b4f3cc71258049badb3058e4f7661dfce894e69a
[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 discarding,
960          * do discard now and reclaim them.
961          */
962         if ((si->flags & SWP_PAGE_DISCARD) && swap_do_scheduled_discard(si))
963                 goto new_cluster;
964
965         if (order)
966                 goto done;
967
968         /* Order 0 stealing from higher order */
969         for (int o = 1; o < SWAP_NR_ORDERS; o++) {
970                 /*
971                  * Clusters here have at least one usable slots and can't fail order 0
972                  * allocation, but reclaim may drop si->lock and race with another user.
973                  */
974                 while ((ci = isolate_lock_cluster(si, &si->frag_clusters[o]))) {
975                         atomic_long_dec(&si->frag_cluster_nr[o]);
976                         found = alloc_swap_scan_cluster(si, ci, cluster_offset(si, ci),
977                                                         0, usage);
978                         if (found)
979                                 goto done;
980                 }
981
982                 while ((ci = isolate_lock_cluster(si, &si->nonfull_clusters[o]))) {
983                         found = alloc_swap_scan_cluster(si, ci, cluster_offset(si, ci),
984                                                         0, usage);
985                         if (found)
986                                 goto done;
987                 }
988         }
989 done:
990         if (!(si->flags & SWP_SOLIDSTATE))
991                 spin_unlock(&si->global_cluster_lock);
992         return found;
993 }
994
995 /* SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT can only be set by this helper. */
996 static void del_from_avail_list(struct swap_info_struct *si, bool swapoff)
997 {
998         int nid;
999         unsigned long pages;
1000
1001         spin_lock(&swap_avail_lock);
1002
1003         if (swapoff) {
1004                 /*
1005                  * Forcefully remove it. Clear the SWP_WRITEOK flags for
1006                  * swapoff here so it's synchronized by both si->lock and
1007                  * swap_avail_lock, to ensure the result can be seen by
1008                  * add_to_avail_list.
1009                  */
1010                 lockdep_assert_held(&si->lock);
1011                 si->flags &= ~SWP_WRITEOK;
1012                 atomic_long_or(SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT, &si->inuse_pages);
1013         } else {
1014                 /*
1015                  * If not called by swapoff, take it off-list only if it's
1016                  * full and SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT is not set (strictly
1017                  * si->inuse_pages == pages), any concurrent slot freeing,
1018                  * or device already removed from plist by someone else
1019                  * will make this return false.
1020                  */
1021                 pages = si->pages;
1022                 if (!atomic_long_try_cmpxchg(&si->inuse_pages, &pages,
1023                                              pages | SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT))
1024                         goto skip;
1025         }
1026
1027         for_each_node(nid)
1028                 plist_del(&si->avail_lists[nid], &swap_avail_heads[nid]);
1029
1030 skip:
1031         spin_unlock(&swap_avail_lock);
1032 }
1033
1034 /* SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT can only be cleared by this helper. */
1035 static void add_to_avail_list(struct swap_info_struct *si, bool swapon)
1036 {
1037         int nid;
1038         long val;
1039         unsigned long pages;
1040
1041         spin_lock(&swap_avail_lock);
1042
1043         /* Corresponding to SWP_WRITEOK clearing in del_from_avail_list */
1044         if (swapon) {
1045                 lockdep_assert_held(&si->lock);
1046                 si->flags |= SWP_WRITEOK;
1047         } else {
1048                 if (!(READ_ONCE(si->flags) & SWP_WRITEOK))
1049                         goto skip;
1050         }
1051
1052         if (!(atomic_long_read(&si->inuse_pages) & SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT))
1053                 goto skip;
1054
1055         val = atomic_long_fetch_and_relaxed(~SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT, &si->inuse_pages);
1056
1057         /*
1058          * When device is full and device is on the plist, only one updater will
1059          * see (inuse_pages == si->pages) and will call del_from_avail_list. If
1060          * that updater happen to be here, just skip adding.
1061          */
1062         pages = si->pages;
1063         if (val == pages) {
1064                 /* Just like the cmpxchg in del_from_avail_list */
1065                 if (atomic_long_try_cmpxchg(&si->inuse_pages, &pages,
1066                                             pages | SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT))
1067                         goto skip;
1068         }
1069
1070         for_each_node(nid)
1071                 plist_add(&si->avail_lists[nid], &swap_avail_heads[nid]);
1072
1073 skip:
1074         spin_unlock(&swap_avail_lock);
1075 }
1076
1077 /*
1078  * swap_usage_add / swap_usage_sub of each slot are serialized by ci->lock
1079  * within each cluster, so the total contribution to the global counter should
1080  * always be positive and cannot exceed the total number of usable slots.
1081  */
1082 static bool swap_usage_add(struct swap_info_struct *si, unsigned int nr_entries)
1083 {
1084         long val = atomic_long_add_return_relaxed(nr_entries, &si->inuse_pages);
1085
1086         /*
1087          * If device is full, and SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT is not set,
1088          * remove it from the plist.
1089          */
1090         if (unlikely(val == si->pages)) {
1091                 del_from_avail_list(si, false);
1092                 return true;
1093         }
1094
1095         return false;
1096 }
1097
1098 static void swap_usage_sub(struct swap_info_struct *si, unsigned int nr_entries)
1099 {
1100         long val = atomic_long_sub_return_relaxed(nr_entries, &si->inuse_pages);
1101
1102         /*
1103          * If device is not full, and SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT is set,
1104          * add it to the plist.
1105          */
1106         if (unlikely(val & SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT))
1107                 add_to_avail_list(si, false);
1108 }
1109
1110 static void swap_range_alloc(struct swap_info_struct *si,
1111                              unsigned int nr_entries)
1112 {
1113         if (swap_usage_add(si, nr_entries)) {
1114                 if (vm_swap_full())
1115                         schedule_work(&si->reclaim_work);
1116         }
1117         atomic_long_sub(nr_entries, &nr_swap_pages);
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         return 0;
1317
1318 out_free:
1319         put_swap_folio(folio, entry);
1320         return -ENOMEM;
1321 }
1322
1323 static struct swap_info_struct *_swap_info_get(swp_entry_t entry)
1324 {
1325         struct swap_info_struct *si;
1326         unsigned long offset;
1327
1328         if (!entry.val)
1329                 goto out;
1330         si = swp_swap_info(entry);
1331         if (!si)
1332                 goto bad_nofile;
1333         if (data_race(!(si->flags & SWP_USED)))
1334                 goto bad_device;
1335         offset = swp_offset(entry);
1336         if (offset >= si->max)
1337                 goto bad_offset;
1338         if (data_race(!si->swap_map[swp_offset(entry)]))
1339                 goto bad_free;
1340         return si;
1341
1342 bad_free:
1343         pr_err("%s: %s%08lx\n", __func__, Unused_offset, entry.val);
1344         goto out;
1345 bad_offset:
1346         pr_err("%s: %s%08lx\n", __func__, Bad_offset, entry.val);
1347         goto out;
1348 bad_device:
1349         pr_err("%s: %s%08lx\n", __func__, Unused_file, entry.val);
1350         goto out;
1351 bad_nofile:
1352         pr_err("%s: %s%08lx\n", __func__, Bad_file, entry.val);
1353 out:
1354         return NULL;
1355 }
1356
1357 static unsigned char swap_entry_put_locked(struct swap_info_struct *si,
1358                                            struct swap_cluster_info *ci,
1359                                            swp_entry_t entry,
1360                                            unsigned char usage)
1361 {
1362         unsigned long offset = swp_offset(entry);
1363         unsigned char count;
1364         unsigned char has_cache;
1365
1366         count = si->swap_map[offset];
1367
1368         has_cache = count & SWAP_HAS_CACHE;
1369         count &= ~SWAP_HAS_CACHE;
1370
1371         if (usage == SWAP_HAS_CACHE) {
1372                 VM_BUG_ON(!has_cache);
1373                 has_cache = 0;
1374         } else if (count == SWAP_MAP_SHMEM) {
1375                 /*
1376                  * Or we could insist on shmem.c using a special
1377                  * swap_shmem_free() and free_shmem_swap_and_cache()...
1378                  */
1379                 count = 0;
1380         } else if ((count & ~COUNT_CONTINUED) <= SWAP_MAP_MAX) {
1381                 if (count == COUNT_CONTINUED) {
1382                         if (swap_count_continued(si, offset, count))
1383                                 count = SWAP_MAP_MAX | COUNT_CONTINUED;
1384                         else
1385                                 count = SWAP_MAP_MAX;
1386                 } else
1387                         count--;
1388         }
1389
1390         usage = count | has_cache;
1391         if (usage)
1392                 WRITE_ONCE(si->swap_map[offset], usage);
1393         else
1394                 swap_entries_free(si, ci, entry, 1);
1395
1396         return usage;
1397 }
1398
1399 /*
1400  * When we get a swap entry, if there aren't some other ways to
1401  * prevent swapoff, such as the folio in swap cache is locked, RCU
1402  * reader side is locked, etc., the swap entry may become invalid
1403  * because of swapoff.  Then, we need to enclose all swap related
1404  * functions with get_swap_device() and put_swap_device(), unless the
1405  * swap functions call get/put_swap_device() by themselves.
1406  *
1407  * RCU reader side lock (including any spinlock) is sufficient to
1408  * prevent swapoff, because synchronize_rcu() is called in swapoff()
1409  * before freeing data structures.
1410  *
1411  * Check whether swap entry is valid in the swap device.  If so,
1412  * return pointer to swap_info_struct, and keep the swap entry valid
1413  * via preventing the swap device from being swapoff, until
1414  * put_swap_device() is called.  Otherwise return NULL.
1415  *
1416  * Notice that swapoff or swapoff+swapon can still happen before the
1417  * percpu_ref_tryget_live() in get_swap_device() or after the
1418  * percpu_ref_put() in put_swap_device() if there isn't any other way
1419  * to prevent swapoff.  The caller must be prepared for that.  For
1420  * example, the following situation is possible.
1421  *
1422  *   CPU1                               CPU2
1423  *   do_swap_page()
1424  *     ...                              swapoff+swapon
1425  *     __read_swap_cache_async()
1426  *       swapcache_prepare()
1427  *         __swap_duplicate()
1428  *           // check swap_map
1429  *     // verify PTE not changed
1430  *
1431  * In __swap_duplicate(), the swap_map need to be checked before
1432  * changing partly because the specified swap entry may be for another
1433  * swap device which has been swapoff.  And in do_swap_page(), after
1434  * the page is read from the swap device, the PTE is verified not
1435  * changed with the page table locked to check whether the swap device
1436  * has been swapoff or swapoff+swapon.
1437  */
1438 struct swap_info_struct *get_swap_device(swp_entry_t entry)
1439 {
1440         struct swap_info_struct *si;
1441         unsigned long offset;
1442
1443         if (!entry.val)
1444                 goto out;
1445         si = swp_swap_info(entry);
1446         if (!si)
1447                 goto bad_nofile;
1448         if (!get_swap_device_info(si))
1449                 goto out;
1450         offset = swp_offset(entry);
1451         if (offset >= si->max)
1452                 goto put_out;
1453
1454         return si;
1455 bad_nofile:
1456         pr_err("%s: %s%08lx\n", __func__, Bad_file, entry.val);
1457 out:
1458         return NULL;
1459 put_out:
1460         pr_err("%s: %s%08lx\n", __func__, Bad_offset, entry.val);
1461         percpu_ref_put(&si->users);
1462         return NULL;
1463 }
1464
1465 static void swap_entries_put_cache(struct swap_info_struct *si,
1466                                    swp_entry_t entry, int nr)
1467 {
1468         unsigned long offset = swp_offset(entry);
1469         struct swap_cluster_info *ci;
1470
1471         ci = lock_cluster(si, offset);
1472         if (swap_only_has_cache(si, offset, nr))
1473                 swap_entries_free(si, ci, entry, nr);
1474         else {
1475                 for (int i = 0; i < nr; i++, entry.val++)
1476                         swap_entry_put_locked(si, ci, entry, SWAP_HAS_CACHE);
1477         }
1478         unlock_cluster(ci);
1479 }
1480
1481 static bool swap_entries_put_map(struct swap_info_struct *si,
1482                                  swp_entry_t entry, int nr)
1483 {
1484         unsigned long offset = swp_offset(entry);
1485         struct swap_cluster_info *ci;
1486         bool has_cache = false;
1487         unsigned char count;
1488         int i;
1489
1490         if (nr <= 1)
1491                 goto fallback;
1492         count = swap_count(data_race(si->swap_map[offset]));
1493         if (count != 1 && count != SWAP_MAP_SHMEM)
1494                 goto fallback;
1495
1496         ci = lock_cluster(si, offset);
1497         if (!swap_is_last_map(si, offset, nr, &has_cache)) {
1498                 goto locked_fallback;
1499         }
1500         if (!has_cache)
1501                 swap_entries_free(si, ci, entry, nr);
1502         else
1503                 for (i = 0; i < nr; i++)
1504                         WRITE_ONCE(si->swap_map[offset + i], SWAP_HAS_CACHE);
1505         unlock_cluster(ci);
1506
1507         return has_cache;
1508
1509 fallback:
1510         ci = lock_cluster(si, offset);
1511 locked_fallback:
1512         for (i = 0; i < nr; i++, entry.val++) {
1513                 count = swap_entry_put_locked(si, ci, entry, 1);
1514                 if (count == SWAP_HAS_CACHE)
1515                         has_cache = true;
1516         }
1517         unlock_cluster(ci);
1518         return has_cache;
1519
1520 }
1521
1522 /*
1523  * Only functions with "_nr" suffix are able to free entries spanning
1524  * cross multi clusters, so ensure the range is within a single cluster
1525  * when freeing entries with functions without "_nr" suffix.
