Merge tag 'scsi-misc' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/jejb/scsi
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / filemap.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *      linux/mm/filemap.c
4  *
5  * Copyright (C) 1994-1999  Linus Torvalds
6  */
7
8 /*
9  * This file handles the generic file mmap semantics used by
10  * most "normal" filesystems (but you don't /have/ to use this:
11  * the NFS filesystem used to do this differently, for example)
12  */
13 #include <linux/export.h>
14 #include <linux/compiler.h>
15 #include <linux/dax.h>
16 #include <linux/fs.h>
17 #include <linux/sched/signal.h>
18 #include <linux/uaccess.h>
19 #include <linux/capability.h>
20 #include <linux/kernel_stat.h>
21 #include <linux/gfp.h>
22 #include <linux/mm.h>
23 #include <linux/swap.h>
24 #include <linux/mman.h>
25 #include <linux/pagemap.h>
26 #include <linux/file.h>
27 #include <linux/uio.h>
28 #include <linux/error-injection.h>
29 #include <linux/hash.h>
30 #include <linux/writeback.h>
31 #include <linux/backing-dev.h>
32 #include <linux/pagevec.h>
33 #include <linux/security.h>
34 #include <linux/cpuset.h>
35 #include <linux/hugetlb.h>
36 #include <linux/memcontrol.h>
37 #include <linux/cleancache.h>
38 #include <linux/shmem_fs.h>
39 #include <linux/rmap.h>
40 #include <linux/delayacct.h>
41 #include <linux/psi.h>
42 #include <linux/ramfs.h>
43 #include <linux/page_idle.h>
44 #include <asm/pgalloc.h>
45 #include <asm/tlbflush.h>
46 #include "internal.h"
47
48 #define CREATE_TRACE_POINTS
49 #include <trace/events/filemap.h>
50
51 /*
52  * FIXME: remove all knowledge of the buffer layer from the core VM
53  */
54 #include <linux/buffer_head.h> /* for try_to_free_buffers */
55
56 #include <asm/mman.h>
57
58 /*
59  * Shared mappings implemented 30.11.1994. It's not fully working yet,
60  * though.
61  *
62  * Shared mappings now work. 15.8.1995  Bruno.
63  *
64  * finished 'unifying' the page and buffer cache and SMP-threaded the
65  * page-cache, 21.05.1999, Ingo Molnar <mingo@redhat.com>
66  *
67  * SMP-threaded pagemap-LRU 1999, Andrea Arcangeli <andrea@suse.de>
68  */
69
70 /*
71  * Lock ordering:
72  *
73  *  ->i_mmap_rwsem              (truncate_pagecache)
74  *    ->private_lock            (__free_pte->__set_page_dirty_buffers)
75  *      ->swap_lock             (exclusive_swap_page, others)
76  *        ->i_pages lock
77  *
78  *  ->i_rwsem
79  *    ->invalidate_lock         (acquired by fs in truncate path)
80  *      ->i_mmap_rwsem          (truncate->unmap_mapping_range)
81  *
82  *  ->mmap_lock
83  *    ->i_mmap_rwsem
84  *      ->page_table_lock or pte_lock   (various, mainly in memory.c)
85  *        ->i_pages lock        (arch-dependent flush_dcache_mmap_lock)
86  *
87  *  ->mmap_lock
88  *    ->invalidate_lock         (filemap_fault)
89  *      ->lock_page             (filemap_fault, access_process_vm)
90  *
91  *  ->i_rwsem                   (generic_perform_write)
92  *    ->mmap_lock               (fault_in_readable->do_page_fault)
93  *
94  *  bdi->wb.list_lock
95  *    sb_lock                   (fs/fs-writeback.c)
96  *    ->i_pages lock            (__sync_single_inode)
97  *
98  *  ->i_mmap_rwsem
99  *    ->anon_vma.lock           (vma_adjust)
100  *
101  *  ->anon_vma.lock
102  *    ->page_table_lock or pte_lock     (anon_vma_prepare and various)
103  *
104  *  ->page_table_lock or pte_lock
105  *    ->swap_lock               (try_to_unmap_one)
106  *    ->private_lock            (try_to_unmap_one)
107  *    ->i_pages lock            (try_to_unmap_one)
108  *    ->lruvec->lru_lock        (follow_page->mark_page_accessed)
109  *    ->lruvec->lru_lock        (check_pte_range->isolate_lru_page)
110  *    ->private_lock            (page_remove_rmap->set_page_dirty)
111  *    ->i_pages lock            (page_remove_rmap->set_page_dirty)
112  *    bdi.wb->list_lock         (page_remove_rmap->set_page_dirty)
113  *    ->inode->i_lock           (page_remove_rmap->set_page_dirty)
114  *    ->memcg->move_lock        (page_remove_rmap->lock_page_memcg)
115  *    bdi.wb->list_lock         (zap_pte_range->set_page_dirty)
116  *    ->inode->i_lock           (zap_pte_range->set_page_dirty)
117  *    ->private_lock            (zap_pte_range->__set_page_dirty_buffers)
118  *
119  * ->i_mmap_rwsem
120  *   ->tasklist_lock            (memory_failure, collect_procs_ao)
121  */
122
123 static void page_cache_delete(struct address_space *mapping,
124                                    struct folio *folio, void *shadow)
125 {
126         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, folio->index);
127         long nr = 1;
128
129         mapping_set_update(&xas, mapping);
130
131         /* hugetlb pages are represented by a single entry in the xarray */
132         if (!folio_test_hugetlb(folio)) {
133                 xas_set_order(&xas, folio->index, folio_order(folio));
134                 nr = folio_nr_pages(folio);
135         }
136
137         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
138
139         xas_store(&xas, shadow);
140         xas_init_marks(&xas);
141
142         folio->mapping = NULL;
143         /* Leave page->index set: truncation lookup relies upon it */
144         mapping->nrpages -= nr;
145 }
146
147 static void filemap_unaccount_folio(struct address_space *mapping,
148                 struct folio *folio)
149 {
150         long nr;
151
152         /*
153          * if we're uptodate, flush out into the cleancache, otherwise
154          * invalidate any existing cleancache entries.  We can't leave
155          * stale data around in the cleancache once our page is gone
156          */
157         if (folio_test_uptodate(folio) && folio_test_mappedtodisk(folio))
158                 cleancache_put_page(&folio->page);
159         else
160                 cleancache_invalidate_page(mapping, &folio->page);
161
162         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_mapped(folio), folio);
163         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM) && unlikely(folio_mapped(folio))) {
164                 int mapcount;
165
166                 pr_alert("BUG: Bad page cache in process %s  pfn:%05lx\n",
167                          current->comm, folio_pfn(folio));
168                 dump_page(&folio->page, "still mapped when deleted");
169                 dump_stack();
170                 add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
171
172                 mapcount = page_mapcount(&folio->page);
173                 if (mapping_exiting(mapping) &&
174                     folio_ref_count(folio) >= mapcount + 2) {
175                         /*
176                          * All vmas have already been torn down, so it's
177                          * a good bet that actually the folio is unmapped,
178                          * and we'd prefer not to leak it: if we're wrong,
179                          * some other bad page check should catch it later.
180                          */
181                         page_mapcount_reset(&folio->page);
182                         folio_ref_sub(folio, mapcount);
183                 }
184         }
185
186         /* hugetlb folios do not participate in page cache accounting. */
187         if (folio_test_hugetlb(folio))
188                 return;
189
190         nr = folio_nr_pages(folio);
191
192         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_PAGES, -nr);
193         if (folio_test_swapbacked(folio)) {
194                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_SHMEM, -nr);
195                 if (folio_test_pmd_mappable(folio))
196                         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_SHMEM_THPS, -nr);
197         } else if (folio_test_pmd_mappable(folio)) {
198                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_THPS, -nr);
199                 filemap_nr_thps_dec(mapping);
200         }
201
202         /*
203          * At this point folio must be either written or cleaned by
204          * truncate.  Dirty folio here signals a bug and loss of
205          * unwritten data.
206          *
207          * This fixes dirty accounting after removing the folio entirely
208          * but leaves the dirty flag set: it has no effect for truncated
209          * folio and anyway will be cleared before returning folio to
210          * buddy allocator.
211          */
212         if (WARN_ON_ONCE(folio_test_dirty(folio)))
213                 folio_account_cleaned(folio, mapping,
214                                         inode_to_wb(mapping->host));
215 }
216
217 /*
218  * Delete a page from the page cache and free it. Caller has to make
219  * sure the page is locked and that nobody else uses it - or that usage
220  * is safe.  The caller must hold the i_pages lock.
221  */
222 void __filemap_remove_folio(struct folio *folio, void *shadow)
223 {
224         struct address_space *mapping = folio->mapping;
225
226         trace_mm_filemap_delete_from_page_cache(folio);
227         filemap_unaccount_folio(mapping, folio);
228         page_cache_delete(mapping, folio, shadow);
229 }
230
231 void filemap_free_folio(struct address_space *mapping, struct folio *folio)
232 {
233         void (*freepage)(struct page *);
234
235         freepage = mapping->a_ops->freepage;
236         if (freepage)
237                 freepage(&folio->page);
238
239         if (folio_test_large(folio) && !folio_test_hugetlb(folio)) {
240                 folio_ref_sub(folio, folio_nr_pages(folio));
241                 VM_BUG_ON_FOLIO(folio_ref_count(folio) <= 0, folio);
242         } else {
243                 folio_put(folio);
244         }
245 }
246
247 /**
248  * filemap_remove_folio - Remove folio from page cache.
249  * @folio: The folio.
250  *
251  * This must be called only on folios that are locked and have been
252  * verified to be in the page cache.  It will never put the folio into
253  * the free list because the caller has a reference on the page.
254  */
255 void filemap_remove_folio(struct folio *folio)
256 {
257         struct address_space *mapping = folio->mapping;
258
259         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
260         spin_lock(&mapping->host->i_lock);
261         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
262         __filemap_remove_folio(folio, NULL);
263         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
264         if (mapping_shrinkable(mapping))
265                 inode_add_lru(mapping->host);
266         spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
267
268         filemap_free_folio(mapping, folio);
269 }
270
271 /*
272  * page_cache_delete_batch - delete several folios from page cache
273  * @mapping: the mapping to which folios belong
274  * @fbatch: batch of folios to delete
275  *
276  * The function walks over mapping->i_pages and removes folios passed in
277  * @fbatch from the mapping. The function expects @fbatch to be sorted
278  * by page index and is optimised for it to be dense.
279  * It tolerates holes in @fbatch (mapping entries at those indices are not
280  * modified).
281  *
282  * The function expects the i_pages lock to be held.
283  */
284 static void page_cache_delete_batch(struct address_space *mapping,
285                              struct folio_batch *fbatch)
286 {
287         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, fbatch->folios[0]->index);
288         long total_pages = 0;
289         int i = 0;
290         struct folio *folio;
291
292         mapping_set_update(&xas, mapping);
293         xas_for_each(&xas, folio, ULONG_MAX) {
294                 if (i >= folio_batch_count(fbatch))
295                         break;
296
297                 /* A swap/dax/shadow entry got inserted? Skip it. */
298                 if (xa_is_value(folio))
299                         continue;
300                 /*
301                  * A page got inserted in our range? Skip it. We have our
302                  * pages locked so they are protected from being removed.
303                  * If we see a page whose index is higher than ours, it
304                  * means our page has been removed, which shouldn't be
305                  * possible because we're holding the PageLock.
306                  */
307                 if (folio != fbatch->folios[i]) {
308                         VM_BUG_ON_FOLIO(folio->index >
309                                         fbatch->folios[i]->index, folio);
310                         continue;
311                 }
312
313                 WARN_ON_ONCE(!folio_test_locked(folio));
314
315                 folio->mapping = NULL;
316                 /* Leave folio->index set: truncation lookup relies on it */
317
318                 i++;
319                 xas_store(&xas, NULL);
320                 total_pages += folio_nr_pages(folio);
321         }
322         mapping->nrpages -= total_pages;
323 }
324
325 void delete_from_page_cache_batch(struct address_space *mapping,
326                                   struct folio_batch *fbatch)
327 {
328         int i;
329
330         if (!folio_batch_count(fbatch))
331                 return;
332
333         spin_lock(&mapping->host->i_lock);
334         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
335         for (i = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++) {
336                 struct folio *folio = fbatch->folios[i];
337
338                 trace_mm_filemap_delete_from_page_cache(folio);
339                 filemap_unaccount_folio(mapping, folio);
340         }
341         page_cache_delete_batch(mapping, fbatch);
342         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
343         if (mapping_shrinkable(mapping))
344                 inode_add_lru(mapping->host);
345         spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
346
347         for (i = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++)
348                 filemap_free_folio(mapping, fbatch->folios[i]);
349 }
350
351 int filemap_check_errors(struct address_space *mapping)
352 {
353         int ret = 0;
354         /* Check for outstanding write errors */
355         if (test_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags) &&
356             test_and_clear_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags))
357                 ret = -ENOSPC;
358         if (test_bit(AS_EIO, &mapping->flags) &&
359             test_and_clear_bit(AS_EIO, &mapping->flags))
360                 ret = -EIO;
361         return ret;
362 }
363 EXPORT_SYMBOL(filemap_check_errors);
364
365 static int filemap_check_and_keep_errors(struct address_space *mapping)
366 {
367         /* Check for outstanding write errors */
368         if (test_bit(AS_EIO, &mapping->flags))
369                 return -EIO;
370         if (test_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags))
371                 return -ENOSPC;
372         return 0;
373 }
374
375 /**
376  * filemap_fdatawrite_wbc - start writeback on mapping dirty pages in range
377  * @mapping:    address space structure to write
378  * @wbc:        the writeback_control controlling the writeout
379  *
380  * Call writepages on the mapping using the provided wbc to control the
381  * writeout.
382  *
383  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
384  */
385 int filemap_fdatawrite_wbc(struct address_space *mapping,
386                            struct writeback_control *wbc)
387 {
388         int ret;
389
390         if (!mapping_can_writeback(mapping) ||
391             !mapping_tagged(mapping, PAGECACHE_TAG_DIRTY))
392                 return 0;
393
394         wbc_attach_fdatawrite_inode(wbc, mapping->host);
395         ret = do_writepages(mapping, wbc);
396         wbc_detach_inode(wbc);
397         return ret;
398 }
399 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite_wbc);
400
401 /**
402  * __filemap_fdatawrite_range - start writeback on mapping dirty pages in range
403  * @mapping:    address space structure to write
404  * @start:      offset in bytes where the range starts
405  * @end:        offset in bytes where the range ends (inclusive)
406  * @sync_mode:  enable synchronous operation
407  *
408  * Start writeback against all of a mapping's dirty pages that lie
409  * within the byte offsets <start, end> inclusive.
410  *
411  * If sync_mode is WB_SYNC_ALL then this is a "data integrity" operation, as
412  * opposed to a regular memory cleansing writeback.  The difference between
413  * these two operations is that if a dirty page/buffer is encountered, it must
414  * be waited upon, and not just skipped over.
415  *
416  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
417  */
418 int __filemap_fdatawrite_range(struct address_space *mapping, loff_t start,
419                                 loff_t end, int sync_mode)
420 {
421         struct writeback_control wbc = {
422                 .sync_mode = sync_mode,
423                 .nr_to_write = LONG_MAX,
424                 .range_start = start,
425                 .range_end = end,
426         };
427
428         return filemap_fdatawrite_wbc(mapping, &wbc);
429 }
430
431 static inline int __filemap_fdatawrite(struct address_space *mapping,
432         int sync_mode)
433 {
434         return __filemap_fdatawrite_range(mapping, 0, LLONG_MAX, sync_mode);
435 }
436
437 int filemap_fdatawrite(struct address_space *mapping)
438 {
439         return __filemap_fdatawrite(mapping, WB_SYNC_ALL);
440 }
441 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite);
442
443 int filemap_fdatawrite_range(struct address_space *mapping, loff_t start,
444                                 loff_t end)
445 {
446         return __filemap_fdatawrite_range(mapping, start, end, WB_SYNC_ALL);
447 }
448 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite_range);
449
450 /**
451  * filemap_flush - mostly a non-blocking flush
452  * @mapping:    target address_space
453  *
454  * This is a mostly non-blocking flush.  Not suitable for data-integrity
455  * purposes - I/O may not be started against all dirty pages.
456  *
457  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
458  */
459 int filemap_flush(struct address_space *mapping)
460 {
461         return __filemap_fdatawrite(mapping, WB_SYNC_NONE);
462 }
463 EXPORT_SYMBOL(filemap_flush);
464
465 /**
466  * filemap_range_has_page - check if a page exists in range.
467  * @mapping:           address space within which to check
468  * @start_byte:        offset in bytes where the range starts
469  * @end_byte:          offset in bytes where the range ends (inclusive)
470  *
471  * Find at least one page in the range supplied, usually used to check if
472  * direct writing in this range will trigger a writeback.
473  *
474  * Return: %true if at least one page exists in the specified range,
475  * %false otherwise.
