462         percpu_ref_put(&si->users);
1463         return NULL;
1464 }
1465
1466 static void swap_entries_put_cache(struct swap_info_struct *si,
1467                                    swp_entry_t entry, int nr)
1468 {
1469         unsigned long offset = swp_offset(entry);
1470         struct swap_cluster_info *ci;
1471
1472         ci = lock_cluster(si, offset);
1473         if (swap_only_has_cache(si, offset, nr))
1474                 swap_entries_free(si, ci, entry, nr);
1475         else {
1476                 for (int i = 0; i < nr; i++, entry.val++)
1477                         swap_entry_put_locked(si, ci, entry, SWAP_HAS_CACHE);
1478         }
1479         unlock_cluster(ci);
1480 }
1481
1482 static bool swap_entries_put_map(struct swap_info_struct *si,
1483                                  swp_entry_t entry, int nr)
1484 {
1485         unsigned long offset = swp_offset(entry);
1486         struct swap_cluster_info *ci;
1487         bool has_cache = false;
1488         unsigned char count;
1489         int i;
1490
1491         if (nr <= 1)
1492                 goto fallback;
1493         count = swap_count(data_race(si->swap_map[offset]));
1494         if (count != 1 && count != SWAP_MAP_SHMEM)
1495                 goto fallback;
1496
1497         ci = lock_cluster(si, offset);
1498         if (!swap_is_last_map(si, offset, nr, &has_cache)) {
1499                 goto locked_fallback;
1500         }
1501         if (!has_cache)
1502                 swap_entries_free(si, ci, entry, nr);
1503         else
1504                 for (i = 0; i < nr; i++)
1505                         WRITE_ONCE(si->swap_map[offset + i], SWAP_HAS_CACHE);
1506         unlock_cluster(ci);
1507
1508         return has_cache;
1509
1510 fallback:
1511         ci = lock_cluster(si, offset);
1512 locked_fallback:
1513         for (i = 0; i < nr; i++, entry.val++) {
1514                 count = swap_entry_put_locked(si, ci, entry, 1);
1515                 if (count == SWAP_HAS_CACHE)
1516                         has_cache = true;
1517         }
1518         unlock_cluster(ci);
1519         return has_cache;
1520
1521 }
1522
1523 /*
1524  * Only functions with "_nr" suffix are able to free entries spanning
1525  * cross multi clusters, so ensure the range is within a single cluster
1526  * when freeing entries with functions without "_nr" suffix.
1527  */
1528 static bool swap_entries_put_map_nr(struct swap_info_struct *si,
1529                                     swp_entry_t entry, int nr)
1530 {
1531         int cluster_nr, cluster_rest;
1532         unsigned long offset = swp_offset(entry);
1533         bool has_cache = false;
1534
1535         cluster_rest = SWAPFILE_CLUSTER - offset % SWAPFILE_CLUSTER;
1536         while (nr) {
1537                 cluster_nr = min(nr, cluster_rest);
1538                 has_cache |= swap_entries_put_map(si, entry, cluster_nr);
1539                 cluster_rest = SWAPFILE_CLUSTER;
1540                 nr -= cluster_nr;
1541                 entry.val += cluster_nr;
1542         }
1543
1544         return has_cache;
1545 }
1546
1547 /*
1548  * Check if it's the last ref of swap entry in the freeing path.
1549  * Qualified vlaue includes 1, SWAP_HAS_CACHE or SWAP_MAP_SHMEM.
1550  */
1551 static inline bool __maybe_unused swap_is_last_ref(unsigned char count)
1552 {
1553         return (count == SWAP_HAS_CACHE) || (count == 1) ||
1554                (count == SWAP_MAP_SHMEM);
1555 }
1556
1557 /*
1558  * Drop the last ref of swap entries, caller have to ensure all entries
1559  * belong to the same cgroup and cluster.
1560  */
1561 static void swap_entries_free(struct swap_info_struct *si,
1562                               struct swap_cluster_info *ci,
1563                               swp_entry_t entry, unsigned int nr_pages)
1564 {
1565         unsigned long offset = swp_offset(entry);
1566         unsigned char *map = si->swap_map + offset;
1567         unsigned char *map_end = map + nr_pages;
1568
1569         /* It should never free entries across different clusters */
1570         VM_BUG_ON(ci != offset_to_cluster(si, offset + nr_pages - 1));
1571         VM_BUG_ON(cluster_is_empty(ci));
1572         VM_BUG_ON(ci->count < nr_pages);
1573
1574         ci->count -= nr_pages;
1575         do {
1576                 VM_BUG_ON(!swap_is_last_ref(*map));
1577                 *map = 0;
1578         } while (++map < map_end);
1579
1580         mem_cgroup_uncharge_swap(entry, nr_pages);
1581         swap_range_free(si, offset, nr_pages);
1582
1583         if (!ci->count)
1584                 free_cluster(si, ci);
1585         else
1586                 partial_free_cluster(si, ci);
1587 }
1588
1589 /*
1590  * Caller has made sure that the swap device corresponding to entry
1591  * is still around or has not been recycled.
1592  */
1593 void swap_free_nr(swp_entry_t entry, int nr_pages)
1594 {
1595         int nr;
1596         struct swap_info_struct *sis;
1597         unsigned long offset = swp_offset(entry);
1598
1599         sis = _swap_info_get(entry);
1600         if (!sis)
1601                 return;
1602
1603         while (nr_pages) {
1604                 nr = min_t(int, nr_pages, SWAPFILE_CLUSTER - offset % SWAPFILE_CLUSTER);
1605                 swap_entries_put_map(sis, swp_entry(sis->type, offset), nr);
1606                 offset += nr;
1607                 nr_pages -= nr;
1608         }
1609 }
1610
1611 /*
1612  * Called after dropping swapcache to decrease refcnt to swap entries.
1613  */
1614 void put_swap_folio(struct folio *folio, swp_entry_t entry)
1615 {
1616         struct swap_info_struct *si;
1617         int size = 1 << swap_entry_order(folio_order(folio));
1618
1619         si = _swap_info_get(entry);
1620         if (!si)
1621                 return;
1622
1623         swap_entries_put_cache(si, entry, size);
1624 }
1625
1626 int __swap_count(swp_entry_t entry)
1627 {
1628         struct swap_info_struct *si = swp_swap_info(entry);
1629         pgoff_t offset = swp_offset(entry);
1630
1631         return swap_count(si->swap_map[offset]);
1632 }
1633
1634 /*
1635  * How many references to @entry are currently swapped out?
1636  * This does not give an exact answer when swap count is continued,
1637  * but does include the high COUNT_CONTINUED flag to allow for that.
1638  */
1639 bool swap_entry_swapped(struct swap_info_struct *si, swp_entry_t entry)
1640 {
1641         pgoff_t offset = swp_offset(entry);
1642         struct swap_cluster_info *ci;
1643         int count;
1644
1645         ci = lock_cluster(si, offset);
1646         count = swap_count(si->swap_map[offset]);
1647         unlock_cluster(ci);
1648         return !!count;
1649 }
1650
1651 /*
1652  * How many references to @entry are currently swapped out?
1653  * This considers COUNT_CONTINUED so it returns exact answer.
1654  */
1655 int swp_swapcount(swp_entry_t entry)
1656 {
1657         int count, tmp_count, n;
1658         struct swap_info_struct *si;
1659         struct swap_cluster_info *ci;
1660         struct page *page;
1661         pgoff_t offset;
1662         unsigned char *map;
1663
1664         si = _swap_info_get(entry);
1665         if (!si)
1666                 return 0;
1667
1668         offset = swp_offset(entry);
1669
1670         ci = lock_cluster(si, offset);
1671
1672         count = swap_count(si->swap_map[offset]);
1673         if (!(count & COUNT_CONTINUED))
1674                 goto out;
1675
1676         count &= ~COUNT_CONTINUED;
1677         n = SWAP_MAP_MAX + 1;
1678
1679         page = vmalloc_to_page(si->swap_map + offset);
1680         offset &= ~PAGE_MASK;
1681         VM_BUG_ON(page_private(page) != SWP_CONTINUED);
1682
1683         do {
1684                 page = list_next_entry(page, lru);
1685                 map = kmap_local_page(page);
1686                 tmp_count = map[offset];
1687                 kunmap_local(map);
1688
1689                 count += (tmp_count & ~COUNT_CONTINUED) * n;
1690                 n *= (SWAP_CONT_MAX + 1);
1691         } while (tmp_count & COUNT_CONTINUED);
1692 out:
1693         unlock_cluster(ci);
1694         return count;
1695 }
1696
1697 static bool swap_page_trans_huge_swapped(struct swap_info_struct *si,
1698                                          swp_entry_t entry, int order)
1699 {
1700         struct swap_cluster_info *ci;
1701         unsigned char *map = si->swap_map;
1702         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1703         unsigned long roffset = swp_offset(entry);
1704         unsigned long offset = round_down(roffset, nr_pages);
1705         int i;
1706         bool ret = false;
1707
1708         ci = lock_cluster(si, offset);
1709         if (nr_pages == 1) {
1710                 if (swap_count(map[roffset]))
1711                         ret = true;
1712                 goto unlock_out;
1713         }
1714         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
1715                 if (swap_count(map[offset + i])) {
1716                         ret = true;
1717                         break;
1718                 }
1719         }
1720 unlock_out:
1721         unlock_cluster(ci);
1722         return ret;
1723 }
1724
1725 static bool folio_swapped(struct folio *folio)
1726 {
1727         swp_entry_t entry = folio->swap;
1728         struct swap_info_struct *si = _swap_info_get(entry);
1729
1730         if (!si)
1731                 return false;
1732
1733         if (!IS_ENABLED(CONFIG_THP_SWAP) || likely(!folio_test_large(folio)))
1734                 return swap_entry_swapped(si, entry);
1735
1736         return swap_page_trans_huge_swapped(si, entry, folio_order(folio));
1737 }
1738
1739 static bool folio_swapcache_freeable(struct folio *folio)
1740 {
1741         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
1742
1743         if (!folio_test_swapcache(folio))
1744                 return false;
1745         if (folio_test_writeback(folio))
1746                 return false;
1747
1748         /*
1749          * Once hibernation has begun to create its image of memory,
1750          * there's a danger that one of the calls to folio_free_swap()
1751          * - most probably a call from __try_to_reclaim_swap() while
1752          * hibernation is allocating its own swap pages for the image,
1753          * but conceivably even a call from memory reclaim - will free
1754          * the swap from a folio which has already been recorded in the
1755          * image as a clean swapcache folio, and then reuse its swap for
1756          * another page of the image.  On waking from hibernation, the
1757          * original folio might be freed under memory pressure, then
1758          * later read back in from swap, now with the wrong data.
1759          *
1760          * Hibernation suspends storage while it is writing the image
1761          * to disk so check that here.
1762          */
1763         if (pm_suspended_storage())
1764                 return false;
1765
1766         return true;
1767 }
1768
1769 /**
1770  * folio_free_swap() - Free the swap space used for this folio.
1771  * @folio: The folio to remove.
1772  *
1773  * If swap is getting full, or if there are no more mappings of this folio,
1774  * then call folio_free_swap to free its swap space.
1775  *
1776  * Return: true if we were able to release the swap space.
1777  */
1778 bool folio_free_swap(struct folio *folio)
1779 {
1780         if (!folio_swapcache_freeable(folio))
1781                 return false;
1782         if (folio_swapped(folio))
1783                 return false;
1784
1785         delete_from_swap_cache(folio);
1786         folio_set_dirty(folio);
1787         return true;
1788 }
1789
1790 /**
1791  * free_swap_and_cache_nr() - Release reference on range of swap entries and
1792  *                            reclaim their cache if no more references remain.