1526  */
1527 static bool swap_entries_put_map_nr(struct swap_info_struct *si,
1528                                     swp_entry_t entry, int nr)
1529 {
1530         int cluster_nr, cluster_rest;
1531         unsigned long offset = swp_offset(entry);
1532         bool has_cache = false;
1533
1534         cluster_rest = SWAPFILE_CLUSTER - offset % SWAPFILE_CLUSTER;
1535         while (nr) {
1536                 cluster_nr = min(nr, cluster_rest);
1537                 has_cache |= swap_entries_put_map(si, entry, cluster_nr);
1538                 cluster_rest = SWAPFILE_CLUSTER;
1539                 nr -= cluster_nr;
1540                 entry.val += cluster_nr;
1541         }
1542
1543         return has_cache;
1544 }
1545
1546 /*
1547  * Check if it's the last ref of swap entry in the freeing path.
1548  * Qualified vlaue includes 1, SWAP_HAS_CACHE or SWAP_MAP_SHMEM.
1549  */
1550 static inline bool __maybe_unused swap_is_last_ref(unsigned char count)
1551 {
1552         return (count == SWAP_HAS_CACHE) || (count == 1) ||
1553                (count == SWAP_MAP_SHMEM);
1554 }
1555
1556 /*
1557  * Drop the last ref of swap entries, caller have to ensure all entries
1558  * belong to the same cgroup and cluster.
1559  */
1560 static void swap_entries_free(struct swap_info_struct *si,
1561                               struct swap_cluster_info *ci,
1562                               swp_entry_t entry, unsigned int nr_pages)
1563 {
1564         unsigned long offset = swp_offset(entry);
1565         unsigned char *map = si->swap_map + offset;
1566         unsigned char *map_end = map + nr_pages;
1567
1568         /* It should never free entries across different clusters */
1569         VM_BUG_ON(ci != offset_to_cluster(si, offset + nr_pages - 1));
1570         VM_BUG_ON(cluster_is_empty(ci));
1571         VM_BUG_ON(ci->count < nr_pages);
1572
1573         ci->count -= nr_pages;
1574         do {
1575                 VM_BUG_ON(!swap_is_last_ref(*map));
1576                 *map = 0;
1577         } while (++map < map_end);
1578
1579         mem_cgroup_uncharge_swap(entry, nr_pages);
1580         swap_range_free(si, offset, nr_pages);
1581
1582         if (!ci->count)
1583                 free_cluster(si, ci);
1584         else
1585                 partial_free_cluster(si, ci);
1586 }
1587
1588 /*
1589  * Caller has made sure that the swap device corresponding to entry
1590  * is still around or has not been recycled.
1591  */
1592 void swap_free_nr(swp_entry_t entry, int nr_pages)
1593 {
1594         int nr;
1595         struct swap_info_struct *sis;
1596         unsigned long offset = swp_offset(entry);
1597
1598         sis = _swap_info_get(entry);
1599         if (!sis)
1600                 return;
1601
1602         while (nr_pages) {
1603                 nr = min_t(int, nr_pages, SWAPFILE_CLUSTER - offset % SWAPFILE_CLUSTER);
1604                 swap_entries_put_map(sis, swp_entry(sis->type, offset), nr);
1605                 offset += nr;
1606                 nr_pages -= nr;
1607         }
1608 }
1609
1610 /*
1611  * Called after dropping swapcache to decrease refcnt to swap entries.
1612  */
1613 void put_swap_folio(struct folio *folio, swp_entry_t entry)
1614 {
1615         struct swap_info_struct *si;
1616         int size = 1 << swap_entry_order(folio_order(folio));
1617
1618         si = _swap_info_get(entry);
1619         if (!si)
1620                 return;
1621
1622         swap_entries_put_cache(si, entry, size);
1623 }
1624
1625 int __swap_count(swp_entry_t entry)
1626 {
1627         struct swap_info_struct *si = swp_swap_info(entry);
1628         pgoff_t offset = swp_offset(entry);
1629
1630         return swap_count(si->swap_map[offset]);
1631 }
1632
1633 /*
1634  * How many references to @entry are currently swapped out?
1635  * This does not give an exact answer when swap count is continued,
1636  * but does include the high COUNT_CONTINUED flag to allow for that.
1637  */
1638 bool swap_entry_swapped(struct swap_info_struct *si, swp_entry_t entry)
1639 {
1640         pgoff_t offset = swp_offset(entry);
1641         struct swap_cluster_info *ci;
1642         int count;
1643
1644         ci = lock_cluster(si, offset);
1645         count = swap_count(si->swap_map[offset]);
1646         unlock_cluster(ci);
1647         return !!count;
1648 }
1649
1650 /*
1651  * How many references to @entry are currently swapped out?
1652  * This considers COUNT_CONTINUED so it returns exact answer.
1653  */
1654 int swp_swapcount(swp_entry_t entry)
1655 {
1656         int count, tmp_count, n;
1657         struct swap_info_struct *si;
1658         struct swap_cluster_info *ci;
1659         struct page *page;
1660         pgoff_t offset;
1661         unsigned char *map;
1662
1663         si = _swap_info_get(entry);
1664         if (!si)
1665                 return 0;
1666
1667         offset = swp_offset(entry);
1668
1669         ci = lock_cluster(si, offset);
1670
1671         count = swap_count(si->swap_map[offset]);
1672         if (!(count & COUNT_CONTINUED))
1673                 goto out;
1674
1675         count &= ~COUNT_CONTINUED;
1676         n = SWAP_MAP_MAX + 1;
1677
1678         page = vmalloc_to_page(si->swap_map + offset);
1679         offset &= ~PAGE_MASK;
1680         VM_BUG_ON(page_private(page) != SWP_CONTINUED);
1681
1682         do {
1683                 page = list_next_entry(page, lru);
1684                 map = kmap_local_page(page);
1685                 tmp_count = map[offset];
1686                 kunmap_local(map);
1687
1688                 count += (tmp_count & ~COUNT_CONTINUED) * n;
1689                 n *= (SWAP_CONT_MAX + 1);
1690         } while (tmp_count & COUNT_CONTINUED);
1691 out:
1692         unlock_cluster(ci);
1693         return count;
1694 }
1695
1696 static bool swap_page_trans_huge_swapped(struct swap_info_struct *si,
1697                                          swp_entry_t entry, int order)
1698 {
1699         struct swap_cluster_info *ci;
1700         unsigned char *map = si->swap_map;
1701         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1702         unsigned long roffset = swp_offset(entry);
1703         unsigned long offset = round_down(roffset, nr_pages);
1704         int i;
1705         bool ret = false;
1706
1707         ci = lock_cluster(si, offset);
1708         if (nr_pages == 1) {
1709                 if (swap_count(map[roffset]))
1710                         ret = true;
1711                 goto unlock_out;
1712         }
1713         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
1714                 if (swap_count(map[offset + i])) {
1715                         ret = true;
1716                         break;
1717                 }
1718         }
1719 unlock_out:
1720         unlock_cluster(ci);
1721         return ret;
1722 }
1723
1724 static bool folio_swapped(struct folio *folio)
1725 {
1726         swp_entry_t entry = folio->swap;
1727         struct swap_info_struct *si = _swap_info_get(entry);
1728
1729         if (!si)
1730                 return false;
1731
1732         if (!IS_ENABLED(CONFIG_THP_SWAP) || likely(!folio_test_large(folio)))
1733                 return swap_entry_swapped(si, entry);
1734
1735         return swap_page_trans_huge_swapped(si, entry, folio_order(folio));
1736 }
1737
1738 static bool folio_swapcache_freeable(struct folio *folio)
1739 {
1740         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
1741
1742         if (!folio_test_swapcache(folio))
1743                 return false;
1744         if (folio_test_writeback(folio))
1745                 return false;
1746
1747         /*
1748          * Once hibernation has begun to create its image of memory,
1749          * there's a danger that one of the calls to folio_free_swap()
1750          * - most probably a call from __try_to_reclaim_swap() while
1751          * hibernation is allocating its own swap pages for the image,
1752          * but conceivably even a call from memory reclaim - will free
1753          * the swap from a folio which has already been recorded in the
1754          * image as a clean swapcache folio, and then reuse its swap for
1755          * another page of the image.  On waking from hibernation, the
1756          * original folio might be freed under memory pressure, then
1757          * later read back in from swap, now with the wrong data.
1758          *
1759          * Hibernation suspends storage while it is writing the image
1760          * to disk so check that here.
1761          */
1762         if (pm_suspended_storage())
1763                 return false;
1764
1765         return true;
1766 }
1767
1768 /**
1769  * folio_free_swap() - Free the swap space used for this folio.
1770  * @folio: The folio to remove.
1771  *
1772  * If swap is getting full, or if there are no more mappings of this folio,
1773  * then call folio_free_swap to free its swap space.
1774  *
1775  * Return: true if we were able to release the swap space.
1776  */
1777 bool folio_free_swap(struct folio *folio)
1778 {
1779         if (!folio_swapcache_freeable(folio))
1780                 return false;
1781         if (folio_swapped(folio))
1782                 return false;
1783
1784         delete_from_swap_cache(folio);
1785         folio_set_dirty(folio);
1786         return true;
1787 }
1788
1789 /**
1790  * free_swap_and_cache_nr() - Release reference on range of swap entries and
1791  *                            reclaim their cache if no more references remain.
1792  * @entry: First entry of range.
1793  * @nr: Number of entries in range.
1794  *
1795  * For each swap entry in the contiguous range, release a reference. If any swap
1796  * entries become free, try to reclaim their underlying folios, if present. The
1797  * offset range is defined by [entry.offset, entry.offset + nr).
1798  */
1799 void free_swap_and_cache_nr(swp_entry_t entry, int nr)
1800 {
1801         const unsigned long start_offset = swp_offset(entry);
1802         const unsigned long end_offset = start_offset + nr;
1803         struct swap_info_struct *si;
1804         bool any_only_cache = false;
1805         unsigned long offset;
1806
1807         si = get_swap_device(entry);
1808         if (!si)
1809                 return;
1810
1811         if (WARN_ON(end_offset > si->max))
1812                 goto out;
1813
1814         /*
1815          * First free all entries in the range.
1816          */
1817         any_only_cache = swap_entries_put_map_nr(si, entry, nr);
1818
1819         /*
1820          * Short-circuit the below loop if none of the entries had their
1821          * reference drop to zero.
1822          */
1823         if (!any_only_cache)
1824                 goto out;
1825
1826         /*
1827          * Now go back over the range trying to reclaim the swap cache.
1828          */
1829         for (offset = start_offset; offset < end_offset; offset += nr) {
1830                 nr = 1;
1831                 if (READ_ONCE(si->swap_map[offset]) == SWAP_HAS_CACHE) {
1832                         /*
1833                          * Folios are always naturally aligned in swap so
1834                          * advance forward to the next boundary. Zero means no
1835                          * folio was found for the swap entry, so advance by 1
1836                          * in this case. Negative value means folio was found
1837                          * but could not be reclaimed. Here we can still advance
1838                          * to the next boundary.
1839                          */
1840                         nr = __try_to_reclaim_swap(si, offset,
1841                                                    TTRS_UNMAPPED | TTRS_FULL);
1842                         if (nr == 0)
1843                                 nr = 1;
1844                         else if (nr < 0)
1845                                 nr = -nr;
1846                         nr = ALIGN(offset + 1, nr) - offset;
1847                 }
1848         }
1849
1850 out:
1851         put_swap_device(si);
1852 }
1853
1854 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1855
1856 swp_entry_t get_swap_page_of_type(int type)
1857 {
1858         struct swap_info_struct *si = swap_type_to_swap_info(type);
1859         unsigned long offset;
1860         swp_entry_t entry = {0};
1861
1862         if (!si)
1863                 goto fail;
1864
1865         /* This is called for allocating swap entry, not cache */
1866         if (get_swap_device_info(si)) {
1867                 if (si->flags & SWP_WRITEOK) {
1868                         offset = cluster_alloc_swap_entry(si, 0, 1);
1869                         if (offset) {
1870                                 entry = swp_entry(si->type, offset);
1871                                 atomic_long_dec(&nr_swap_pages);
1872                         }
1873                 }
1874                 put_swap_device(si);
1875         }
1876 fail:
1877         return entry;
1878 }
1879
1880 /*
1881  * Find the swap type that corresponds to given device (if any).