476  */
477 bool filemap_range_has_page(struct address_space *mapping,
478                            loff_t start_byte, loff_t end_byte)
479 {
480         struct page *page;
481         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_byte >> PAGE_SHIFT);
482         pgoff_t max = end_byte >> PAGE_SHIFT;
483
484         if (end_byte < start_byte)
485                 return false;
486
487         rcu_read_lock();
488         for (;;) {
489                 page = xas_find(&xas, max);
490                 if (xas_retry(&xas, page))
491                         continue;
492                 /* Shadow entries don't count */
493                 if (xa_is_value(page))
494                         continue;
495                 /*
496                  * We don't need to try to pin this page; we're about to
497                  * release the RCU lock anyway.  It is enough to know that
498                  * there was a page here recently.
499                  */
500                 break;
501         }
502         rcu_read_unlock();
503
504         return page != NULL;
505 }
506 EXPORT_SYMBOL(filemap_range_has_page);
507
508 static void __filemap_fdatawait_range(struct address_space *mapping,
509                                      loff_t start_byte, loff_t end_byte)
510 {
511         pgoff_t index = start_byte >> PAGE_SHIFT;
512         pgoff_t end = end_byte >> PAGE_SHIFT;
513         struct pagevec pvec;
514         int nr_pages;
515
516         if (end_byte < start_byte)
517                 return;
518
519         pagevec_init(&pvec);
520         while (index <= end) {
521                 unsigned i;
522
523                 nr_pages = pagevec_lookup_range_tag(&pvec, mapping, &index,
524                                 end, PAGECACHE_TAG_WRITEBACK);
525                 if (!nr_pages)
526                         break;
527
528                 for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
529                         struct page *page = pvec.pages[i];
530
531                         wait_on_page_writeback(page);
532                         ClearPageError(page);
533                 }
534                 pagevec_release(&pvec);
535                 cond_resched();
536         }
537 }
538
539 /**
540  * filemap_fdatawait_range - wait for writeback to complete
541  * @mapping:            address space structure to wait for
542  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
543  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
544  *
545  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space
546  * in the given range and wait for all of them.  Check error status of
547  * the address space and return it.
548  *
549  * Since the error status of the address space is cleared by this function,
550  * callers are responsible for checking the return value and handling and/or
551  * reporting the error.
552  *
553  * Return: error status of the address space.
554  */
555 int filemap_fdatawait_range(struct address_space *mapping, loff_t start_byte,
556                             loff_t end_byte)
557 {
558         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
559         return filemap_check_errors(mapping);
560 }
561 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_range);
562
563 /**
564  * filemap_fdatawait_range_keep_errors - wait for writeback to complete
565  * @mapping:            address space structure to wait for
566  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
567  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
568  *
569  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space in the
570  * given range and wait for all of them.  Unlike filemap_fdatawait_range(),
571  * this function does not clear error status of the address space.
572  *
573  * Use this function if callers don't handle errors themselves.  Expected
574  * call sites are system-wide / filesystem-wide data flushers: e.g. sync(2),
575  * fsfreeze(8)
576  */
577 int filemap_fdatawait_range_keep_errors(struct address_space *mapping,
578                 loff_t start_byte, loff_t end_byte)
579 {
580         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
581         return filemap_check_and_keep_errors(mapping);
582 }
583 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_range_keep_errors);
584
585 /**
586  * file_fdatawait_range - wait for writeback to complete
587  * @file:               file pointing to address space structure to wait for
588  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
589  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
590  *
591  * Walk the list of under-writeback pages of the address space that file
592  * refers to, in the given range and wait for all of them.  Check error
593  * status of the address space vs. the file->f_wb_err cursor and return it.
594  *
595  * Since the error status of the file is advanced by this function,
596  * callers are responsible for checking the return value and handling and/or
597  * reporting the error.
598  *
599  * Return: error status of the address space vs. the file->f_wb_err cursor.
600  */
601 int file_fdatawait_range(struct file *file, loff_t start_byte, loff_t end_byte)
602 {
603         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
604
605         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
606         return file_check_and_advance_wb_err(file);
607 }
608 EXPORT_SYMBOL(file_fdatawait_range);
609
610 /**
611  * filemap_fdatawait_keep_errors - wait for writeback without clearing errors
612  * @mapping: address space structure to wait for
613  *
614  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space
615  * and wait for all of them.  Unlike filemap_fdatawait(), this function
616  * does not clear error status of the address space.
617  *
618  * Use this function if callers don't handle errors themselves.  Expected
619  * call sites are system-wide / filesystem-wide data flushers: e.g. sync(2),
620  * fsfreeze(8)
621  *
622  * Return: error status of the address space.
623  */
624 int filemap_fdatawait_keep_errors(struct address_space *mapping)
625 {
626         __filemap_fdatawait_range(mapping, 0, LLONG_MAX);
627         return filemap_check_and_keep_errors(mapping);
628 }
629 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_keep_errors);
630
631 /* Returns true if writeback might be needed or already in progress. */
632 static bool mapping_needs_writeback(struct address_space *mapping)
633 {
634         return mapping->nrpages;
635 }
636
637 bool filemap_range_has_writeback(struct address_space *mapping,
638                                  loff_t start_byte, loff_t end_byte)
639 {
640         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_byte >> PAGE_SHIFT);
641         pgoff_t max = end_byte >> PAGE_SHIFT;
642         struct page *page;
643
644         if (end_byte < start_byte)
645                 return false;
646
647         rcu_read_lock();
648         xas_for_each(&xas, page, max) {
649                 if (xas_retry(&xas, page))
650                         continue;
651                 if (xa_is_value(page))
652                         continue;
653                 if (PageDirty(page) || PageLocked(page) || PageWriteback(page))
654                         break;
655         }
656         rcu_read_unlock();
657         return page != NULL;
658 }
659 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_range_has_writeback);
660
661 /**
662  * filemap_write_and_wait_range - write out & wait on a file range
663  * @mapping:    the address_space for the pages
664  * @lstart:     offset in bytes where the range starts
665  * @lend:       offset in bytes where the range ends (inclusive)
666  *
667  * Write out and wait upon file offsets lstart->lend, inclusive.
668  *
669  * Note that @lend is inclusive (describes the last byte to be written) so
670  * that this function can be used to write to the very end-of-file (end = -1).
671  *
672  * Return: error status of the address space.
673  */
674 int filemap_write_and_wait_range(struct address_space *mapping,
675                                  loff_t lstart, loff_t lend)
676 {
677         int err = 0;
678
679         if (mapping_needs_writeback(mapping)) {
680                 err = __filemap_fdatawrite_range(mapping, lstart, lend,
681                                                  WB_SYNC_ALL);
682                 /*
683                  * Even if the above returned error, the pages may be
684                  * written partially (e.g. -ENOSPC), so we wait for it.
685                  * But the -EIO is special case, it may indicate the worst
686                  * thing (e.g. bug) happened, so we avoid waiting for it.
687                  */
688                 if (err != -EIO) {
689                         int err2 = filemap_fdatawait_range(mapping,
690                                                 lstart, lend);
691                         if (!err)
692                                 err = err2;
693                 } else {
694                         /* Clear any previously stored errors */
695                         filemap_check_errors(mapping);
696                 }
697         } else {
698                 err = filemap_check_errors(mapping);
699         }
700         return err;
701 }
702 EXPORT_SYMBOL(filemap_write_and_wait_range);
703
704 void __filemap_set_wb_err(struct address_space *mapping, int err)
705 {
706         errseq_t eseq = errseq_set(&mapping->wb_err, err);
707
708         trace_filemap_set_wb_err(mapping, eseq);
709 }
710 EXPORT_SYMBOL(__filemap_set_wb_err);
711
712 /**
713  * file_check_and_advance_wb_err - report wb error (if any) that was previously
714  *                                 and advance wb_err to current one
715  * @file: struct file on which the error is being reported
716  *
717  * When userland calls fsync (or something like nfsd does the equivalent), we
718  * want to report any writeback errors that occurred since the last fsync (or
719  * since the file was opened if there haven't been any).
720  *
721  * Grab the wb_err from the mapping. If it matches what we have in the file,
722  * then just quickly return 0. The file is all caught up.
723  *
724  * If it doesn't match, then take the mapping value, set the "seen" flag in
725  * it and try to swap it into place. If it works, or another task beat us
726  * to it with the new value, then update the f_wb_err and return the error
727  * portion. The error at this point must be reported via proper channels
728  * (a'la fsync, or NFS COMMIT operation, etc.).
729  *
730  * While we handle mapping->wb_err with atomic operations, the f_wb_err
731  * value is protected by the f_lock since we must ensure that it reflects
732  * the latest value swapped in for this file descriptor.
733  *
734  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
735  */
736 int file_check_and_advance_wb_err(struct file *file)
737 {
738         int err = 0;
739         errseq_t old = READ_ONCE(file->f_wb_err);
740         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
741
742         /* Locklessly handle the common case where nothing has changed */
743         if (errseq_check(&mapping->wb_err, old)) {
744                 /* Something changed, must use slow path */
745                 spin_lock(&file->f_lock);
746                 old = file->f_wb_err;
747                 err = errseq_check_and_advance(&mapping->wb_err,
748                                                 &file->f_wb_err);
749                 trace_file_check_and_advance_wb_err(file, old);
750                 spin_unlock(&file->f_lock);
751         }
752
753         /*
754          * We're mostly using this function as a drop in replacement for
755          * filemap_check_errors. Clear AS_EIO/AS_ENOSPC to emulate the effect
756          * that the legacy code would have had on these flags.
757          */
758         clear_bit(AS_EIO, &mapping->flags);
759         clear_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags);
760         return err;
761 }
762 EXPORT_SYMBOL(file_check_and_advance_wb_err);
763
764 /**
765  * file_write_and_wait_range - write out & wait on a file range
766  * @file:       file pointing to address_space with pages
767  * @lstart:     offset in bytes where the range starts
768  * @lend:       offset in bytes where the range ends (inclusive)
769  *
770  * Write out and wait upon file offsets lstart->lend, inclusive.
771  *
772  * Note that @lend is inclusive (describes the last byte to be written) so
773  * that this function can be used to write to the very end-of-file (end = -1).
774  *
775  * After writing out and waiting on the data, we check and advance the
776  * f_wb_err cursor to the latest value, and return any errors detected there.
777  *
778  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
779  */
780 int file_write_and_wait_range(struct file *file, loff_t lstart, loff_t lend)
781 {
782         int err = 0, err2;
783         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
784
785         if (mapping_needs_writeback(mapping)) {
786                 err = __filemap_fdatawrite_range(mapping, lstart, lend,
787                                                  WB_SYNC_ALL);
788                 /* See comment of filemap_write_and_wait() */
789                 if (err != -EIO)
790                         __filemap_fdatawait_range(mapping, lstart, lend);
791         }
792         err2 = file_check_and_advance_wb_err(file);
793         if (!err)
794                 err = err2;
795         return err;
796 }
797 EXPORT_SYMBOL(file_write_and_wait_range);
798
799 /**
800  * replace_page_cache_page - replace a pagecache page with a new one
801  * @old:        page to be replaced
802  * @new:        page to replace with
803  *
804  * This function replaces a page in the pagecache with a new one.  On
805  * success it acquires the pagecache reference for the new page and
806  * drops it for the old page.  Both the old and new pages must be
807  * locked.  This function does not add the new page to the LRU, the
808  * caller must do that.
809  *
810  * The remove + add is atomic.  This function cannot fail.
811  */
812 void replace_page_cache_page(struct page *old, struct page *new)
813 {
814         struct folio *fold = page_folio(old);
815         struct folio *fnew = page_folio(new);
816         struct address_space *mapping = old->mapping;
817         void (*freepage)(struct page *) = mapping->a_ops->freepage;
818         pgoff_t offset = old->index;
819         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, offset);
820
821         VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(old), old);
822         VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(new), new);
823         VM_BUG_ON_PAGE(new->mapping, new);
824
825         get_page(new);
826         new->mapping = mapping;
827         new->index = offset;
828
829         mem_cgroup_migrate(fold, fnew);
830
831         xas_lock_irq(&xas);
832         xas_store(&xas, new);
833
834         old->mapping = NULL;
835         /* hugetlb pages do not participate in page cache accounting. */
836         if (!PageHuge(old))
837                 __dec_lruvec_page_state(old, NR_FILE_PAGES);
838         if (!PageHuge(new))
839                 __inc_lruvec_page_state(new, NR_FILE_PAGES);
840         if (PageSwapBacked(old))
841                 __dec_lruvec_page_state(old, NR_SHMEM);
842         if (PageSwapBacked(new))
843                 __inc_lruvec_page_state(new, NR_SHMEM);
844         xas_unlock_irq(&xas);
845         if (freepage)
846                 freepage(old);
847         put_page(old);
848 }
849 EXPORT_SYMBOL_GPL(replace_page_cache_page);
850
851 noinline int __filemap_add_folio(struct address_space *mapping,
852                 struct folio *folio, pgoff_t index, gfp_t gfp, void **shadowp)
853 {
854         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
855         int huge = folio_test_hugetlb(folio);
856         int error;
857         bool charged = false;
858
859         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
860         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_swapbacked(folio), folio);
861         mapping_set_update(&xas, mapping);
862
863         folio_get(folio);
864         folio->mapping = mapping;
865         folio->index = index;
866
867         if (!huge) {
868                 error = mem_cgroup_charge(folio, NULL, gfp);
869                 VM_BUG_ON_FOLIO(index & (folio_nr_pages(folio) - 1), folio);
870                 if (error)
871                         goto error;
872                 charged = true;
873         }
874
875         gfp &= GFP_RECLAIM_MASK;
876
877         do {
878                 unsigned int order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
879                 void *entry, *old = NULL;
880
881                 if (order > folio_order(folio))
882                         xas_split_alloc(&xas, xa_load(xas.xa, xas.xa_index),
883                                         order, gfp);
884                 xas_lock_irq(&xas);
885                 xas_for_each_conflict(&xas, entry) {
886                         old = entry;
887                         if (!xa_is_value(entry)) {
888                                 xas_set_err(&xas, -EEXIST);
889                                 goto unlock;
890                         }
891                 }
892
893                 if (old) {
894                         if (shadowp)
895                                 *shadowp = old;
896                         /* entry may have been split before we acquired lock */
897                         order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
898                         if (order > folio_order(folio)) {
899                                 xas_split(&xas, old, order);
900                                 xas_reset(&xas);
901                         }
902                 }
903
904                 xas_store(&xas, folio);
905                 if (xas_error(&xas))
906                         goto unlock;
907
908                 mapping->nrpages++;
909
910                 /* hugetlb pages do not participate in page cache accounting */
911                 if (!huge)
912                         __lruvec_stat_add_folio(folio, NR_FILE_PAGES);
913 unlock:
914                 xas_unlock_irq(&xas);
915         } while (xas_nomem(&xas, gfp));
916
917         if (xas_error(&xas)) {
918                 error = xas_error(&xas);
919                 if (charged)
920                         mem_cgroup_uncharge(folio);
921                 goto error;
922         }
923
924         trace_mm_filemap_add_to_page_cache(folio);
925         return 0;
926 error:
927         folio->mapping = NULL;
928         /* Leave page->index set: truncation relies upon it */
929         folio_put(folio);
930         return error;
931 }
932 ALLOW_ERROR_INJECTION(__filemap_add_folio, ERRNO);
933
934 /**
935  * add_to_page_cache_locked - add a locked page to the pagecache
936  * @page:       page to add
937  * @mapping:    the page's address_space
938  * @offset:     page index
939  * @gfp_mask:   page allocation mode
940  *
941  * This function is used to add a page to the pagecache. It must be locked.
942  * This function does not add the page to the LRU.  The caller must do that.
943  *
944  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
945  */
946 int add_to_page_cache_locked(struct page *page, struct address_space *mapping,
947                 pgoff_t offset, gfp_t gfp_mask)
948 {
949         return __filemap_add_folio(mapping, page_folio(page), offset,
950                                           gfp_mask, NULL);
951 }
952 EXPORT_SYMBOL(add_to_page_cache_locked);
953
954 int filemap_add_folio(struct address_space *mapping, struct folio *folio,
955                                 pgoff_t index, gfp_t gfp)
956 {
957         void *shadow = NULL;
958         int ret;
959
960         __folio_set_locked(folio);
961         ret = __filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp, &shadow);
962         if (unlikely(ret))
963                 __folio_clear_locked(folio);
964         else {
965                 /*
966                  * The folio might have been evicted from cache only
967                  * recently, in which case it should be activated like
968                  * any other repeatedly accessed folio.
969                  * The exception is folios getting rewritten; evicting other
970                  * data from the working set, only to cache data that will
971                  * get overwritten with something else, is a waste of memory.
972                  */
973                 WARN_ON_ONCE(folio_test_active(folio));
974                 if (!(gfp & __GFP_WRITE) && shadow)
975                         workingset_refault(folio, shadow);
976                 folio_add_lru(folio);
977         }
978         return ret;
979 }
980 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_add_folio);
981
982 #ifdef CONFIG_NUMA
983 struct folio *filemap_alloc_folio(gfp_t gfp, unsigned int order)
984 {
985         int n;
986         struct folio *folio;
987
988         if (cpuset_do_page_mem_spread()) {
989                 unsigned int cpuset_mems_cookie;
990                 do {
991                         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
992                         n = cpuset_mem_spread_node();
993                         folio = __folio_alloc_node(gfp, order, n);
994                 } while (!folio && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
995
996                 return folio;
997         }
998         return folio_alloc(gfp, order);
999 }
1000 EXPORT_SYMBOL(filemap_alloc_folio);
1001 #endif
1002
1003 /*
1004  * filemap_invalidate_lock_two - lock invalidate_lock for two mappings
1005  *
1006  * Lock exclusively invalidate_lock of any passed mapping that is not NULL.