1793  * @entry: First entry of range.
1794  * @nr: Number of entries in range.
1795  *
1796  * For each swap entry in the contiguous range, release a reference. If any swap
1797  * entries become free, try to reclaim their underlying folios, if present. The
1798  * offset range is defined by [entry.offset, entry.offset + nr).
1799  */
1800 void free_swap_and_cache_nr(swp_entry_t entry, int nr)
1801 {
1802         const unsigned long start_offset = swp_offset(entry);
1803         const unsigned long end_offset = start_offset + nr;
1804         struct swap_info_struct *si;
1805         bool any_only_cache = false;
1806         unsigned long offset;
1807
1808         si = get_swap_device(entry);
1809         if (!si)
1810                 return;
1811
1812         if (WARN_ON(end_offset > si->max))
1813                 goto out;
1814
1815         /*
1816          * First free all entries in the range.
1817          */
1818         any_only_cache = swap_entries_put_map_nr(si, entry, nr);
1819
1820         /*
1821          * Short-circuit the below loop if none of the entries had their
1822          * reference drop to zero.
1823          */
1824         if (!any_only_cache)
1825                 goto out;
1826
1827         /*
1828          * Now go back over the range trying to reclaim the swap cache.
1829          */
1830         for (offset = start_offset; offset < end_offset; offset += nr) {
1831                 nr = 1;
1832                 if (READ_ONCE(si->swap_map[offset]) == SWAP_HAS_CACHE) {
1833                         /*
1834                          * Folios are always naturally aligned in swap so
1835                          * advance forward to the next boundary. Zero means no
1836                          * folio was found for the swap entry, so advance by 1
1837                          * in this case. Negative value means folio was found
1838                          * but could not be reclaimed. Here we can still advance
1839                          * to the next boundary.
1840                          */
1841                         nr = __try_to_reclaim_swap(si, offset,
1842                                                    TTRS_UNMAPPED | TTRS_FULL);
1843                         if (nr == 0)
1844                                 nr = 1;
1845                         else if (nr < 0)
1846                                 nr = -nr;
1847                         nr = ALIGN(offset + 1, nr) - offset;
1848                 }
1849         }
1850
1851 out:
1852         put_swap_device(si);
1853 }
1854
1855 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1856
1857 swp_entry_t get_swap_page_of_type(int type)
1858 {
1859         struct swap_info_struct *si = swap_type_to_swap_info(type);
1860         unsigned long offset;
1861         swp_entry_t entry = {0};
1862
1863         if (!si)
1864                 goto fail;
1865
1866         /* This is called for allocating swap entry, not cache */
1867         if (get_swap_device_info(si)) {
1868                 if (si->flags & SWP_WRITEOK) {
1869                         offset = cluster_alloc_swap_entry(si, 0, 1);
1870                         if (offset) {
1871                                 entry = swp_entry(si->type, offset);
1872                                 atomic_long_dec(&nr_swap_pages);
1873                         }
1874                 }
1875                 put_swap_device(si);
1876         }
1877 fail:
1878         return entry;
1879 }
1880
1881 /*
1882  * Find the swap type that corresponds to given device (if any).
1883  *
1884  * @offset - number of the PAGE_SIZE-sized block of the device, starting
1885  * from 0, in which the swap header is expected to be located.
1886  *
1887  * This is needed for the suspend to disk (aka swsusp).
1888  */
1889 int swap_type_of(dev_t device, sector_t offset)
1890 {
1891         int type;
1892
1893         if (!device)
1894                 return -1;
1895
1896         spin_lock(&swap_lock);
1897         for (type = 0; type < nr_swapfiles; type++) {
1898                 struct swap_info_struct *sis = swap_info[type];
1899
1900                 if (!(sis->flags & SWP_WRITEOK))
1901                         continue;
1902
1903                 if (device == sis->bdev->bd_dev) {
1904                         struct swap_extent *se = first_se(sis);
1905
1906                         if (se->start_block == offset) {
1907                                 spin_unlock(&swap_lock);
1908                                 return type;
1909                         }
1910                 }
1911         }
1912         spin_unlock(&swap_lock);
1913         return -ENODEV;
1914 }
1915
1916 int find_first_swap(dev_t *device)
1917 {
1918         int type;
1919
1920         spin_lock(&swap_lock);
1921         for (type = 0; type < nr_swapfiles; type++) {
1922                 struct swap_info_struct *sis = swap_info[type];
1923
1924                 if (!(sis->flags & SWP_WRITEOK))
1925                         continue;
1926                 *device = sis->bdev->bd_dev;
1927                 spin_unlock(&swap_lock);
1928                 return type;
1929         }
1930         spin_unlock(&swap_lock);
1931         return -ENODEV;
1932 }
1933
1934 /*
1935  * Get the (PAGE_SIZE) block corresponding to given offset on the swapdev
1936  * corresponding to given index in swap_info (swap type).
1937  */
1938 sector_t swapdev_block(int type, pgoff_t offset)
1939 {
1940         struct swap_info_struct *si = swap_type_to_swap_info(type);
1941         struct swap_extent *se;
1942
1943         if (!si || !(si->flags & SWP_WRITEOK))
1944                 return 0;
1945         se = offset_to_swap_extent(si, offset);
1946         return se->start_block + (offset - se->start_page);
1947 }
1948
1949 /*
1950  * Return either the total number of swap pages of given type, or the number
1951  * of free pages of that type (depending on @free)
1952  *
1953  * This is needed for software suspend
1954  */
1955 unsigned int count_swap_pages(int type, int free)
1956 {
1957         unsigned int n = 0;
1958
1959         spin_lock(&swap_lock);
1960         if ((unsigned int)type < nr_swapfiles) {
1961                 struct swap_info_struct *sis = swap_info[type];
1962
1963                 spin_lock(&sis->lock);
1964                 if (sis->flags & SWP_WRITEOK) {
1965                         n = sis->pages;
1966                         if (free)
1967                                 n -= swap_usage_in_pages(sis);
1968                 }
1969                 spin_unlock(&sis->lock);
1970         }
1971         spin_unlock(&swap_lock);
1972         return n;
1973 }
1974 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
1975
1976 static inline int pte_same_as_swp(pte_t pte, pte_t swp_pte)
1977 {
1978         return pte_same(pte_swp_clear_flags(pte), swp_pte);
1979 }
1980
1981 /*
1982  * No need to decide whether this PTE shares the swap entry with others,
1983  * just let do_wp_page work it out if a write is requested later - to
1984  * force COW, vm_page_prot omits write permission from any private vma.
1985  */
1986 static int unuse_pte(struct vm_area_struct *vma, pmd_t *pmd,
1987                 unsigned long addr, swp_entry_t entry, struct folio *folio)
1988 {
1989         struct page *page;
1990         struct folio *swapcache;
1991         spinlock_t *ptl;
1992         pte_t *pte, new_pte, old_pte;
1993         bool hwpoisoned = false;
1994         int ret = 1;
1995
1996         swapcache = folio;
1997         folio = ksm_might_need_to_copy(folio, vma, addr);
1998         if (unlikely(!folio))
1999                 return -ENOMEM;
2000         else if (unlikely(folio == ERR_PTR(-EHWPOISON))) {
2001                 hwpoisoned = true;
2002                 folio = swapcache;
2003         }
2004
2005         page = folio_file_page(folio, swp_offset(entry));
2006         if (PageHWPoison(page))
2007                 hwpoisoned = true;
2008
2009         pte = pte_offset_map_lock(vma->vm_mm, pmd, addr, &ptl);
2010         if (unlikely(!pte || !pte_same_as_swp(ptep_get(pte),
2011                                                 swp_entry_to_pte(entry)))) {
2012                 ret = 0;
2013                 goto out;
2014         }
2015
2016         old_pte = ptep_get(pte);
2017
2018         if (unlikely(hwpoisoned || !folio_test_uptodate(folio))) {
2019                 swp_entry_t swp_entry;
2020
2021                 dec_mm_counter(vma->vm_mm, MM_SWAPENTS);
2022                 if (hwpoisoned) {
2023                         swp_entry = make_hwpoison_entry(page);
2024                 } else {
2025                         swp_entry = make_poisoned_swp_entry();
2026                 }
2027                 new_pte = swp_entry_to_pte(swp_entry);
2028                 ret = 0;
2029                 goto setpte;
2030         }
2031
2032         /*
2033          * Some architectures may have to restore extra metadata to the page
2034          * when reading from swap. This metadata may be indexed by swap entry
2035          * so this must be called before swap_free().
2036          */
2037         arch_swap_restore(folio_swap(entry, folio), folio);
2038
2039         dec_mm_counter(vma->vm_mm, MM_SWAPENTS);
2040         inc_mm_counter(vma->vm_mm, MM_ANONPAGES);
2041         folio_get(folio);
2042         if (folio == swapcache) {
2043                 rmap_t rmap_flags = RMAP_NONE;
2044
2045                 /*
2046                  * See do_swap_page(): writeback would be problematic.
2047                  * However, we do a folio_wait_writeback() just before this
2048                  * call and have the folio locked.
2049                  */
2050                 VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_writeback(folio), folio);
2051                 if (pte_swp_exclusive(old_pte))
2052                         rmap_flags |= RMAP_EXCLUSIVE;
2053                 /*
2054                  * We currently only expect small !anon folios, which are either
2055                  * fully exclusive or fully shared. If we ever get large folios
2056                  * here, we have to be careful.