1882  *
1883  * @offset - number of the PAGE_SIZE-sized block of the device, starting
1884  * from 0, in which the swap header is expected to be located.
1885  *
1886  * This is needed for the suspend to disk (aka swsusp).
1887  */
1888 int swap_type_of(dev_t device, sector_t offset)
1889 {
1890         int type;
1891
1892         if (!device)
1893                 return -1;
1894
1895         spin_lock(&swap_lock);
1896         for (type = 0; type < nr_swapfiles; type++) {
1897                 struct swap_info_struct *sis = swap_info[type];
1898
1899                 if (!(sis->flags & SWP_WRITEOK))
1900                         continue;
1901
1902                 if (device == sis->bdev->bd_dev) {
1903                         struct swap_extent *se = first_se(sis);
1904
1905                         if (se->start_block == offset) {
1906                                 spin_unlock(&swap_lock);
1907                                 return type;
1908                         }
1909                 }
1910         }
1911         spin_unlock(&swap_lock);
1912         return -ENODEV;
1913 }
1914
1915 int find_first_swap(dev_t *device)
1916 {
1917         int type;
1918
1919         spin_lock(&swap_lock);
1920         for (type = 0; type < nr_swapfiles; type++) {
1921                 struct swap_info_struct *sis = swap_info[type];
1922
1923                 if (!(sis->flags & SWP_WRITEOK))
1924                         continue;
1925                 *device = sis->bdev->bd_dev;
1926                 spin_unlock(&swap_lock);
1927                 return type;
1928         }
1929         spin_unlock(&swap_lock);
1930         return -ENODEV;
1931 }
1932
1933 /*
1934  * Get the (PAGE_SIZE) block corresponding to given offset on the swapdev
1935  * corresponding to given index in swap_info (swap type).
1936  */
1937 sector_t swapdev_block(int type, pgoff_t offset)
1938 {
1939         struct swap_info_struct *si = swap_type_to_swap_info(type);
1940         struct swap_extent *se;
1941
1942         if (!si || !(si->flags & SWP_WRITEOK))
1943                 return 0;
1944         se = offset_to_swap_extent(si, offset);
1945         return se->start_block + (offset - se->start_page);
1946 }
1947
1948 /*
1949  * Return either the total number of swap pages of given type, or the number
1950  * of free pages of that type (depending on @free)
1951  *
1952  * This is needed for software suspend
1953  */
1954 unsigned int count_swap_pages(int type, int free)
1955 {
1956         unsigned int n = 0;
1957
1958         spin_lock(&swap_lock);
1959         if ((unsigned int)type < nr_swapfiles) {
1960                 struct swap_info_struct *sis = swap_info[type];
1961
1962                 spin_lock(&sis->lock);
1963                 if (sis->flags & SWP_WRITEOK) {
1964                         n = sis->pages;
1965                         if (free)
1966                                 n -= swap_usage_in_pages(sis);
1967                 }
1968                 spin_unlock(&sis->lock);
1969         }
1970         spin_unlock(&swap_lock);
1971         return n;
1972 }
1973 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
1974
1975 static inline int pte_same_as_swp(pte_t pte, pte_t swp_pte)
1976 {
1977         return pte_same(pte_swp_clear_flags(pte), swp_pte);
1978 }
1979
1980 /*
1981  * No need to decide whether this PTE shares the swap entry with others,
1982  * just let do_wp_page work it out if a write is requested later - to
1983  * force COW, vm_page_prot omits write permission from any private vma.
1984  */
1985 static int unuse_pte(struct vm_area_struct *vma, pmd_t *pmd,
1986                 unsigned long addr, swp_entry_t entry, struct folio *folio)
1987 {
1988         struct page *page;
1989         struct folio *swapcache;
1990         spinlock_t *ptl;
1991         pte_t *pte, new_pte, old_pte;
1992         bool hwpoisoned = false;
1993         int ret = 1;
1994
1995         swapcache = folio;
1996         folio = ksm_might_need_to_copy(folio, vma, addr);
1997         if (unlikely(!folio))
1998                 return -ENOMEM;
1999         else if (unlikely(folio == ERR_PTR(-EHWPOISON))) {
2000                 hwpoisoned = true;
2001                 folio = swapcache;
2002         }
2003
2004         page = folio_file_page(folio, swp_offset(entry));
2005         if (PageHWPoison(page))
2006                 hwpoisoned = true;
2007
2008         pte = pte_offset_map_lock(vma->vm_mm, pmd, addr, &ptl);
2009         if (unlikely(!pte || !pte_same_as_swp(ptep_get(pte),
2010                                                 swp_entry_to_pte(entry)))) {
2011                 ret = 0;
2012                 goto out;
2013         }
2014
2015         old_pte = ptep_get(pte);
2016
2017         if (unlikely(hwpoisoned || !folio_test_uptodate(folio))) {
2018                 swp_entry_t swp_entry;
2019
2020                 dec_mm_counter(vma->vm_mm, MM_SWAPENTS);
2021                 if (hwpoisoned) {
2022                         swp_entry = make_hwpoison_entry(page);
2023                 } else {
2024                         swp_entry = make_poisoned_swp_entry();
2025                 }
2026                 new_pte = swp_entry_to_pte(swp_entry);
2027                 ret = 0;
2028                 goto setpte;
2029         }
2030
2031         /*
2032          * Some architectures may have to restore extra metadata to the page
2033          * when reading from swap. This metadata may be indexed by swap entry
2034          * so this must be called before swap_free().
2035          */
2036         arch_swap_restore(folio_swap(entry, folio), folio);
2037
2038         dec_mm_counter(vma->vm_mm, MM_SWAPENTS);
2039         inc_mm_counter(vma->vm_mm, MM_ANONPAGES);
2040         folio_get(folio);
2041         if (folio == swapcache) {
2042                 rmap_t rmap_flags = RMAP_NONE;
2043
2044                 /*
2045                  * See do_swap_page(): writeback would be problematic.
2046                  * However, we do a folio_wait_writeback() just before this
2047                  * call and have the folio locked.
2048                  */
2049                 VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_writeback(folio), folio);
2050                 if (pte_swp_exclusive(old_pte))
2051                         rmap_flags |= RMAP_EXCLUSIVE;
2052                 /*
2053                  * We currently only expect small !anon folios, which are either
2054                  * fully exclusive or fully shared. If we ever get large folios
2055                  * here, we have to be careful.
2056                  */
2057                 if (!folio_test_anon(folio)) {
2058                         VM_WARN_ON_ONCE(folio_test_large(folio));
2059                         VM_WARN_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
2060                         folio_add_new_anon_rmap(folio, vma, addr, rmap_flags);
2061                 } else {
2062                         folio_add_anon_rmap_pte(folio, page, vma, addr, rmap_flags);
2063                 }
2064         } else { /* ksm created a completely new copy */
2065                 folio_add_new_anon_rmap(folio, vma, addr, RMAP_EXCLUSIVE);
2066                 folio_add_lru_vma(folio, vma);
2067         }
2068         new_pte = pte_mkold(mk_pte(page, vma->vm_page_prot));
2069         if (pte_swp_soft_dirty(old_pte))
2070                 new_pte = pte_mksoft_dirty(new_pte);
2071         if (pte_swp_uffd_wp(old_pte))
2072                 new_pte = pte_mkuffd_wp(new_pte);
2073 setpte:
2074         set_pte_at(vma->vm_mm, addr, pte, new_pte);
2075         swap_free(entry);
2076 out:
2077         if (pte)
2078                 pte_unmap_unlock(pte, ptl);
2079         if (folio != swapcache) {
2080                 folio_unlock(folio);
2081                 folio_put(folio);
2082         }
2083         return ret;
2084 }
2085
2086 static int unuse_pte_range(struct vm_area_struct *vma, pmd_t *pmd,
2087                         unsigned long addr, unsigned long end,
2088                         unsigned int type)
2089 {
2090         pte_t *pte = NULL;
2091         struct swap_info_struct *si;
2092
2093         si = swap_info[type];
2094         do {
2095                 struct folio *folio;
2096                 unsigned long offset;
2097                 unsigned char swp_count;
2098                 swp_entry_t entry;
2099                 int ret;
2100                 pte_t ptent;
2101
2102                 if (!pte++) {
2103                         pte = pte_offset_map(pmd, addr);
2104                         if (!pte)
2105                                 break;
2106                 }
2107
2108                 ptent = ptep_get_lockless(pte);
2109
2110                 if (!is_swap_pte(ptent))
2111                         continue;
2112
2113                 entry = pte_to_swp_entry(ptent);
2114                 if (swp_type(entry) != type)
2115                         continue;
2116
2117                 offset = swp_offset(entry);
2118                 pte_unmap(pte);
2119                 pte = NULL;
2120
2121                 folio = swap_cache_get_folio(entry, vma, addr);
2122                 if (!folio) {
2123                         struct vm_fault vmf = {
2124                                 .vma = vma,
2125                                 .address = addr,
2126                                 .real_address = addr,
2127                                 .pmd = pmd,
2128                         };
2129
2130                         folio = swapin_readahead(entry, GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
2131                                                 &vmf);
2132                 }
2133                 if (!folio) {
2134                         swp_count = READ_ONCE(si->swap_map[offset]);
2135                         if (swp_count == 0 || swp_count == SWAP_MAP_BAD)
2136                                 continue;
2137                         return -ENOMEM;
2138                 }
2139
2140                 folio_lock(folio);
2141                 folio_wait_writeback(folio);
2142                 ret = unuse_pte(vma, pmd, addr, entry, folio);
2143                 if (ret < 0) {
2144                         folio_unlock(folio);
2145                         folio_put(folio);
2146                         return ret;
2147                 }
2148
2149                 folio_free_swap(folio);
2150                 folio_unlock(folio);
2151                 folio_put(folio);
2152         } while (addr += PAGE_SIZE, addr != end);
2153
2154         if (pte)
2155                 pte_unmap(pte);
2156         return 0;
2157 }
2158
2159 static inline int unuse_pmd_range(struct vm_area_struct *vma, pud_t *pud,
2160                                 unsigned long addr, unsigned long end,
2161                                 unsigned int type)
2162 {
2163         pmd_t *pmd;
2164         unsigned long next;
2165         int ret;
2166
2167         pmd = pmd_offset(pud, addr);
2168         do {
2169                 cond_resched();
2170                 next = pmd_addr_end(addr, end);
2171                 ret = unuse_pte_range(vma, pmd, addr, next, type);
2172                 if (ret)
2173                         return ret;
2174         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
2175         return 0;
2176 }
2177
2178 static inline int unuse_pud_range(struct vm_area_struct *vma, p4d_t *p4d,
2179                                 unsigned long addr, unsigned long end,
2180                                 unsigned int type)
2181 {
2182         pud_t *pud;
2183         unsigned long next;
2184         int ret;
2185
2186         pud = pud_offset(p4d, addr);
2187         do {
2188                 next = pud_addr_end(addr, end);
2189                 if (pud_none_or_clear_bad(pud))
2190                         continue;
2191                 ret = unuse_pmd_range(vma, pud, addr, next, type);
2192                 if (ret)
2193                         return ret;
2194         } while (pud++, addr = next, addr != end);
2195         return 0;
2196 }
2197
2198 static inline int unuse_p4d_range(struct vm_area_struct *vma, pgd_t *pgd,
2199                                 unsigned long addr, unsigned long end,
2200                                 unsigned int type)
2201 {
2202         p4d_t *p4d;
2203         unsigned long next;
2204         int ret;
2205
2206         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
2207         do {
2208                 next = p4d_addr_end(addr, end);
2209                 if (p4d_none_or_clear_bad(p4d))
2210                         continue;
2211                 ret = unuse_pud_range(vma, p4d, addr, next, type);
2212                 if (ret)
2213                         return ret;
2214         } while (p4d++, addr = next, addr != end);
2215         return 0;
2216 }
2217
2218 static int unuse_vma(struct vm_area_struct *vma, unsigned int type)
2219 {
2220         pgd_t *pgd;
2221         unsigned long addr, end, next;
2222         int ret;
2223
2224         addr = vma->vm_start;
2225         end = vma->vm_end;
2226
2227         pgd = pgd_offset(vma->vm_mm, addr);
2228         do {
2229                 next = pgd_addr_end(addr, end);
2230                 if (pgd_none_or_clear_bad(pgd))
2231                         continue;
2232                 ret = unuse_p4d_range(vma, pgd, addr, next, type);
2233                 if (ret)
2234                         return ret;
2235         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
2236         return 0;
2237 }
2238
2239 static int unuse_mm(struct mm_struct *mm, unsigned int type)
2240 {
2241         struct vm_area_struct *vma;
2242         int ret = 0;
2243         VMA_ITERATOR(vmi, mm, 0);
2244
2245         mmap_read_lock(mm);
2246         for_each_vma(vmi, vma) {
2247                 if (vma->anon_vma && !is_vm_hugetlb_page(vma)) {
2248                         ret = unuse_vma(vma, type);
2249                         if (ret)
2250                                 break;
2251                 }
2252
2253                 cond_resched();
2254         }
2255         mmap_read_unlock(mm);
2256         return ret;
2257 }
2258
2259 /*
2260  * Scan swap_map from current position to next entry still in use.