1007  *
1008  * @mapping1: the first mapping to lock
1009  * @mapping2: the second mapping to lock
1010  */
1011 void filemap_invalidate_lock_two(struct address_space *mapping1,
1012                                  struct address_space *mapping2)
1013 {
1014         if (mapping1 > mapping2)
1015                 swap(mapping1, mapping2);
1016         if (mapping1)
1017                 down_write(&mapping1->invalidate_lock);
1018         if (mapping2 && mapping1 != mapping2)
1019                 down_write_nested(&mapping2->invalidate_lock, 1);
1020 }
1021 EXPORT_SYMBOL(filemap_invalidate_lock_two);
1022
1023 /*
1024  * filemap_invalidate_unlock_two - unlock invalidate_lock for two mappings
1025  *
1026  * Unlock exclusive invalidate_lock of any passed mapping that is not NULL.
1027  *
1028  * @mapping1: the first mapping to unlock
1029  * @mapping2: the second mapping to unlock
1030  */
1031 void filemap_invalidate_unlock_two(struct address_space *mapping1,
1032                                    struct address_space *mapping2)
1033 {
1034         if (mapping1)
1035                 up_write(&mapping1->invalidate_lock);
1036         if (mapping2 && mapping1 != mapping2)
1037                 up_write(&mapping2->invalidate_lock);
1038 }
1039 EXPORT_SYMBOL(filemap_invalidate_unlock_two);
1040
1041 /*
1042  * In order to wait for pages to become available there must be
1043  * waitqueues associated with pages. By using a hash table of
1044  * waitqueues where the bucket discipline is to maintain all
1045  * waiters on the same queue and wake all when any of the pages
1046  * become available, and for the woken contexts to check to be
1047  * sure the appropriate page became available, this saves space
1048  * at a cost of "thundering herd" phenomena during rare hash
1049  * collisions.
1050  */
1051 #define PAGE_WAIT_TABLE_BITS 8
1052 #define PAGE_WAIT_TABLE_SIZE (1 << PAGE_WAIT_TABLE_BITS)
1053 static wait_queue_head_t folio_wait_table[PAGE_WAIT_TABLE_SIZE] __cacheline_aligned;
1054
1055 static wait_queue_head_t *folio_waitqueue(struct folio *folio)
1056 {
1057         return &folio_wait_table[hash_ptr(folio, PAGE_WAIT_TABLE_BITS)];
1058 }
1059
1060 void __init pagecache_init(void)
1061 {
1062         int i;
1063
1064         for (i = 0; i < PAGE_WAIT_TABLE_SIZE; i++)
1065                 init_waitqueue_head(&folio_wait_table[i]);
1066
1067         page_writeback_init();
1068 }
1069
1070 /*
1071  * The page wait code treats the "wait->flags" somewhat unusually, because
1072  * we have multiple different kinds of waits, not just the usual "exclusive"
1073  * one.
1074  *
1075  * We have:
1076  *
1077  *  (a) no special bits set:
1078  *
1079  *      We're just waiting for the bit to be released, and when a waker
1080  *      calls the wakeup function, we set WQ_FLAG_WOKEN and wake it up,
1081  *      and remove it from the wait queue.
1082  *
1083  *      Simple and straightforward.
1084  *
1085  *  (b) WQ_FLAG_EXCLUSIVE:
1086  *
1087  *      The waiter is waiting to get the lock, and only one waiter should
1088  *      be woken up to avoid any thundering herd behavior. We'll set the
1089  *      WQ_FLAG_WOKEN bit, wake it up, and remove it from the wait queue.
1090  *
1091  *      This is the traditional exclusive wait.
1092  *
1093  *  (c) WQ_FLAG_EXCLUSIVE | WQ_FLAG_CUSTOM:
1094  *
1095  *      The waiter is waiting to get the bit, and additionally wants the
1096  *      lock to be transferred to it for fair lock behavior. If the lock
1097  *      cannot be taken, we stop walking the wait queue without waking
1098  *      the waiter.
1099  *
1100  *      This is the "fair lock handoff" case, and in addition to setting
1101  *      WQ_FLAG_WOKEN, we set WQ_FLAG_DONE to let the waiter easily see
1102  *      that it now has the lock.
1103  */
1104 static int wake_page_function(wait_queue_entry_t *wait, unsigned mode, int sync, void *arg)
1105 {
1106         unsigned int flags;
1107         struct wait_page_key *key = arg;
1108         struct wait_page_queue *wait_page
1109                 = container_of(wait, struct wait_page_queue, wait);
1110
1111         if (!wake_page_match(wait_page, key))
1112                 return 0;
1113
1114         /*
1115          * If it's a lock handoff wait, we get the bit for it, and
1116          * stop walking (and do not wake it up) if we can't.
1117          */
1118         flags = wait->flags;
1119         if (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) {
1120                 if (test_bit(key->bit_nr, &key->folio->flags))
1121                         return -1;
1122                 if (flags & WQ_FLAG_CUSTOM) {
1123                         if (test_and_set_bit(key->bit_nr, &key->folio->flags))
1124                                 return -1;
1125                         flags |= WQ_FLAG_DONE;
1126                 }
1127         }
1128
1129         /*
1130          * We are holding the wait-queue lock, but the waiter that
1131          * is waiting for this will be checking the flags without
1132          * any locking.
1133          *
1134          * So update the flags atomically, and wake up the waiter
1135          * afterwards to avoid any races. This store-release pairs
1136          * with the load-acquire in folio_wait_bit_common().
1137          */
1138         smp_store_release(&wait->flags, flags | WQ_FLAG_WOKEN);
1139         wake_up_state(wait->private, mode);
1140
1141         /*
1142          * Ok, we have successfully done what we're waiting for,
1143          * and we can unconditionally remove the wait entry.
1144          *
1145          * Note that this pairs with the "finish_wait()" in the
1146          * waiter, and has to be the absolute last thing we do.
1147          * After this list_del_init(&wait->entry) the wait entry
1148          * might be de-allocated and the process might even have
1149          * exited.
1150          */
1151         list_del_init_careful(&wait->entry);
1152         return (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) != 0;
1153 }
1154
1155 static void folio_wake_bit(struct folio *folio, int bit_nr)
1156 {
1157         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1158         struct wait_page_key key;
1159         unsigned long flags;
1160         wait_queue_entry_t bookmark;
1161
1162         key.folio = folio;
1163         key.bit_nr = bit_nr;
1164         key.page_match = 0;
1165
1166         bookmark.flags = 0;
1167         bookmark.private = NULL;
1168         bookmark.func = NULL;
1169         INIT_LIST_HEAD(&bookmark.entry);
1170
1171         spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1172         __wake_up_locked_key_bookmark(q, TASK_NORMAL, &key, &bookmark);
1173
1174         while (bookmark.flags & WQ_FLAG_BOOKMARK) {
1175                 /*
1176                  * Take a breather from holding the lock,
1177                  * allow pages that finish wake up asynchronously
1178                  * to acquire the lock and remove themselves
1179                  * from wait queue
1180                  */
1181                 spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1182                 cpu_relax();
1183                 spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1184                 __wake_up_locked_key_bookmark(q, TASK_NORMAL, &key, &bookmark);
1185         }
1186
1187         /*
1188          * It is possible for other pages to have collided on the waitqueue
1189          * hash, so in that case check for a page match. That prevents a long-
1190          * term waiter
1191          *
1192          * It is still possible to miss a case here, when we woke page waiters
1193          * and removed them from the waitqueue, but there are still other
1194          * page waiters.
1195          */
1196         if (!waitqueue_active(q) || !key.page_match) {
1197                 folio_clear_waiters(folio);
1198                 /*
1199                  * It's possible to miss clearing Waiters here, when we woke
1200                  * our page waiters, but the hashed waitqueue has waiters for
1201                  * other pages on it.
1202                  *
1203                  * That's okay, it's a rare case. The next waker will clear it.
1204                  */
1205         }
1206         spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1207 }
1208
1209 static void folio_wake(struct folio *folio, int bit)
1210 {
1211         if (!folio_test_waiters(folio))
1212                 return;
1213         folio_wake_bit(folio, bit);
1214 }
1215
1216 /*
1217  * A choice of three behaviors for folio_wait_bit_common():
1218  */
1219 enum behavior {
1220         EXCLUSIVE,      /* Hold ref to page and take the bit when woken, like
1221                          * __folio_lock() waiting on then setting PG_locked.
1222                          */
1223         SHARED,         /* Hold ref to page and check the bit when woken, like
1224                          * folio_wait_writeback() waiting on PG_writeback.
1225                          */
1226         DROP,           /* Drop ref to page before wait, no check when woken,
1227                          * like folio_put_wait_locked() on PG_locked.
1228                          */
1229 };
1230
1231 /*
1232  * Attempt to check (or get) the folio flag, and mark us done
1233  * if successful.
1234  */
1235 static inline bool folio_trylock_flag(struct folio *folio, int bit_nr,
1236                                         struct wait_queue_entry *wait)
1237 {
1238         if (wait->flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) {
1239                 if (test_and_set_bit(bit_nr, &folio->flags))
1240                         return false;
1241         } else if (test_bit(bit_nr, &folio->flags))
1242                 return false;
1243
1244         wait->flags |= WQ_FLAG_WOKEN | WQ_FLAG_DONE;
1245         return true;
1246 }
1247
1248 /* How many times do we accept lock stealing from under a waiter? */
1249 int sysctl_page_lock_unfairness = 5;
1250
1251 static inline int folio_wait_bit_common(struct folio *folio, int bit_nr,
1252                 int state, enum behavior behavior)
1253 {
1254         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1255         int unfairness = sysctl_page_lock_unfairness;
1256         struct wait_page_queue wait_page;
1257         wait_queue_entry_t *wait = &wait_page.wait;
1258         bool thrashing = false;
1259         bool delayacct = false;
1260         unsigned long pflags;
1261
1262         if (bit_nr == PG_locked &&
1263             !folio_test_uptodate(folio) && folio_test_workingset(folio)) {
1264                 if (!folio_test_swapbacked(folio)) {
1265                         delayacct_thrashing_start();
1266                         delayacct = true;
1267                 }
1268                 psi_memstall_enter(&pflags);
1269                 thrashing = true;
1270         }
1271
1272         init_wait(wait);
1273         wait->func = wake_page_function;
1274         wait_page.folio = folio;
1275         wait_page.bit_nr = bit_nr;
1276
1277 repeat:
1278         wait->flags = 0;
1279         if (behavior == EXCLUSIVE) {
1280                 wait->flags = WQ_FLAG_EXCLUSIVE;
1281                 if (--unfairness < 0)
1282                         wait->flags |= WQ_FLAG_CUSTOM;
1283         }
1284
1285         /*
1286          * Do one last check whether we can get the
1287          * page bit synchronously.
1288          *
1289          * Do the folio_set_waiters() marking before that
1290          * to let any waker we _just_ missed know they
1291          * need to wake us up (otherwise they'll never
1292          * even go to the slow case that looks at the
1293          * page queue), and add ourselves to the wait
1294          * queue if we need to sleep.
1295          *
1296          * This part needs to be done under the queue
1297          * lock to avoid races.
1298          */
1299         spin_lock_irq(&q->lock);
1300         folio_set_waiters(folio);
1301         if (!folio_trylock_flag(folio, bit_nr, wait))
1302                 __add_wait_queue_entry_tail(q, wait);
1303         spin_unlock_irq(&q->lock);
1304
1305         /*
1306          * From now on, all the logic will be based on
1307          * the WQ_FLAG_WOKEN and WQ_FLAG_DONE flag, to
1308          * see whether the page bit testing has already
1309          * been done by the wake function.
1310          *
1311          * We can drop our reference to the folio.
1312          */
1313         if (behavior == DROP)
1314                 folio_put(folio);
1315
1316         /*
1317          * Note that until the "finish_wait()", or until
1318          * we see the WQ_FLAG_WOKEN flag, we need to
1319          * be very careful with the 'wait->flags', because
1320          * we may race with a waker that sets them.
1321          */
1322         for (;;) {
1323                 unsigned int flags;
1324
1325                 set_current_state(state);
1326
1327                 /* Loop until we've been woken or interrupted */
1328                 flags = smp_load_acquire(&wait->flags);
1329                 if (!(flags & WQ_FLAG_WOKEN)) {
1330                         if (signal_pending_state(state, current))
1331                                 break;
1332
1333                         io_schedule();
1334                         continue;
1335                 }
1336
1337                 /* If we were non-exclusive, we're done */
1338                 if (behavior != EXCLUSIVE)
1339                         break;
1340
1341                 /* If the waker got the lock for us, we're done */
1342                 if (flags & WQ_FLAG_DONE)
1343                         break;
1344
1345                 /*
1346                  * Otherwise, if we're getting the lock, we need to
1347                  * try to get it ourselves.
1348                  *
1349                  * And if that fails, we'll have to retry this all.
1350                  */
1351                 if (unlikely(test_and_set_bit(bit_nr, folio_flags(folio, 0))))
1352                         goto repeat;
1353
1354                 wait->flags |= WQ_FLAG_DONE;
1355                 break;
1356         }
1357
1358         /*
1359          * If a signal happened, this 'finish_wait()' may remove the last
1360          * waiter from the wait-queues, but the folio waiters bit will remain
1361          * set. That's ok. The next wakeup will take care of it, and trying
1362          * to do it here would be difficult and prone to races.
1363          */
1364         finish_wait(q, wait);
1365
1366         if (thrashing) {
1367                 if (delayacct)
1368                         delayacct_thrashing_end();
1369                 psi_memstall_leave(&pflags);
1370         }
1371
1372         /*
1373          * NOTE! The wait->flags weren't stable until we've done the
1374          * 'finish_wait()', and we could have exited the loop above due
1375          * to a signal, and had a wakeup event happen after the signal
1376          * test but before the 'finish_wait()'.
1377          *
1378          * So only after the finish_wait() can we reliably determine
1379          * if we got woken up or not, so we can now figure out the final
1380          * return value based on that state without races.
1381          *
1382          * Also note that WQ_FLAG_WOKEN is sufficient for a non-exclusive
1383          * waiter, but an exclusive one requires WQ_FLAG_DONE.
1384          */
1385         if (behavior == EXCLUSIVE)
1386                 return wait->flags & WQ_FLAG_DONE ? 0 : -EINTR;
1387
1388         return wait->flags & WQ_FLAG_WOKEN ? 0 : -EINTR;
1389 }
1390
1391 void folio_wait_bit(struct folio *folio, int bit_nr)
1392 {
1393         folio_wait_bit_common(folio, bit_nr, TASK_UNINTERRUPTIBLE, SHARED);
1394 }
1395 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_bit);
1396
1397 int folio_wait_bit_killable(struct folio *folio, int bit_nr)
1398 {
1399         return folio_wait_bit_common(folio, bit_nr, TASK_KILLABLE, SHARED);
1400 }
1401 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_bit_killable);
1402
1403 /**
1404  * folio_put_wait_locked - Drop a reference and wait for it to be unlocked
1405  * @folio: The folio to wait for.
1406  * @state: The sleep state (TASK_KILLABLE, TASK_UNINTERRUPTIBLE, etc).
1407  *
1408  * The caller should hold a reference on @folio.  They expect the page to
1409  * become unlocked relatively soon, but do not wish to hold up migration
1410  * (for example) by holding the reference while waiting for the folio to
1411  * come unlocked.  After this function returns, the caller should not
1412  * dereference @folio.
1413  *
1414  * Return: 0 if the folio was unlocked or -EINTR if interrupted by a signal.
1415  */
1416 int folio_put_wait_locked(struct folio *folio, int state)
1417 {
1418         return folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, state, DROP);
1419 }
1420
1421 /**
1422  * folio_add_wait_queue - Add an arbitrary waiter to a folio's wait queue
1423  * @folio: Folio defining the wait queue of interest
1424  * @waiter: Waiter to add to the queue
1425  *
1426  * Add an arbitrary @waiter to the wait queue for the nominated @folio.
1427  */
1428 void folio_add_wait_queue(struct folio *folio, wait_queue_entry_t *waiter)
1429 {
1430         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1431         unsigned long flags;
1432
1433         spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1434         __add_wait_queue_entry_tail(q, waiter);
1435         folio_set_waiters(folio);
1436         spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1437 }
1438 EXPORT_SYMBOL_GPL(folio_add_wait_queue);
1439
1440 #ifndef clear_bit_unlock_is_negative_byte
1441
1442 /*
1443  * PG_waiters is the high bit in the same byte as PG_lock.
1444  *
1445  * On x86 (and on many other architectures), we can clear PG_lock and
1446  * test the sign bit at the same time. But if the architecture does
1447  * not support that special operation, we just do this all by hand
1448  * instead.
1449  *
1450  * The read of PG_waiters has to be after (or concurrently with) PG_locked
1451  * being cleared, but a memory barrier should be unnecessary since it is
1452  * in the same byte as PG_locked.
1453  */
1454 static inline bool clear_bit_unlock_is_negative_byte(long nr, volatile void *mem)
1455 {
1456         clear_bit_unlock(nr, mem);
1457         /* smp_mb__after_atomic(); */
1458         return test_bit(PG_waiters, mem);
1459 }
1460
1461 #endif
1462
1463 /**
1464  * folio_unlock - Unlock a locked folio.