2057                  */
2058                 if (!folio_test_anon(folio)) {
2059                         VM_WARN_ON_ONCE(folio_test_large(folio));
2060                         VM_WARN_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
2061                         folio_add_new_anon_rmap(folio, vma, addr, rmap_flags);
2062                 } else {
2063                         folio_add_anon_rmap_pte(folio, page, vma, addr, rmap_flags);
2064                 }
2065         } else { /* ksm created a completely new copy */
2066                 folio_add_new_anon_rmap(folio, vma, addr, RMAP_EXCLUSIVE);
2067                 folio_add_lru_vma(folio, vma);
2068         }
2069         new_pte = pte_mkold(mk_pte(page, vma->vm_page_prot));
2070         if (pte_swp_soft_dirty(old_pte))
2071                 new_pte = pte_mksoft_dirty(new_pte);
2072         if (pte_swp_uffd_wp(old_pte))
2073                 new_pte = pte_mkuffd_wp(new_pte);
2074 setpte:
2075         set_pte_at(vma->vm_mm, addr, pte, new_pte);
2076         swap_free(entry);
2077 out:
2078         if (pte)
2079                 pte_unmap_unlock(pte, ptl);
2080         if (folio != swapcache) {
2081                 folio_unlock(folio);
2082                 folio_put(folio);
2083         }
2084         return ret;
2085 }
2086
2087 static int unuse_pte_range(struct vm_area_struct *vma, pmd_t *pmd,
2088                         unsigned long addr, unsigned long end,
2089                         unsigned int type)
2090 {
2091         pte_t *pte = NULL;
2092         struct swap_info_struct *si;
2093
2094         si = swap_info[type];
2095         do {
2096                 struct folio *folio;
2097                 unsigned long offset;
2098                 unsigned char swp_count;
2099                 swp_entry_t entry;
2100                 int ret;
2101                 pte_t ptent;
2102
2103                 if (!pte++) {
2104                         pte = pte_offset_map(pmd, addr);
2105                         if (!pte)
2106                                 break;
2107                 }
2108
2109                 ptent = ptep_get_lockless(pte);
2110
2111                 if (!is_swap_pte(ptent))
2112                         continue;
2113
2114                 entry = pte_to_swp_entry(ptent);
2115                 if (swp_type(entry) != type)
2116                         continue;
2117
2118                 offset = swp_offset(entry);
2119                 pte_unmap(pte);
2120                 pte = NULL;
2121
2122                 folio = swap_cache_get_folio(entry, vma, addr);
2123                 if (!folio) {
2124                         struct vm_fault vmf = {
2125                                 .vma = vma,
2126                                 .address = addr,
2127                                 .real_address = addr,
2128                                 .pmd = pmd,
2129                         };
2130
2131                         folio = swapin_readahead(entry, GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
2132                                                 &vmf);
2133                 }
2134                 if (!folio) {
2135                         swp_count = READ_ONCE(si->swap_map[offset]);
2136                         if (swp_count == 0 || swp_count == SWAP_MAP_BAD)
2137                                 continue;
2138                         return -ENOMEM;
2139                 }
2140
2141                 folio_lock(folio);
2142                 folio_wait_writeback(folio);
2143                 ret = unuse_pte(vma, pmd, addr, entry, folio);
2144                 if (ret < 0) {
2145                         folio_unlock(folio);
2146                         folio_put(folio);
2147                         return ret;
2148                 }
2149
2150                 folio_free_swap(folio);
2151                 folio_unlock(folio);
2152                 folio_put(folio);
2153         } while (addr += PAGE_SIZE, addr != end);
2154
2155         if (pte)
2156                 pte_unmap(pte);
2157         return 0;
2158 }
2159
2160 static inline int unuse_pmd_range(struct vm_area_struct *vma, pud_t *pud,
2161                                 unsigned long addr, unsigned long end,
2162                                 unsigned int type)
2163 {
2164         pmd_t *pmd;
2165         unsigned long next;
2166         int ret;
2167
2168         pmd = pmd_offset(pud, addr);
2169         do {
2170                 cond_resched();
2171                 next = pmd_addr_end(addr, end);
2172                 ret = unuse_pte_range(vma, pmd, addr, next, type);
2173                 if (ret)
2174                         return ret;
2175         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
2176         return 0;
2177 }
2178
2179 static inline int unuse_pud_range(struct vm_area_struct *vma, p4d_t *p4d,
2180                                 unsigned long addr, unsigned long end,
2181                                 unsigned int type)
2182 {
2183         pud_t *pud;
2184         unsigned long next;
2185         int ret;
2186
2187         pud = pud_offset(p4d, addr);
2188         do {
2189                 next = pud_addr_end(addr, end);
2190                 if (pud_none_or_clear_bad(pud))
2191                         continue;
2192                 ret = unuse_pmd_range(vma, pud, addr, next, type);
2193                 if (ret)
2194                         return ret;
2195         } while (pud++, addr = next, addr != end);
2196         return 0;
2197 }
2198
2199 static inline int unuse_p4d_range(struct vm_area_struct *vma, pgd_t *pgd,
2200                                 unsigned long addr, unsigned long end,
2201                                 unsigned int type)
2202 {
2203         p4d_t *p4d;
2204         unsigned long next;
2205         int ret;
2206
2207         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
2208         do {
2209                 next = p4d_addr_end(addr, end);
2210                 if (p4d_none_or_clear_bad(p4d))
2211                         continue;
2212                 ret = unuse_pud_range(vma, p4d, addr, next, type);
2213                 if (ret)
2214                         return ret;
2215         } while (p4d++, addr = next, addr != end);
2216         return 0;
2217 }
2218
2219 static int unuse_vma(struct vm_area_struct *vma, unsigned int type)
2220 {
2221         pgd_t *pgd;
2222         unsigned long addr, end, next;
2223         int ret;
2224
2225         addr = vma->vm_start;
2226         end = vma->vm_end;
2227
2228         pgd = pgd_offset(vma->vm_mm, addr);
2229         do {
2230                 next = pgd_addr_end(addr, end);
2231                 if (pgd_none_or_clear_bad(pgd))
2232                         continue;
2233                 ret = unuse_p4d_range(vma, pgd, addr, next, type);
2234                 if (ret)
2235                         return ret;
2236         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
2237         return 0;
2238 }
2239
2240 static int unuse_mm(struct mm_struct *mm, unsigned int type)
2241 {
2242         struct vm_area_struct *vma;
2243         int ret = 0;
2244         VMA_ITERATOR(vmi, mm, 0);
2245
2246         mmap_read_lock(mm);
2247         for_each_vma(vmi, vma) {
2248                 if (vma->anon_vma && !is_vm_hugetlb_page(vma)) {
2249                         ret = unuse_vma(vma, type);
2250                         if (ret)
2251                                 break;
2252                 }
2253
2254                 cond_resched();
2255         }
2256         mmap_read_unlock(mm);
2257         return ret;
2258 }
2259
2260 /*
2261  * Scan swap_map from current position to next entry still in use.
2262  * Return 0 if there are no inuse entries after prev till end of
2263  * the map.
2264  */
2265 static unsigned int find_next_to_unuse(struct swap_info_struct *si,
2266                                         unsigned int prev)
2267 {
2268         unsigned int i;
2269         unsigned char count;
2270
2271         /*
2272          * No need for swap_lock here: we're just looking
2273          * for whether an entry is in use, not modifying it; false
2274          * hits are okay, and sys_swapoff() has already prevented new
2275          * allocations from this area (while holding swap_lock).
2276          */
2277         for (i = prev + 1; i < si->max; i++) {
2278                 count = READ_ONCE(si->swap_map[i]);
2279                 if (count && swap_count(count) != SWAP_MAP_BAD)
2280                         break;
2281                 if ((i % LATENCY_LIMIT) == 0)
2282                         cond_resched();
2283         }
2284
2285         if (i == si->max)
2286                 i = 0;
2287
2288         return i;
2289 }
2290
2291 static int try_to_unuse(unsigned int type)
2292 {
2293         struct mm_struct *prev_mm;
2294         struct mm_struct *mm;
2295         struct list_head *p;
2296         int retval = 0;
2297         struct swap_info_struct *si = swap_info[type];
2298         struct folio *folio;
2299         swp_entry_t entry;
2300         unsigned int i;
2301
2302         if (!swap_usage_in_pages(si))
2303                 goto success;
2304
2305 retry:
2306         retval = shmem_unuse(type);
2307         if (retval)
2308                 return retval;
2309
2310         prev_mm = &init_mm;
2311         mmget(prev_mm);
2312
2313         spin_lock(&mmlist_lock);
2314         p = &init_mm.mmlist;
2315         while (swap_usage_in_pages(si) &&
2316                !signal_pending(current) &&
2317                (p = p->next) != &init_mm.mmlist) {
2318
2319                 mm = list_entry(p, struct mm_struct, mmlist);
2320                 if (!mmget_not_zero(mm))
2321                         continue;
2322                 spin_unlock(&mmlist_lock);
2323                 mmput(prev_mm);
2324                 prev_mm = mm;
2325                 retval = unuse_mm(mm, type);
2326                 if (retval) {
2327                         mmput(prev_mm);
2328                         return retval;
2329                 }
2330
2331                 /*
2332                  * Make sure that we aren't completely killing
2333                  * interactive performance.
2334                  */
2335                 cond_resched();
2336                 spin_lock(&mmlist_lock);
2337         }
2338         spin_unlock(&mmlist_lock);
2339
2340         mmput(prev_mm);
2341
2342         i = 0;
2343         while (swap_usage_in_pages(si) &&
2344                !signal_pending(current) &&
2345                (i = find_next_to_unuse(si, i)) != 0) {
2346
2347                 entry = swp_entry(type, i);
2348                 folio = filemap_get_folio(swap_address_space(entry), swap_cache_index(entry));
2349                 if (IS_ERR(folio))
2350                         continue;
2351
2352                 /*
2353                  * It is conceivable that a racing task removed this folio from
2354                  * swap cache just before we acquired the page lock. The folio
2355                  * might even be back in swap cache on another swap area. But
2356                  * that is okay, folio_free_swap() only removes stale folios.
2357                  */
2358                 folio_lock(folio);
2359                 folio_wait_writeback(folio);
2360                 folio_free_swap(folio);
2361                 folio_unlock(folio);
2362                 folio_put(folio);
2363         }
2364
2365         /*
2366          * Lets check again to see if there are still swap entries in the map.
2367          * If yes, we would need to do retry the unuse logic again.
2368          * Under global memory pressure, swap entries can be reinserted back
2369          * into process space after the mmlist loop above passes over them.
2370          *
2371          * Limit the number of retries? No: when mmget_not_zero()
2372          * above fails, that mm is likely to be freeing swap from
2373          * exit_mmap(), which proceeds at its own independent pace;
2374          * and even shmem_writeout() could have been preempted after
2375          * folio_alloc_swap(), temporarily hiding that swap.  It's easy
2376          * and robust (though cpu-intensive) just to keep retrying.
2377          */
2378         if (swap_usage_in_pages(si)) {
2379                 if (!signal_pending(current))
2380                         goto retry;
2381                 return -EINTR;
2382         }
2383
2384 success:
2385         /*
2386          * Make sure that further cleanups after try_to_unuse() returns happen
2387          * after swap_range_free() reduces si->inuse_pages to 0.
2388          */
2389         smp_mb();
2390         return 0;
2391 }
2392
2393 /*
2394  * After a successful try_to_unuse, if no swap is now in use, we know
2395  * we can empty the mmlist.  swap_lock must be held on entry and exit.
2396  * Note that mmlist_lock nests inside swap_lock, and an mm must be
2397  * added to the mmlist just after page_duplicate - before would be racy.
2398  */
2399 static void drain_mmlist(void)
2400 {
2401         struct list_head *p, *next;
2402         unsigned int type;
2403
2404         for (type = 0; type < nr_swapfiles; type++)
2405                 if (swap_usage_in_pages(swap_info[type]))
2406                         return;
2407         spin_lock(&mmlist_lock);
2408         list_for_each_safe(p, next, &init_mm.mmlist)
2409                 list_del_init(p);
2410         spin_unlock(&mmlist_lock);
2411 }
2412
2413 /*
2414  * Free all of a swapdev's extent information
2415  */
2416 static void destroy_swap_extents(struct swap_info_struct *sis)
2417 {
2418         while (!RB_EMPTY_ROOT(&sis->swap_extent_root)) {
2419                 struct rb_node *rb = sis->swap_extent_root.rb_node;
2420                 struct swap_extent *se = rb_entry(rb, struct swap_extent, rb_node);
2421
2422                 rb_erase(rb, &sis->swap_extent_root);
2423                 kfree(se);
2424         }
2425
2426         if (sis->flags & SWP_ACTIVATED) {
2427                 struct file *swap_file = sis->swap_file;
2428                 struct address_space *mapping = swap_file->f_mapping;
2429
2430                 sis->flags &= ~SWP_ACTIVATED;
2431                 if (mapping->a_ops->swap_deactivate)
2432                         mapping->a_ops->swap_deactivate(swap_file);
2433         }
2434 }
2435
2436 /*
2437  * Add a block range (and the corresponding page range) into this swapdev's
2438  * extent tree.
2439  *
2440  * This function rather assumes that it is called in ascending page order.