2261  * Return 0 if there are no inuse entries after prev till end of
2262  * the map.
2263  */
2264 static unsigned int find_next_to_unuse(struct swap_info_struct *si,
2265                                         unsigned int prev)
2266 {
2267         unsigned int i;
2268         unsigned char count;
2269
2270         /*
2271          * No need for swap_lock here: we're just looking
2272          * for whether an entry is in use, not modifying it; false
2273          * hits are okay, and sys_swapoff() has already prevented new
2274          * allocations from this area (while holding swap_lock).
2275          */
2276         for (i = prev + 1; i < si->max; i++) {
2277                 count = READ_ONCE(si->swap_map[i]);
2278                 if (count && swap_count(count) != SWAP_MAP_BAD)
2279                         break;
2280                 if ((i % LATENCY_LIMIT) == 0)
2281                         cond_resched();
2282         }
2283
2284         if (i == si->max)
2285                 i = 0;
2286
2287         return i;
2288 }
2289
2290 static int try_to_unuse(unsigned int type)
2291 {
2292         struct mm_struct *prev_mm;
2293         struct mm_struct *mm;
2294         struct list_head *p;
2295         int retval = 0;
2296         struct swap_info_struct *si = swap_info[type];
2297         struct folio *folio;
2298         swp_entry_t entry;
2299         unsigned int i;
2300
2301         if (!swap_usage_in_pages(si))
2302                 goto success;
2303
2304 retry:
2305         retval = shmem_unuse(type);
2306         if (retval)
2307                 return retval;
2308
2309         prev_mm = &init_mm;
2310         mmget(prev_mm);
2311
2312         spin_lock(&mmlist_lock);
2313         p = &init_mm.mmlist;
2314         while (swap_usage_in_pages(si) &&
2315                !signal_pending(current) &&
2316                (p = p->next) != &init_mm.mmlist) {
2317
2318                 mm = list_entry(p, struct mm_struct, mmlist);
2319                 if (!mmget_not_zero(mm))
2320                         continue;
2321                 spin_unlock(&mmlist_lock);
2322                 mmput(prev_mm);
2323                 prev_mm = mm;
2324                 retval = unuse_mm(mm, type);
2325                 if (retval) {
2326                         mmput(prev_mm);
2327                         return retval;
2328                 }
2329
2330                 /*
2331                  * Make sure that we aren't completely killing
2332                  * interactive performance.
2333                  */
2334                 cond_resched();
2335                 spin_lock(&mmlist_lock);
2336         }
2337         spin_unlock(&mmlist_lock);
2338
2339         mmput(prev_mm);
2340
2341         i = 0;
2342         while (swap_usage_in_pages(si) &&
2343                !signal_pending(current) &&
2344                (i = find_next_to_unuse(si, i)) != 0) {
2345
2346                 entry = swp_entry(type, i);
2347                 folio = filemap_get_folio(swap_address_space(entry), swap_cache_index(entry));
2348                 if (IS_ERR(folio))
2349                         continue;
2350
2351                 /*
2352                  * It is conceivable that a racing task removed this folio from
2353                  * swap cache just before we acquired the page lock. The folio
2354                  * might even be back in swap cache on another swap area. But
2355                  * that is okay, folio_free_swap() only removes stale folios.
2356                  */
2357                 folio_lock(folio);
2358                 folio_wait_writeback(folio);
2359                 folio_free_swap(folio);
2360                 folio_unlock(folio);
2361                 folio_put(folio);
2362         }
2363
2364         /*
2365          * Lets check again to see if there are still swap entries in the map.
2366          * If yes, we would need to do retry the unuse logic again.
2367          * Under global memory pressure, swap entries can be reinserted back
2368          * into process space after the mmlist loop above passes over them.
2369          *
2370          * Limit the number of retries? No: when mmget_not_zero()
2371          * above fails, that mm is likely to be freeing swap from
2372          * exit_mmap(), which proceeds at its own independent pace;
2373          * and even shmem_writeout() could have been preempted after
2374          * folio_alloc_swap(), temporarily hiding that swap.  It's easy
2375          * and robust (though cpu-intensive) just to keep retrying.
2376          */
2377         if (swap_usage_in_pages(si)) {
2378                 if (!signal_pending(current))
2379                         goto retry;
2380                 return -EINTR;
2381         }
2382
2383 success:
2384         /*
2385          * Make sure that further cleanups after try_to_unuse() returns happen
2386          * after swap_range_free() reduces si->inuse_pages to 0.
2387          */
2388         smp_mb();
2389         return 0;
2390 }
2391
2392 /*
2393  * After a successful try_to_unuse, if no swap is now in use, we know
2394  * we can empty the mmlist.  swap_lock must be held on entry and exit.
2395  * Note that mmlist_lock nests inside swap_lock, and an mm must be
2396  * added to the mmlist just after page_duplicate - before would be racy.
2397  */
2398 static void drain_mmlist(void)
2399 {
2400         struct list_head *p, *next;
2401         unsigned int type;
2402
2403         for (type = 0; type < nr_swapfiles; type++)
2404                 if (swap_usage_in_pages(swap_info[type]))
2405                         return;
2406         spin_lock(&mmlist_lock);
2407         list_for_each_safe(p, next, &init_mm.mmlist)
2408                 list_del_init(p);
2409         spin_unlock(&mmlist_lock);
2410 }
2411
2412 /*
2413  * Free all of a swapdev's extent information
2414  */
2415 static void destroy_swap_extents(struct swap_info_struct *sis)
2416 {
2417         while (!RB_EMPTY_ROOT(&sis->swap_extent_root)) {
2418                 struct rb_node *rb = sis->swap_extent_root.rb_node;
2419                 struct swap_extent *se = rb_entry(rb, struct swap_extent, rb_node);
2420
2421                 rb_erase(rb, &sis->swap_extent_root);
2422                 kfree(se);
2423         }
2424
2425         if (sis->flags & SWP_ACTIVATED) {
2426                 struct file *swap_file = sis->swap_file;
2427                 struct address_space *mapping = swap_file->f_mapping;
2428
2429                 sis->flags &= ~SWP_ACTIVATED;
2430                 if (mapping->a_ops->swap_deactivate)
2431                         mapping->a_ops->swap_deactivate(swap_file);
2432         }
2433 }
2434
2435 /*
2436  * Add a block range (and the corresponding page range) into this swapdev's
2437  * extent tree.
2438  *
2439  * This function rather assumes that it is called in ascending page order.
2440  */
2441 int
2442 add_swap_extent(struct swap_info_struct *sis, unsigned long start_page,
2443                 unsigned long nr_pages, sector_t start_block)
2444 {
2445         struct rb_node **link = &sis->swap_extent_root.rb_node, *parent = NULL;
2446         struct swap_extent *se;
2447         struct swap_extent *new_se;
2448
2449         /*
2450          * place the new node at the right most since the
2451          * function is called in ascending page order.
2452          */
2453         while (*link) {
2454                 parent = *link;
2455                 link = &parent->rb_right;
2456         }
2457
2458         if (parent) {
2459                 se = rb_entry(parent, struct swap_extent, rb_node);
2460                 BUG_ON(se->start_page + se->nr_pages != start_page);
2461                 if (se->start_block + se->nr_pages == start_block) {
2462                         /* Merge it */
2463                         se->nr_pages += nr_pages;
2464                         return 0;
2465                 }
2466         }
2467
2468         /* No merge, insert a new extent. */
2469         new_se = kmalloc(sizeof(*se), GFP_KERNEL);
2470         if (new_se == NULL)
2471                 return -ENOMEM;
2472         new_se->start_page = start_page;
2473         new_se->nr_pages = nr_pages;
2474         new_se->start_block = start_block;
2475
2476         rb_link_node(&new_se->rb_node, parent, link);
2477         rb_insert_color(&new_se->rb_node, &sis->swap_extent_root);
2478         return 1;
2479 }
2480 EXPORT_SYMBOL_GPL(add_swap_extent);
2481
2482 /*
2483  * A `swap extent' is a simple thing which maps a contiguous range of pages
2484  * onto a contiguous range of disk blocks.  A rbtree of swap extents is
2485  * built at swapon time and is then used at swap_writepage/swap_read_folio
2486  * time for locating where on disk a page belongs.
2487  *
2488  * If the swapfile is an S_ISBLK block device, a single extent is installed.
2489  * This is done so that the main operating code can treat S_ISBLK and S_ISREG
2490  * swap files identically.
2491  *
2492  * Whether the swapdev is an S_ISREG file or an S_ISBLK blockdev, the swap
2493  * extent rbtree operates in PAGE_SIZE disk blocks.  Both S_ISREG and S_ISBLK
2494  * swapfiles are handled *identically* after swapon time.
2495  *
2496  * For S_ISREG swapfiles, setup_swap_extents() will walk all the file's blocks
2497  * and will parse them into a rbtree, in PAGE_SIZE chunks.  If some stray
2498  * blocks are found which do not fall within the PAGE_SIZE alignment
2499  * requirements, they are simply tossed out - we will never use those blocks
2500  * for swapping.
2501  *
2502  * For all swap devices we set S_SWAPFILE across the life of the swapon.  This
2503  * prevents users from writing to the swap device, which will corrupt memory.
2504  *
2505  * The amount of disk space which a single swap extent represents varies.
2506  * Typically it is in the 1-4 megabyte range.  So we can have hundreds of
2507  * extents in the rbtree. - akpm.
2508  */
2509 static int setup_swap_extents(struct swap_info_struct *sis, sector_t *span)
2510 {
2511         struct file *swap_file = sis->swap_file;
2512         struct address_space *mapping = swap_file->f_mapping;
2513         struct inode *inode = mapping->host;
2514         int ret;
2515
2516         if (S_ISBLK(inode->i_mode)) {
2517                 ret = add_swap_extent(sis, 0, sis->max, 0);
2518                 *span = sis->pages;
2519                 return ret;
2520         }
2521
2522         if (mapping->a_ops->swap_activate) {
2523                 ret = mapping->a_ops->swap_activate(sis, swap_file, span);
2524                 if (ret < 0)
2525                         return ret;
2526                 sis->flags |= SWP_ACTIVATED;
2527                 if ((sis->flags & SWP_FS_OPS) &&
2528                     sio_pool_init() != 0) {
2529                         destroy_swap_extents(sis);
2530                         return -ENOMEM;
2531                 }
2532                 return ret;
2533         }
2534
2535         return generic_swapfile_activate(sis, swap_file, span);
2536 }
2537
2538 static int swap_node(struct swap_info_struct *si)
2539 {
2540         struct block_device *bdev;
2541
2542         if (si->bdev)
2543                 bdev = si->bdev;
2544         else
2545                 bdev = si->swap_file->f_inode->i_sb->s_bdev;
2546
2547         return bdev ? bdev->bd_disk->node_id : NUMA_NO_NODE;
2548 }
2549
2550 static void setup_swap_info(struct swap_info_struct *si, int prio,
2551                             unsigned char *swap_map,
2552                             struct swap_cluster_info *cluster_info,
2553                             unsigned long *zeromap)
2554 {
2555         int i;
2556
2557         if (prio >= 0)
2558                 si->prio = prio;
2559         else
2560                 si->prio = --least_priority;
2561         /*
2562          * the plist prio is negated because plist ordering is
2563          * low-to-high, while swap ordering is high-to-low
2564          */
2565         si->list.prio = -si->prio;
2566         for_each_node(i) {
2567                 if (si->prio >= 0)
2568                         si->avail_lists[i].prio = -si->prio;
2569                 else {
2570                         if (swap_node(si) == i)
2571                                 si->avail_lists[i].prio = 1;
2572                         else
2573                                 si->avail_lists[i].prio = -si->prio;
2574                 }
2575         }
2576         si->swap_map = swap_map;
2577         si->cluster_info = cluster_info;
2578         si->zeromap = zeromap;
2579 }
2580
2581 static void _enable_swap_info(struct swap_info_struct *si)
2582 {
2583         atomic_long_add(si->pages, &nr_swap_pages);
2584         total_swap_pages += si->pages;
2585
2586         assert_spin_locked(&swap_lock);
2587         /*
2588          * both lists are plists, and thus priority ordered.
2589          * swap_active_head needs to be priority ordered for swapoff(),
2590          * which on removal of any swap_info_struct with an auto-assigned
2591          * (i.e. negative) priority increments the auto-assigned priority
2592          * of any lower-priority swap_info_structs.