1465  * @folio: The folio.
1466  *
1467  * Unlocks the folio and wakes up any thread sleeping on the page lock.
1468  *
1469  * Context: May be called from interrupt or process context.  May not be
1470  * called from NMI context.
1471  */
1472 void folio_unlock(struct folio *folio)
1473 {
1474         /* Bit 7 allows x86 to check the byte's sign bit */
1475         BUILD_BUG_ON(PG_waiters != 7);
1476         BUILD_BUG_ON(PG_locked > 7);
1477         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
1478         if (clear_bit_unlock_is_negative_byte(PG_locked, folio_flags(folio, 0)))
1479                 folio_wake_bit(folio, PG_locked);
1480 }
1481 EXPORT_SYMBOL(folio_unlock);
1482
1483 /**
1484  * folio_end_private_2 - Clear PG_private_2 and wake any waiters.
1485  * @folio: The folio.
1486  *
1487  * Clear the PG_private_2 bit on a folio and wake up any sleepers waiting for
1488  * it.  The folio reference held for PG_private_2 being set is released.
1489  *
1490  * This is, for example, used when a netfs folio is being written to a local
1491  * disk cache, thereby allowing writes to the cache for the same folio to be
1492  * serialised.
1493  */
1494 void folio_end_private_2(struct folio *folio)
1495 {
1496         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_private_2(folio), folio);
1497         clear_bit_unlock(PG_private_2, folio_flags(folio, 0));
1498         folio_wake_bit(folio, PG_private_2);
1499         folio_put(folio);
1500 }
1501 EXPORT_SYMBOL(folio_end_private_2);
1502
1503 /**
1504  * folio_wait_private_2 - Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio.
1505  * @folio: The folio to wait on.
1506  *
1507  * Wait for PG_private_2 (aka PG_fscache) to be cleared on a folio.
1508  */
1509 void folio_wait_private_2(struct folio *folio)
1510 {
1511         while (folio_test_private_2(folio))
1512                 folio_wait_bit(folio, PG_private_2);
1513 }
1514 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_private_2);
1515
1516 /**
1517  * folio_wait_private_2_killable - Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio.
1518  * @folio: The folio to wait on.
1519  *
1520  * Wait for PG_private_2 (aka PG_fscache) to be cleared on a folio or until a
1521  * fatal signal is received by the calling task.
1522  *
1523  * Return:
1524  * - 0 if successful.
1525  * - -EINTR if a fatal signal was encountered.
1526  */
1527 int folio_wait_private_2_killable(struct folio *folio)
1528 {
1529         int ret = 0;
1530
1531         while (folio_test_private_2(folio)) {
1532                 ret = folio_wait_bit_killable(folio, PG_private_2);
1533                 if (ret < 0)
1534                         break;
1535         }
1536
1537         return ret;
1538 }
1539 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_private_2_killable);
1540
1541 /**
1542  * folio_end_writeback - End writeback against a folio.
1543  * @folio: The folio.
1544  */
1545 void folio_end_writeback(struct folio *folio)
1546 {
1547         /*
1548          * folio_test_clear_reclaim() could be used here but it is an
1549          * atomic operation and overkill in this particular case. Failing
1550          * to shuffle a folio marked for immediate reclaim is too mild
1551          * a gain to justify taking an atomic operation penalty at the
1552          * end of every folio writeback.
1553          */
1554         if (folio_test_reclaim(folio)) {
1555                 folio_clear_reclaim(folio);
1556                 folio_rotate_reclaimable(folio);
1557         }
1558
1559         /*
1560          * Writeback does not hold a folio reference of its own, relying
1561          * on truncation to wait for the clearing of PG_writeback.
1562          * But here we must make sure that the folio is not freed and
1563          * reused before the folio_wake().
1564          */
1565         folio_get(folio);
1566         if (!__folio_end_writeback(folio))
1567                 BUG();
1568
1569         smp_mb__after_atomic();
1570         folio_wake(folio, PG_writeback);
1571         acct_reclaim_writeback(folio);
1572         folio_put(folio);
1573 }
1574 EXPORT_SYMBOL(folio_end_writeback);
1575
1576 /*
1577  * After completing I/O on a page, call this routine to update the page
1578  * flags appropriately
1579  */
1580 void page_endio(struct page *page, bool is_write, int err)
1581 {
1582         if (!is_write) {
1583                 if (!err) {
1584                         SetPageUptodate(page);
1585                 } else {
1586                         ClearPageUptodate(page);
1587                         SetPageError(page);
1588                 }
1589                 unlock_page(page);
1590         } else {
1591                 if (err) {
1592                         struct address_space *mapping;
1593
1594                         SetPageError(page);
1595                         mapping = page_mapping(page);
1596                         if (mapping)
1597                                 mapping_set_error(mapping, err);
1598                 }
1599                 end_page_writeback(page);
1600         }
1601 }
1602 EXPORT_SYMBOL_GPL(page_endio);
1603
1604 /**
1605  * __folio_lock - Get a lock on the folio, assuming we need to sleep to get it.
1606  * @folio: The folio to lock
1607  */
1608 void __folio_lock(struct folio *folio)
1609 {
1610         folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, TASK_UNINTERRUPTIBLE,
1611                                 EXCLUSIVE);
1612 }
1613 EXPORT_SYMBOL(__folio_lock);
1614
1615 int __folio_lock_killable(struct folio *folio)
1616 {
1617         return folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, TASK_KILLABLE,
1618                                         EXCLUSIVE);
1619 }
1620 EXPORT_SYMBOL_GPL(__folio_lock_killable);
1621
1622 static int __folio_lock_async(struct folio *folio, struct wait_page_queue *wait)
1623 {
1624         struct wait_queue_head *q = folio_waitqueue(folio);
1625         int ret = 0;
1626
1627         wait->folio = folio;
1628         wait->bit_nr = PG_locked;
1629
1630         spin_lock_irq(&q->lock);
1631         __add_wait_queue_entry_tail(q, &wait->wait);
1632         folio_set_waiters(folio);
1633         ret = !folio_trylock(folio);
1634         /*
1635          * If we were successful now, we know we're still on the
1636          * waitqueue as we're still under the lock. This means it's
1637          * safe to remove and return success, we know the callback
1638          * isn't going to trigger.
1639          */
1640         if (!ret)
1641                 __remove_wait_queue(q, &wait->wait);
1642         else
1643                 ret = -EIOCBQUEUED;
1644         spin_unlock_irq(&q->lock);
1645         return ret;
1646 }
1647
1648 /*
1649  * Return values:
1650  * true - folio is locked; mmap_lock is still held.
1651  * false - folio is not locked.
1652  *     mmap_lock has been released (mmap_read_unlock(), unless flags had both
1653  *     FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY and FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT set, in
1654  *     which case mmap_lock is still held.
1655  *
1656  * If neither ALLOW_RETRY nor KILLABLE are set, will always return true
1657  * with the folio locked and the mmap_lock unperturbed.
1658  */
1659 bool __folio_lock_or_retry(struct folio *folio, struct mm_struct *mm,
1660                          unsigned int flags)
1661 {
1662         if (fault_flag_allow_retry_first(flags)) {
1663                 /*
1664                  * CAUTION! In this case, mmap_lock is not released
1665                  * even though return 0.
1666                  */
1667                 if (flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT)
1668                         return false;
1669
1670                 mmap_read_unlock(mm);
1671                 if (flags & FAULT_FLAG_KILLABLE)
1672                         folio_wait_locked_killable(folio);
1673                 else
1674                         folio_wait_locked(folio);
1675                 return false;
1676         }
1677         if (flags & FAULT_FLAG_KILLABLE) {
1678                 bool ret;
1679
1680                 ret = __folio_lock_killable(folio);
1681                 if (ret) {
1682                         mmap_read_unlock(mm);
1683                         return false;
1684                 }
1685         } else {
1686                 __folio_lock(folio);
1687         }
1688
1689         return true;
1690 }
1691
1692 /**
1693  * page_cache_next_miss() - Find the next gap in the page cache.
1694  * @mapping: Mapping.
1695  * @index: Index.
1696  * @max_scan: Maximum range to search.
1697  *
1698  * Search the range [index, min(index + max_scan - 1, ULONG_MAX)] for the
1699  * gap with the lowest index.
1700  *
1701  * This function may be called under the rcu_read_lock.  However, this will
1702  * not atomically search a snapshot of the cache at a single point in time.
1703  * For example, if a gap is created at index 5, then subsequently a gap is
1704  * created at index 10, page_cache_next_miss covering both indices may
1705  * return 10 if called under the rcu_read_lock.
1706  *
1707  * Return: The index of the gap if found, otherwise an index outside the
1708  * range specified (in which case 'return - index >= max_scan' will be true).
1709  * In the rare case of index wrap-around, 0 will be returned.
1710  */
1711 pgoff_t page_cache_next_miss(struct address_space *mapping,
1712                              pgoff_t index, unsigned long max_scan)
1713 {
1714         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1715
1716         while (max_scan--) {
1717                 void *entry = xas_next(&xas);
1718                 if (!entry || xa_is_value(entry))
1719                         break;
1720                 if (xas.xa_index == 0)
1721                         break;
1722         }
1723
1724         return xas.xa_index;
1725 }
1726 EXPORT_SYMBOL(page_cache_next_miss);
1727
1728 /**
1729  * page_cache_prev_miss() - Find the previous gap in the page cache.
1730  * @mapping: Mapping.
1731  * @index: Index.
1732  * @max_scan: Maximum range to search.
1733  *
1734  * Search the range [max(index - max_scan + 1, 0), index] for the
1735  * gap with the highest index.
1736  *
1737  * This function may be called under the rcu_read_lock.  However, this will
1738  * not atomically search a snapshot of the cache at a single point in time.
1739  * For example, if a gap is created at index 10, then subsequently a gap is
1740  * created at index 5, page_cache_prev_miss() covering both indices may
1741  * return 5 if called under the rcu_read_lock.
1742  *
1743  * Return: The index of the gap if found, otherwise an index outside the
1744  * range specified (in which case 'index - return >= max_scan' will be true).
1745  * In the rare case of wrap-around, ULONG_MAX will be returned.
1746  */
1747 pgoff_t page_cache_prev_miss(struct address_space *mapping,
1748                              pgoff_t index, unsigned long max_scan)
1749 {
1750         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1751
1752         while (max_scan--) {
1753                 void *entry = xas_prev(&xas);
1754                 if (!entry || xa_is_value(entry))
1755                         break;
1756                 if (xas.xa_index == ULONG_MAX)
1757                         break;
1758         }
1759
1760         return xas.xa_index;
1761 }
1762 EXPORT_SYMBOL(page_cache_prev_miss);
1763
1764 /*
1765  * Lockless page cache protocol:
1766  * On the lookup side:
1767  * 1. Load the folio from i_pages
1768  * 2. Increment the refcount if it's not zero
1769  * 3. If the folio is not found by xas_reload(), put the refcount and retry
1770  *
1771  * On the removal side:
1772  * A. Freeze the page (by zeroing the refcount if nobody else has a reference)
1773  * B. Remove the page from i_pages
1774  * C. Return the page to the page allocator
1775  *
1776  * This means that any page may have its reference count temporarily
1777  * increased by a speculative page cache (or fast GUP) lookup as it can
1778  * be allocated by another user before the RCU grace period expires.
1779  * Because the refcount temporarily acquired here may end up being the
1780  * last refcount on the page, any page allocation must be freeable by
1781  * folio_put().
1782  */
1783
1784 /*
1785  * mapping_get_entry - Get a page cache entry.
1786  * @mapping: the address_space to search
1787  * @index: The page cache index.
1788  *
1789  * Looks up the page cache entry at @mapping & @index.  If it is a folio,
1790  * it is returned with an increased refcount.  If it is a shadow entry
1791  * of a previously evicted folio, or a swap entry from shmem/tmpfs,
1792  * it is returned without further action.
1793  *
1794  * Return: The folio, swap or shadow entry, %NULL if nothing is found.
1795  */
1796 static void *mapping_get_entry(struct address_space *mapping, pgoff_t index)
1797 {
1798         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1799         struct folio *folio;
1800
1801         rcu_read_lock();
1802 repeat:
1803         xas_reset(&xas);
1804         folio = xas_load(&xas);
1805         if (xas_retry(&xas, folio))
1806                 goto repeat;
1807         /*
1808          * A shadow entry of a recently evicted page, or a swap entry from
1809          * shmem/tmpfs.  Return it without attempting to raise page count.
1810          */
1811         if (!folio || xa_is_value(folio))
1812                 goto out;
1813
1814         if (!folio_try_get_rcu(folio))
1815                 goto repeat;
1816
1817         if (unlikely(folio != xas_reload(&xas))) {
1818                 folio_put(folio);
1819                 goto repeat;
1820         }
1821 out:
1822         rcu_read_unlock();
1823
1824         return folio;
1825 }
1826
1827 /**
1828  * __filemap_get_folio - Find and get a reference to a folio.
1829  * @mapping: The address_space to search.
1830  * @index: The page index.
1831  * @fgp_flags: %FGP flags modify how the folio is returned.
1832  * @gfp: Memory allocation flags to use if %FGP_CREAT is specified.
1833  *
1834  * Looks up the page cache entry at @mapping & @index.
1835  *
1836  * @fgp_flags can be zero or more of these flags:
1837  *
1838  * * %FGP_ACCESSED - The folio will be marked accessed.
1839  * * %FGP_LOCK - The folio is returned locked.
1840  * * %FGP_ENTRY - If there is a shadow / swap / DAX entry, return it
1841  *   instead of allocating a new folio to replace it.
1842  * * %FGP_CREAT - If no page is present then a new page is allocated using
1843  *   @gfp and added to the page cache and the VM's LRU list.
1844  *   The page is returned locked and with an increased refcount.
1845  * * %FGP_FOR_MMAP - The caller wants to do its own locking dance if the
1846  *   page is already in cache.  If the page was allocated, unlock it before
1847  *   returning so the caller can do the same dance.
1848  * * %FGP_WRITE - The page will be written to by the caller.
1849  * * %FGP_NOFS - __GFP_FS will get cleared in gfp.
1850  * * %FGP_NOWAIT - Don't get blocked by page lock.
1851  * * %FGP_STABLE - Wait for the folio to be stable (finished writeback)
1852  *
1853  * If %FGP_LOCK or %FGP_CREAT are specified then the function may sleep even
1854  * if the %GFP flags specified for %FGP_CREAT are atomic.
1855  *
1856  * If there is a page cache page, it is returned with an increased refcount.
1857  *
1858  * Return: The found folio or %NULL otherwise.
1859  */
1860 struct folio *__filemap_get_folio(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
1861                 int fgp_flags, gfp_t gfp)
1862 {
1863         struct folio *folio;
1864
1865 repeat:
1866         folio = mapping_get_entry(mapping, index);
1867         if (xa_is_value(folio)) {
1868                 if (fgp_flags & FGP_ENTRY)
1869                         return folio;
1870                 folio = NULL;
1871         }
1872         if (!folio)
1873                 goto no_page;
1874
1875         if (fgp_flags & FGP_LOCK) {
1876                 if (fgp_flags & FGP_NOWAIT) {
1877                         if (!folio_trylock(folio)) {
1878                                 folio_put(folio);
1879                                 return NULL;
1880                         }
1881                 } else {
1882                         folio_lock(folio);
1883                 }
1884
1885                 /* Has the page been truncated? */
1886                 if (unlikely(folio->mapping != mapping)) {
1887                         folio_unlock(folio);
1888                         folio_put(folio);
1889                         goto repeat;
1890                 }
1891                 VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, index), folio);
1892         }
1893
1894         if (fgp_flags & FGP_ACCESSED)
1895                 folio_mark_accessed(folio);
1896         else if (fgp_flags & FGP_WRITE) {
1897                 /* Clear idle flag for buffer write */
1898                 if (folio_test_idle(folio))
1899                         folio_clear_idle(folio);
1900         }
1901
1902         if (fgp_flags & FGP_STABLE)
1903                 folio_wait_stable(folio);
1904 no_page:
1905         if (!folio && (fgp_flags & FGP_CREAT)) {
1906                 int err;
1907                 if ((fgp_flags & FGP_WRITE) && mapping_can_writeback(mapping))
1908                         gfp |= __GFP_WRITE;
1909                 if (fgp_flags & FGP_NOFS)
1910                         gfp &= ~__GFP_FS;
1911
1912                 folio = filemap_alloc_folio(gfp, 0);
1913                 if (!folio)
1914                         return NULL;
1915
1916                 if (WARN_ON_ONCE(!(fgp_flags & (FGP_LOCK | FGP_FOR_MMAP))))
1917                         fgp_flags |= FGP_LOCK;
1918
1919                 /* Init accessed so avoid atomic mark_page_accessed later */
1920                 if (fgp_flags & FGP_ACCESSED)
1921                         __folio_set_referenced(folio);
1922
1923                 err = filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp);
1924                 if (unlikely(err)) {
1925                         folio_put(folio);
1926                         folio = NULL;
1927                         if (err == -EEXIST)
1928                                 goto repeat;
1929                 }
1930
1931                 /*
1932                  * filemap_add_folio locks the page, and for mmap
1933                  * we expect an unlocked page.