2441  */
2442 int
2443 add_swap_extent(struct swap_info_struct *sis, unsigned long start_page,
2444                 unsigned long nr_pages, sector_t start_block)
2445 {
2446         struct rb_node **link = &sis->swap_extent_root.rb_node, *parent = NULL;
2447         struct swap_extent *se;
2448         struct swap_extent *new_se;
2449
2450         /*
2451          * place the new node at the right most since the
2452          * function is called in ascending page order.
2453          */
2454         while (*link) {
2455                 parent = *link;
2456                 link = &parent->rb_right;
2457         }
2458
2459         if (parent) {
2460                 se = rb_entry(parent, struct swap_extent, rb_node);
2461                 BUG_ON(se->start_page + se->nr_pages != start_page);
2462                 if (se->start_block + se->nr_pages == start_block) {
2463                         /* Merge it */
2464                         se->nr_pages += nr_pages;
2465                         return 0;
2466                 }
2467         }
2468
2469         /* No merge, insert a new extent. */
2470         new_se = kmalloc(sizeof(*se), GFP_KERNEL);
2471         if (new_se == NULL)
2472                 return -ENOMEM;
2473         new_se->start_page = start_page;
2474         new_se->nr_pages = nr_pages;
2475         new_se->start_block = start_block;
2476
2477         rb_link_node(&new_se->rb_node, parent, link);
2478         rb_insert_color(&new_se->rb_node, &sis->swap_extent_root);
2479         return 1;
2480 }
2481 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_swap_extent);
2482
2483 /*
2484  * A `swap extent' is a simple thing which maps a contiguous range of pages
2485  * onto a contiguous range of disk blocks.  A rbtree of swap extents is
2486  * built at swapon time and is then used at swap_writepage/swap_read_folio
2487  * time for locating where on disk a page belongs.
2488  *
2489  * If the swapfile is an S_ISBLK block device, a single extent is installed.
2490  * This is done so that the main operating code can treat S_ISBLK and S_ISREG
2491  * swap files identically.
2492  *
2493  * Whether the swapdev is an S_ISREG file or an S_ISBLK blockdev, the swap
2494  * extent rbtree operates in PAGE_SIZE disk blocks.  Both S_ISREG and S_ISBLK
2495  * swapfiles are handled *identically* after swapon time.
2496  *
2497  * For S_ISREG swapfiles, setup_swap_extents() will walk all the file's blocks
2498  * and will parse them into a rbtree, in PAGE_SIZE chunks.  If some stray
2499  * blocks are found which do not fall within the PAGE_SIZE alignment
2500  * requirements, they are simply tossed out - we will never use those blocks
2501  * for swapping.
2502  *
2503  * For all swap devices we set S_SWAPFILE across the life of the swapon.  This
2504  * prevents users from writing to the swap device, which will corrupt memory.
2505  *
2506  * The amount of disk space which a single swap extent represents varies.
2507  * Typically it is in the 1-4 megabyte range.  So we can have hundreds of
2508  * extents in the rbtree. - akpm.
2509  */
2510 static int setup_swap_extents(struct swap_info_struct *sis, sector_t *span)
2511 {
2512         struct file *swap_file = sis->swap_file;
2513         struct address_space *mapping = swap_file->f_mapping;
2514         struct inode *inode = mapping->host;
2515         int ret;
2516
2517         if (S_ISBLK(inode->i_mode)) {
2518                 ret = add_swap_extent(sis, 0, sis->max, 0);
2519                 *span = sis->pages;
2520                 return ret;
2521         }
2522
2523         if (mapping->a_ops->swap_activate) {
2524                 ret = mapping->a_ops->swap_activate(sis, swap_file, span);
2525                 if (ret < 0)
2526                         return ret;
2527                 sis->flags |= SWP_ACTIVATED;
2528                 if ((sis->flags & SWP_FS_OPS) &&
2529                     sio_pool_init() != 0) {
2530                         destroy_swap_extents(sis);
2531                         return -ENOMEM;
2532                 }
2533                 return ret;
2534         }
2535
2536         return generic_swapfile_activate(sis, swap_file, span);
2537 }
2538
2539 static int swap_node(struct swap_info_struct *si)
2540 {
2541         struct block_device *bdev;
2542
2543         if (si->bdev)
2544                 bdev = si->bdev;
2545         else
2546                 bdev = si->swap_file->f_inode->i_sb->s_bdev;
2547
2548         return bdev ? bdev->bd_disk->node_id : NUMA_NO_NODE;
2549 }
2550
2551 static void setup_swap_info(struct swap_info_struct *si, int prio,
2552                             unsigned char *swap_map,
2553                             struct swap_cluster_info *cluster_info,
2554                             unsigned long *zeromap)
2555 {
2556         int i;
2557
2558         if (prio >= 0)
2559                 si->prio = prio;
2560         else
2561                 si->prio = --least_priority;
2562         /*
2563          * the plist prio is negated because plist ordering is
2564          * low-to-high, while swap ordering is high-to-low
2565          */
2566         si->list.prio = -si->prio;
2567         for_each_node(i) {
2568                 if (si->prio >= 0)
2569                         si->avail_lists[i].prio = -si->prio;
2570                 else {
2571                         if (swap_node(si) == i)
2572                                 si->avail_lists[i].prio = 1;
2573                         else
2574                                 si->avail_lists[i].prio = -si->prio;
2575                 }
2576         }
2577         si->swap_map = swap_map;
2578         si->cluster_info = cluster_info;
2579         si->zeromap = zeromap;
2580 }
2581
2582 static void _enable_swap_info(struct swap_info_struct *si)
2583 {
2584         atomic_long_add(si->pages, &nr_swap_pages);
2585         total_swap_pages += si->pages;
2586
2587         assert_spin_locked(&swap_lock);
2588         /*
2589          * both lists are plists, and thus priority ordered.
2590          * swap_active_head needs to be priority ordered for swapoff(),
2591          * which on removal of any swap_info_struct with an auto-assigned
2592          * (i.e. negative) priority increments the auto-assigned priority
2593          * of any lower-priority swap_info_structs.
2594          * swap_avail_head needs to be priority ordered for folio_alloc_swap(),
2595          * which allocates swap pages from the highest available priority
2596          * swap_info_struct.
2597          */
2598         plist_add(&si->list, &swap_active_head);
2599
2600         /* Add back to available list */
2601         add_to_avail_list(si, true);
2602 }
2603
2604 static void enable_swap_info(struct swap_info_struct *si, int prio,
2605                                 unsigned char *swap_map,
2606                                 struct swap_cluster_info *cluster_info,
2607                                 unsigned long *zeromap)
2608 {
2609         spin_lock(&swap_lock);
2610         spin_lock(&si->lock);
2611         setup_swap_info(si, prio, swap_map, cluster_info, zeromap);
2612         spin_unlock(&si->lock);
2613         spin_unlock(&swap_lock);
2614         /*
2615          * Finished initializing swap device, now it's safe to reference it.
2616          */
2617         percpu_ref_resurrect(&si->users);
2618         spin_lock(&swap_lock);
2619         spin_lock(&si->lock);
2620         _enable_swap_info(si);
2621         spin_unlock(&si->lock);
2622         spin_unlock(&swap_lock);
2623 }
2624
2625 static void reinsert_swap_info(struct swap_info_struct *si)
2626 {
2627         spin_lock(&swap_lock);
2628         spin_lock(&si->lock);
2629         setup_swap_info(si, si->prio, si->swap_map, si->cluster_info, si->zeromap);
2630         _enable_swap_info(si);
2631         spin_unlock(&si->lock);
2632         spin_unlock(&swap_lock);
2633 }
2634
2635 /*
2636  * Called after clearing SWP_WRITEOK, ensures cluster_alloc_range
2637  * see the updated flags, so there will be no more allocations.
2638  */
2639 static void wait_for_allocation(struct swap_info_struct *si)
2640 {
2641         unsigned long offset;
2642         unsigned long end = ALIGN(si->max, SWAPFILE_CLUSTER);
2643         struct swap_cluster_info *ci;
2644
2645         BUG_ON(si->flags & SWP_WRITEOK);
2646
2647         for (offset = 0; offset < end; offset += SWAPFILE_CLUSTER) {
2648                 ci = lock_cluster(si, offset);
2649                 unlock_cluster(ci);
2650         }
2651 }
2652
2653 /*
2654  * Called after swap device's reference count is dead, so
2655  * neither scan nor allocation will use it.
2656  */
2657 static void flush_percpu_swap_cluster(struct swap_info_struct *si)
2658 {
2659         int cpu, i;
2660         struct swap_info_struct **pcp_si;
2661
2662         for_each_possible_cpu(cpu) {
2663                 pcp_si = per_cpu_ptr(percpu_swap_cluster.si, cpu);
2664                 /*
2665                  * Invalidate the percpu swap cluster cache, si->users
2666                  * is dead, so no new user will point to it, just flush
2667                  * any existing user.
2668                  */
2669                 for (i = 0; i < SWAP_NR_ORDERS; i++)
2670                         cmpxchg(&pcp_si[i], si, NULL);
2671         }
2672 }
2673
2674
2675 SYSCALL_DEFINE1(swapoff, const char __user *, specialfile)
2676 {
2677         struct swap_info_struct *p = NULL;
2678         unsigned char *swap_map;
2679         unsigned long *zeromap;
2680         struct swap_cluster_info *cluster_info;
2681         struct file *swap_file, *victim;
2682         struct address_space *mapping;
2683         struct inode *inode;
2684         struct filename *pathname;
2685         int err, found = 0;
2686
2687         if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
2688                 return -EPERM;
2689
2690         BUG_ON(!current->mm);
2691
2692         pathname = getname(specialfile);
2693         if (IS_ERR(pathname))
2694                 return PTR_ERR(pathname);
2695
2696         victim = file_open_name(pathname, O_RDWR|O_LARGEFILE, 0);
2697         err = PTR_ERR(victim);
2698         if (IS_ERR(victim))
2699                 goto out;
2700
2701         mapping = victim->f_mapping;
2702         spin_lock(&swap_lock);
2703         plist_for_each_entry(p, &swap_active_head, list) {
2704                 if (p->flags & SWP_WRITEOK) {
2705                         if (p->swap_file->f_mapping == mapping) {
2706                                 found = 1;
2707                                 break;
2708                         }
2709                 }
2710         }
2711         if (!found) {
2712                 err = -EINVAL;
2713                 spin_unlock(&swap_lock);
2714                 goto out_dput;
2715         }
2716         if (!security_vm_enough_memory_mm(current->mm, p->pages))
2717                 vm_unacct_memory(p->pages);
2718         else {
2719                 err = -ENOMEM;
2720                 spin_unlock(&swap_lock);
2721                 goto out_dput;
2722         }
2723         spin_lock(&p->lock);
2724         del_from_avail_list(p, true);
2725         if (p->prio < 0) {
2726                 struct swap_info_struct *si = p;
2727                 int nid;
2728
2729                 plist_for_each_entry_continue(si, &swap_active_head, list) {
2730                         si->prio++;
2731                         si->list.prio--;
2732                         for_each_node(nid) {
2733                                 if (si->avail_lists[nid].prio != 1)
2734                                         si->avail_lists[nid].prio--;
2735                         }
2736                 }
2737                 least_priority++;
2738         }
2739         plist_del(&p->list, &swap_active_head);
2740         atomic_long_sub(p->pages, &nr_swap_pages);
2741         total_swap_pages -= p->pages;
2742         spin_unlock(&p->lock);
2743         spin_unlock(&swap_lock);
2744
2745         wait_for_allocation(p);
2746
2747         set_current_oom_origin();
2748         err = try_to_unuse(p->type);
2749         clear_current_oom_origin();
2750
2751         if (err) {
2752                 /* re-insert swap space back into swap_list */
2753                 reinsert_swap_info(p);
2754                 goto out_dput;
2755         }
2756
2757         /*
2758          * Wait for swap operations protected by get/put_swap_device()
2759          * to complete.  Because of synchronize_rcu() here, all swap
2760          * operations protected by RCU reader side lock (including any
2761          * spinlock) will be waited too.  This makes it easy to
2762          * prevent folio_test_swapcache() and the following swap cache
2763          * operations from racing with swapoff.