2593          * swap_avail_head needs to be priority ordered for folio_alloc_swap(),
2594          * which allocates swap pages from the highest available priority
2595          * swap_info_struct.
2596          */
2597         plist_add(&si->list, &swap_active_head);
2598
2599         /* Add back to available list */
2600         add_to_avail_list(si, true);
2601 }
2602
2603 static void enable_swap_info(struct swap_info_struct *si, int prio,
2604                                 unsigned char *swap_map,
2605                                 struct swap_cluster_info *cluster_info,
2606                                 unsigned long *zeromap)
2607 {
2608         spin_lock(&swap_lock);
2609         spin_lock(&si->lock);
2610         setup_swap_info(si, prio, swap_map, cluster_info, zeromap);
2611         spin_unlock(&si->lock);
2612         spin_unlock(&swap_lock);
2613         /*
2614          * Finished initializing swap device, now it's safe to reference it.
2615          */
2616         percpu_ref_resurrect(&si->users);
2617         spin_lock(&swap_lock);
2618         spin_lock(&si->lock);
2619         _enable_swap_info(si);
2620         spin_unlock(&si->lock);
2621         spin_unlock(&swap_lock);
2622 }
2623
2624 static void reinsert_swap_info(struct swap_info_struct *si)
2625 {
2626         spin_lock(&swap_lock);
2627         spin_lock(&si->lock);
2628         setup_swap_info(si, si->prio, si->swap_map, si->cluster_info, si->zeromap);
2629         _enable_swap_info(si);
2630         spin_unlock(&si->lock);
2631         spin_unlock(&swap_lock);
2632 }
2633
2634 /*
2635  * Called after clearing SWP_WRITEOK, ensures cluster_alloc_range
2636  * see the updated flags, so there will be no more allocations.
2637  */
2638 static void wait_for_allocation(struct swap_info_struct *si)
2639 {
2640         unsigned long offset;
2641         unsigned long end = ALIGN(si->max, SWAPFILE_CLUSTER);
2642         struct swap_cluster_info *ci;
2643
2644         BUG_ON(si->flags & SWP_WRITEOK);
2645
2646         for (offset = 0; offset < end; offset += SWAPFILE_CLUSTER) {
2647                 ci = lock_cluster(si, offset);
2648                 unlock_cluster(ci);
2649         }
2650 }
2651
2652 /*
2653  * Called after swap device's reference count is dead, so
2654  * neither scan nor allocation will use it.
2655  */
2656 static void flush_percpu_swap_cluster(struct swap_info_struct *si)
2657 {
2658         int cpu, i;
2659         struct swap_info_struct **pcp_si;
2660
2661         for_each_possible_cpu(cpu) {
2662                 pcp_si = per_cpu_ptr(percpu_swap_cluster.si, cpu);
2663                 /*
2664                  * Invalidate the percpu swap cluster cache, si->users
2665                  * is dead, so no new user will point to it, just flush
2666                  * any existing user.
2667                  */
2668                 for (i = 0; i < SWAP_NR_ORDERS; i++)
2669                         cmpxchg(&pcp_si[i], si, NULL);
2670         }
2671 }
2672
2673
2674 SYSCALL_DEFINE1(swapoff, const char __user *, specialfile)
2675 {
2676         struct swap_info_struct *p = NULL;
2677         unsigned char *swap_map;
2678         unsigned long *zeromap;
2679         struct swap_cluster_info *cluster_info;
2680         struct file *swap_file, *victim;
2681         struct address_space *mapping;
2682         struct inode *inode;
2683         struct filename *pathname;
2684         int err, found = 0;
2685
2686         if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
2687                 return -EPERM;
2688
2689         BUG_ON(!current->mm);
2690
2691         pathname = getname(specialfile);
2692         if (IS_ERR(pathname))
2693                 return PTR_ERR(pathname);
2694
2695         victim = file_open_name(pathname, O_RDWR|O_LARGEFILE, 0);
2696         err = PTR_ERR(victim);
2697         if (IS_ERR(victim))
2698                 goto out;
2699
2700         mapping = victim->f_mapping;
2701         spin_lock(&swap_lock);
2702         plist_for_each_entry(p, &swap_active_head, list) {
2703                 if (p->flags & SWP_WRITEOK) {
2704                         if (p->swap_file->f_mapping == mapping) {
2705                                 found = 1;
2706                                 break;
2707                         }
2708                 }
2709         }
2710         if (!found) {
2711                 err = -EINVAL;
2712                 spin_unlock(&swap_lock);
2713                 goto out_dput;
2714         }
2715         if (!security_vm_enough_memory_mm(current->mm, p->pages))
2716                 vm_unacct_memory(p->pages);
2717         else {
2718                 err = -ENOMEM;
2719                 spin_unlock(&swap_lock);
2720                 goto out_dput;
2721         }
2722         spin_lock(&p->lock);
2723         del_from_avail_list(p, true);
2724         if (p->prio < 0) {
2725                 struct swap_info_struct *si = p;
2726                 int nid;
2727
2728                 plist_for_each_entry_continue(si, &swap_active_head, list) {
2729                         si->prio++;
2730                         si->list.prio--;
2731                         for_each_node(nid) {
2732                                 if (si->avail_lists[nid].prio != 1)
2733                                         si->avail_lists[nid].prio--;
2734                         }
2735                 }
2736                 least_priority++;
2737         }
2738         plist_del(&p->list, &swap_active_head);
2739         atomic_long_sub(p->pages, &nr_swap_pages);
2740         total_swap_pages -= p->pages;
2741         spin_unlock(&p->lock);
2742         spin_unlock(&swap_lock);
2743
2744         wait_for_allocation(p);
2745
2746         set_current_oom_origin();
2747         err = try_to_unuse(p->type);
2748         clear_current_oom_origin();
2749
2750         if (err) {
2751                 /* re-insert swap space back into swap_list */
2752                 reinsert_swap_info(p);
2753                 goto out_dput;
2754         }
2755
2756         /*
2757          * Wait for swap operations protected by get/put_swap_device()
2758          * to complete.  Because of synchronize_rcu() here, all swap
2759          * operations protected by RCU reader side lock (including any
2760          * spinlock) will be waited too.  This makes it easy to
2761          * prevent folio_test_swapcache() and the following swap cache
2762          * operations from racing with swapoff.
2763          */
2764         percpu_ref_kill(&p->users);
2765         synchronize_rcu();
2766         wait_for_completion(&p->comp);
2767
2768         flush_work(&p->discard_work);
2769         flush_work(&p->reclaim_work);
2770         flush_percpu_swap_cluster(p);
2771
2772         destroy_swap_extents(p);
2773         if (p->flags & SWP_CONTINUED)
2774                 free_swap_count_continuations(p);
2775
2776         if (!p->bdev || !bdev_nonrot(p->bdev))
2777                 atomic_dec(&nr_rotate_swap);
2778
2779         mutex_lock(&swapon_mutex);
2780         spin_lock(&swap_lock);
2781         spin_lock(&p->lock);
2782         drain_mmlist();
2783
2784         swap_file = p->swap_file;
2785         p->swap_file = NULL;
2786         p->max = 0;
2787         swap_map = p->swap_map;
2788         p->swap_map = NULL;
2789         zeromap = p->zeromap;
2790         p->zeromap = NULL;
2791         cluster_info = p->cluster_info;
2792         p->cluster_info = NULL;
2793         spin_unlock(&p->lock);
2794         spin_unlock(&swap_lock);
2795         arch_swap_invalidate_area(p->type);
2796         zswap_swapoff(p->type);
2797         mutex_unlock(&swapon_mutex);
2798         kfree(p->global_cluster);
2799         p->global_cluster = NULL;
2800         vfree(swap_map);
2801         kvfree(zeromap);
2802         kvfree(cluster_info);
2803         /* Destroy swap account information */
2804         swap_cgroup_swapoff(p->type);
2805         exit_swap_address_space(p->type);
2806
2807         inode = mapping->host;
2808
2809         inode_lock(inode);
2810         inode->i_flags &= ~S_SWAPFILE;
2811         inode_unlock(inode);
2812         filp_close(swap_file, NULL);
2813
2814         /*
2815          * Clear the SWP_USED flag after all resources are freed so that swapon
2816          * can reuse this swap_info in alloc_swap_info() safely.  It is ok to
2817          * not hold p->lock after we cleared its SWP_WRITEOK.
2818          */
2819         spin_lock(&swap_lock);
2820         p->flags = 0;
2821         spin_unlock(&swap_lock);
2822
2823         err = 0;
2824         atomic_inc(&proc_poll_event);
2825         wake_up_interruptible(&proc_poll_wait);
2826
2827 out_dput:
2828         filp_close(victim, NULL);
2829 out:
2830         putname(pathname);
2831         return err;
2832 }
2833
2834 #ifdef CONFIG_PROC_FS
2835 static __poll_t swaps_poll(struct file *file, poll_table *wait)
2836 {
2837         struct seq_file *seq = file->private_data;
2838
2839         poll_wait(file, &proc_poll_wait, wait);
2840
2841         if (seq->poll_event != atomic_read(&proc_poll_event)) {
2842                 seq->poll_event = atomic_read(&proc_poll_event);
2843                 return EPOLLIN | EPOLLRDNORM | EPOLLERR | EPOLLPRI;
2844         }
2845
2846         return EPOLLIN | EPOLLRDNORM;
2847 }
2848
2849 /* iterator */
2850 static void *swap_start(struct seq_file *swap, loff_t *pos)
2851 {
2852         struct swap_info_struct *si;
2853         int type;
2854         loff_t l = *pos;
2855
2856         mutex_lock(&swapon_mutex);
2857
2858         if (!l)
2859                 return SEQ_START_TOKEN;
2860
2861         for (type = 0; (si = swap_type_to_swap_info(type)); type++) {
2862                 if (!(si->flags & SWP_USED) || !si->swap_map)
2863                         continue;
2864                 if (!--l)
2865                         return si;
2866         }
2867
2868         return NULL;
2869 }
2870
2871 static void *swap_next(struct seq_file *swap, void *v, loff_t *pos)
2872 {
2873         struct swap_info_struct *si = v;
2874         int type;
2875
2876         if (v == SEQ_START_TOKEN)
2877                 type = 0;
2878         else
2879                 type = si->type + 1;
2880
2881         ++(*pos);
2882         for (; (si = swap_type_to_swap_info(type)); type++) {
2883                 if (!(si->flags & SWP_USED) || !si->swap_map)
2884                         continue;
2885                 return si;
2886         }
2887
2888         return NULL;
2889 }
2890
2891 static void swap_stop(struct seq_file *swap, void *v)
2892 {
2893         mutex_unlock(&swapon_mutex);
2894 }
2895
2896 static int swap_show(struct seq_file *swap, void *v)
2897 {
2898         struct swap_info_struct *si = v;
2899         struct file *file;
2900         int len;
2901         unsigned long bytes, inuse;
2902
2903         if (si == SEQ_START_TOKEN) {
2904                 seq_puts(swap, "Filename\t\t\t\tType\t\tSize\t\tUsed\t\tPriority\n");
2905                 return 0;
2906         }
2907
2908         bytes = K(si->pages);
2909         inuse = K(swap_usage_in_pages(si));
2910
2911         file = si->swap_file;
2912         len = seq_file_path(swap, file, " \t\n\\");
2913         seq_printf(swap, "%*s%s\t%lu\t%s%lu\t%s%d\n",
2914                         len < 40 ? 40 - len : 1, " ",
2915                         S_ISBLK(file_inode(file)->i_mode) ?
2916                                 "partition" : "file\t",
2917                         bytes, bytes < 10000000 ? "\t" : "",
2918                         inuse, inuse < 10000000 ? "\t" : "",
2919                         si->prio);
2920         return 0;
2921 }
2922
2923 static const struct seq_operations swaps_op = {
2924         .start =        swap_start,
2925         .next =         swap_next,
2926         .stop =         swap_stop,
2927         .show =         swap_show
2928 };
2929
2930 static int swaps_open(struct inode *inode, struct file *file)
2931 {
2932         struct seq_file *seq;
2933         int ret;
2934
2935         ret = seq_open(file, &swaps_op);
2936         if (ret)
2937                 return ret;
2938
2939         seq = file->private_data;
2940         seq->poll_event = atomic_read(&proc_poll_event);
2941         return 0;
2942 }
2943
2944 static const struct proc_ops swaps_proc_ops = {
2945         .proc_flags     = PROC_ENTRY_PERMANENT,
2946         .proc_open      = swaps_open,
2947         .proc_read      = seq_read,
2948         .proc_lseek     = seq_lseek,
2949         .proc_release   = seq_release,
2950         .proc_poll      = swaps_poll,
2951 };
2952
2953 static int __init procswaps_init(void)
2954 {
2955         proc_create("swaps", 0, NULL, &swaps_proc_ops);
2956         return 0;
2957 }
2958 __initcall(procswaps_init);
2959 #endif /* CONFIG_PROC_FS */
2960
2961 #ifdef MAX_SWAPFILES_CHECK
2962 static int __init max_swapfiles_check(void)
2963 {
2964         MAX_SWAPFILES_CHECK();
2965         return 0;
2966 }
2967 late_initcall(max_swapfiles_check);
2968 #endif
2969
2970 static struct swap_info_struct *alloc_swap_info(void)
2971 {
2972         struct swap_info_struct *p;
2973         struct swap_info_struct *defer = NULL;
2974         unsigned int type;
2975         int i;
2976
2977         p = kvzalloc(struct_size(p, avail_lists, nr_node_ids), GFP_KERNEL);
2978         if (!p)
2979                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
2980
2981         if (percpu_ref_init(&p->users, swap_users_ref_free,
2982                             PERCPU_REF_INIT_DEAD, GFP_KERNEL)) {
2983                 kvfree(p);
2984                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
2985         }
2986
2987         spin_lock(&swap_lock);
2988         for (type = 0; type < nr_swapfiles; type++) {
2989                 if (!(swap_info[type]->flags & SWP_USED))
2990                         break;
2991         }
2992         if (type >= MAX_SWAPFILES) {
2993                 spin_unlock(&swap_lock);
2994                 percpu_ref_exit(&p->users);
2995                 kvfree(p);
2996                 return ERR_PTR(-EPERM);
2997         }
2998         if (type >= nr_swapfiles) {
2999                 p->type = type;
3000                 /*
3001                  * Publish the swap_info_struct after initializing it.