1934                  */
1935                 if (folio && (fgp_flags & FGP_FOR_MMAP))
1936                         folio_unlock(folio);
1937         }
1938
1939         return folio;
1940 }
1941 EXPORT_SYMBOL(__filemap_get_folio);
1942
1943 static inline struct folio *find_get_entry(struct xa_state *xas, pgoff_t max,
1944                 xa_mark_t mark)
1945 {
1946         struct folio *folio;
1947
1948 retry:
1949         if (mark == XA_PRESENT)
1950                 folio = xas_find(xas, max);
1951         else
1952                 folio = xas_find_marked(xas, max, mark);
1953
1954         if (xas_retry(xas, folio))
1955                 goto retry;
1956         /*
1957          * A shadow entry of a recently evicted page, a swap
1958          * entry from shmem/tmpfs or a DAX entry.  Return it
1959          * without attempting to raise page count.
1960          */
1961         if (!folio || xa_is_value(folio))
1962                 return folio;
1963
1964         if (!folio_try_get_rcu(folio))
1965                 goto reset;
1966
1967         if (unlikely(folio != xas_reload(xas))) {
1968                 folio_put(folio);
1969                 goto reset;
1970         }
1971
1972         return folio;
1973 reset:
1974         xas_reset(xas);
1975         goto retry;
1976 }
1977
1978 /**
1979  * find_get_entries - gang pagecache lookup
1980  * @mapping:    The address_space to search
1981  * @start:      The starting page cache index
1982  * @end:        The final page index (inclusive).
1983  * @fbatch:     Where the resulting entries are placed.
1984  * @indices:    The cache indices corresponding to the entries in @entries
1985  *
1986  * find_get_entries() will search for and return a batch of entries in
1987  * the mapping.  The entries are placed in @fbatch.  find_get_entries()
1988  * takes a reference on any actual folios it returns.
1989  *
1990  * The entries have ascending indexes.  The indices may not be consecutive
1991  * due to not-present entries or large folios.
1992  *
1993  * Any shadow entries of evicted folios, or swap entries from
1994  * shmem/tmpfs, are included in the returned array.
1995  *
1996  * Return: The number of entries which were found.
1997  */
1998 unsigned find_get_entries(struct address_space *mapping, pgoff_t start,
1999                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch, pgoff_t *indices)
2000 {
2001         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start);
2002         struct folio *folio;
2003
2004         rcu_read_lock();
2005         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT)) != NULL) {
2006                 indices[fbatch->nr] = xas.xa_index;
2007                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2008                         break;
2009         }
2010         rcu_read_unlock();
2011
2012         return folio_batch_count(fbatch);
2013 }
2014
2015 /**
2016  * find_lock_entries - Find a batch of pagecache entries.
2017  * @mapping:    The address_space to search.
2018  * @start:      The starting page cache index.
2019  * @end:        The final page index (inclusive).
2020  * @fbatch:     Where the resulting entries are placed.
2021  * @indices:    The cache indices of the entries in @fbatch.
2022  *
2023  * find_lock_entries() will return a batch of entries from @mapping.
2024  * Swap, shadow and DAX entries are included.  Folios are returned
2025  * locked and with an incremented refcount.  Folios which are locked
2026  * by somebody else or under writeback are skipped.  Folios which are
2027  * partially outside the range are not returned.
2028  *
2029  * The entries have ascending indexes.  The indices may not be consecutive
2030  * due to not-present entries, large folios, folios which could not be
2031  * locked or folios under writeback.
2032  *
2033  * Return: The number of entries which were found.
2034  */
2035 unsigned find_lock_entries(struct address_space *mapping, pgoff_t start,
2036                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch, pgoff_t *indices)
2037 {
2038         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start);
2039         struct folio *folio;
2040
2041         rcu_read_lock();
2042         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT))) {
2043                 if (!xa_is_value(folio)) {
2044                         if (folio->index < start)
2045                                 goto put;
2046                         if (folio->index + folio_nr_pages(folio) - 1 > end)
2047                                 goto put;
2048                         if (!folio_trylock(folio))
2049                                 goto put;
2050                         if (folio->mapping != mapping ||
2051                             folio_test_writeback(folio))
2052                                 goto unlock;
2053                         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, xas.xa_index),
2054                                         folio);
2055                 }
2056                 indices[fbatch->nr] = xas.xa_index;
2057                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2058                         break;
2059                 continue;
2060 unlock:
2061                 folio_unlock(folio);
2062 put:
2063                 folio_put(folio);
2064         }
2065         rcu_read_unlock();
2066
2067         return folio_batch_count(fbatch);
2068 }
2069
2070 static inline
2071 bool folio_more_pages(struct folio *folio, pgoff_t index, pgoff_t max)
2072 {
2073         if (!folio_test_large(folio) || folio_test_hugetlb(folio))
2074                 return false;
2075         if (index >= max)
2076                 return false;
2077         return index < folio->index + folio_nr_pages(folio) - 1;
2078 }
2079
2080 /**
2081  * find_get_pages_range - gang pagecache lookup
2082  * @mapping:    The address_space to search
2083  * @start:      The starting page index
2084  * @end:        The final page index (inclusive)
2085  * @nr_pages:   The maximum number of pages
2086  * @pages:      Where the resulting pages are placed
2087  *
2088  * find_get_pages_range() will search for and return a group of up to @nr_pages
2089  * pages in the mapping starting at index @start and up to index @end
2090  * (inclusive).  The pages are placed at @pages.  find_get_pages_range() takes
2091  * a reference against the returned pages.
2092  *
2093  * The search returns a group of mapping-contiguous pages with ascending
2094  * indexes.  There may be holes in the indices due to not-present pages.
2095  * We also update @start to index the next page for the traversal.
2096  *
2097  * Return: the number of pages which were found. If this number is
2098  * smaller than @nr_pages, the end of specified range has been
2099  * reached.
2100  */
2101 unsigned find_get_pages_range(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2102                               pgoff_t end, unsigned int nr_pages,
2103                               struct page **pages)
2104 {
2105         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2106         struct folio *folio;
2107         unsigned ret = 0;
2108
2109         if (unlikely(!nr_pages))
2110                 return 0;
2111
2112         rcu_read_lock();
2113         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT))) {
2114                 /* Skip over shadow, swap and DAX entries */
2115                 if (xa_is_value(folio))
2116                         continue;
2117
2118 again:
2119                 pages[ret] = folio_file_page(folio, xas.xa_index);
2120                 if (++ret == nr_pages) {
2121                         *start = xas.xa_index + 1;
2122                         goto out;
2123                 }
2124                 if (folio_more_pages(folio, xas.xa_index, end)) {
2125                         xas.xa_index++;
2126                         folio_ref_inc(folio);
2127                         goto again;
2128                 }
2129         }
2130
2131         /*
2132          * We come here when there is no page beyond @end. We take care to not
2133          * overflow the index @start as it confuses some of the callers. This
2134          * breaks the iteration when there is a page at index -1 but that is
2135          * already broken anyway.
2136          */
2137         if (end == (pgoff_t)-1)
2138                 *start = (pgoff_t)-1;
2139         else
2140                 *start = end + 1;
2141 out:
2142         rcu_read_unlock();
2143
2144         return ret;
2145 }
2146
2147 /**
2148  * find_get_pages_contig - gang contiguous pagecache lookup
2149  * @mapping:    The address_space to search
2150  * @index:      The starting page index
2151  * @nr_pages:   The maximum number of pages
2152  * @pages:      Where the resulting pages are placed
2153  *
2154  * find_get_pages_contig() works exactly like find_get_pages(), except
2155  * that the returned number of pages are guaranteed to be contiguous.
2156  *
2157  * Return: the number of pages which were found.
2158  */
2159 unsigned find_get_pages_contig(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
2160                                unsigned int nr_pages, struct page **pages)
2161 {
2162         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
2163         struct folio *folio;
2164         unsigned int ret = 0;
2165
2166         if (unlikely(!nr_pages))
2167                 return 0;
2168
2169         rcu_read_lock();
2170         for (folio = xas_load(&xas); folio; folio = xas_next(&xas)) {
2171                 if (xas_retry(&xas, folio))
2172                         continue;
2173                 /*
2174                  * If the entry has been swapped out, we can stop looking.
2175                  * No current caller is looking for DAX entries.
2176                  */
2177                 if (xa_is_value(folio))
2178                         break;
2179
2180                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
2181                         goto retry;
2182
2183                 if (unlikely(folio != xas_reload(&xas)))
2184                         goto put_page;
2185
2186 again:
2187                 pages[ret] = folio_file_page(folio, xas.xa_index);
2188                 if (++ret == nr_pages)
2189                         break;
2190                 if (folio_more_pages(folio, xas.xa_index, ULONG_MAX)) {
2191                         xas.xa_index++;
2192                         folio_ref_inc(folio);
2193                         goto again;
2194                 }
2195                 continue;
2196 put_page:
2197                 folio_put(folio);
2198 retry:
2199                 xas_reset(&xas);
2200         }
2201         rcu_read_unlock();
2202         return ret;
2203 }
2204 EXPORT_SYMBOL(find_get_pages_contig);
2205
2206 /**
2207  * find_get_pages_range_tag - Find and return head pages matching @tag.
2208  * @mapping:    the address_space to search
2209  * @index:      the starting page index
2210  * @end:        The final page index (inclusive)
2211  * @tag:        the tag index
2212  * @nr_pages:   the maximum number of pages
2213  * @pages:      where the resulting pages are placed
2214  *
2215  * Like find_get_pages(), except we only return head pages which are tagged
2216  * with @tag.  @index is updated to the index immediately after the last
2217  * page we return, ready for the next iteration.
2218  *
2219  * Return: the number of pages which were found.
2220  */
2221 unsigned find_get_pages_range_tag(struct address_space *mapping, pgoff_t *index,
2222                         pgoff_t end, xa_mark_t tag, unsigned int nr_pages,
2223                         struct page **pages)
2224 {
2225         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *index);
2226         struct folio *folio;
2227         unsigned ret = 0;
2228
2229         if (unlikely(!nr_pages))
2230                 return 0;
2231
2232         rcu_read_lock();
2233         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, tag))) {
2234                 /*
2235                  * Shadow entries should never be tagged, but this iteration
2236                  * is lockless so there is a window for page reclaim to evict
2237                  * a page we saw tagged.  Skip over it.
2238                  */
2239                 if (xa_is_value(folio))
2240                         continue;
2241
2242                 pages[ret] = &folio->page;
2243                 if (++ret == nr_pages) {
2244                         *index = folio->index + folio_nr_pages(folio);
2245                         goto out;
2246                 }
2247         }
2248
2249         /*
2250          * We come here when we got to @end. We take care to not overflow the
2251          * index @index as it confuses some of the callers. This breaks the
2252          * iteration when there is a page at index -1 but that is already
2253          * broken anyway.
2254          */
2255         if (end == (pgoff_t)-1)
2256                 *index = (pgoff_t)-1;
2257         else
2258                 *index = end + 1;
2259 out:
2260         rcu_read_unlock();
2261
2262         return ret;
2263 }
2264 EXPORT_SYMBOL(find_get_pages_range_tag);
2265
2266 /*
2267  * CD/DVDs are error prone. When a medium error occurs, the driver may fail
2268  * a _large_ part of the i/o request. Imagine the worst scenario:
2269  *
2270  *      ---R__________________________________________B__________
2271  *         ^ reading here                             ^ bad block(assume 4k)
2272  *
2273  * read(R) => miss => readahead(R...B) => media error => frustrating retries
2274  * => failing the whole request => read(R) => read(R+1) =>
2275  * readahead(R+1...B+1) => bang => read(R+2) => read(R+3) =>
2276  * readahead(R+3...B+2) => bang => read(R+3) => read(R+4) =>
2277  * readahead(R+4...B+3) => bang => read(R+4) => read(R+5) => ......
2278  *
2279  * It is going insane. Fix it by quickly scaling down the readahead size.
2280  */
2281 static void shrink_readahead_size_eio(struct file_ra_state *ra)
2282 {
2283         ra->ra_pages /= 4;
2284 }
2285
2286 /*
2287  * filemap_get_read_batch - Get a batch of folios for read
2288  *
2289  * Get a batch of folios which represent a contiguous range of bytes in
2290  * the file.  No exceptional entries will be returned.  If @index is in
2291  * the middle of a folio, the entire folio will be returned.  The last
2292  * folio in the batch may have the readahead flag set or the uptodate flag
2293  * clear so that the caller can take the appropriate action.
2294  */
2295 static void filemap_get_read_batch(struct address_space *mapping,
2296                 pgoff_t index, pgoff_t max, struct folio_batch *fbatch)
2297 {
2298         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
2299         struct folio *folio;
2300
2301         rcu_read_lock();
2302         for (folio = xas_load(&xas); folio; folio = xas_next(&xas)) {
2303                 if (xas_retry(&xas, folio))
2304                         continue;
2305                 if (xas.xa_index > max || xa_is_value(folio))
2306                         break;
2307                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
2308                         goto retry;
2309
2310                 if (unlikely(folio != xas_reload(&xas)))
2311                         goto put_folio;
2312
2313                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2314                         break;
2315                 if (!folio_test_uptodate(folio))
2316                         break;
2317                 if (folio_test_readahead(folio))
2318                         break;
2319                 xas_advance(&xas, folio->index + folio_nr_pages(folio) - 1);
2320                 continue;
2321 put_folio:
2322                 folio_put(folio);
2323 retry:
2324                 xas_reset(&xas);
2325         }
2326         rcu_read_unlock();
2327 }
2328
2329 static int filemap_read_folio(struct file *file, struct address_space *mapping,
2330                 struct folio *folio)
2331 {
2332         int error;
2333
2334         /*
2335          * A previous I/O error may have been due to temporary failures,
2336          * eg. multipath errors.  PG_error will be set again if readpage
2337          * fails.
2338          */
2339         folio_clear_error(folio);
2340         /* Start the actual read. The read will unlock the page. */
2341         error = mapping->a_ops->readpage(file, &folio->page);
2342         if (error)
2343                 return error;
2344
2345         error = folio_wait_locked_killable(folio);
2346         if (error)
2347                 return error;
2348         if (folio_test_uptodate(folio))
2349                 return 0;
2350         shrink_readahead_size_eio(&file->f_ra);
2351         return -EIO;
2352 }
2353
2354 static bool filemap_range_uptodate(struct address_space *mapping,
2355                 loff_t pos, struct iov_iter *iter, struct folio *folio)
2356 {
2357         int count;
2358
2359         if (folio_test_uptodate(folio))
2360                 return true;
2361         /* pipes can't handle partially uptodate pages */
2362         if (iov_iter_is_pipe(iter))
2363                 return false;
2364         if (!mapping->a_ops->is_partially_uptodate)
2365                 return false;
2366         if (mapping->host->i_blkbits >= folio_shift(folio))
2367                 return false;
2368
2369         count = iter->count;
2370         if (folio_pos(folio) > pos) {
2371                 count -= folio_pos(folio) - pos;
2372                 pos = 0;
2373         } else {
2374                 pos -= folio_pos(folio);
2375         }
2376
2377         return mapping->a_ops->is_partially_uptodate(&folio->page, pos, count);
2378 }
2379
2380 static int filemap_update_page(struct kiocb *iocb,
2381                 struct address_space *mapping, struct iov_iter *iter,
2382                 struct folio *folio)
2383 {
2384         int error;
2385
2386         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2387                 if (!filemap_invalidate_trylock_shared(mapping))
2388                         return -EAGAIN;
2389         } else {
2390                 filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
2391         }
2392
2393         if (!folio_trylock(folio)) {
2394                 error = -EAGAIN;
2395                 if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOWAIT | IOCB_NOIO))
2396                         goto unlock_mapping;
2397                 if (!(iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ)) {
2398                         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2399                         /*
2400                          * This is where we usually end up waiting for a
2401                          * previously submitted readahead to finish.
2402                          */
2403                         folio_put_wait_locked(folio, TASK_KILLABLE);
2404                         return AOP_TRUNCATED_PAGE;
2405                 }
2406                 error = __folio_lock_async(folio, iocb->ki_waitq);
2407                 if (error)
2408                         goto unlock_mapping;
2409         }
2410
2411         error = AOP_TRUNCATED_PAGE;
2412         if (!folio->mapping)
2413                 goto unlock;
2414
2415         error = 0;
2416         if (filemap_range_uptodate(mapping, iocb->ki_pos, iter, folio))
2417                 goto unlock;
2418
2419         error = -EAGAIN;
2420         if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOIO | IOCB_NOWAIT | IOCB_WAITQ))
2421                 goto unlock;
2422
2423         error = filemap_read_folio(iocb->ki_filp, mapping, folio);
2424         goto unlock_mapping;
2425 unlock:
2426         folio_unlock(folio);
2427 unlock_mapping:
2428         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2429         if (error == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2430                 folio_put(folio);
2431         return error;
2432 }
2433
2434 static int filemap_create_folio(struct file *file,
2435                 struct address_space *mapping, pgoff_t index,
2436                 struct folio_batch *fbatch)
2437 {
2438         struct folio *folio;
2439         int error;
2440
2441         folio = filemap_alloc_folio(mapping_gfp_mask(mapping), 0);
2442         if (!folio)
2443                 return -ENOMEM;
2444
2445         /*
2446          * Protect against truncate / hole punch. Grabbing invalidate_lock
2447          * here assures we cannot instantiate and bring uptodate new
2448          * pagecache folios after evicting page cache during truncate
2449          * and before actually freeing blocks.  Note that we could
2450          * release invalidate_lock after inserting the folio into
2451          * the page cache as the locked folio would then be enough to
2452          * synchronize with hole punching. But there are code paths
2453          * such as filemap_update_page() filling in partially uptodate
2454          * pages or ->readpages() that need to hold invalidate_lock
2455          * while mapping blocks for IO so let's hold the lock here as
2456          * well to keep locking rules simple.