2764          */
2765         percpu_ref_kill(&p->users);
2766         synchronize_rcu();
2767         wait_for_completion(&p->comp);
2768
2769         flush_work(&p->discard_work);
2770         flush_work(&p->reclaim_work);
2771         flush_percpu_swap_cluster(p);
2772
2773         destroy_swap_extents(p);
2774         if (p->flags & SWP_CONTINUED)
2775                 free_swap_count_continuations(p);
2776
2777         if (!p->bdev || !bdev_nonrot(p->bdev))
2778                 atomic_dec(&nr_rotate_swap);
2779
2780         mutex_lock(&swapon_mutex);
2781         spin_lock(&swap_lock);
2782         spin_lock(&p->lock);
2783         drain_mmlist();
2784
2785         swap_file = p->swap_file;
2786         p->swap_file = NULL;
2787         p->max = 0;
2788         swap_map = p->swap_map;
2789         p->swap_map = NULL;
2790         zeromap = p->zeromap;
2791         p->zeromap = NULL;
2792         cluster_info = p->cluster_info;
2793         p->cluster_info = NULL;
2794         spin_unlock(&p->lock);
2795         spin_unlock(&swap_lock);
2796         arch_swap_invalidate_area(p->type);
2797         zswap_swapoff(p->type);
2798         mutex_unlock(&swapon_mutex);
2799         kfree(p->global_cluster);
2800         p->global_cluster = NULL;
2801         vfree(swap_map);
2802         kvfree(zeromap);
2803         kvfree(cluster_info);
2804         /* Destroy swap account information */
2805         swap_cgroup_swapoff(p->type);
2806         exit_swap_address_space(p->type);
2807
2808         inode = mapping->host;
2809
2810         inode_lock(inode);
2811         inode->i_flags &= ~S_SWAPFILE;
2812         inode_unlock(inode);
2813         filp_close(swap_file, NULL);
2814
2815         /*
2816          * Clear the SWP_USED flag after all resources are freed so that swapon
2817          * can reuse this swap_info in alloc_swap_info() safely.  It is ok to
2818          * not hold p->lock after we cleared its SWP_WRITEOK.
2819          */
2820         spin_lock(&swap_lock);
2821         p->flags = 0;
2822         spin_unlock(&swap_lock);
2823
2824         err = 0;
2825         atomic_inc(&proc_poll_event);
2826         wake_up_interruptible(&proc_poll_wait);
2827
2828 out_dput:
2829         filp_close(victim, NULL);
2830 out:
2831         putname(pathname);
2832         return err;
2833 }
2834
2835 #ifdef CONFIG_PROC_FS
2836 static __poll_t swaps_poll(struct file *file, poll_table *wait)
2837 {
2838         struct seq_file *seq = file->private_data;
2839
2840         poll_wait(file, &proc_poll_wait, wait);
2841
2842         if (seq->poll_event != atomic_read(&proc_poll_event)) {
2843                 seq->poll_event = atomic_read(&proc_poll_event);
2844                 return EPOLLIN | EPOLLRDNORM | EPOLLERR | EPOLLPRI;
2845         }
2846
2847         return EPOLLIN | EPOLLRDNORM;
2848 }
2849
2850 /* iterator */
2851 static void *swap_start(struct seq_file *swap, loff_t *pos)
2852 {
2853         struct swap_info_struct *si;
2854         int type;
2855         loff_t l = *pos;
2856
2857         mutex_lock(&swapon_mutex);
2858
2859         if (!l)
2860                 return SEQ_START_TOKEN;
2861
2862         for (type = 0; (si = swap_type_to_swap_info(type)); type++) {
2863                 if (!(si->flags & SWP_USED) || !si->swap_map)
2864                         continue;
2865                 if (!--l)
2866                         return si;
2867         }
2868
2869         return NULL;
2870 }
2871
2872 static void *swap_next(struct seq_file *swap, void *v, loff_t *pos)
2873 {
2874         struct swap_info_struct *si = v;
2875         int type;
2876
2877         if (v == SEQ_START_TOKEN)
2878                 type = 0;
2879         else
2880                 type = si->type + 1;
2881
2882         ++(*pos);
2883         for (; (si = swap_type_to_swap_info(type)); type++) {
2884                 if (!(si->flags & SWP_USED) || !si->swap_map)
2885                         continue;
2886                 return si;
2887         }
2888
2889         return NULL;
2890 }
2891
2892 static void swap_stop(struct seq_file *swap, void *v)
2893 {
2894         mutex_unlock(&swapon_mutex);
2895 }
2896
2897 static int swap_show(struct seq_file *swap, void *v)
2898 {
2899         struct swap_info_struct *si = v;
2900         struct file *file;
2901         int len;
2902         unsigned long bytes, inuse;
2903
2904         if (si == SEQ_START_TOKEN) {
2905                 seq_puts(swap, "Filename\t\t\t\tType\t\tSize\t\tUsed\t\tPriority\n");
2906                 return 0;
2907         }
2908
2909         bytes = K(si->pages);
2910         inuse = K(swap_usage_in_pages(si));
2911
2912         file = si->swap_file;
2913         len = seq_file_path(swap, file, " \t\n\\");
2914         seq_printf(swap, "%*s%s\t%lu\t%s%lu\t%s%d\n",
2915                         len < 40 ? 40 - len : 1, " ",
2916                         S_ISBLK(file_inode(file)->i_mode) ?
2917                                 "partition" : "file\t",
2918                         bytes, bytes < 10000000 ? "\t" : "",
2919                         inuse, inuse < 10000000 ? "\t" : "",
2920                         si->prio);
2921         return 0;
2922 }
2923
2924 static const struct seq_operations swaps_op = {
2925         .start =        swap_start,
2926         .next =         swap_next,
2927         .stop =         swap_stop,
2928         .show =         swap_show
2929 };
2930
2931 static int swaps_open(struct inode *inode, struct file *file)
2932 {
2933         struct seq_file *seq;
2934         int ret;
2935
2936         ret = seq_open(file, &swaps_op);
2937         if (ret)
2938                 return ret;
2939
2940         seq = file->private_data;
2941         seq->poll_event = atomic_read(&proc_poll_event);
2942         return 0;
2943 }
2944
2945 static const struct proc_ops swaps_proc_ops = {
2946         .proc_flags     = PROC_ENTRY_PERMANENT,
2947         .proc_open      = swaps_open,
2948         .proc_read      = seq_read,
2949         .proc_lseek     = seq_lseek,
2950         .proc_release   = seq_release,
2951         .proc_poll      = swaps_poll,
2952 };
2953
2954 static int __init procswaps_init(void)
2955 {
2956         proc_create("swaps", 0, NULL, &swaps_proc_ops);
2957         return 0;
2958 }
2959 __initcall(procswaps_init);
2960 #endif /* CONFIG_PROC_FS */
2961
2962 #ifdef MAX_SWAPFILES_CHECK
2963 static int __init max_swapfiles_check(void)
2964 {
2965         MAX_SWAPFILES_CHECK();
2966         return 0;
2967 }
2968 late_initcall(max_swapfiles_check);
2969 #endif
2970
2971 static struct swap_info_struct *alloc_swap_info(void)
2972 {
2973         struct swap_info_struct *p;
2974         struct swap_info_struct *defer = NULL;
2975         unsigned int type;
2976         int i;
2977
2978         p = kvzalloc(struct_size(p, avail_lists, nr_node_ids), GFP_KERNEL);
2979         if (!p)
2980                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
2981
2982         if (percpu_ref_init(&p->users, swap_users_ref_free,
2983                             PERCPU_REF_INIT_DEAD, GFP_KERNEL)) {
2984                 kvfree(p);
2985                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
2986         }
2987
2988         spin_lock(&swap_lock);
2989         for (type = 0; type < nr_swapfiles; type++) {
2990                 if (!(swap_info[type]->flags & SWP_USED))
2991                         break;
2992         }
2993         if (type >= MAX_SWAPFILES) {
2994                 spin_unlock(&swap_lock);
2995                 percpu_ref_exit(&p->users);
2996                 kvfree(p);
2997                 return ERR_PTR(-EPERM);
2998         }
2999         if (type >= nr_swapfiles) {
3000                 p->type = type;
3001                 /*
3002                  * Publish the swap_info_struct after initializing it.
3003                  * Note that kvzalloc() above zeroes all its fields.
3004                  */
3005                 smp_store_release(&swap_info[type], p); /* rcu_assign_pointer() */
3006                 nr_swapfiles++;
3007         } else {
3008                 defer = p;
3009                 p = swap_info[type];
3010                 /*
3011                  * Do not memset this entry: a racing procfs swap_next()
3012                  * would be relying on p->type to remain valid.
3013                  */
3014         }
3015         p->swap_extent_root = RB_ROOT;
3016         plist_node_init(&p->list, 0);
3017         for_each_node(i)
3018                 plist_node_init(&p->avail_lists[i], 0);
3019         p->flags = SWP_USED;
3020         spin_unlock(&swap_lock);
3021         if (defer) {
3022                 percpu_ref_exit(&defer->users);
3023                 kvfree(defer);
3024         }
3025         spin_lock_init(&p->lock);
3026         spin_lock_init(&p->cont_lock);
3027         atomic_long_set(&p->inuse_pages, SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT);
3028         init_completion(&p->comp);
3029
3030         return p;
3031 }
3032
3033 static int claim_swapfile(struct swap_info_struct *si, struct inode *inode)
3034 {
3035         if (S_ISBLK(inode->i_mode)) {
3036                 si->bdev = I_BDEV(inode);
3037                 /*
3038                  * Zoned block devices contain zones that have a sequential
3039                  * write only restriction.  Hence zoned block devices are not
3040                  * suitable for swapping.  Disallow them here.
3041                  */
3042                 if (bdev_is_zoned(si->bdev))
3043                         return -EINVAL;
3044                 si->flags |= SWP_BLKDEV;
3045         } else if (S_ISREG(inode->i_mode)) {
3046                 si->bdev = inode->i_sb->s_bdev;
3047         }
3048
3049         return 0;
3050 }
3051
3052
3053 /*
3054  * Find out how many pages are allowed for a single swap device. There
3055  * are two limiting factors:
3056  * 1) the number of bits for the swap offset in the swp_entry_t type, and
3057  * 2) the number of bits in the swap pte, as defined by the different
3058  * architectures.
3059  *
3060  * In order to find the largest possible bit mask, a swap entry with
3061  * swap type 0 and swap offset ~0UL is created, encoded to a swap pte,
3062  * decoded to a swp_entry_t again, and finally the swap offset is
3063  * extracted.
3064  *
3065  * This will mask all the bits from the initial ~0UL mask that can't
3066  * be encoded in either the swp_entry_t or the architecture definition
3067  * of a swap pte.
