drm/xe: Restrict huge PTEs to 1GiB
[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/swapops.h>
25 #include <linux/syscalls.h>
26 #include <linux/mman.h>
27 #include <linux/pagemap.h>
28 #include <linux/file.h>
29 #include <linux/uio.h>
30 #include <linux/error-injection.h>
31 #include <linux/hash.h>
32 #include <linux/writeback.h>
33 #include <linux/backing-dev.h>
34 #include <linux/pagevec.h>
35 #include <linux/security.h>
36 #include <linux/cpuset.h>
37 #include <linux/hugetlb.h>
38 #include <linux/memcontrol.h>
39 #include <linux/shmem_fs.h>
40 #include <linux/rmap.h>
41 #include <linux/delayacct.h>
42 #include <linux/psi.h>
43 #include <linux/ramfs.h>
44 #include <linux/page_idle.h>
45 #include <linux/migrate.h>
46 #include <linux/pipe_fs_i.h>
47 #include <linux/splice.h>
48 #include <asm/pgalloc.h>
49 #include <asm/tlbflush.h>
50 #include "internal.h"
51
52 #define CREATE_TRACE_POINTS
53 #include <trace/events/filemap.h>
54
55 /*
56  * FIXME: remove all knowledge of the buffer layer from the core VM
57  */
58 #include <linux/buffer_head.h> /* for try_to_free_buffers */
59
60 #include <asm/mman.h>
61
62 #include "swap.h"
63
64 /*
65  * Shared mappings implemented 30.11.1994. It's not fully working yet,
66  * though.
67  *
68  * Shared mappings now work. 15.8.1995  Bruno.
69  *
70  * finished 'unifying' the page and buffer cache and SMP-threaded the
71  * page-cache, 21.05.1999, Ingo Molnar <mingo@redhat.com>
72  *
73  * SMP-threaded pagemap-LRU 1999, Andrea Arcangeli <andrea@suse.de>
74  */
75
76 /*
77  * Lock ordering:
78  *
79  *  ->i_mmap_rwsem              (truncate_pagecache)
80  *    ->private_lock            (__free_pte->block_dirty_folio)
81  *      ->swap_lock             (exclusive_swap_page, others)
82  *        ->i_pages lock
83  *
84  *  ->i_rwsem
85  *    ->invalidate_lock         (acquired by fs in truncate path)
86  *      ->i_mmap_rwsem          (truncate->unmap_mapping_range)
87  *
88  *  ->mmap_lock
89  *    ->i_mmap_rwsem
90  *      ->page_table_lock or pte_lock   (various, mainly in memory.c)
91  *        ->i_pages lock        (arch-dependent flush_dcache_mmap_lock)
92  *
93  *  ->mmap_lock
94  *    ->invalidate_lock         (filemap_fault)
95  *      ->lock_page             (filemap_fault, access_process_vm)
96  *
97  *  ->i_rwsem                   (generic_perform_write)
98  *    ->mmap_lock               (fault_in_readable->do_page_fault)
99  *
100  *  bdi->wb.list_lock
101  *    sb_lock                   (fs/fs-writeback.c)
102  *    ->i_pages lock            (__sync_single_inode)
103  *
104  *  ->i_mmap_rwsem
105  *    ->anon_vma.lock           (vma_merge)
106  *
107  *  ->anon_vma.lock
108  *    ->page_table_lock or pte_lock     (anon_vma_prepare and various)
109  *
110  *  ->page_table_lock or pte_lock
111  *    ->swap_lock               (try_to_unmap_one)
112  *    ->private_lock            (try_to_unmap_one)
113  *    ->i_pages lock            (try_to_unmap_one)
114  *    ->lruvec->lru_lock        (follow_page->mark_page_accessed)
115  *    ->lruvec->lru_lock        (check_pte_range->isolate_lru_page)
116  *    ->private_lock            (page_remove_rmap->set_page_dirty)
117  *    ->i_pages lock            (page_remove_rmap->set_page_dirty)
118  *    bdi.wb->list_lock         (page_remove_rmap->set_page_dirty)
119  *    ->inode->i_lock           (page_remove_rmap->set_page_dirty)
120  *    ->memcg->move_lock        (page_remove_rmap->folio_memcg_lock)
121  *    bdi.wb->list_lock         (zap_pte_range->set_page_dirty)
122  *    ->inode->i_lock           (zap_pte_range->set_page_dirty)
123  *    ->private_lock            (zap_pte_range->block_dirty_folio)
124  */
125
126 static void page_cache_delete(struct address_space *mapping,
127                                    struct folio *folio, void *shadow)
128 {
129         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, folio->index);
130         long nr = 1;
131
132         mapping_set_update(&xas, mapping);
133
134         xas_set_order(&xas, folio->index, folio_order(folio));
135         nr = folio_nr_pages(folio);