2457          */
2458         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
2459         error = filemap_add_folio(mapping, folio, index,
2460                         mapping_gfp_constraint(mapping, GFP_KERNEL));
2461         if (error == -EEXIST)
2462                 error = AOP_TRUNCATED_PAGE;
2463         if (error)
2464                 goto error;
2465
2466         error = filemap_read_folio(file, mapping, folio);
2467         if (error)
2468                 goto error;
2469
2470         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2471         folio_batch_add(fbatch, folio);
2472         return 0;
2473 error:
2474         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2475         folio_put(folio);
2476         return error;
2477 }
2478
2479 static int filemap_readahead(struct kiocb *iocb, struct file *file,
2480                 struct address_space *mapping, struct folio *folio,
2481                 pgoff_t last_index)
2482 {
2483         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, &file->f_ra, mapping, folio->index);
2484
2485         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOIO)
2486                 return -EAGAIN;
2487         page_cache_async_ra(&ractl, folio, last_index - folio->index);
2488         return 0;
2489 }
2490
2491 static int filemap_get_pages(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter,
2492                 struct folio_batch *fbatch)
2493 {
2494         struct file *filp = iocb->ki_filp;
2495         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
2496         struct file_ra_state *ra = &filp->f_ra;
2497         pgoff_t index = iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT;
2498         pgoff_t last_index;
2499         struct folio *folio;
2500         int err = 0;
2501
2502         last_index = DIV_ROUND_UP(iocb->ki_pos + iter->count, PAGE_SIZE);
2503 retry:
2504         if (fatal_signal_pending(current))
2505                 return -EINTR;
2506
2507         filemap_get_read_batch(mapping, index, last_index, fbatch);
2508         if (!folio_batch_count(fbatch)) {
2509                 if (iocb->ki_flags & IOCB_NOIO)
2510                         return -EAGAIN;
2511                 page_cache_sync_readahead(mapping, ra, filp, index,
2512                                 last_index - index);
2513                 filemap_get_read_batch(mapping, index, last_index, fbatch);
2514         }
2515         if (!folio_batch_count(fbatch)) {
2516                 if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOWAIT | IOCB_WAITQ))
2517                         return -EAGAIN;
2518                 err = filemap_create_folio(filp, mapping,
2519                                 iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT, fbatch);
2520                 if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2521                         goto retry;
2522                 return err;
2523         }
2524
2525         folio = fbatch->folios[folio_batch_count(fbatch) - 1];
2526         if (folio_test_readahead(folio)) {
2527                 err = filemap_readahead(iocb, filp, mapping, folio, last_index);
2528                 if (err)
2529                         goto err;
2530         }
2531         if (!folio_test_uptodate(folio)) {
2532                 if ((iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ) &&
2533                     folio_batch_count(fbatch) > 1)
2534                         iocb->ki_flags |= IOCB_NOWAIT;
2535                 err = filemap_update_page(iocb, mapping, iter, folio);
2536                 if (err)
2537                         goto err;
2538         }
2539
2540         return 0;
2541 err:
2542         if (err < 0)
2543                 folio_put(folio);
2544         if (likely(--fbatch->nr))
2545                 return 0;
2546         if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2547                 goto retry;
2548         return err;
2549 }
2550
2551 /**
2552  * filemap_read - Read data from the page cache.
2553  * @iocb: The iocb to read.
2554  * @iter: Destination for the data.
2555  * @already_read: Number of bytes already read by the caller.
2556  *
2557  * Copies data from the page cache.  If the data is not currently present,
2558  * uses the readahead and readpage address_space operations to fetch it.
2559  *
2560  * Return: Total number of bytes copied, including those already read by
2561  * the caller.  If an error happens before any bytes are copied, returns
2562  * a negative error number.
2563  */
2564 ssize_t filemap_read(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter,
2565                 ssize_t already_read)
2566 {
2567         struct file *filp = iocb->ki_filp;
2568         struct file_ra_state *ra = &filp->f_ra;
2569         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
2570         struct inode *inode = mapping->host;
2571         struct folio_batch fbatch;
2572         int i, error = 0;
2573         bool writably_mapped;
2574         loff_t isize, end_offset;
2575
2576         if (unlikely(iocb->ki_pos >= inode->i_sb->s_maxbytes))
2577                 return 0;
2578         if (unlikely(!iov_iter_count(iter)))
2579                 return 0;
2580
2581         iov_iter_truncate(iter, inode->i_sb->s_maxbytes);
2582         folio_batch_init(&fbatch);
2583
2584         do {
2585                 cond_resched();
2586
2587                 /*
2588                  * If we've already successfully copied some data, then we
2589                  * can no longer safely return -EIOCBQUEUED. Hence mark
2590                  * an async read NOWAIT at that point.
2591                  */
2592                 if ((iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ) && already_read)
2593                         iocb->ki_flags |= IOCB_NOWAIT;
2594
2595                 if (unlikely(iocb->ki_pos >= i_size_read(inode)))
2596                         break;
2597
2598                 error = filemap_get_pages(iocb, iter, &fbatch);
2599                 if (error < 0)
2600                         break;
2601
2602                 /*
2603                  * i_size must be checked after we know the pages are Uptodate.
2604                  *
2605                  * Checking i_size after the check allows us to calculate
2606                  * the correct value for "nr", which means the zero-filled
2607                  * part of the page is not copied back to userspace (unless
2608                  * another truncate extends the file - this is desired though).
2609                  */
2610                 isize = i_size_read(inode);
2611                 if (unlikely(iocb->ki_pos >= isize))
2612                         goto put_folios;
2613                 end_offset = min_t(loff_t, isize, iocb->ki_pos + iter->count);
2614
2615                 /*
2616                  * Once we start copying data, we don't want to be touching any
2617                  * cachelines that might be contended:
2618                  */
2619                 writably_mapped = mapping_writably_mapped(mapping);
2620
2621                 /*
2622                  * When a sequential read accesses a page several times, only
2623                  * mark it as accessed the first time.
2624                  */
2625                 if (iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT !=
2626                     ra->prev_pos >> PAGE_SHIFT)
2627                         folio_mark_accessed(fbatch.folios[0]);
2628
2629                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++) {
2630                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
2631                         size_t fsize = folio_size(folio);
2632                         size_t offset = iocb->ki_pos & (fsize - 1);
2633                         size_t bytes = min_t(loff_t, end_offset - iocb->ki_pos,
2634                                              fsize - offset);
2635                         size_t copied;
2636
2637                         if (end_offset < folio_pos(folio))
2638                                 break;
2639                         if (i > 0)
2640                                 folio_mark_accessed(folio);
2641                         /*
2642                          * If users can be writing to this folio using arbitrary
2643                          * virtual addresses, take care of potential aliasing
2644                          * before reading the folio on the kernel side.
2645                          */
2646                         if (writably_mapped)
2647                                 flush_dcache_folio(folio);
2648
2649                         copied = copy_folio_to_iter(folio, offset, bytes, iter);
2650
2651                         already_read += copied;
2652                         iocb->ki_pos += copied;
2653                         ra->prev_pos = iocb->ki_pos;
2654
2655                         if (copied < bytes) {
2656                                 error = -EFAULT;
2657                                 break;
2658                         }
2659                 }
2660 put_folios:
2661                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++)
2662                         folio_put(fbatch.folios[i]);
2663                 folio_batch_init(&fbatch);
2664         } while (iov_iter_count(iter) && iocb->ki_pos < isize && !error);
2665
2666         file_accessed(filp);
2667
2668         return already_read ? already_read : error;
2669 }
2670 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_read);
2671
2672 /**
2673  * generic_file_read_iter - generic filesystem read routine
2674  * @iocb:       kernel I/O control block
2675  * @iter:       destination for the data read
2676  *
2677  * This is the "read_iter()" routine for all filesystems
2678  * that can use the page cache directly.
2679  *
2680  * The IOCB_NOWAIT flag in iocb->ki_flags indicates that -EAGAIN shall
2681  * be returned when no data can be read without waiting for I/O requests
2682  * to complete; it doesn't prevent readahead.
2683  *
2684  * The IOCB_NOIO flag in iocb->ki_flags indicates that no new I/O
2685  * requests shall be made for the read or for readahead.  When no data
2686  * can be read, -EAGAIN shall be returned.  When readahead would be
2687  * triggered, a partial, possibly empty read shall be returned.
2688  *
2689  * Return:
2690  * * number of bytes copied, even for partial reads
2691  * * negative error code (or 0 if IOCB_NOIO) if nothing was read
2692  */
2693 ssize_t
2694 generic_file_read_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter)
2695 {
2696         size_t count = iov_iter_count(iter);
2697         ssize_t retval = 0;
2698
2699         if (!count)
2700                 return 0; /* skip atime */
2701
2702         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
2703                 struct file *file = iocb->ki_filp;
2704                 struct address_space *mapping = file->f_mapping;
2705                 struct inode *inode = mapping->host;
2706
2707                 if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2708                         if (filemap_range_needs_writeback(mapping, iocb->ki_pos,
2709                                                 iocb->ki_pos + count - 1))
2710                                 return -EAGAIN;
2711                 } else {
2712                         retval = filemap_write_and_wait_range(mapping,
2713                                                 iocb->ki_pos,
2714                                                 iocb->ki_pos + count - 1);
2715                         if (retval < 0)
2716                                 return retval;
2717                 }
2718
2719                 file_accessed(file);
2720
2721                 retval = mapping->a_ops->direct_IO(iocb, iter);
2722                 if (retval >= 0) {
2723                         iocb->ki_pos += retval;
2724                         count -= retval;
2725                 }
2726                 if (retval != -EIOCBQUEUED)
2727                         iov_iter_revert(iter, count - iov_iter_count(iter));
2728
2729                 /*
2730                  * Btrfs can have a short DIO read if we encounter
2731                  * compressed extents, so if there was an error, or if
2732                  * we've already read everything we wanted to, or if
2733                  * there was a short read because we hit EOF, go ahead
2734                  * and return.  Otherwise fallthrough to buffered io for
2735                  * the rest of the read.  Buffered reads will not work for
2736                  * DAX files, so don't bother trying.
2737                  */
2738                 if (retval < 0 || !count || IS_DAX(inode))
2739                         return retval;
2740                 if (iocb->ki_pos >= i_size_read(inode))
2741                         return retval;
2742         }
2743
2744         return filemap_read(iocb, iter, retval);
2745 }
2746 EXPORT_SYMBOL(generic_file_read_iter);
2747
2748 static inline loff_t folio_seek_hole_data(struct xa_state *xas,
2749                 struct address_space *mapping, struct folio *folio,
2750                 loff_t start, loff_t end, bool seek_data)
2751 {
2752         const struct address_space_operations *ops = mapping->a_ops;
2753         size_t offset, bsz = i_blocksize(mapping->host);
2754
2755         if (xa_is_value(folio) || folio_test_uptodate(folio))
2756                 return seek_data ? start : end;
2757         if (!ops->is_partially_uptodate)
2758                 return seek_data ? end : start;
2759
2760         xas_pause(xas);
2761         rcu_read_unlock();
2762         folio_lock(folio);
2763         if (unlikely(folio->mapping != mapping))
2764                 goto unlock;
2765
2766         offset = offset_in_folio(folio, start) & ~(bsz - 1);
2767
2768         do {
2769                 if (ops->is_partially_uptodate(&folio->page, offset, bsz) ==
2770                                                         seek_data)
2771                         break;
2772                 start = (start + bsz) & ~(bsz - 1);
2773                 offset += bsz;
2774         } while (offset < folio_size(folio));
2775 unlock:
2776         folio_unlock(folio);
2777         rcu_read_lock();
2778         return start;
2779 }
2780
2781 static inline size_t seek_folio_size(struct xa_state *xas, struct folio *folio)
2782 {
2783         if (xa_is_value(folio))
2784                 return PAGE_SIZE << xa_get_order(xas->xa, xas->xa_index);
2785         return folio_size(folio);
2786 }
2787
2788 /**
2789  * mapping_seek_hole_data - Seek for SEEK_DATA / SEEK_HOLE in the page cache.
2790  * @mapping: Address space to search.
2791  * @start: First byte to consider.
2792  * @end: Limit of search (exclusive).
2793  * @whence: Either SEEK_HOLE or SEEK_DATA.
2794  *
2795  * If the page cache knows which blocks contain holes and which blocks
2796  * contain data, your filesystem can use this function to implement
2797  * SEEK_HOLE and SEEK_DATA.  This is useful for filesystems which are
2798  * entirely memory-based such as tmpfs, and filesystems which support
2799  * unwritten extents.
2800  *
2801  * Return: The requested offset on success, or -ENXIO if @whence specifies
2802  * SEEK_DATA and there is no data after @start.  There is an implicit hole
2803  * after @end - 1, so SEEK_HOLE returns @end if all the bytes between @start
2804  * and @end contain data.
2805  */
2806 loff_t mapping_seek_hole_data(struct address_space *mapping, loff_t start,
2807                 loff_t end, int whence)
2808 {
2809         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start >> PAGE_SHIFT);
2810         pgoff_t max = (end - 1) >> PAGE_SHIFT;
2811         bool seek_data = (whence == SEEK_DATA);
2812         struct folio *folio;
2813
2814         if (end <= start)
2815                 return -ENXIO;
2816
2817         rcu_read_lock();
2818         while ((folio = find_get_entry(&xas, max, XA_PRESENT))) {
2819                 loff_t pos = (u64)xas.xa_index << PAGE_SHIFT;
2820                 size_t seek_size;
2821
2822                 if (start < pos) {
2823                         if (!seek_data)
2824                                 goto unlock;
2825                         start = pos;
2826                 }
2827
2828                 seek_size = seek_folio_size(&xas, folio);
2829                 pos = round_up((u64)pos + 1, seek_size);
2830                 start = folio_seek_hole_data(&xas, mapping, folio, start, pos,
2831                                 seek_data);
2832                 if (start < pos)
2833                         goto unlock;
2834                 if (start >= end)
2835                         break;
2836                 if (seek_size > PAGE_SIZE)
2837                         xas_set(&xas, pos >> PAGE_SHIFT);
2838                 if (!xa_is_value(folio))
2839                         folio_put(folio);
2840         }
2841         if (seek_data)
2842                 start = -ENXIO;
2843 unlock:
2844         rcu_read_unlock();
2845         if (folio && !xa_is_value(folio))
2846                 folio_put(folio);
2847         if (start > end)
2848                 return end;
2849         return start;
2850 }
2851
2852 #ifdef CONFIG_MMU
2853 #define MMAP_LOTSAMISS  (100)
2854 /*
2855  * lock_folio_maybe_drop_mmap - lock the page, possibly dropping the mmap_lock
2856  * @vmf - the vm_fault for this fault.
2857  * @folio - the folio to lock.
2858  * @fpin - the pointer to the file we may pin (or is already pinned).
2859  *
2860  * This works similar to lock_folio_or_retry in that it can drop the
2861  * mmap_lock.  It differs in that it actually returns the folio locked
2862  * if it returns 1 and 0 if it couldn't lock the folio.  If we did have
2863  * to drop the mmap_lock then fpin will point to the pinned file and
2864  * needs to be fput()'ed at a later point.
2865  */
2866 static int lock_folio_maybe_drop_mmap(struct vm_fault *vmf, struct folio *folio,
2867                                      struct file **fpin)
2868 {
2869         if (folio_trylock(folio))
2870                 return 1;
2871
2872         /*
2873          * NOTE! This will make us return with VM_FAULT_RETRY, but with
2874          * the mmap_lock still held. That's how FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT
2875          * is supposed to work. We have way too many special cases..
2876          */
2877         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT)
2878                 return 0;
2879
2880         *fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, *fpin);
2881         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_KILLABLE) {
2882                 if (__folio_lock_killable(folio)) {
2883                         /*
2884                          * We didn't have the right flags to drop the mmap_lock,
2885                          * but all fault_handlers only check for fatal signals
2886                          * if we return VM_FAULT_RETRY, so we need to drop the
2887                          * mmap_lock here and return 0 if we don't have a fpin.
2888                          */
2889                         if (*fpin == NULL)
2890                                 mmap_read_unlock(vmf->vma->vm_mm);
2891                         return 0;
2892                 }
2893         } else
2894                 __folio_lock(folio);
2895
2896         return 1;
2897 }
2898
2899 /*
2900  * Synchronous readahead happens when we don't even find a page in the page
2901  * cache at all.  We don't want to perform IO under the mmap sem, so if we have
2902  * to drop the mmap sem we return the file that was pinned in order for us to do
2903  * that.  If we didn't pin a file then we return NULL.  The file that is
2904  * returned needs to be fput()'ed when we're done with it.