3068  */
3069 unsigned long generic_max_swapfile_size(void)
3070 {
3071         return swp_offset(pte_to_swp_entry(
3072                         swp_entry_to_pte(swp_entry(0, ~0UL)))) + 1;
3073 }
3074
3075 /* Can be overridden by an architecture for additional checks. */
3076 __weak unsigned long arch_max_swapfile_size(void)
3077 {
3078         return generic_max_swapfile_size();
3079 }
3080
3081 static unsigned long read_swap_header(struct swap_info_struct *si,
3082                                         union swap_header *swap_header,
3083                                         struct inode *inode)
3084 {
3085         int i;
3086         unsigned long maxpages;
3087         unsigned long swapfilepages;
3088         unsigned long last_page;
3089
3090         if (memcmp("SWAPSPACE2", swap_header->magic.magic, 10)) {
3091                 pr_err("Unable to find swap-space signature\n");
3092                 return 0;
3093         }
3094
3095         /* swap partition endianness hack... */
3096         if (swab32(swap_header->info.version) == 1) {
3097                 swab32s(&swap_header->info.version);
3098                 swab32s(&swap_header->info.last_page);
3099                 swab32s(&swap_header->info.nr_badpages);
3100                 if (swap_header->info.nr_badpages > MAX_SWAP_BADPAGES)
3101                         return 0;
3102                 for (i = 0; i < swap_header->info.nr_badpages; i++)
3103                         swab32s(&swap_header->info.badpages[i]);
3104         }
3105         /* Check the swap header's sub-version */
3106         if (swap_header->info.version != 1) {
3107                 pr_warn("Unable to handle swap header version %d\n",
3108                         swap_header->info.version);
3109                 return 0;
3110         }
3111
3112         maxpages = swapfile_maximum_size;
3113         last_page = swap_header->info.last_page;
3114         if (!last_page) {
3115                 pr_warn("Empty swap-file\n");
3116                 return 0;
3117         }
3118         if (last_page > maxpages) {
3119                 pr_warn("Truncating oversized swap area, only using %luk out of %luk\n",
3120                         K(maxpages), K(last_page));
3121         }
3122         if (maxpages > last_page) {
3123                 maxpages = last_page + 1;
3124                 /* p->max is an unsigned int: don't overflow it */
3125                 if ((unsigned int)maxpages == 0)
3126                         maxpages = UINT_MAX;
3127         }
3128
3129         if (!maxpages)
3130                 return 0;
3131         swapfilepages = i_size_read(inode) >> PAGE_SHIFT;
3132         if (swapfilepages && maxpages > swapfilepages) {
3133                 pr_warn("Swap area shorter than signature indicates\n");
3134                 return 0;
3135         }
3136         if (swap_header->info.nr_badpages && S_ISREG(inode->i_mode))
3137                 return 0;
3138         if (swap_header->info.nr_badpages > MAX_SWAP_BADPAGES)
3139                 return 0;
3140
3141         return maxpages;
3142 }
3143
3144 static int setup_swap_map_and_extents(struct swap_info_struct *si,
3145                                         union swap_header *swap_header,
3146                                         unsigned char *swap_map,
3147                                         unsigned long maxpages,
3148                                         sector_t *span)
3149 {
3150         unsigned int nr_good_pages;
3151         unsigned long i;
3152         int nr_extents;
3153
3154         nr_good_pages = maxpages - 1;   /* omit header page */
3155
3156         for (i = 0; i < swap_header->info.nr_badpages; i++) {
3157                 unsigned int page_nr = swap_header->info.badpages[i];
3158                 if (page_nr == 0 || page_nr > swap_header->info.last_page)
3159                         return -EINVAL;
3160                 if (page_nr < maxpages) {
3161                         swap_map[page_nr] = SWAP_MAP_BAD;
3162                         nr_good_pages--;
3163                 }
3164         }
3165
3166         if (nr_good_pages) {
3167                 swap_map[0] = SWAP_MAP_BAD;
3168                 si->max = maxpages;
3169                 si->pages = nr_good_pages;
3170                 nr_extents = setup_swap_extents(si, span);
3171                 if (nr_extents < 0)
3172                         return nr_extents;
3173                 nr_good_pages = si->pages;
3174         }
3175         if (!nr_good_pages) {
3176                 pr_warn("Empty swap-file\n");
3177                 return -EINVAL;
3178         }
3179
3180         return nr_extents;
3181 }
3182
3183 #define SWAP_CLUSTER_INFO_COLS                                          \
3184         DIV_ROUND_UP(L1_CACHE_BYTES, sizeof(struct swap_cluster_info))
3185 #define SWAP_CLUSTER_SPACE_COLS                                         \
3186         DIV_ROUND_UP(SWAP_ADDRESS_SPACE_PAGES, SWAPFILE_CLUSTER)
3187 #define SWAP_CLUSTER_COLS                                               \
3188         max_t(unsigned int, SWAP_CLUSTER_INFO_COLS, SWAP_CLUSTER_SPACE_COLS)
3189
3190 static struct swap_cluster_info *setup_clusters(struct swap_info_struct *si,
3191                                                 union swap_header *swap_header,
3192                                                 unsigned long maxpages)
3193 {
3194         unsigned long nr_clusters = DIV_ROUND_UP(maxpages, SWAPFILE_CLUSTER);
3195         struct swap_cluster_info *cluster_info;
3196         unsigned long i, j, idx;
3197         int err = -ENOMEM;
3198
3199         cluster_info = kvcalloc(nr_clusters, sizeof(*cluster_info), GFP_KERNEL);
3200         if (!cluster_info)
3201                 goto err;
3202
3203         for (i = 0; i < nr_clusters; i++)
3204                 spin_lock_init(&cluster_info[i].lock);
3205
3206         if (!(si->flags & SWP_SOLIDSTATE)) {
3207                 si->global_cluster = kmalloc(sizeof(*si->global_cluster),
3208                                      GFP_KERNEL);
3209                 if (!si->global_cluster)
3210                         goto err_free;
3211                 for (i = 0; i < SWAP_NR_ORDERS; i++)
3212                         si->global_cluster->next[i] = SWAP_ENTRY_INVALID;
3213                 spin_lock_init(&si->global_cluster_lock);
3214         }
3215
3216         /*
3217          * Mark unusable pages as unavailable. The clusters aren't
3218          * marked free yet, so no list operations are involved yet.
3219          *
3220          * See setup_swap_map_and_extents(): header page, bad pages,
3221          * and the EOF part of the last cluster.
3222          */
3223         inc_cluster_info_page(si, cluster_info, 0);
3224         for (i = 0; i < swap_header->info.nr_badpages; i++)
3225                 inc_cluster_info_page(si, cluster_info,
3226                                       swap_header->info.badpages[i]);
3227         for (i = maxpages; i < round_up(maxpages, SWAPFILE_CLUSTER); i++)
3228                 inc_cluster_info_page(si, cluster_info, i);
3229
3230         INIT_LIST_HEAD(&si->free_clusters);
3231         INIT_LIST_HEAD(&si->full_clusters);
3232         INIT_LIST_HEAD(&si->discard_clusters);
3233
3234         for (i = 0; i < SWAP_NR_ORDERS; i++) {
3235                 INIT_LIST_HEAD(&si->nonfull_clusters[i]);
3236                 INIT_LIST_HEAD(&si->frag_clusters[i]);
3237                 atomic_long_set(&si->frag_cluster_nr[i], 0);
3238         }
3239
3240         /*
3241          * Reduce false cache line sharing between cluster_info and
3242          * sharing same address space.
3243          */
3244         for (j = 0; j < SWAP_CLUSTER_COLS; j++) {
3245                 for (i = 0; i < DIV_ROUND_UP(nr_clusters, SWAP_CLUSTER_COLS); i++) {
3246                         struct swap_cluster_info *ci;
3247                         idx = i * SWAP_CLUSTER_COLS + j;
3248                         ci = cluster_info + idx;
3249                         if (idx >= nr_clusters)
3250                                 continue;
3251                         if (ci->count) {
3252                                 ci->flags = CLUSTER_FLAG_NONFULL;
3253                                 list_add_tail(&ci->list, &si->nonfull_clusters[0]);
3254                                 continue;
3255                         }
3256                         ci->flags = CLUSTER_FLAG_FREE;
3257                         list_add_tail(&ci->list, &si->free_clusters);
3258                 }
3259         }
3260
3261         return cluster_info;
3262
3263 err_free:
3264         kvfree(cluster_info);
3265 err:
3266         return ERR_PTR(err);
3267 }
3268
3269 SYSCALL_DEFINE2(swapon, const char __user *, specialfile, int, swap_flags)
3270 {
3271         struct swap_info_struct *si;
3272         struct filename *name;
3273         struct file *swap_file = NULL;
3274         struct address_space *mapping;
3275         struct dentry *dentry;
3276         int prio;
3277         int error;
3278         union swap_header *swap_header;
3279         int nr_extents;
3280         sector_t span;
3281         unsigned long maxpages;
3282         unsigned char *swap_map = NULL;
3283         unsigned long *zeromap = NULL;
3284         struct swap_cluster_info *cluster_info = NULL;
3285         struct folio *folio = NULL;
3286         struct inode *inode = NULL;
3287         bool inced_nr_rotate_swap = false;
3288
3289         if (swap_flags & ~SWAP_FLAGS_VALID)
3290                 return -EINVAL;
3291
3292         if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
3293                 return -EPERM;
3294
3295         if (!swap_avail_heads)
3296                 return -ENOMEM;
3297
3298         si = alloc_swap_info();
3299         if (IS_ERR(si))
3300                 return PTR_ERR(si);
3301
3302         INIT_WORK(&si->discard_work, swap_discard_work);
3303         INIT_WORK(&si->reclaim_work, swap_reclaim_work);
3304
3305         name = getname(specialfile);
3306         if (IS_ERR(name)) {
3307                 error = PTR_ERR(name);
3308                 name = NULL;
3309                 goto bad_swap;
3310         }
3311         swap_file = file_open_name(name, O_RDWR | O_LARGEFILE | O_EXCL, 0);
3312         if (IS_ERR(swap_file)) {
3313                 error = PTR_ERR(swap_file);
3314                 swap_file = NULL;
3315                 goto bad_swap;
3316         }
3317
3318         si->swap_file = swap_file;
3319         mapping = swap_file->f_mapping;
3320         dentry = swap_file->f_path.dentry;
3321         inode = mapping->host;
3322
3323         error = claim_swapfile(si, inode);
3324         if (unlikely(error))
3325                 goto bad_swap;
3326
3327         inode_lock(inode);
3328         if (d_unlinked(dentry) || cant_mount(dentry)) {
3329                 error = -ENOENT;
3330                 goto bad_swap_unlock_inode;
3331         }
3332         if (IS_SWAPFILE(inode)) {
3333                 error = -EBUSY;
3334                 goto bad_swap_unlock_inode;
3335         }
3336
3337         /*
3338          * The swap subsystem needs a major overhaul to support this.
3339          * It doesn't work yet so just disable it for now.
3340          */
3341         if (mapping_min_folio_order(mapping) > 0) {
3342                 error = -EINVAL;
3343                 goto bad_swap_unlock_inode;
3344         }
3345
3346         /*
3347          * Read the swap header.