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         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_mapped(folio), folio);
153         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM) && unlikely(folio_mapped(folio))) {
154                 pr_alert("BUG: Bad page cache in process %s  pfn:%05lx\n",
155                          current->comm, folio_pfn(folio));
156                 dump_page(&folio->page, "still mapped when deleted");
157                 dump_stack();
158                 add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
159
160                 if (mapping_exiting(mapping) && !folio_test_large(folio)) {
161                         int mapcount = page_mapcount(&folio->page);
162
163                         if (folio_ref_count(folio) >= mapcount + 2) {
164                                 /*
165                                  * All vmas have already been torn down, so it's
166                                  * a good bet that actually the page is unmapped
167                                  * and we'd rather not leak it: if we're wrong,
168                                  * another bad page check should catch it later.
169                                  */
170                                 page_mapcount_reset(&folio->page);
171                                 folio_ref_sub(folio, mapcount);
172                         }
173                 }
174         }
175
176         /* hugetlb folios do not participate in page cache accounting. */
177         if (folio_test_hugetlb(folio))
178                 return;
179
180         nr = folio_nr_pages(folio);
181
182         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_PAGES, -nr);
183         if (folio_test_swapbacked(folio)) {
184                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_SHMEM, -nr);
185                 if (folio_test_pmd_mappable(folio))
186                         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_SHMEM_THPS, -nr);
187         } else if (folio_test_pmd_mappable(folio)) {
188                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_THPS, -nr);
189                 filemap_nr_thps_dec(mapping);
190         }
191
192         /*
193          * At this point folio must be either written or cleaned by
194          * truncate.  Dirty folio here signals a bug and loss of
195          * unwritten data - on ordinary filesystems.
196          *
197          * But it's harmless on in-memory filesystems like tmpfs; and can
198          * occur when a driver which did get_user_pages() sets page dirty
199          * before putting it, while the inode is being finally evicted.
200          *
201          * Below fixes dirty accounting after removing the folio entirely
202          * but leaves the dirty flag set: it has no effect for truncated
203          * folio and anyway will be cleared before returning folio to
204          * buddy allocator.
205          */
206         if (WARN_ON_ONCE(folio_test_dirty(folio) &&
207                          mapping_can_writeback(mapping)))
208                 folio_account_cleaned(folio, inode_to_wb(mapping->host));
209 }
210
211 /*
212  * Delete a page from the page cache and free it. Caller has to make
213  * sure the page is locked and that nobody else uses it - or that usage
214  * is safe.  The caller must hold the i_pages lock.
215  */
216 void __filemap_remove_folio(struct folio *folio, void *shadow)
217 {
218         struct address_space *mapping = folio->mapping;
219
220         trace_mm_filemap_delete_from_page_cache(folio);
221         filemap_unaccount_folio(mapping, folio);
222         page_cache_delete(mapping, folio, shadow);
223 }
224
225 void filemap_free_folio(struct address_space *mapping, struct folio *folio)
226 {
227         void (*free_folio)(struct folio *);
228         int refs = 1;
229
230         free_folio = mapping->a_ops->free_folio;
231         if (free_folio)
232                 free_folio(folio);
233
234         if (folio_test_large(folio))
235                 refs = folio_nr_pages(folio);
236         folio_put_refs(folio, refs);
237 }
238
239 /**
240  * filemap_remove_folio - Remove folio from page cache.