2905  */
2906 static struct file *do_sync_mmap_readahead(struct vm_fault *vmf)
2907 {
2908         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
2909         struct file_ra_state *ra = &file->f_ra;
2910         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
2911         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, ra, mapping, vmf->pgoff);
2912         struct file *fpin = NULL;
2913         unsigned int mmap_miss;
2914
2915         /* If we don't want any read-ahead, don't bother */
2916         if (vmf->vma->vm_flags & VM_RAND_READ)
2917                 return fpin;
2918         if (!ra->ra_pages)
2919                 return fpin;
2920
2921         if (vmf->vma->vm_flags & VM_SEQ_READ) {
2922                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
2923                 page_cache_sync_ra(&ractl, ra->ra_pages);
2924                 return fpin;
2925         }
2926
2927         /* Avoid banging the cache line if not needed */
2928         mmap_miss = READ_ONCE(ra->mmap_miss);
2929         if (mmap_miss < MMAP_LOTSAMISS * 10)
2930                 WRITE_ONCE(ra->mmap_miss, ++mmap_miss);
2931
2932         /*
2933          * Do we miss much more than hit in this file? If so,
2934          * stop bothering with read-ahead. It will only hurt.
2935          */
2936         if (mmap_miss > MMAP_LOTSAMISS)
2937                 return fpin;
2938
2939         /*
2940          * mmap read-around
2941          */
2942         fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
2943         ra->start = max_t(long, 0, vmf->pgoff - ra->ra_pages / 2);
2944         ra->size = ra->ra_pages;
2945         ra->async_size = ra->ra_pages / 4;
2946         ractl._index = ra->start;
2947         do_page_cache_ra(&ractl, ra->size, ra->async_size);
2948         return fpin;
2949 }
2950
2951 /*
2952  * Asynchronous readahead happens when we find the page and PG_readahead,
2953  * so we want to possibly extend the readahead further.  We return the file that
2954  * was pinned if we have to drop the mmap_lock in order to do IO.
2955  */
2956 static struct file *do_async_mmap_readahead(struct vm_fault *vmf,
2957                                             struct folio *folio)
2958 {
2959         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
2960         struct file_ra_state *ra = &file->f_ra;
2961         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, ra, file->f_mapping, vmf->pgoff);
2962         struct file *fpin = NULL;
2963         unsigned int mmap_miss;
2964
2965         /* If we don't want any read-ahead, don't bother */
2966         if (vmf->vma->vm_flags & VM_RAND_READ || !ra->ra_pages)
2967                 return fpin;
2968
2969         mmap_miss = READ_ONCE(ra->mmap_miss);
2970         if (mmap_miss)
2971                 WRITE_ONCE(ra->mmap_miss, --mmap_miss);
2972
2973         if (folio_test_readahead(folio)) {
2974                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
2975                 page_cache_async_ra(&ractl, folio, ra->ra_pages);
2976         }
2977         return fpin;
2978 }
2979
2980 /**
2981  * filemap_fault - read in file data for page fault handling
2982  * @vmf:        struct vm_fault containing details of the fault
2983  *
2984  * filemap_fault() is invoked via the vma operations vector for a
2985  * mapped memory region to read in file data during a page fault.
2986  *
2987  * The goto's are kind of ugly, but this streamlines the normal case of having
2988  * it in the page cache, and handles the special cases reasonably without
2989  * having a lot of duplicated code.
2990  *
2991  * vma->vm_mm->mmap_lock must be held on entry.
2992  *
2993  * If our return value has VM_FAULT_RETRY set, it's because the mmap_lock
2994  * may be dropped before doing I/O or by lock_folio_maybe_drop_mmap().
2995  *
2996  * If our return value does not have VM_FAULT_RETRY set, the mmap_lock
2997  * has not been released.
2998  *
2999  * We never return with VM_FAULT_RETRY and a bit from VM_FAULT_ERROR set.
3000  *
3001  * Return: bitwise-OR of %VM_FAULT_ codes.
3002  */
3003 vm_fault_t filemap_fault(struct vm_fault *vmf)
3004 {
3005         int error;
3006         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3007         struct file *fpin = NULL;
3008         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3009         struct inode *inode = mapping->host;
3010         pgoff_t max_idx, index = vmf->pgoff;
3011         struct folio *folio;
3012         vm_fault_t ret = 0;
3013         bool mapping_locked = false;
3014
3015         max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
3016         if (unlikely(index >= max_idx))
3017                 return VM_FAULT_SIGBUS;
3018
3019         /*
3020          * Do we have something in the page cache already?
3021          */
3022         folio = filemap_get_folio(mapping, index);
3023         if (likely(folio)) {
3024                 /*
3025                  * We found the page, so try async readahead before waiting for
3026                  * the lock.
3027                  */
3028                 if (!(vmf->flags & FAULT_FLAG_TRIED))
3029                         fpin = do_async_mmap_readahead(vmf, folio);
3030                 if (unlikely(!folio_test_uptodate(folio))) {
3031                         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
3032                         mapping_locked = true;
3033                 }
3034         } else {
3035                 /* No page in the page cache at all */
3036                 count_vm_event(PGMAJFAULT);
3037                 count_memcg_event_mm(vmf->vma->vm_mm, PGMAJFAULT);
3038                 ret = VM_FAULT_MAJOR;
3039                 fpin = do_sync_mmap_readahead(vmf);
3040 retry_find:
3041                 /*
3042                  * See comment in filemap_create_folio() why we need
3043                  * invalidate_lock
3044                  */
3045                 if (!mapping_locked) {
3046                         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
3047                         mapping_locked = true;
3048                 }
3049                 folio = __filemap_get_folio(mapping, index,
3050                                           FGP_CREAT|FGP_FOR_MMAP,
3051                                           vmf->gfp_mask);
3052                 if (!folio) {
3053                         if (fpin)
3054                                 goto out_retry;
3055                         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3056                         return VM_FAULT_OOM;
3057                 }
3058         }
3059
3060         if (!lock_folio_maybe_drop_mmap(vmf, folio, &fpin))
3061                 goto out_retry;
3062
3063         /* Did it get truncated? */
3064         if (unlikely(folio->mapping != mapping)) {
3065                 folio_unlock(folio);
3066                 folio_put(folio);
3067                 goto retry_find;
3068         }
3069         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, index), folio);
3070
3071         /*
3072          * We have a locked page in the page cache, now we need to check
3073          * that it's up-to-date. If not, it is going to be due to an error.
3074          */
3075         if (unlikely(!folio_test_uptodate(folio))) {
3076                 /*
3077                  * The page was in cache and uptodate and now it is not.
3078                  * Strange but possible since we didn't hold the page lock all
3079                  * the time. Let's drop everything get the invalidate lock and
3080                  * try again.
3081                  */
3082                 if (!mapping_locked) {
3083                         folio_unlock(folio);
3084                         folio_put(folio);
3085                         goto retry_find;
3086                 }
3087                 goto page_not_uptodate;
3088         }
3089
3090         /*
3091          * We've made it this far and we had to drop our mmap_lock, now is the
3092          * time to return to the upper layer and have it re-find the vma and
3093          * redo the fault.
3094          */
3095         if (fpin) {
3096                 folio_unlock(folio);
3097                 goto out_retry;
3098         }
3099         if (mapping_locked)
3100                 filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3101
3102         /*
3103          * Found the page and have a reference on it.
3104          * We must recheck i_size under page lock.
3105          */
3106         max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
3107         if (unlikely(index >= max_idx)) {
3108                 folio_unlock(folio);
3109                 folio_put(folio);
3110                 return VM_FAULT_SIGBUS;
3111         }
3112
3113         vmf->page = folio_file_page(folio, index);
3114         return ret | VM_FAULT_LOCKED;
3115
3116 page_not_uptodate:
3117         /*
3118          * Umm, take care of errors if the page isn't up-to-date.
3119          * Try to re-read it _once_. We do this synchronously,
3120          * because there really aren't any performance issues here
3121          * and we need to check for errors.
3122          */
3123         fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3124         error = filemap_read_folio(file, mapping, folio);
3125         if (fpin)
3126                 goto out_retry;
3127         folio_put(folio);
3128
3129         if (!error || error == AOP_TRUNCATED_PAGE)
3130                 goto retry_find;
3131         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3132
3133         return VM_FAULT_SIGBUS;
3134
3135 out_retry:
3136         /*
3137          * We dropped the mmap_lock, we need to return to the fault handler to
3138          * re-find the vma and come back and find our hopefully still populated
3139          * page.
3140          */
3141         if (folio)
3142                 folio_put(folio);
3143         if (mapping_locked)
3144                 filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3145         if (fpin)
3146                 fput(fpin);
3147         return ret | VM_FAULT_RETRY;
3148 }
3149 EXPORT_SYMBOL(filemap_fault);
3150
3151 static bool filemap_map_pmd(struct vm_fault *vmf, struct page *page)
3152 {
3153         struct mm_struct *mm = vmf->vma->vm_mm;
3154
3155         /* Huge page is mapped? No need to proceed. */
3156         if (pmd_trans_huge(*vmf->pmd)) {
3157                 unlock_page(page);
3158                 put_page(page);
3159                 return true;
3160         }
3161
3162         if (pmd_none(*vmf->pmd) && PageTransHuge(page)) {
3163                 vm_fault_t ret = do_set_pmd(vmf, page);
3164                 if (!ret) {
3165                         /* The page is mapped successfully, reference consumed. */
3166                         unlock_page(page);
3167                         return true;
3168                 }
3169         }
3170
3171         if (pmd_none(*vmf->pmd))
3172                 pmd_install(mm, vmf->pmd, &vmf->prealloc_pte);
3173
3174         /* See comment in handle_pte_fault() */
3175         if (pmd_devmap_trans_unstable(vmf->pmd)) {
3176                 unlock_page(page);
3177                 put_page(page);
3178                 return true;
3179         }
3180
3181         return false;
3182 }
3183
3184 static struct folio *next_uptodate_page(struct folio *folio,
3185                                        struct address_space *mapping,
3186                                        struct xa_state *xas, pgoff_t end_pgoff)
3187 {
3188         unsigned long max_idx;
3189
3190         do {
3191                 if (!folio)
3192                         return NULL;
3193                 if (xas_retry(xas, folio))
3194                         continue;
3195                 if (xa_is_value(folio))
3196                         continue;
3197                 if (folio_test_locked(folio))
3198                         continue;
3199                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
3200                         continue;
3201                 /* Has the page moved or been split? */
3202                 if (unlikely(folio != xas_reload(xas)))
3203                         goto skip;
3204                 if (!folio_test_uptodate(folio) || folio_test_readahead(folio))
3205                         goto skip;
3206                 if (!folio_trylock(folio))
3207                         goto skip;
3208                 if (folio->mapping != mapping)
3209                         goto unlock;
3210                 if (!folio_test_uptodate(folio))
3211                         goto unlock;
3212                 max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(mapping->host), PAGE_SIZE);
3213                 if (xas->xa_index >= max_idx)
3214                         goto unlock;
3215                 return folio;
3216 unlock:
3217                 folio_unlock(folio);
3218 skip:
3219                 folio_put(folio);
3220         } while ((folio = xas_next_entry(xas, end_pgoff)) != NULL);
3221
3222         return NULL;
3223 }
3224
3225 static inline struct folio *first_map_page(struct address_space *mapping,
3226                                           struct xa_state *xas,
3227                                           pgoff_t end_pgoff)
3228 {
3229         return next_uptodate_page(xas_find(xas, end_pgoff),
3230                                   mapping, xas, end_pgoff);
3231 }
3232
3233 static inline struct folio *next_map_page(struct address_space *mapping,
3234                                          struct xa_state *xas,
3235                                          pgoff_t end_pgoff)
3236 {
3237         return next_uptodate_page(xas_next_entry(xas, end_pgoff),
3238                                   mapping, xas, end_pgoff);
3239 }
3240
3241 vm_fault_t filemap_map_pages(struct vm_fault *vmf,
3242                              pgoff_t start_pgoff, pgoff_t end_pgoff)
3243 {
3244         struct vm_area_struct *vma = vmf->vma;
3245         struct file *file = vma->vm_file;
3246         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3247         pgoff_t last_pgoff = start_pgoff;
3248         unsigned long addr;
3249         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_pgoff);
3250         struct folio *folio;
3251         struct page *page;
3252         unsigned int mmap_miss = READ_ONCE(file->f_ra.mmap_miss);
3253         vm_fault_t ret = 0;
3254
3255         rcu_read_lock();
3256         folio = first_map_page(mapping, &xas, end_pgoff);
3257         if (!folio)
3258                 goto out;
3259
3260         if (filemap_map_pmd(vmf, &folio->page)) {
3261                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3262                 goto out;
3263         }
3264
3265         addr = vma->vm_start + ((start_pgoff - vma->vm_pgoff) << PAGE_SHIFT);
3266         vmf->pte = pte_offset_map_lock(vma->vm_mm, vmf->pmd, addr, &vmf->ptl);
3267         do {
3268 again:
3269                 page = folio_file_page(folio, xas.xa_index);
3270                 if (PageHWPoison(page))
3271                         goto unlock;
3272
3273                 if (mmap_miss > 0)
3274                         mmap_miss--;
3275
3276                 addr += (xas.xa_index - last_pgoff) << PAGE_SHIFT;
3277                 vmf->pte += xas.xa_index - last_pgoff;
3278                 last_pgoff = xas.xa_index;
3279
3280                 if (!pte_none(*vmf->pte))
3281                         goto unlock;
3282
3283                 /* We're about to handle the fault */
3284                 if (vmf->address == addr)
3285                         ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3286
3287                 do_set_pte(vmf, page, addr);
3288                 /* no need to invalidate: a not-present page won't be cached */
3289                 update_mmu_cache(vma, addr, vmf->pte);
3290                 if (folio_more_pages(folio, xas.xa_index, end_pgoff)) {
3291                         xas.xa_index++;
3292                         folio_ref_inc(folio);
3293                         goto again;
3294                 }
3295                 folio_unlock(folio);
3296                 continue;
3297 unlock:
3298                 if (folio_more_pages(folio, xas.xa_index, end_pgoff)) {
3299                         xas.xa_index++;
3300                         goto again;
3301                 }
3302                 folio_unlock(folio);
3303                 folio_put(folio);
3304         } while ((folio = next_map_page(mapping, &xas, end_pgoff)) != NULL);
3305         pte_unmap_unlock(vmf->pte, vmf->ptl);
3306 out:
3307         rcu_read_unlock();
3308         WRITE_ONCE(file->f_ra.mmap_miss, mmap_miss);
3309         return ret;
3310 }
3311 EXPORT_SYMBOL(filemap_map_pages);
3312
3313 vm_fault_t filemap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf)
3314 {
3315         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
3316         struct folio *folio = page_folio(vmf->page);
3317         vm_fault_t ret = VM_FAULT_LOCKED;
3318
3319         sb_start_pagefault(mapping->host->i_sb);
3320         file_update_time(vmf->vma->vm_file);
3321         folio_lock(folio);
3322         if (folio->mapping != mapping) {
3323                 folio_unlock(folio);
3324                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3325                 goto out;
3326         }
3327         /*
3328          * We mark the folio dirty already here so that when freeze is in
3329          * progress, we are guaranteed that writeback during freezing will
3330          * see the dirty folio and writeprotect it again.
3331          */
3332         folio_mark_dirty(folio);
3333         folio_wait_stable(folio);
3334 out:
3335         sb_end_pagefault(mapping->host->i_sb);
3336         return ret;
3337 }
3338
3339 const struct vm_operations_struct generic_file_vm_ops = {
3340         .fault          = filemap_fault,
3341         .map_pages      = filemap_map_pages,
3342         .page_mkwrite   = filemap_page_mkwrite,
3343 };
3344
3345 /* This is used for a general mmap of a disk file */
3346
3347 int generic_file_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3348 {
3349         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3350
3351         if (!mapping->a_ops->readpage)
3352                 return -ENOEXEC;
3353         file_accessed(file);
3354         vma->vm_ops = &generic_file_vm_ops;
3355         return 0;
3356 }
3357
3358 /*
3359  * This is for filesystems which do not implement ->writepage.
3360  */
3361 int generic_file_readonly_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3362 {
3363         if ((vma->vm_flags & VM_SHARED) && (vma->vm_flags & VM_MAYWRITE))
3364                 return -EINVAL;
3365         return generic_file_mmap(file, vma);
3366 }
3367 #else
3368 vm_fault_t filemap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf)
3369 {
3370         return VM_FAULT_SIGBUS;
3371 }
3372 int generic_file_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3373 {
3374         return -ENOSYS;
3375 }
3376 int generic_file_readonly_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3377 {
3378         return -ENOSYS;
3379 }
3380 #endif /* CONFIG_MMU */
3381
3382 EXPORT_SYMBOL(filemap_page_mkwrite);
3383 EXPORT_SYMBOL(generic_file_mmap);
3384 EXPORT_SYMBOL(generic_file_readonly_mmap);
3385
3386 static struct folio *do_read_cache_folio(struct address_space *mapping,
3387                 pgoff_t index, filler_t filler, void *data, gfp_t gfp)
3388 {
3389         struct folio *folio;
3390         int err;
3391 repeat:
3392         folio = filemap_get_folio(mapping, index);
3393         if (!folio) {
3394                 folio = filemap_alloc_folio(gfp, 0);
3395                 if (!folio)
3396                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
3397                 err = filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp);
3398                 if (unlikely(err)) {
3399                         folio_put(folio);
3400                         if (err == -EEXIST)
3401                                 goto repeat;
3402                         /* Presumably ENOMEM for xarray node */
3403                         return ERR_PTR(err);
3404                 }
3405
3406 filler:
3407                 if (filler)
3408                         err = filler(data, &folio->page);
3409                 else
3410                         err = mapping->a_ops->readpage(data, &folio->page);
3411
3412                 if (err < 0) {
3413                         folio_put(folio);
3414                         return ERR_PTR(err);
3415                 }
3416
3417                 folio_wait_locked(folio);
3418                 if (!folio_test_uptodate(folio)) {
3419                         folio_put(folio);
3420                         return ERR_PTR(-EIO);
3421                 }
3422
3423                 goto out;
3424         }
3425         if (folio_test_uptodate(folio))
3426                 goto out;
3427
3428         if (!folio_trylock(folio)) {
3429                 folio_put_wait_locked(folio, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
3430                 goto repeat;
3431         }
3432
3433         /* Folio was truncated from mapping */
3434         if (!folio->mapping) {
3435                 folio_unlock(folio);
3436                 folio_put(folio);
3437                 goto repeat;
3438         }
3439
3440         /* Someone else locked and filled the page in a very small window */
3441         if (folio_test_uptodate(folio)) {
3442                 folio_unlock(folio);
3443                 goto out;
3444         }
3445
3446         /*
3447          * A previous I/O error may have been due to temporary
3448          * failures.