3348          */
3349         if (!mapping->a_ops->read_folio) {
3350                 error = -EINVAL;
3351                 goto bad_swap_unlock_inode;
3352         }
3353         folio = read_mapping_folio(mapping, 0, swap_file);
3354         if (IS_ERR(folio)) {
3355                 error = PTR_ERR(folio);
3356                 goto bad_swap_unlock_inode;
3357         }
3358         swap_header = kmap_local_folio(folio, 0);
3359
3360         maxpages = read_swap_header(si, swap_header, inode);
3361         if (unlikely(!maxpages)) {
3362                 error = -EINVAL;
3363                 goto bad_swap_unlock_inode;
3364         }
3365
3366         /* OK, set up the swap map and apply the bad block list */
3367         swap_map = vzalloc(maxpages);
3368         if (!swap_map) {
3369                 error = -ENOMEM;
3370                 goto bad_swap_unlock_inode;
3371         }
3372
3373         error = swap_cgroup_swapon(si->type, maxpages);
3374         if (error)
3375                 goto bad_swap_unlock_inode;
3376
3377         nr_extents = setup_swap_map_and_extents(si, swap_header, swap_map,
3378                                                 maxpages, &span);
3379         if (unlikely(nr_extents < 0)) {
3380                 error = nr_extents;
3381                 goto bad_swap_unlock_inode;
3382         }
3383
3384         /*
3385          * Use kvmalloc_array instead of bitmap_zalloc as the allocation order might
3386          * be above MAX_PAGE_ORDER incase of a large swap file.
3387          */
3388         zeromap = kvmalloc_array(BITS_TO_LONGS(maxpages), sizeof(long),
3389                                     GFP_KERNEL | __GFP_ZERO);
3390         if (!zeromap) {
3391                 error = -ENOMEM;
3392                 goto bad_swap_unlock_inode;
3393         }
3394
3395         if (si->bdev && bdev_stable_writes(si->bdev))
3396                 si->flags |= SWP_STABLE_WRITES;
3397
3398         if (si->bdev && bdev_synchronous(si->bdev))
3399                 si->flags |= SWP_SYNCHRONOUS_IO;
3400
3401         if (si->bdev && bdev_nonrot(si->bdev)) {
3402                 si->flags |= SWP_SOLIDSTATE;
3403         } else {
3404                 atomic_inc(&nr_rotate_swap);
3405                 inced_nr_rotate_swap = true;
3406         }
3407
3408         cluster_info = setup_clusters(si, swap_header, maxpages);
3409         if (IS_ERR(cluster_info)) {
3410                 error = PTR_ERR(cluster_info);
3411                 cluster_info = NULL;
3412                 goto bad_swap_unlock_inode;
3413         }
3414
3415         if ((swap_flags & SWAP_FLAG_DISCARD) &&
3416             si->bdev && bdev_max_discard_sectors(si->bdev)) {
3417                 /*
3418                  * When discard is enabled for swap with no particular
3419                  * policy flagged, we set all swap discard flags here in
3420                  * order to sustain backward compatibility with older
3421                  * swapon(8) releases.
3422                  */
3423                 si->flags |= (SWP_DISCARDABLE | SWP_AREA_DISCARD |
3424                              SWP_PAGE_DISCARD);
3425
3426                 /*
3427                  * By flagging sys_swapon, a sysadmin can tell us to
3428                  * either do single-time area discards only, or to just
3429                  * perform discards for released swap page-clusters.
3430                  * Now it's time to adjust the p->flags accordingly.
3431                  */
3432                 if (swap_flags & SWAP_FLAG_DISCARD_ONCE)
3433                         si->flags &= ~SWP_PAGE_DISCARD;
3434                 else if (swap_flags & SWAP_FLAG_DISCARD_PAGES)
3435                         si->flags &= ~SWP_AREA_DISCARD;
3436
3437                 /* issue a swapon-time discard if it's still required */
3438                 if (si->flags & SWP_AREA_DISCARD) {
3439                         int err = discard_swap(si);
3440                         if (unlikely(err))
3441                                 pr_err("swapon: discard_swap(%p): %d\n",
3442                                         si, err);
3443                 }
3444         }
3445
3446         error = init_swap_address_space(si->type, maxpages);
3447         if (error)
3448                 goto bad_swap_unlock_inode;
3449
3450         error = zswap_swapon(si->type, maxpages);
3451         if (error)
3452                 goto free_swap_address_space;
3453
3454         /*
3455          * Flush any pending IO and dirty mappings before we start using this
3456          * swap device.
3457          */
3458         inode->i_flags |= S_SWAPFILE;
3459         error = inode_drain_writes(inode);
3460         if (error) {
3461                 inode->i_flags &= ~S_SWAPFILE;
3462                 goto free_swap_zswap;
3463         }
3464
3465         mutex_lock(&swapon_mutex);
3466         prio = -1;
3467         if (swap_flags & SWAP_FLAG_PREFER)
3468                 prio = swap_flags & SWAP_FLAG_PRIO_MASK;
3469         enable_swap_info(si, prio, swap_map, cluster_info, zeromap);
3470
3471         pr_info("Adding %uk swap on %s.  Priority:%d extents:%d across:%lluk %s%s%s%s\n",
3472                 K(si->pages), name->name, si->prio, nr_extents,
3473                 K((unsigned long long)span),
3474                 (si->flags & SWP_SOLIDSTATE) ? "SS" : "",
3475                 (si->flags & SWP_DISCARDABLE) ? "D" : "",
3476                 (si->flags & SWP_AREA_DISCARD) ? "s" : "",
3477                 (si->flags & SWP_PAGE_DISCARD) ? "c" : "");
3478
3479         mutex_unlock(&swapon_mutex);
3480         atomic_inc(&proc_poll_event);
3481         wake_up_interruptible(&proc_poll_wait);
3482
3483         error = 0;
3484         goto out;
3485 free_swap_zswap:
3486         zswap_swapoff(si->type);
3487 free_swap_address_space:
3488         exit_swap_address_space(si->type);
3489 bad_swap_unlock_inode:
3490         inode_unlock(inode);
3491 bad_swap:
3492         kfree(si->global_cluster);
3493         si->global_cluster = NULL;
3494         inode = NULL;
3495         destroy_swap_extents(si);
3496         swap_cgroup_swapoff(si->type);
3497         spin_lock(&swap_lock);
3498         si->swap_file = NULL;
3499         si->flags = 0;
3500         spin_unlock(&swap_lock);
3501         vfree(swap_map);
3502         kvfree(zeromap);
3503         kvfree(cluster_info);
3504         if (inced_nr_rotate_swap)
3505                 atomic_dec(&nr_rotate_swap);
3506         if (swap_file)
3507                 filp_close(swap_file, NULL);
3508 out:
3509         if (!IS_ERR_OR_NULL(folio))
3510                 folio_release_kmap(folio, swap_header);
3511         if (name)
3512                 putname(name);
3513         if (inode)
3514                 inode_unlock(inode);
3515         return error;
3516 }
3517
3518 void si_swapinfo(struct sysinfo *val)
3519 {
3520         unsigned int type;
3521         unsigned long nr_to_be_unused = 0;
3522
3523         spin_lock(&swap_lock);
3524         for (type = 0; type < nr_swapfiles; type++) {
3525                 struct swap_info_struct *si = swap_info[type];
3526
3527                 if ((si->flags & SWP_USED) && !(si->flags & SWP_WRITEOK))
3528                         nr_to_be_unused += swap_usage_in_pages(si);
3529         }
3530         val->freeswap = atomic_long_read(&nr_swap_pages) + nr_to_be_unused;
3531         val->totalswap = total_swap_pages + nr_to_be_unused;
3532         spin_unlock(&swap_lock);
3533 }
3534
3535 /*
3536  * Verify that nr swap entries are valid and increment their swap map counts.
3537  *
3538  * Returns error code in following case.
3539  * - success -> 0
3540  * - swp_entry is invalid -> EINVAL
3541  * - swap-cache reference is requested but there is already one. -> EEXIST
3542  * - swap-cache reference is requested but the entry is not used. -> ENOENT
3543  * - swap-mapped reference requested but needs continued swap count. -> ENOMEM
3544  */
3545 static int __swap_duplicate(swp_entry_t entry, unsigned char usage, int nr)
3546 {
3547         struct swap_info_struct *si;
3548         struct swap_cluster_info *ci;
3549         unsigned long offset;
3550         unsigned char count;
3551         unsigned char has_cache;
3552         int err, i;
3553
3554         si = swp_swap_info(entry);
3555         if (WARN_ON_ONCE(!si)) {
3556                 pr_err("%s%08lx\n", Bad_file, entry.val);
3557                 return -EINVAL;
3558         }
3559
3560         offset = swp_offset(entry);
3561         VM_WARN_ON(nr > SWAPFILE_CLUSTER - offset % SWAPFILE_CLUSTER);
3562         VM_WARN_ON(usage == 1 && nr > 1);
3563         ci = lock_cluster(si, offset);
3564
3565         err = 0;
3566         for (i = 0; i < nr; i++) {
3567                 count = si->swap_map[offset + i];
3568
3569                 /*
3570                  * swapin_readahead() doesn't check if a swap entry is valid, so the
3571                  * swap entry could be SWAP_MAP_BAD. Check here with lock held.
3572                  */
3573                 if (unlikely(swap_count(count) == SWAP_MAP_BAD)) {
3574                         err = -ENOENT;
3575                         goto unlock_out;
3576                 }
3577
3578                 has_cache = count & SWAP_HAS_CACHE;
3579                 count &= ~SWAP_HAS_CACHE;
3580
3581                 if (!count && !has_cache) {
3582                         err = -ENOENT;
3583                 } else if (usage == SWAP_HAS_CACHE) {
3584                         if (has_cache)
3585                                 err = -EEXIST;
3586                 } else if ((count & ~COUNT_CONTINUED) > SWAP_MAP_MAX) {
3587                         err = -EINVAL;
3588                 }
3589
3590                 if (err)
3591                         goto unlock_out;
3592         }
3593
3594         for (i = 0; i < nr; i++) {
3595                 count = si->swap_map[offset + i];
3596                 has_cache = count & SWAP_HAS_CACHE;
3597                 count &= ~SWAP_HAS_CACHE;
3598
3599                 if (usage == SWAP_HAS_CACHE)
3600                         has_cache = SWAP_HAS_CACHE;
3601                 else if ((count & ~COUNT_CONTINUED) < SWAP_MAP_MAX)
3602                         count += usage;
3603                 else if (swap_count_continued(si, offset + i, count))
3604                         count = COUNT_CONTINUED;
3605                 else {
3606                         /*
3607                          * Don't need to rollback changes, because if
3608                          * usage == 1, there must be nr == 1.
3609                          */
3610                         err = -ENOMEM;
3611                         goto unlock_out;
3612                 }
3613
3614                 WRITE_ONCE(si->swap_map[offset + i], count | has_cache);
3615         }
3616
3617 unlock_out:
3618         unlock_cluster(ci);
3619         return err;
3620 }
3621
3622 /*
3623  * Help swapoff by noting that swap entry belongs to shmem/tmpfs
3624  * (in which case its reference count is never incremented).
3625  */
3626 void swap_shmem_alloc(swp_entry_t entry, int nr)
3627 {
3628         __swap_duplicate(entry, SWAP_MAP_SHMEM, nr);
3629 }
3630
3631 /*
3632  * Increase reference count of swap entry by 1.
3633  * Returns 0 for success, or -ENOMEM if a swap_count_continuation is required
3634  * but could not be atomically allocated.  Returns 0, just as if it succeeded,
3635  * if __swap_duplicate() fails for another reason (-EINVAL or -ENOENT), which
3636  * might occur if a page table entry has got corrupted.
3637  */
3638 int swap_duplicate(swp_entry_t entry)
3639 {
3640         int err = 0;
3641
3642         while (!err && __swap_duplicate(entry, 1, 1) == -ENOMEM)
3643                 err = add_swap_count_continuation(entry, GFP_ATOMIC);
3644         return err;
3645 }
3646
3647 /*
3648  * @entry: first swap entry from which we allocate nr swap cache.