241  * @folio: The folio.
242  *
243  * This must be called only on folios that are locked and have been
244  * verified to be in the page cache.  It will never put the folio into
245  * the free list because the caller has a reference on the page.
246  */
247 void filemap_remove_folio(struct folio *folio)
248 {
249         struct address_space *mapping = folio->mapping;
250
251         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
252         spin_lock(&mapping->host->i_lock);
253         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
254         __filemap_remove_folio(folio, NULL);
255         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
256         if (mapping_shrinkable(mapping))
257                 inode_add_lru(mapping->host);
258         spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
259
260         filemap_free_folio(mapping, folio);
261 }
262
263 /*
264  * page_cache_delete_batch - delete several folios from page cache
265  * @mapping: the mapping to which folios belong
266  * @fbatch: batch of folios to delete
267  *
268  * The function walks over mapping->i_pages and removes folios passed in
269  * @fbatch from the mapping. The function expects @fbatch to be sorted
270  * by page index and is optimised for it to be dense.
271  * It tolerates holes in @fbatch (mapping entries at those indices are not
272  * modified).
273  *
274  * The function expects the i_pages lock to be held.
275  */
276 static void page_cache_delete_batch(struct address_space *mapping,
277                              struct folio_batch *fbatch)
278 {
279         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, fbatch->folios[0]->index);
280         long total_pages = 0;
281         int i = 0;
282         struct folio *folio;
283
284         mapping_set_update(&xas, mapping);
285         xas_for_each(&xas, folio, ULONG_MAX) {
286                 if (i >= folio_batch_count(fbatch))
287                         break;
288
289                 /* A swap/dax/shadow entry got inserted? Skip it. */
290                 if (xa_is_value(folio))
291                         continue;
292                 /*
293                  * A page got inserted in our range? Skip it. We have our
294                  * pages locked so they are protected from being removed.
295                  * If we see a page whose index is higher than ours, it
296                  * means our page has been removed, which shouldn't be
297                  * possible because we're holding the PageLock.
298                  */
299                 if (folio != fbatch->folios[i]) {
300                         VM_BUG_ON_FOLIO(folio->index >
301                                         fbatch->folios[i]->index, folio);
302                         continue;
303                 }
304
305                 WARN_ON_ONCE(!folio_test_locked(folio));
306
307                 folio->mapping = NULL;
308                 /* Leave folio->index set: truncation lookup relies on it */
309
310                 i++;
311                 xas_store(&xas, NULL);
312                 total_pages += folio_nr_pages(folio);
313         }
314         mapping->nrpages -= total_pages;
315 }
316
317 void delete_from_page_cache_batch(struct address_space *mapping,
318                                   struct folio_batch *fbatch)
319 {
320         int i;
321
322         if (!folio_batch_count(fbatch))
323                 return;
324
325         spin_lock(&mapping->host->i_lock);
326         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
327         for (i = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++) {
328                 struct folio *folio = fbatch->folios[i];
329
330                 trace_mm_filemap_delete_from_page_cache(folio);
331                 filemap_unaccount_folio(mapping, folio);
332         }
333         page_cache_delete_batch(mapping, fbatch);
334         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
335         if (mapping_shrinkable(mapping))
336                 inode_add_lru(mapping->host);
337         spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
338
339         for (i = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++)
340                 filemap_free_folio(mapping, fbatch->folios[i]);
341 }
342
343 int filemap_check_errors(struct address_space *mapping)
344 {
345         int ret = 0;
346         /* Check for outstanding write errors */
347         if (test_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags) &&
348             test_and_clear_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags))
349                 ret = -ENOSPC;
350         if (test_bit(AS_EIO, &mapping->flags) &&
351             test_and_clear_bit(AS_EIO, &mapping->flags))
352                 ret = -EIO;
353         return ret;
354 }
355 EXPORT_SYMBOL(filemap_check_errors);
356
357 static int filemap_check_and_keep_errors(struct address_space *mapping)
358 {
359         /* Check for outstanding write errors */
360         if (test_bit(AS_EIO, &mapping->flags))
361                 return -EIO;
362         if (test_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags))
363                 return -ENOSPC;
364         return 0;
365 }
366
367 /**
368  * filemap_fdatawrite_wbc - start writeback on mapping dirty pages in range
369  * @mapping:    address space structure to write
370  * @wbc:        the writeback_control controlling the writeout
371  *
372  * Call writepages on the mapping using the provided wbc to control the
373  * writeout.