3002                  * Note that kvzalloc() above zeroes all its fields.
3003                  */
3004                 smp_store_release(&swap_info[type], p); /* rcu_assign_pointer() */
3005                 nr_swapfiles++;
3006         } else {
3007                 defer = p;
3008                 p = swap_info[type];
3009                 /*
3010                  * Do not memset this entry: a racing procfs swap_next()
3011                  * would be relying on p->type to remain valid.
3012                  */
3013         }
3014         p->swap_extent_root = RB_ROOT;
3015         plist_node_init(&p->list, 0);
3016         for_each_node(i)
3017                 plist_node_init(&p->avail_lists[i], 0);
3018         p->flags = SWP_USED;
3019         spin_unlock(&swap_lock);
3020         if (defer) {
3021                 percpu_ref_exit(&defer->users);
3022                 kvfree(defer);
3023         }
3024         spin_lock_init(&p->lock);
3025         spin_lock_init(&p->cont_lock);
3026         atomic_long_set(&p->inuse_pages, SWAP_USAGE_OFFLIST_BIT);
3027         init_completion(&p->comp);
3028
3029         return p;
3030 }
3031
3032 static int claim_swapfile(struct swap_info_struct *si, struct inode *inode)
3033 {
3034         if (S_ISBLK(inode->i_mode)) {
3035                 si->bdev = I_BDEV(inode);
3036                 /*
3037                  * Zoned block devices contain zones that have a sequential
3038                  * write only restriction.  Hence zoned block devices are not
3039                  * suitable for swapping.  Disallow them here.
3040                  */
3041                 if (bdev_is_zoned(si->bdev))
3042                         return -EINVAL;
3043                 si->flags |= SWP_BLKDEV;
3044         } else if (S_ISREG(inode->i_mode)) {
3045                 si->bdev = inode->i_sb->s_bdev;
3046         }
3047
3048         return 0;
3049 }
3050
3051
3052 /*
3053  * Find out how many pages are allowed for a single swap device. There
3054  * are two limiting factors:
3055  * 1) the number of bits for the swap offset in the swp_entry_t type, and
3056  * 2) the number of bits in the swap pte, as defined by the different
3057  * architectures.
3058  *
3059  * In order to find the largest possible bit mask, a swap entry with
3060  * swap type 0 and swap offset ~0UL is created, encoded to a swap pte,
3061  * decoded to a swp_entry_t again, and finally the swap offset is
3062  * extracted.
3063  *
3064  * This will mask all the bits from the initial ~0UL mask that can't
3065  * be encoded in either the swp_entry_t or the architecture definition
3066  * of a swap pte.
3067  */
3068 unsigned long generic_max_swapfile_size(void)
3069 {
3070         return swp_offset(pte_to_swp_entry(
3071                         swp_entry_to_pte(swp_entry(0, ~0UL)))) + 1;
3072 }
3073
3074 /* Can be overridden by an architecture for additional checks. */
3075 __weak unsigned long arch_max_swapfile_size(void)
3076 {
3077         return generic_max_swapfile_size();
3078 }
3079
3080 static unsigned long read_swap_header(struct swap_info_struct *si,
3081                                         union swap_header *swap_header,
3082                                         struct inode *inode)
3083 {
3084         int i;
3085         unsigned long maxpages;
3086         unsigned long swapfilepages;
3087         unsigned long last_page;
3088
3089         if (memcmp("SWAPSPACE2", swap_header->magic.magic, 10)) {
3090                 pr_err("Unable to find swap-space signature\n");
3091                 return 0;
3092         }
3093
3094         /* swap partition endianness hack... */
3095         if (swab32(swap_header->info.version) == 1) {
3096                 swab32s(&swap_header->info.version);
3097                 swab32s(&swap_header->info.last_page);
3098                 swab32s(&swap_header->info.nr_badpages);
3099                 if (swap_header->info.nr_badpages > MAX_SWAP_BADPAGES)
3100                         return 0;
3101                 for (i = 0; i < swap_header->info.nr_badpages; i++)
3102                         swab32s(&swap_header->info.badpages[i]);
3103         }
3104         /* Check the swap header's sub-version */
3105         if (swap_header->info.version != 1) {
3106                 pr_warn("Unable to handle swap header version %d\n",
3107                         swap_header->info.version);
3108                 return 0;
3109         }
3110
3111         maxpages = swapfile_maximum_size;
3112         last_page = swap_header->info.last_page;
3113         if (!last_page) {
3114                 pr_warn("Empty swap-file\n");
3115                 return 0;
3116         }
3117         if (last_page > maxpages) {
3118                 pr_warn("Truncating oversized swap area, only using %luk out of %luk\n",
3119                         K(maxpages), K(last_page));
3120         }
3121         if (maxpages > last_page) {
3122                 maxpages = last_page + 1;
3123                 /* p->max is an unsigned int: don't overflow it */
3124                 if ((unsigned int)maxpages == 0)
3125                         maxpages = UINT_MAX;
3126         }
3127
3128         if (!maxpages)
3129                 return 0;
3130         swapfilepages = i_size_read(inode) >> PAGE_SHIFT;
3131         if (swapfilepages && maxpages > swapfilepages) {
3132                 pr_warn("Swap area shorter than signature indicates\n");
3133                 return 0;
3134         }
3135         if (swap_header->info.nr_badpages && S_ISREG(inode->i_mode))
3136                 return 0;
3137         if (swap_header->info.nr_badpages > MAX_SWAP_BADPAGES)
3138                 return 0;
3139
3140         return maxpages;
3141 }
3142
3143 static int setup_swap_map(struct swap_info_struct *si,
3144                           union swap_header *swap_header,
3145                           unsigned char *swap_map,
3146                           unsigned long maxpages)
3147 {
3148         unsigned long i;
3149
3150         swap_map[0] = SWAP_MAP_BAD; /* omit header page */
3151         for (i = 0; i < swap_header->info.nr_badpages; i++) {
3152                 unsigned int page_nr = swap_header->info.badpages[i];
3153                 if (page_nr == 0 || page_nr > swap_header->info.last_page)
3154                         return -EINVAL;
3155                 if (page_nr < maxpages) {
3156                         swap_map[page_nr] = SWAP_MAP_BAD;
3157                         si->pages--;
3158                 }
3159         }
3160
3161         if (!si->pages) {
3162                 pr_warn("Empty swap-file\n");
3163                 return -EINVAL;
3164         }
3165
3166         return 0;
3167 }
3168
3169 #define SWAP_CLUSTER_INFO_COLS                                          \
3170         DIV_ROUND_UP(L1_CACHE_BYTES, sizeof(struct swap_cluster_info))
3171 #define SWAP_CLUSTER_SPACE_COLS                                         \
3172         DIV_ROUND_UP(SWAP_ADDRESS_SPACE_PAGES, SWAPFILE_CLUSTER)
3173 #define SWAP_CLUSTER_COLS                                               \
3174         max_t(unsigned int, SWAP_CLUSTER_INFO_COLS, SWAP_CLUSTER_SPACE_COLS)
3175
3176 static struct swap_cluster_info *setup_clusters(struct swap_info_struct *si,
3177                                                 union swap_header *swap_header,
3178                                                 unsigned long maxpages)
3179 {
3180         unsigned long nr_clusters = DIV_ROUND_UP(maxpages, SWAPFILE_CLUSTER);
3181         struct swap_cluster_info *cluster_info;
3182         unsigned long i, j, idx;
3183         int err = -ENOMEM;
3184
3185         cluster_info = kvcalloc(nr_clusters, sizeof(*cluster_info), GFP_KERNEL);
3186         if (!cluster_info)
3187                 goto err;
3188
3189         for (i = 0; i < nr_clusters; i++)
3190                 spin_lock_init(&cluster_info[i].lock);
3191
3192         if (!(si->flags & SWP_SOLIDSTATE)) {
3193                 si->global_cluster = kmalloc(sizeof(*si->global_cluster),
3194                                      GFP_KERNEL);
3195                 if (!si->global_cluster)
3196                         goto err_free;
3197                 for (i = 0; i < SWAP_NR_ORDERS; i++)
3198                         si->global_cluster->next[i] = SWAP_ENTRY_INVALID;
3199                 spin_lock_init(&si->global_cluster_lock);
3200         }
3201
3202         /*
3203          * Mark unusable pages as unavailable. The clusters aren't
3204          * marked free yet, so no list operations are involved yet.
3205          *
3206          * See setup_swap_map(): header page, bad pages,
3207          * and the EOF part of the last cluster.
3208          */
3209         inc_cluster_info_page(si, cluster_info, 0);
3210         for (i = 0; i < swap_header->info.nr_badpages; i++) {
3211                 unsigned int page_nr = swap_header->info.badpages[i];
3212
3213                 if (page_nr >= maxpages)
3214                         continue;
3215                 inc_cluster_info_page(si, cluster_info, page_nr);
3216         }
3217         for (i = maxpages; i < round_up(maxpages, SWAPFILE_CLUSTER); i++)
3218                 inc_cluster_info_page(si, cluster_info, i);
3219
3220         INIT_LIST_HEAD(&si->free_clusters);
3221         INIT_LIST_HEAD(&si->full_clusters);
3222         INIT_LIST_HEAD(&si->discard_clusters);
3223
3224         for (i = 0; i < SWAP_NR_ORDERS; i++) {
3225                 INIT_LIST_HEAD(&si->nonfull_clusters[i]);
3226                 INIT_LIST_HEAD(&si->frag_clusters[i]);
3227                 atomic_long_set(&si->frag_cluster_nr[i], 0);
3228         }
3229
3230         /*
3231          * Reduce false cache line sharing between cluster_info and
3232          * sharing same address space.
3233          */
3234         for (j = 0; j < SWAP_CLUSTER_COLS; j++) {
3235                 for (i = 0; i < DIV_ROUND_UP(nr_clusters, SWAP_CLUSTER_COLS); i++) {
3236                         struct swap_cluster_info *ci;
3237                         idx = i * SWAP_CLUSTER_COLS + j;
3238                         ci = cluster_info + idx;
3239                         if (idx >= nr_clusters)
3240                                 continue;
3241                         if (ci->count) {
3242                                 ci->flags = CLUSTER_FLAG_NONFULL;
3243                                 list_add_tail(&ci->list, &si->nonfull_clusters[0]);
3244                                 continue;
3245                         }
3246                         ci->flags = CLUSTER_FLAG_FREE;
3247                         list_add_tail(&ci->list, &si->free_clusters);
3248                 }
3249         }
3250
3251         return cluster_info;
3252
3253 err_free:
3254         kvfree(cluster_info);
3255 err:
3256         return ERR_PTR(err);
3257 }
3258
3259 SYSCALL_DEFINE2(swapon, const char __user *, specialfile, int, swap_flags)
3260 {
3261         struct swap_info_struct *si;
3262         struct filename *name;
3263         struct file *swap_file = NULL;
3264         struct address_space *mapping;
3265         struct dentry *dentry;
3266         int prio;
3267         int error;
3268         union swap_header *swap_header;
3269         int nr_extents;
3270         sector_t span;
3271         unsigned long maxpages;
3272         unsigned char *swap_map = NULL;
3273         unsigned long *zeromap = NULL;
3274         struct swap_cluster_info *cluster_info = NULL;
3275         struct folio *folio = NULL;
3276         struct inode *inode = NULL;
3277         bool inced_nr_rotate_swap = false;
3278
3279         if (swap_flags & ~SWAP_FLAGS_VALID)
3280                 return -EINVAL;
3281
3282         if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))
3283                 return -EPERM;
3284
3285         if (!swap_avail_heads)
3286                 return -ENOMEM;
3287
3288         si = alloc_swap_info();
3289         if (IS_ERR(si))
3290                 return PTR_ERR(si);
3291
3292         INIT_WORK(&si->discard_work, swap_discard_work);
3293         INIT_WORK(&si->reclaim_work, swap_reclaim_work);
3294
3295         name = getname(specialfile);
3296         if (IS_ERR(name)) {
3297                 error = PTR_ERR(name);
3298                 name = NULL;
3299                 goto bad_swap;
3300         }
3301         swap_file = file_open_name(name, O_RDWR | O_LARGEFILE | O_EXCL, 0);
3302         if (IS_ERR(swap_file)) {
3303                 error = PTR_ERR(swap_file);
3304                 swap_file = NULL;
3305                 goto bad_swap;
3306         }
3307
3308         si->swap_file = swap_file;
3309         mapping = swap_file->f_mapping;
3310         dentry = swap_file->f_path.dentry;
3311         inode = mapping->host;
3312
3313         error = claim_swapfile(si, inode);
3314         if (unlikely(error))
3315                 goto bad_swap;
3316
3317         inode_lock(inode);
3318         if (d_unlinked(dentry) || cant_mount(dentry)) {
3319                 error = -ENOENT;
3320                 goto bad_swap_unlock_inode;
3321         }
3322         if (IS_SWAPFILE(inode)) {
3323                 error = -EBUSY;
3324                 goto bad_swap_unlock_inode;
3325         }
3326
3327         /*
3328          * The swap subsystem needs a major overhaul to support this.