3649  *
3650  * Called when allocating swap cache for existing swap entries,
3651  * This can return error codes. Returns 0 at success.
3652  * -EEXIST means there is a swap cache.
3653  * Note: return code is different from swap_duplicate().
3654  */
3655 int swapcache_prepare(swp_entry_t entry, int nr)
3656 {
3657         return __swap_duplicate(entry, SWAP_HAS_CACHE, nr);
3658 }
3659
3660 /*
3661  * Caller should ensure entries belong to the same folio so
3662  * the entries won't span cross cluster boundary.
3663  */
3664 void swapcache_clear(struct swap_info_struct *si, swp_entry_t entry, int nr)
3665 {
3666         swap_entries_put_cache(si, entry, nr);
3667 }
3668
3669 struct swap_info_struct *swp_swap_info(swp_entry_t entry)
3670 {
3671         return swap_type_to_swap_info(swp_type(entry));
3672 }
3673
3674 /*
3675  * add_swap_count_continuation - called when a swap count is duplicated
3676  * beyond SWAP_MAP_MAX, it allocates a new page and links that to the entry's
3677  * page of the original vmalloc'ed swap_map, to hold the continuation count
3678  * (for that entry and for its neighbouring PAGE_SIZE swap entries).  Called
3679  * again when count is duplicated beyond SWAP_MAP_MAX * SWAP_CONT_MAX, etc.
3680  *
3681  * These continuation pages are seldom referenced: the common paths all work
3682  * on the original swap_map, only referring to a continuation page when the
3683  * low "digit" of a count is incremented or decremented through SWAP_MAP_MAX.
3684  *
3685  * add_swap_count_continuation(, GFP_ATOMIC) can be called while holding
3686  * page table locks; if it fails, add_swap_count_continuation(, GFP_KERNEL)
3687  * can be called after dropping locks.
3688  */
3689 int add_swap_count_continuation(swp_entry_t entry, gfp_t gfp_mask)
3690 {
3691         struct swap_info_struct *si;
3692         struct swap_cluster_info *ci;
3693         struct page *head;
3694         struct page *page;
3695         struct page *list_page;
3696         pgoff_t offset;
3697         unsigned char count;
3698         int ret = 0;
3699
3700         /*
3701          * When debugging, it's easier to use __GFP_ZERO here; but it's better
3702          * for latency not to zero a page while GFP_ATOMIC and holding locks.
3703          */
3704         page = alloc_page(gfp_mask | __GFP_HIGHMEM);
3705
3706         si = get_swap_device(entry);
3707         if (!si) {
3708                 /*
3709                  * An acceptable race has occurred since the failing
3710                  * __swap_duplicate(): the swap device may be swapoff
3711                  */
3712                 goto outer;
3713         }
3714
3715         offset = swp_offset(entry);
3716
3717         ci = lock_cluster(si, offset);
3718
3719         count = swap_count(si->swap_map[offset]);
3720
3721         if ((count & ~COUNT_CONTINUED) != SWAP_MAP_MAX) {
3722                 /*
3723                  * The higher the swap count, the more likely it is that tasks
3724                  * will race to add swap count continuation: we need to avoid
3725                  * over-provisioning.
3726                  */
3727                 goto out;
3728         }
3729
3730         if (!page) {
3731                 ret = -ENOMEM;
3732                 goto out;
3733         }
3734
3735         head = vmalloc_to_page(si->swap_map + offset);
3736         offset &= ~PAGE_MASK;
3737
3738         spin_lock(&si->cont_lock);
3739         /*
3740          * Page allocation does not initialize the page's lru field,
3741          * but it does always reset its private field.
3742          */
3743         if (!page_private(head)) {
3744                 BUG_ON(count & COUNT_CONTINUED);
3745                 INIT_LIST_HEAD(&head->lru);
3746                 set_page_private(head, SWP_CONTINUED);
3747                 si->flags |= SWP_CONTINUED;
3748         }
3749
3750         list_for_each_entry(list_page, &head->lru, lru) {
3751                 unsigned char *map;
3752
3753                 /*
3754                  * If the previous map said no continuation, but we've found
3755                  * a continuation page, free our allocation and use this one.
3756                  */
3757                 if (!(count & COUNT_CONTINUED))
3758                         goto out_unlock_cont;
3759
3760                 map = kmap_local_page(list_page) + offset;
3761                 count = *map;
3762                 kunmap_local(map);
3763
3764                 /*
3765                  * If this continuation count now has some space in it,
3766                  * free our allocation and use this one.
3767                  */
3768                 if ((count & ~COUNT_CONTINUED) != SWAP_CONT_MAX)
3769                         goto out_unlock_cont;
3770         }
3771
3772         list_add_tail(&page->lru, &head->lru);
3773         page = NULL;                    /* now it's attached, don't free it */
3774 out_unlock_cont:
3775         spin_unlock(&si->cont_lock);
3776 out:
3777         unlock_cluster(ci);
3778         put_swap_device(si);
3779 outer:
3780         if (page)
3781                 __free_page(page);
3782         return ret;
3783 }
3784
3785 /*
3786  * swap_count_continued - when the original swap_map count is incremented
3787  * from SWAP_MAP_MAX, check if there is already a continuation page to carry
3788  * into, carry if so, or else fail until a new continuation page is allocated;
3789  * when the original swap_map count is decremented from 0 with continuation,
3790  * borrow from the continuation and report whether it still holds more.
3791  * Called while __swap_duplicate() or caller of swap_entry_put_locked()
3792  * holds cluster lock.
3793  */
3794 static bool swap_count_continued(struct swap_info_struct *si,
3795                                  pgoff_t offset, unsigned char count)
3796 {
3797         struct page *head;
3798         struct page *page;
3799         unsigned char *map;
3800         bool ret;
3801
3802         head = vmalloc_to_page(si->swap_map + offset);
3803         if (page_private(head) != SWP_CONTINUED) {
3804                 BUG_ON(count & COUNT_CONTINUED);
3805                 return false;           /* need to add count continuation */
3806         }
3807
3808         spin_lock(&si->cont_lock);
3809         offset &= ~PAGE_MASK;
3810         page = list_next_entry(head, lru);
3811         map = kmap_local_page(page) + offset;
3812
3813         if (count == SWAP_MAP_MAX)      /* initial increment from swap_map */
3814                 goto init_map;          /* jump over SWAP_CONT_MAX checks */
3815
3816         if (count == (SWAP_MAP_MAX | COUNT_CONTINUED)) { /* incrementing */
3817                 /*
3818                  * Think of how you add 1 to 999
3819                  */
3820                 while (*map == (SWAP_CONT_MAX | COUNT_CONTINUED)) {
3821                         kunmap_local(map);
3822                         page = list_next_entry(page, lru);
3823                         BUG_ON(page == head);
3824                         map = kmap_local_page(page) + offset;
3825                 }
3826                 if (*map == SWAP_CONT_MAX) {
3827                         kunmap_local(map);
3828                         page = list_next_entry(page, lru);
3829                         if (page == head) {
3830                                 ret = false;    /* add count continuation */
3831                                 goto out;
3832                         }
3833                         map = kmap_local_page(page) + offset;
3834 init_map:               *map = 0;               /* we didn't zero the page */
3835                 }
3836                 *map += 1;
3837                 kunmap_local(map);
3838                 while ((page = list_prev_entry(page, lru)) != head) {
3839                         map = kmap_local_page(page) + offset;
3840                         *map = COUNT_CONTINUED;
3841                         kunmap_local(map);
3842                 }
3843                 ret = true;                     /* incremented */
3844
3845         } else {                                /* decrementing */
3846                 /*
3847                  * Think of how you subtract 1 from 1000
3848                  */
3849                 BUG_ON(count != COUNT_CONTINUED);
3850                 while (*map == COUNT_CONTINUED) {
3851                         kunmap_local(map);
3852                         page = list_next_entry(page, lru);
3853                         BUG_ON(page == head);
3854                         map = kmap_local_page(page) + offset;
3855                 }
3856                 BUG_ON(*map == 0);
3857                 *map -= 1;
3858                 if (*map == 0)
3859                         count = 0;
3860                 kunmap_local(map);
3861                 while ((page = list_prev_entry(page, lru)) != head) {
3862                         map = kmap_local_page(page) + offset;
3863                         *map = SWAP_CONT_MAX | count;
3864                         count = COUNT_CONTINUED;
3865                         kunmap_local(map);
3866                 }
3867                 ret = count == COUNT_CONTINUED;
3868         }
3869 out:
3870         spin_unlock(&si->cont_lock);
3871         return ret;
3872 }
3873
3874 /*
3875  * free_swap_count_continuations - swapoff free all the continuation pages
3876  * appended to the swap_map, after swap_map is quiesced, before vfree'ing it.
3877  */
3878 static void free_swap_count_continuations(struct swap_info_struct *si)
3879 {
3880         pgoff_t offset;
3881
3882         for (offset = 0; offset < si->max; offset += PAGE_SIZE) {
3883                 struct page *head;
3884                 head = vmalloc_to_page(si->swap_map + offset);
3885                 if (page_private(head)) {
3886                         struct page *page, *next;
3887
3888                         list_for_each_entry_safe(page, next, &head->lru, lru) {
3889                                 list_del(&page->lru);
3890                                 __free_page(page);
3891                         }
3892                 }
3893         }
3894 }
3895
3896 #if defined(CONFIG_MEMCG) && defined(CONFIG_BLK_CGROUP)
3897 static bool __has_usable_swap(void)
3898 {
3899         return !plist_head_empty(&swap_active_head);
3900 }
3901
3902 void __folio_throttle_swaprate(struct folio *folio, gfp_t gfp)
3903 {
3904         struct swap_info_struct *si, *next;
3905         int nid = folio_nid(folio);
3906
3907         if (!(gfp & __GFP_IO))
3908                 return;
3909
3910         if (!__has_usable_swap())
3911                 return;
3912
3913         if (!blk_cgroup_congested())
3914                 return;
3915
3916         /*
3917          * We've already scheduled a throttle, avoid taking the global swap
3918          * lock.
3919          */
3920         if (current->throttle_disk)
3921                 return;
3922
3923         spin_lock(&swap_avail_lock);
3924         plist_for_each_entry_safe(si, next, &swap_avail_heads[nid],
3925                                   avail_lists[nid]) {
3926                 if (si->bdev) {
3927                         blkcg_schedule_throttle(si->bdev->bd_disk, true);
3928                         break;
3929                 }
3930         }
3931         spin_unlock(&swap_avail_lock);
3932 }
3933 #endif
3934
3935 static int __init swapfile_init(void)
3936 {
3937         int nid;
3938
3939         swap_avail_heads = kmalloc_array(nr_node_ids, sizeof(struct plist_head),
3940                                          GFP_KERNEL);
3941         if (!swap_avail_heads) {
3942                 pr_emerg("Not enough memory for swap heads, swap is disabled\n");
3943                 return -ENOMEM;
3944         }
3945
3946         for_each_node(nid)
3947                 plist_head_init(&swap_avail_heads[nid]);
3948
3949         swapfile_maximum_size = arch_max_swapfile_size();
3950
3951 #ifdef CONFIG_MIGRATION
3952         if (swapfile_maximum_size >= (1UL << SWP_MIG_TOTAL_BITS))
3953                 swap_migration_ad_supported = true;
3954 #endif  /* CONFIG_MIGRATION */
3955
3956         return 0;
3957 }
3958 subsys_initcall(swapfile_init);