374  *
375  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
376  */
377 int filemap_fdatawrite_wbc(struct address_space *mapping,
378                            struct writeback_control *wbc)
379 {
380         int ret;
381
382         if (!mapping_can_writeback(mapping) ||
383             !mapping_tagged(mapping, PAGECACHE_TAG_DIRTY))
384                 return 0;
385
386         wbc_attach_fdatawrite_inode(wbc, mapping->host);
387         ret = do_writepages(mapping, wbc);
388         wbc_detach_inode(wbc);
389         return ret;
390 }
391 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite_wbc);
392
393 /**
394  * __filemap_fdatawrite_range - start writeback on mapping dirty pages in range
395  * @mapping:    address space structure to write
396  * @start:      offset in bytes where the range starts
397  * @end:        offset in bytes where the range ends (inclusive)
398  * @sync_mode:  enable synchronous operation
399  *
400  * Start writeback against all of a mapping's dirty pages that lie
401  * within the byte offsets <start, end> inclusive.
402  *
403  * If sync_mode is WB_SYNC_ALL then this is a "data integrity" operation, as
404  * opposed to a regular memory cleansing writeback.  The difference between
405  * these two operations is that if a dirty page/buffer is encountered, it must
406  * be waited upon, and not just skipped over.
407  *
408  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
409  */
410 int __filemap_fdatawrite_range(struct address_space *mapping, loff_t start,
411                                 loff_t end, int sync_mode)
412 {
413         struct writeback_control wbc = {
414                 .sync_mode = sync_mode,
415                 .nr_to_write = LONG_MAX,
416                 .range_start = start,
417                 .range_end = end,
418         };
419
420         return filemap_fdatawrite_wbc(mapping, &wbc);
421 }
422
423 static inline int __filemap_fdatawrite(struct address_space *mapping,
424         int sync_mode)
425 {
426         return __filemap_fdatawrite_range(mapping, 0, LLONG_MAX, sync_mode);
427 }
428
429 int filemap_fdatawrite(struct address_space *mapping)
430 {
431         return __filemap_fdatawrite(mapping, WB_SYNC_ALL);
432 }
433 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite);
434
435 int filemap_fdatawrite_range(struct address_space *mapping, loff_t start,
436                                 loff_t end)
437 {
438         return __filemap_fdatawrite_range(mapping, start, end, WB_SYNC_ALL);
439 }
440 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite_range);
441
442 /**
443  * filemap_flush - mostly a non-blocking flush
444  * @mapping:    target address_space
445  *
446  * This is a mostly non-blocking flush.  Not suitable for data-integrity
447  * purposes - I/O may not be started against all dirty pages.
448  *
449  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
450  */
451 int filemap_flush(struct address_space *mapping)
452 {
453         return __filemap_fdatawrite(mapping, WB_SYNC_NONE);
454 }
455 EXPORT_SYMBOL(filemap_flush);
456
457 /**
458  * filemap_range_has_page - check if a page exists in range.
459  * @mapping:           address space within which to check
460  * @start_byte:        offset in bytes where the range starts
461  * @end_byte:          offset in bytes where the range ends (inclusive)
462  *
463  * Find at least one page in the range supplied, usually used to check if
464  * direct writing in this range will trigger a writeback.
465  *
466  * Return: %true if at least one page exists in the specified range,
467  * %false otherwise.