3329          * It doesn't work yet so just disable it for now.
3330          */
3331         if (mapping_min_folio_order(mapping) > 0) {
3332                 error = -EINVAL;
3333                 goto bad_swap_unlock_inode;
3334         }
3335
3336         /*
3337          * Read the swap header.
3338          */
3339         if (!mapping->a_ops->read_folio) {
3340                 error = -EINVAL;
3341                 goto bad_swap_unlock_inode;
3342         }
3343         folio = read_mapping_folio(mapping, 0, swap_file);
3344         if (IS_ERR(folio)) {
3345                 error = PTR_ERR(folio);
3346                 goto bad_swap_unlock_inode;
3347         }
3348         swap_header = kmap_local_folio(folio, 0);
3349
3350         maxpages = read_swap_header(si, swap_header, inode);
3351         if (unlikely(!maxpages)) {
3352                 error = -EINVAL;
3353                 goto bad_swap_unlock_inode;
3354         }
3355
3356         si->max = maxpages;
3357         si->pages = maxpages - 1;
3358         nr_extents = setup_swap_extents(si, &span);
3359         if (nr_extents < 0) {
3360                 error = nr_extents;
3361                 goto bad_swap_unlock_inode;
3362         }
3363         if (si->pages != si->max - 1) {
3364                 pr_err("swap:%u != (max:%u - 1)\n", si->pages, si->max);
3365                 error = -EINVAL;
3366                 goto bad_swap_unlock_inode;
3367         }
3368
3369         maxpages = si->max;
3370
3371         /* OK, set up the swap map and apply the bad block list */
3372         swap_map = vzalloc(maxpages);
3373         if (!swap_map) {
3374                 error = -ENOMEM;
3375                 goto bad_swap_unlock_inode;
3376         }
3377
3378         error = swap_cgroup_swapon(si->type, maxpages);
3379         if (error)
3380                 goto bad_swap_unlock_inode;
3381
3382         error = setup_swap_map(si, swap_header, swap_map, maxpages);
3383         if (error)
3384                 goto bad_swap_unlock_inode;
3385
3386         /*
3387          * Use kvmalloc_array instead of bitmap_zalloc as the allocation order might
3388          * be above MAX_PAGE_ORDER incase of a large swap file.
3389          */
3390         zeromap = kvmalloc_array(BITS_TO_LONGS(maxpages), sizeof(long),
3391                                     GFP_KERNEL | __GFP_ZERO);
3392         if (!zeromap) {
3393                 error = -ENOMEM;
3394                 goto bad_swap_unlock_inode;
3395         }
3396
3397         if (si->bdev && bdev_stable_writes(si->bdev))
3398                 si->flags |= SWP_STABLE_WRITES;
3399
3400         if (si->bdev && bdev_synchronous(si->bdev))
3401                 si->flags |= SWP_SYNCHRONOUS_IO;
3402
3403         if (si->bdev && bdev_nonrot(si->bdev)) {
3404                 si->flags |= SWP_SOLIDSTATE;
3405         } else {
3406                 atomic_inc(&nr_rotate_swap);
3407                 inced_nr_rotate_swap = true;
3408         }
3409
3410         cluster_info = setup_clusters(si, swap_header, maxpages);
3411         if (IS_ERR(cluster_info)) {
3412                 error = PTR_ERR(cluster_info);
3413                 cluster_info = NULL;
3414                 goto bad_swap_unlock_inode;
3415         }
3416
3417         if ((swap_flags & SWAP_FLAG_DISCARD) &&
3418             si->bdev && bdev_max_discard_sectors(si->bdev)) {
3419                 /*
3420                  * When discard is enabled for swap with no particular
3421                  * policy flagged, we set all swap discard flags here in
3422                  * order to sustain backward compatibility with older
3423                  * swapon(8) releases.
3424                  */
3425                 si->flags |= (SWP_DISCARDABLE | SWP_AREA_DISCARD |
3426                              SWP_PAGE_DISCARD);
3427
3428                 /*
3429                  * By flagging sys_swapon, a sysadmin can tell us to
3430                  * either do single-time area discards only, or to just
3431                  * perform discards for released swap page-clusters.
3432                  * Now it's time to adjust the p->flags accordingly.
3433                  */
3434                 if (swap_flags & SWAP_FLAG_DISCARD_ONCE)
3435                         si->flags &= ~SWP_PAGE_DISCARD;
3436                 else if (swap_flags & SWAP_FLAG_DISCARD_PAGES)
3437                         si->flags &= ~SWP_AREA_DISCARD;
3438
3439                 /* issue a swapon-time discard if it's still required */
3440                 if (si->flags & SWP_AREA_DISCARD) {
3441                         int err = discard_swap(si);
3442                         if (unlikely(err))
3443                                 pr_err("swapon: discard_swap(%p): %d\n",
3444                                         si, err);
3445                 }
3446         }
3447
3448         error = init_swap_address_space(si->type, maxpages);
3449         if (error)
3450                 goto bad_swap_unlock_inode;
3451
3452         error = zswap_swapon(si->type, maxpages);
3453         if (error)
3454                 goto free_swap_address_space;
3455
3456         /*
3457          * Flush any pending IO and dirty mappings before we start using this
3458          * swap device.
3459          */
3460         inode->i_flags |= S_SWAPFILE;
3461         error = inode_drain_writes(inode);
3462         if (error) {
3463                 inode->i_flags &= ~S_SWAPFILE;
3464                 goto free_swap_zswap;
3465         }
3466
3467         mutex_lock(&swapon_mutex);
3468         prio = -1;
3469         if (swap_flags & SWAP_FLAG_PREFER)
3470                 prio = swap_flags & SWAP_FLAG_PRIO_MASK;
3471         enable_swap_info(si, prio, swap_map, cluster_info, zeromap);
3472
3473         pr_info("Adding %uk swap on %s.  Priority:%d extents:%d across:%lluk %s%s%s%s\n",
3474                 K(si->pages), name->name, si->prio, nr_extents,
3475                 K((unsigned long long)span),
3476                 (si->flags & SWP_SOLIDSTATE) ? "SS" : "",
3477                 (si->flags & SWP_DISCARDABLE) ? "D" : "",
3478                 (si->flags & SWP_AREA_DISCARD) ? "s" : "",
3479                 (si->flags & SWP_PAGE_DISCARD) ? "c" : "");
3480
3481         mutex_unlock(&swapon_mutex);
3482         atomic_inc(&proc_poll_event);
3483         wake_up_interruptible(&proc_poll_wait);
3484
3485         error = 0;
3486         goto out;
3487 free_swap_zswap:
3488         zswap_swapoff(si->type);
3489 free_swap_address_space:
3490         exit_swap_address_space(si->type);
3491 bad_swap_unlock_inode:
3492         inode_unlock(inode);
3493 bad_swap:
3494         kfree(si->global_cluster);
3495         si->global_cluster = NULL;
3496         inode = NULL;
3497         destroy_swap_extents(si);
3498         swap_cgroup_swapoff(si->type);
3499         spin_lock(&swap_lock);
3500         si->swap_file = NULL;
3501         si->flags = 0;
3502         spin_unlock(&swap_lock);
3503         vfree(swap_map);
3504         kvfree(zeromap);
3505         kvfree(cluster_info);
3506         if (inced_nr_rotate_swap)
3507                 atomic_dec(&nr_rotate_swap);
3508         if (swap_file)
3509                 filp_close(swap_file, NULL);
3510 out:
3511         if (!IS_ERR_OR_NULL(folio))
3512                 folio_release_kmap(folio, swap_header);
3513         if (name)
3514                 putname(name);
3515         if (inode)
3516                 inode_unlock(inode);
3517         return error;
3518 }
3519
3520 void si_swapinfo(struct sysinfo *val)
3521 {
3522         unsigned int type;
3523         unsigned long nr_to_be_unused = 0;
3524
3525         spin_lock(&swap_lock);
3526         for (type = 0; type < nr_swapfiles; type++) {
3527                 struct swap_info_struct *si = swap_info[type];
3528
3529                 if ((si->flags & SWP_USED) && !(si->flags & SWP_WRITEOK))
3530                         nr_to_be_unused += swap_usage_in_pages(si);
3531         }
3532         val->freeswap = atomic_long_read(&nr_swap_pages) + nr_to_be_unused;
3533         val->totalswap = total_swap_pages + nr_to_be_unused;
3534         spin_unlock(&swap_lock);
3535 }
3536
3537 /*
3538  * Verify that nr swap entries are valid and increment their swap map counts.
3539  *
3540  * Returns error code in following case.
3541  * - success -> 0
3542  * - swp_entry is invalid -> EINVAL
3543  * - swap-cache reference is requested but there is already one. -> EEXIST
3544  * - swap-cache reference is requested but the entry is not used. -> ENOENT
3545  * - swap-mapped reference requested but needs continued swap count. -> ENOMEM
3546  */
3547 static int __swap_duplicate(swp_entry_t entry, unsigned char usage, int nr)
3548 {
3549         struct swap_info_struct *si;
3550         struct swap_cluster_info *ci;
3551         unsigned long offset;
3552         unsigned char count;
3553         unsigned char has_cache;
3554         int err, i;
3555
3556         si = swp_swap_info(entry);
3557         if (WARN_ON_ONCE(!si)) {
3558                 pr_err("%s%08lx\n", Bad_file, entry.val);
3559                 return -EINVAL;
3560         }
3561
3562         offset = swp_offset(entry);
3563         VM_WARN_ON(nr > SWAPFILE_CLUSTER - offset % SWAPFILE_CLUSTER);
3564         VM_WARN_ON(usage == 1 && nr > 1);
3565         ci = lock_cluster(si, offset);
3566
3567         err = 0;
3568         for (i = 0; i < nr; i++) {
3569                 count = si->swap_map[offset + i];
3570
3571                 /*
3572                  * swapin_readahead() doesn't check if a swap entry is valid, so the
3573                  * swap entry could be SWAP_MAP_BAD. Check here with lock held.
3574                  */
3575                 if (unlikely(swap_count(count) == SWAP_MAP_BAD)) {
3576                         err = -ENOENT;
3577                         goto unlock_out;
3578                 }
3579
3580                 has_cache = count & SWAP_HAS_CACHE;
3581                 count &= ~SWAP_HAS_CACHE;
3582
3583                 if (!count && !has_cache) {
3584                         err = -ENOENT;
3585                 } else if (usage == SWAP_HAS_CACHE) {
3586                         if (has_cache)
3587                                 err = -EEXIST;
3588                 } else if ((count & ~COUNT_CONTINUED) > SWAP_MAP_MAX) {
3589                         err = -EINVAL;
3590                 }
3591
3592                 if (err)
3593                         goto unlock_out;
3594         }
3595
3596         for (i = 0; i < nr; i++) {
3597                 count = si->swap_map[offset + i];
3598                 has_cache = count & SWAP_HAS_CACHE;
3599                 count &= ~SWAP_HAS_CACHE;
3600
3601                 if (usage == SWAP_HAS_CACHE)
3602                         has_cache = SWAP_HAS_CACHE;
3603                 else if ((count & ~COUNT_CONTINUED) < SWAP_MAP_MAX)
3604                         count += usage;
3605                 else if (swap_count_continued(si, offset + i, count))
3606                         count = COUNT_CONTINUED;
3607                 else {
3608                         /*
3609                          * Don't need to rollback changes, because if
3610                          * usage == 1, there must be nr == 1.