3449          * Clear page error before actual read, PG_error will be
3450          * set again if read page fails.
3451          */
3452         folio_clear_error(folio);
3453         goto filler;
3454
3455 out:
3456         folio_mark_accessed(folio);
3457         return folio;
3458 }
3459
3460 /**
3461  * read_cache_folio - read into page cache, fill it if needed
3462  * @mapping:    the page's address_space
3463  * @index:      the page index
3464  * @filler:     function to perform the read
3465  * @data:       first arg to filler(data, page) function, often left as NULL
3466  *
3467  * Read into the page cache. If a page already exists, and PageUptodate() is
3468  * not set, try to fill the page and wait for it to become unlocked.
3469  *
3470  * If the page does not get brought uptodate, return -EIO.
3471  *
3472  * The function expects mapping->invalidate_lock to be already held.
3473  *
3474  * Return: up to date page on success, ERR_PTR() on failure.
3475  */
3476 struct folio *read_cache_folio(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
3477                 filler_t filler, void *data)
3478 {
3479         return do_read_cache_folio(mapping, index, filler, data,
3480                         mapping_gfp_mask(mapping));
3481 }
3482 EXPORT_SYMBOL(read_cache_folio);
3483
3484 static struct page *do_read_cache_page(struct address_space *mapping,
3485                 pgoff_t index, filler_t *filler, void *data, gfp_t gfp)
3486 {
3487         struct folio *folio;
3488
3489         folio = do_read_cache_folio(mapping, index, filler, data, gfp);
3490         if (IS_ERR(folio))
3491                 return &folio->page;
3492         return folio_file_page(folio, index);
3493 }
3494
3495 struct page *read_cache_page(struct address_space *mapping,
3496                                 pgoff_t index, filler_t *filler, void *data)
3497 {
3498         return do_read_cache_page(mapping, index, filler, data,
3499                         mapping_gfp_mask(mapping));
3500 }
3501 EXPORT_SYMBOL(read_cache_page);
3502
3503 /**
3504  * read_cache_page_gfp - read into page cache, using specified page allocation flags.
3505  * @mapping:    the page's address_space
3506  * @index:      the page index
3507  * @gfp:        the page allocator flags to use if allocating
3508  *
3509  * This is the same as "read_mapping_page(mapping, index, NULL)", but with
3510  * any new page allocations done using the specified allocation flags.
3511  *
3512  * If the page does not get brought uptodate, return -EIO.
3513  *
3514  * The function expects mapping->invalidate_lock to be already held.
3515  *
3516  * Return: up to date page on success, ERR_PTR() on failure.
3517  */
3518 struct page *read_cache_page_gfp(struct address_space *mapping,
3519                                 pgoff_t index,
3520                                 gfp_t gfp)
3521 {
3522         return do_read_cache_page(mapping, index, NULL, NULL, gfp);
3523 }
3524 EXPORT_SYMBOL(read_cache_page_gfp);
3525
3526 int pagecache_write_begin(struct file *file, struct address_space *mapping,
3527                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned flags,
3528                                 struct page **pagep, void **fsdata)
3529 {
3530         const struct address_space_operations *aops = mapping->a_ops;
3531
3532         return aops->write_begin(file, mapping, pos, len, flags,
3533                                                         pagep, fsdata);
3534 }
3535 EXPORT_SYMBOL(pagecache_write_begin);
3536
3537 int pagecache_write_end(struct file *file, struct address_space *mapping,
3538                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned copied,
3539                                 struct page *page, void *fsdata)
3540 {
3541         const struct address_space_operations *aops = mapping->a_ops;
3542
3543         return aops->write_end(file, mapping, pos, len, copied, page, fsdata);
3544 }
3545 EXPORT_SYMBOL(pagecache_write_end);
3546
3547 /*
3548  * Warn about a page cache invalidation failure during a direct I/O write.
3549  */
3550 void dio_warn_stale_pagecache(struct file *filp)
3551 {
3552         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(_rs, 86400 * HZ, DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3553         char pathname[128];
3554         char *path;
3555
3556         errseq_set(&filp->f_mapping->wb_err, -EIO);
3557         if (__ratelimit(&_rs)) {
3558                 path = file_path(filp, pathname, sizeof(pathname));
3559                 if (IS_ERR(path))
3560                         path = "(unknown)";
3561                 pr_crit("Page cache invalidation failure on direct I/O.  Possible data corruption due to collision with buffered I/O!\n");
3562                 pr_crit("File: %s PID: %d Comm: %.20s\n", path, current->pid,
3563                         current->comm);
3564         }
3565 }
3566
3567 ssize_t
3568 generic_file_direct_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
3569 {
3570         struct file     *file = iocb->ki_filp;
3571         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3572         struct inode    *inode = mapping->host;
3573         loff_t          pos = iocb->ki_pos;
3574         ssize_t         written;
3575         size_t          write_len;
3576         pgoff_t         end;
3577
3578         write_len = iov_iter_count(from);
3579         end = (pos + write_len - 1) >> PAGE_SHIFT;
3580
3581         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
3582                 /* If there are pages to writeback, return */
3583                 if (filemap_range_has_page(file->f_mapping, pos,
3584                                            pos + write_len - 1))
3585                         return -EAGAIN;
3586         } else {
3587                 written = filemap_write_and_wait_range(mapping, pos,
3588                                                         pos + write_len - 1);
3589                 if (written)
3590                         goto out;
3591         }
3592
3593         /*
3594          * After a write we want buffered reads to be sure to go to disk to get
3595          * the new data.  We invalidate clean cached page from the region we're
3596          * about to write.  We do this *before* the write so that we can return
3597          * without clobbering -EIOCBQUEUED from ->direct_IO().
3598          */
3599         written = invalidate_inode_pages2_range(mapping,
3600                                         pos >> PAGE_SHIFT, end);
3601         /*
3602          * If a page can not be invalidated, return 0 to fall back
3603          * to buffered write.
3604          */
3605         if (written) {
3606                 if (written == -EBUSY)
3607                         return 0;
3608                 goto out;
3609         }
3610
3611         written = mapping->a_ops->direct_IO(iocb, from);
3612
3613         /*
3614          * Finally, try again to invalidate clean pages which might have been
3615          * cached by non-direct readahead, or faulted in by get_user_pages()
3616          * if the source of the write was an mmap'ed region of the file
3617          * we're writing.  Either one is a pretty crazy thing to do,
3618          * so we don't support it 100%.  If this invalidation
3619          * fails, tough, the write still worked...
3620          *
3621          * Most of the time we do not need this since dio_complete() will do
3622          * the invalidation for us. However there are some file systems that
3623          * do not end up with dio_complete() being called, so let's not break
3624          * them by removing it completely.
3625          *
3626          * Noticeable example is a blkdev_direct_IO().
3627          *
3628          * Skip invalidation for async writes or if mapping has no pages.
3629          */
3630         if (written > 0 && mapping->nrpages &&
3631             invalidate_inode_pages2_range(mapping, pos >> PAGE_SHIFT, end))
3632                 dio_warn_stale_pagecache(file);
3633
3634         if (written > 0) {
3635                 pos += written;
3636                 write_len -= written;
3637                 if (pos > i_size_read(inode) && !S_ISBLK(inode->i_mode)) {
3638                         i_size_write(inode, pos);
3639                         mark_inode_dirty(inode);
3640                 }
3641                 iocb->ki_pos = pos;
3642         }
3643         if (written != -EIOCBQUEUED)
3644                 iov_iter_revert(from, write_len - iov_iter_count(from));
3645 out:
3646         return written;
3647 }
3648 EXPORT_SYMBOL(generic_file_direct_write);
3649
3650 ssize_t generic_perform_write(struct file *file,
3651                                 struct iov_iter *i, loff_t pos)
3652 {
3653         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3654         const struct address_space_operations *a_ops = mapping->a_ops;
3655         long status = 0;
3656         ssize_t written = 0;
3657         unsigned int flags = 0;
3658
3659         do {
3660                 struct page *page;
3661                 unsigned long offset;   /* Offset into pagecache page */
3662                 unsigned long bytes;    /* Bytes to write to page */
3663                 size_t copied;          /* Bytes copied from user */
3664                 void *fsdata;
3665
3666                 offset = (pos & (PAGE_SIZE - 1));
3667                 bytes = min_t(unsigned long, PAGE_SIZE - offset,
3668                                                 iov_iter_count(i));
3669
3670 again:
3671                 /*
3672                  * Bring in the user page that we will copy from _first_.
3673                  * Otherwise there's a nasty deadlock on copying from the
3674                  * same page as we're writing to, without it being marked
3675                  * up-to-date.
3676                  */
3677                 if (unlikely(fault_in_iov_iter_readable(i, bytes))) {
3678                         status = -EFAULT;
3679                         break;
3680                 }
3681
3682                 if (fatal_signal_pending(current)) {
3683                         status = -EINTR;
3684                         break;
3685                 }
3686
3687                 status = a_ops->write_begin(file, mapping, pos, bytes, flags,
3688                                                 &page, &fsdata);
3689                 if (unlikely(status < 0))
3690                         break;
3691
3692                 if (mapping_writably_mapped(mapping))
3693                         flush_dcache_page(page);
3694
3695                 copied = copy_page_from_iter_atomic(page, offset, bytes, i);
3696                 flush_dcache_page(page);
3697
3698                 status = a_ops->write_end(file, mapping, pos, bytes, copied,
3699                                                 page, fsdata);
3700                 if (unlikely(status != copied)) {
3701                         iov_iter_revert(i, copied - max(status, 0L));
3702                         if (unlikely(status < 0))
3703                                 break;
3704                 }
3705                 cond_resched();
3706
3707                 if (unlikely(status == 0)) {
3708                         /*
3709                          * A short copy made ->write_end() reject the
3710                          * thing entirely.  Might be memory poisoning
3711                          * halfway through, might be a race with munmap,
3712                          * might be severe memory pressure.
3713                          */
3714                         if (copied)
3715                                 bytes = copied;
3716                         goto again;
3717                 }
3718                 pos += status;
3719                 written += status;
3720
3721                 balance_dirty_pages_ratelimited(mapping);
3722         } while (iov_iter_count(i));
3723
3724         return written ? written : status;
3725 }
3726 EXPORT_SYMBOL(generic_perform_write);
3727
3728 /**
3729  * __generic_file_write_iter - write data to a file
3730  * @iocb:       IO state structure (file, offset, etc.)
3731  * @from:       iov_iter with data to write
3732  *
3733  * This function does all the work needed for actually writing data to a
3734  * file. It does all basic checks, removes SUID from the file, updates
3735  * modification times and calls proper subroutines depending on whether we
3736  * do direct IO or a standard buffered write.
3737  *
3738  * It expects i_rwsem to be grabbed unless we work on a block device or similar
3739  * object which does not need locking at all.
3740  *
3741  * This function does *not* take care of syncing data in case of O_SYNC write.
3742  * A caller has to handle it. This is mainly due to the fact that we want to
3743  * avoid syncing under i_rwsem.
3744  *
3745  * Return:
3746  * * number of bytes written, even for truncated writes
3747  * * negative error code if no data has been written at all
3748  */
3749 ssize_t __generic_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
3750 {
3751         struct file *file = iocb->ki_filp;
3752         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3753         struct inode    *inode = mapping->host;
3754         ssize_t         written = 0;
3755         ssize_t         err;
3756         ssize_t         status;
3757
3758         /* We can write back this queue in page reclaim */
3759         current->backing_dev_info = inode_to_bdi(inode);
3760         err = file_remove_privs(file);
3761         if (err)
3762                 goto out;
3763
3764         err = file_update_time(file);
3765         if (err)
3766                 goto out;
3767
3768         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
3769                 loff_t pos, endbyte;
3770
3771                 written = generic_file_direct_write(iocb, from);
3772                 /*
3773                  * If the write stopped short of completing, fall back to
3774                  * buffered writes.  Some filesystems do this for writes to
3775                  * holes, for example.  For DAX files, a buffered write will
3776                  * not succeed (even if it did, DAX does not handle dirty
3777                  * page-cache pages correctly).
3778                  */
3779                 if (written < 0 || !iov_iter_count(from) || IS_DAX(inode))
3780                         goto out;
3781
3782                 status = generic_perform_write(file, from, pos = iocb->ki_pos);
3783                 /*
3784                  * If generic_perform_write() returned a synchronous error
3785                  * then we want to return the number of bytes which were
3786                  * direct-written, or the error code if that was zero.  Note
3787                  * that this differs from normal direct-io semantics, which
3788                  * will return -EFOO even if some bytes were written.
3789                  */
3790                 if (unlikely(status < 0)) {
3791                         err = status;
3792                         goto out;
3793                 }
3794                 /*
3795                  * We need to ensure that the page cache pages are written to
3796                  * disk and invalidated to preserve the expected O_DIRECT
3797                  * semantics.
3798                  */
3799                 endbyte = pos + status - 1;
3800                 err = filemap_write_and_wait_range(mapping, pos, endbyte);
3801                 if (err == 0) {
3802                         iocb->ki_pos = endbyte + 1;
3803                         written += status;
3804                         invalidate_mapping_pages(mapping,
3805                                                  pos >> PAGE_SHIFT,
3806                                                  endbyte >> PAGE_SHIFT);
3807                 } else {
3808                         /*
3809                          * We don't know how much we wrote, so just return
3810                          * the number of bytes which were direct-written
3811                          */
3812                 }
3813         } else {
3814                 written = generic_perform_write(file, from, iocb->ki_pos);
3815                 if (likely(written > 0))
3816                         iocb->ki_pos += written;
3817         }
3818 out:
3819         current->backing_dev_info = NULL;
3820         return written ? written : err;
3821 }
3822 EXPORT_SYMBOL(__generic_file_write_iter);
3823
3824 /**
3825  * generic_file_write_iter - write data to a file
3826  * @iocb:       IO state structure
3827  * @from:       iov_iter with data to write
3828  *
3829  * This is a wrapper around __generic_file_write_iter() to be used by most
3830  * filesystems. It takes care of syncing the file in case of O_SYNC file
3831  * and acquires i_rwsem as needed.
3832  * Return:
3833  * * negative error code if no data has been written at all of
3834  *   vfs_fsync_range() failed for a synchronous write
3835  * * number of bytes written, even for truncated writes
3836  */
3837 ssize_t generic_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
3838 {
3839         struct file *file = iocb->ki_filp;
3840         struct inode *inode = file->f_mapping->host;
3841         ssize_t ret;
3842
3843         inode_lock(inode);
3844         ret = generic_write_checks(iocb, from);
3845         if (ret > 0)
3846                 ret = __generic_file_write_iter(iocb, from);
3847         inode_unlock(inode);
3848
3849         if (ret > 0)
3850                 ret = generic_write_sync(iocb, ret);
3851         return ret;
3852 }
3853 EXPORT_SYMBOL(generic_file_write_iter);
3854
3855 /**
3856  * filemap_release_folio() - Release fs-specific metadata on a folio.
3857  * @folio: The folio which the kernel is trying to free.
3858  * @gfp: Memory allocation flags (and I/O mode).
3859  *
3860  * The address_space is trying to release any data attached to a folio
3861  * (presumably at folio->private).
3862  *
3863  * This will also be called if the private_2 flag is set on a page,
3864  * indicating that the folio has other metadata associated with it.
3865  *
3866  * The @gfp argument specifies whether I/O may be performed to release
3867  * this page (__GFP_IO), and whether the call may block
3868  * (__GFP_RECLAIM & __GFP_FS).
3869  *
3870  * Return: %true if the release was successful, otherwise %false.
3871  */
3872 bool filemap_release_folio(struct folio *folio, gfp_t gfp)
3873 {
3874         struct address_space * const mapping = folio->mapping;
3875
3876         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
3877         if (folio_test_writeback(folio))
3878                 return false;
3879
3880         if (mapping && mapping->a_ops->releasepage)
3881                 return mapping->a_ops->releasepage(&folio->page, gfp);
3882         return try_to_free_buffers(&folio->page);
3883 }
3884 EXPORT_SYMBOL(filemap_release_folio);