468  */
469 bool filemap_range_has_page(struct address_space *mapping,
470                            loff_t start_byte, loff_t end_byte)
471 {
472         struct folio *folio;
473         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_byte >> PAGE_SHIFT);
474         pgoff_t max = end_byte >> PAGE_SHIFT;
475
476         if (end_byte < start_byte)
477                 return false;
478
479         rcu_read_lock();
480         for (;;) {
481                 folio = xas_find(&xas, max);
482                 if (xas_retry(&xas, folio))
483                         continue;
484                 /* Shadow entries don't count */
485                 if (xa_is_value(folio))
486                         continue;
487                 /*
488                  * We don't need to try to pin this page; we're about to
489                  * release the RCU lock anyway.  It is enough to know that
490                  * there was a page here recently.
491                  */
492                 break;
493         }
494         rcu_read_unlock();
495
496         return folio != NULL;
497 }
498 EXPORT_SYMBOL(filemap_range_has_page);
499
500 static void __filemap_fdatawait_range(struct address_space *mapping,
501                                      loff_t start_byte, loff_t end_byte)
502 {
503         pgoff_t index = start_byte >> PAGE_SHIFT;
504         pgoff_t end = end_byte >> PAGE_SHIFT;
505         struct folio_batch fbatch;
506         unsigned nr_folios;
507
508         folio_batch_init(&fbatch);
509
510         while (index <= end) {
511                 unsigned i;
512
513                 nr_folios = filemap_get_folios_tag(mapping, &index, end,
514                                 PAGECACHE_TAG_WRITEBACK, &fbatch);
515
516                 if (!nr_folios)
517                         break;
518
519                 for (i = 0; i < nr_folios; i++) {
520                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
521
522                         folio_wait_writeback(folio);
523                         folio_clear_error(folio);
524                 }
525                 folio_batch_release(&fbatch);
526                 cond_resched();
527         }
528 }
529
530 /**
531  * filemap_fdatawait_range - wait for writeback to complete
532  * @mapping:            address space structure to wait for
533  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
534  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
535  *
536  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space
537  * in the given range and wait for all of them.  Check error status of
538  * the address space and return it.
539  *
540  * Since the error status of the address space is cleared by this function,
541  * callers are responsible for checking the return value and handling and/or
542  * reporting the error.
543  *
544  * Return: error status of the address space.
545  */
546 int filemap_fdatawait_range(struct address_space *mapping, loff_t start_byte,
547                             loff_t end_byte)
548 {
549         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
550         return filemap_check_errors(mapping);
551 }
552 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_range);
553
554 /**
555  * filemap_fdatawait_range_keep_errors - wait for writeback to complete
556  * @mapping:            address space structure to wait for
557  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
558  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
559  *
560  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space in the
561  * given range and wait for all of them.  Unlike filemap_fdatawait_range(),
562  * this function does not clear error status of the address space.
563  *
564  * Use this function if callers don't handle errors themselves.  Expected
565  * call sites are system-wide / filesystem-wide data flushers: e.g. sync(2),
566  * fsfreeze(8)
567  */
568 int filemap_fdatawait_range_keep_errors(struct address_space *mapping,
569                 loff_t start_byte, loff_t end_byte)
570 {
571         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
572         return filemap_check_and_keep_errors(mapping);
573 }
574 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_range_keep_errors);
575
576 /**
577  * file_fdatawait_range - wait for writeback to complete
578  * @file:               file pointing to address space structure to wait for
579  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
580  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
581  *
582  * Walk the list of under-writeback pages of the address space that file
583  * refers to, in the given range and wait for all of them.  Check error
584  * status of the address space vs. the file->f_wb_err cursor and return it.
585  *
586  * Since the error status of the file is advanced by this function,
587  * callers are responsible for checking the return value and handling and/or
588  * reporting the error.
589  *
590  * Return: error status of the address space vs. the file->f_wb_err cursor.
591  */
592 int file_fdatawait_range(struct file *file, loff_t start_byte, loff_t end_byte)
593 {
594         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
595
596         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
597         return file_check_and_advance_wb_err(file);
598 }
599 EXPORT_SYMBOL(file_fdatawait_range);
600
601 /**
602  * filemap_fdatawait_keep_errors - wait for writeback without clearing errors
603  * @mapping: address space structure to wait for
604  *
605  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space
606  * and wait for all of them.  Unlike filemap_fdatawait(), this function
607  * does not clear error status of the address space.