3611                          */
3612                         err = -ENOMEM;
3613                         goto unlock_out;
3614                 }
3615
3616                 WRITE_ONCE(si->swap_map[offset + i], count | has_cache);
3617         }
3618
3619 unlock_out:
3620         unlock_cluster(ci);
3621         return err;
3622 }
3623
3624 /*
3625  * Help swapoff by noting that swap entry belongs to shmem/tmpfs
3626  * (in which case its reference count is never incremented).
3627  */
3628 void swap_shmem_alloc(swp_entry_t entry, int nr)
3629 {
3630         __swap_duplicate(entry, SWAP_MAP_SHMEM, nr);
3631 }
3632
3633 /*
3634  * Increase reference count of swap entry by 1.
3635  * Returns 0 for success, or -ENOMEM if a swap_count_continuation is required
3636  * but could not be atomically allocated.  Returns 0, just as if it succeeded,
3637  * if __swap_duplicate() fails for another reason (-EINVAL or -ENOENT), which
3638  * might occur if a page table entry has got corrupted.
3639  */
3640 int swap_duplicate(swp_entry_t entry)
3641 {
3642         int err = 0;
3643
3644         while (!err && __swap_duplicate(entry, 1, 1) == -ENOMEM)
3645                 err = add_swap_count_continuation(entry, GFP_ATOMIC);
3646         return err;
3647 }
3648
3649 /*
3650  * @entry: first swap entry from which we allocate nr swap cache.
3651  *
3652  * Called when allocating swap cache for existing swap entries,
3653  * This can return error codes. Returns 0 at success.
3654  * -EEXIST means there is a swap cache.
3655  * Note: return code is different from swap_duplicate().
3656  */
3657 int swapcache_prepare(swp_entry_t entry, int nr)
3658 {
3659         return __swap_duplicate(entry, SWAP_HAS_CACHE, nr);
3660 }
3661
3662 /*
3663  * Caller should ensure entries belong to the same folio so
3664  * the entries won't span cross cluster boundary.
3665  */
3666 void swapcache_clear(struct swap_info_struct *si, swp_entry_t entry, int nr)
3667 {
3668         swap_entries_put_cache(si, entry, nr);
3669 }
3670
3671 struct swap_info_struct *swp_swap_info(swp_entry_t entry)
3672 {
3673         return swap_type_to_swap_info(swp_type(entry));
3674 }
3675
3676 /*
3677  * add_swap_count_continuation - called when a swap count is duplicated
3678  * beyond SWAP_MAP_MAX, it allocates a new page and links that to the entry's
3679  * page of the original vmalloc'ed swap_map, to hold the continuation count
3680  * (for that entry and for its neighbouring PAGE_SIZE swap entries).  Called
3681  * again when count is duplicated beyond SWAP_MAP_MAX * SWAP_CONT_MAX, etc.
3682  *
3683  * These continuation pages are seldom referenced: the common paths all work
3684  * on the original swap_map, only referring to a continuation page when the
3685  * low "digit" of a count is incremented or decremented through SWAP_MAP_MAX.
3686  *
3687  * add_swap_count_continuation(, GFP_ATOMIC) can be called while holding
3688  * page table locks; if it fails, add_swap_count_continuation(, GFP_KERNEL)
3689  * can be called after dropping locks.
3690  */
3691 int add_swap_count_continuation(swp_entry_t entry, gfp_t gfp_mask)
3692 {
3693         struct swap_info_struct *si;
3694         struct swap_cluster_info *ci;
3695         struct page *head;
3696         struct page *page;
3697         struct page *list_page;
3698         pgoff_t offset;
3699         unsigned char count;
3700         int ret = 0;
3701
3702         /*
3703          * When debugging, it's easier to use __GFP_ZERO here; but it's better
3704          * for latency not to zero a page while GFP_ATOMIC and holding locks.
3705          */
3706         page = alloc_page(gfp_mask | __GFP_HIGHMEM);
3707
3708         si = get_swap_device(entry);
3709         if (!si) {
3710                 /*
3711                  * An acceptable race has occurred since the failing
3712                  * __swap_duplicate(): the swap device may be swapoff
3713                  */
3714                 goto outer;
3715         }
3716
3717         offset = swp_offset(entry);
3718
3719         ci = lock_cluster(si, offset);
3720
3721         count = swap_count(si->swap_map[offset]);
3722
3723         if ((count & ~COUNT_CONTINUED) != SWAP_MAP_MAX) {
3724                 /*
3725                  * The higher the swap count, the more likely it is that tasks
3726                  * will race to add swap count continuation: we need to avoid
3727                  * over-provisioning.
3728                  */
3729                 goto out;
3730         }
3731
3732         if (!page) {
3733                 ret = -ENOMEM;
3734                 goto out;
3735         }
3736
3737         head = vmalloc_to_page(si->swap_map + offset);
3738         offset &= ~PAGE_MASK;
3739
3740         spin_lock(&si->cont_lock);
3741         /*
3742          * Page allocation does not initialize the page's lru field,
3743          * but it does always reset its private field.
3744          */
3745         if (!page_private(head)) {
3746                 BUG_ON(count & COUNT_CONTINUED);
3747                 INIT_LIST_HEAD(&head->lru);
3748                 set_page_private(head, SWP_CONTINUED);
3749                 si->flags |= SWP_CONTINUED;
3750         }
3751
3752         list_for_each_entry(list_page, &head->lru, lru) {
3753                 unsigned char *map;
3754
3755                 /*
3756                  * If the previous map said no continuation, but we've found
3757                  * a continuation page, free our allocation and use this one.
3758                  */
3759                 if (!(count & COUNT_CONTINUED))
3760                         goto out_unlock_cont;
3761
3762                 map = kmap_local_page(list_page) + offset;
3763                 count = *map;
3764                 kunmap_local(map);
3765
3766                 /*
3767                  * If this continuation count now has some space in it,
3768                  * free our allocation and use this one.
3769                  */
3770                 if ((count & ~COUNT_CONTINUED) != SWAP_CONT_MAX)
3771                         goto out_unlock_cont;
3772         }
3773
3774         list_add_tail(&page->lru, &head->lru);
3775         page = NULL;                    /* now it's attached, don't free it */
3776 out_unlock_cont:
3777         spin_unlock(&si->cont_lock);
3778 out:
3779         unlock_cluster(ci);
3780         put_swap_device(si);
3781 outer:
3782         if (page)
3783                 __free_page(page);
3784         return ret;
3785 }
3786
3787 /*
3788  * swap_count_continued - when the original swap_map count is incremented
3789  * from SWAP_MAP_MAX, check if there is already a continuation page to carry
3790  * into, carry if so, or else fail until a new continuation page is allocated;
3791  * when the original swap_map count is decremented from 0 with continuation,
3792  * borrow from the continuation and report whether it still holds more.
3793  * Called while __swap_duplicate() or caller of swap_entry_put_locked()
3794  * holds cluster lock.
3795  */
3796 static bool swap_count_continued(struct swap_info_struct *si,
3797                                  pgoff_t offset, unsigned char count)
3798 {
3799         struct page *head;
3800         struct page *page;
3801         unsigned char *map;
3802         bool ret;
3803
3804         head = vmalloc_to_page(si->swap_map + offset);
3805         if (page_private(head) != SWP_CONTINUED) {
3806                 BUG_ON(count & COUNT_CONTINUED);
3807                 return false;           /* need to add count continuation */
3808         }
3809
3810         spin_lock(&si->cont_lock);
3811         offset &= ~PAGE_MASK;
3812         page = list_next_entry(head, lru);
3813         map = kmap_local_page(page) + offset;
3814
3815         if (count == SWAP_MAP_MAX)      /* initial increment from swap_map */
3816                 goto init_map;          /* jump over SWAP_CONT_MAX checks */
3817
3818         if (count == (SWAP_MAP_MAX | COUNT_CONTINUED)) { /* incrementing */
3819                 /*
3820                  * Think of how you add 1 to 999
3821                  */
3822                 while (*map == (SWAP_CONT_MAX | COUNT_CONTINUED)) {
3823                         kunmap_local(map);
3824                         page = list_next_entry(page, lru);
3825                         BUG_ON(page == head);
3826                         map = kmap_local_page(page) + offset;
3827                 }
3828                 if (*map == SWAP_CONT_MAX) {
3829                         kunmap_local(map);
3830                         page = list_next_entry(page, lru);
3831                         if (page == head) {
3832                                 ret = false;    /* add count continuation */
3833                                 goto out;
3834                         }
3835                         map = kmap_local_page(page) + offset;
3836 init_map:               *map = 0;               /* we didn't zero the page */
3837                 }
3838                 *map += 1;
3839                 kunmap_local(map);
3840                 while ((page = list_prev_entry(page, lru)) != head) {
3841                         map = kmap_local_page(page) + offset;
3842                         *map = COUNT_CONTINUED;
3843                         kunmap_local(map);
3844                 }
3845                 ret = true;                     /* incremented */
3846
3847         } else {                                /* decrementing */
3848                 /*
3849                  * Think of how you subtract 1 from 1000
3850                  */
3851                 BUG_ON(count != COUNT_CONTINUED);
3852                 while (*map == COUNT_CONTINUED) {
3853                         kunmap_local(map);
3854                         page = list_next_entry(page, lru);
3855                         BUG_ON(page == head);
3856                         map = kmap_local_page(page) + offset;
3857                 }
3858                 BUG_ON(*map == 0);
3859                 *map -= 1;
3860                 if (*map == 0)
3861                         count = 0;
3862                 kunmap_local(map);
3863                 while ((page = list_prev_entry(page, lru)) != head) {
3864                         map = kmap_local_page(page) + offset;
3865                         *map = SWAP_CONT_MAX | count;
3866                         count = COUNT_CONTINUED;
3867                         kunmap_local(map);
3868                 }
3869                 ret = count == COUNT_CONTINUED;
3870         }
3871 out:
3872         spin_unlock(&si->cont_lock);
3873         return ret;
3874 }
3875
3876 /*
3877  * free_swap_count_continuations - swapoff free all the continuation pages
3878  * appended to the swap_map, after swap_map is quiesced, before vfree'ing it.
3879  */
3880 static void free_swap_count_continuations(struct swap_info_struct *si)
3881 {
3882         pgoff_t offset;
3883
3884         for (offset = 0; offset < si->max; offset += PAGE_SIZE) {
3885                 struct page *head;
3886                 head = vmalloc_to_page(si->swap_map + offset);
3887                 if (page_private(head)) {
3888                         struct page *page, *next;
3889
3890                         list_for_each_entry_safe(page, next, &head->lru, lru) {
3891                                 list_del(&page->lru);
3892                                 __free_page(page);
3893                         }
3894                 }
3895         }
3896 }
3897
3898 #if defined(CONFIG_MEMCG) && defined(CONFIG_BLK_CGROUP)
3899 static bool __has_usable_swap(void)
3900 {
3901         return !plist_head_empty(&swap_active_head);
3902 }
3903
3904 void __folio_throttle_swaprate(struct folio *folio, gfp_t gfp)
3905 {
3906         struct swap_info_struct *si, *next;
3907         int nid = folio_nid(folio);
3908
3909         if (!(gfp & __GFP_IO))
3910                 return;
3911
3912         if (!__has_usable_swap())
3913                 return;
3914
3915         if (!blk_cgroup_congested())
3916                 return;
3917
3918         /*
3919          * We've already scheduled a throttle, avoid taking the global swap
3920          * lock.
3921          */
3922         if (current->throttle_disk)
3923                 return;
3924
3925         spin_lock(&swap_avail_lock);
3926         plist_for_each_entry_safe(si, next, &swap_avail_heads[nid],
3927                                   avail_lists[nid]) {
3928                 if (si->bdev) {
3929                         blkcg_schedule_throttle(si->bdev->bd_disk, true);
3930                         break;
3931                 }
3932         }
3933         spin_unlock(&swap_avail_lock);
3934 }
3935 #endif
3936
3937 static int __init swapfile_init(void)
3938 {
3939         int nid;
3940
3941         swap_avail_heads = kmalloc_array(nr_node_ids, sizeof(struct plist_head),
3942                                          GFP_KERNEL);
3943         if (!swap_avail_heads) {
3944                 pr_emerg("Not enough memory for swap heads, swap is disabled\n");
3945                 return -ENOMEM;
3946         }
3947
3948         for_each_node(nid)
3949                 plist_head_init(&swap_avail_heads[nid]);
3950
3951         swapfile_maximum_size = arch_max_swapfile_size();
3952
3953 #ifdef CONFIG_MIGRATION
3954         if (swapfile_maximum_size >= (1UL << SWP_MIG_TOTAL_BITS))
3955                 swap_migration_ad_supported = true;
3956 #endif  /* CONFIG_MIGRATION */
3957
3958         return 0;
3959 }
3960 subsys_initcall(swapfile_init);