608  *
609  * Use this function if callers don't handle errors themselves.  Expected
610  * call sites are system-wide / filesystem-wide data flushers: e.g. sync(2),
611  * fsfreeze(8)
612  *
613  * Return: error status of the address space.
614  */
615 int filemap_fdatawait_keep_errors(struct address_space *mapping)
616 {
617         __filemap_fdatawait_range(mapping, 0, LLONG_MAX);
618         return filemap_check_and_keep_errors(mapping);
619 }
620 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_keep_errors);
621
622 /* Returns true if writeback might be needed or already in progress. */
623 static bool mapping_needs_writeback(struct address_space *mapping)
624 {
625         return mapping->nrpages;
626 }
627
628 bool filemap_range_has_writeback(struct address_space *mapping,
629                                  loff_t start_byte, loff_t end_byte)
630 {
631         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_byte >> PAGE_SHIFT);
632         pgoff_t max = end_byte >> PAGE_SHIFT;
633         struct folio *folio;
634
635         if (end_byte < start_byte)
636                 return false;
637
638         rcu_read_lock();
639         xas_for_each(&xas, folio, max) {
640                 if (xas_retry(&xas, folio))
641                         continue;
642                 if (xa_is_value(folio))
643                         continue;
644                 if (folio_test_dirty(folio) || folio_test_locked(folio) ||
645                                 folio_test_writeback(folio))
646                         break;
647         }
648         rcu_read_unlock();
649         return folio != NULL;
650 }
651 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_range_has_writeback);
652
653 /**
654  * filemap_write_and_wait_range - write out & wait on a file range
655  * @mapping:    the address_space for the pages
656  * @lstart:     offset in bytes where the range starts
657  * @lend:       offset in bytes where the range ends (inclusive)
658  *
659  * Write out and wait upon file offsets lstart->lend, inclusive.
660  *
661  * Note that @lend is inclusive (describes the last byte to be written) so
662  * that this function can be used to write to the very end-of-file (end = -1).
663  *
664  * Return: error status of the address space.
665  */
666 int filemap_write_and_wait_range(struct address_space *mapping,
667                                  loff_t lstart, loff_t lend)
668 {
669         int err = 0, err2;
670
671         if (lend < lstart)
672                 return 0;
673
674         if (mapping_needs_writeback(mapping)) {
675                 err = __filemap_fdatawrite_range(mapping, lstart, lend,
676                                                  WB_SYNC_ALL);
677                 /*
678                  * Even if the above returned error, the pages may be
679                  * written partially (e.g. -ENOSPC), so we wait for it.
680                  * But the -EIO is special case, it may indicate the worst
681                  * thing (e.g. bug) happened, so we avoid waiting for it.
682                  */
683                 if (err != -EIO)
684                         __filemap_fdatawait_range(mapping, lstart, lend);
685         }
686         err2 = filemap_check_errors(mapping);
687         if (!err)
688                 err = err2;
689         return err;
690 }
691 EXPORT_SYMBOL(filemap_write_and_wait_range);
692
693 void __filemap_set_wb_err(struct address_space *mapping, int err)
694 {
695         errseq_t eseq = errseq_set(&mapping->wb_err, err);
696
697         trace_filemap_set_wb_err(mapping, eseq);
698 }
699 EXPORT_SYMBOL(__filemap_set_wb_err);
700
701 /**
702  * file_check_and_advance_wb_err - report wb error (if any) that was previously
703  *                                 and advance wb_err to current one
704  * @file: struct file on which the error is being reported
705  *
706  * When userland calls fsync (or something like nfsd does the equivalent), we
707  * want to report any writeback errors that occurred since the last fsync (or
708  * since the file was opened if there haven't been any).
709  *
710  * Grab the wb_err from the mapping. If it matches what we have in the file,
711  * then just quickly return 0. The file is all caught up.
712  *
713  * If it doesn't match, then take the mapping value, set the "seen" flag in
714  * it and try to swap it into place. If it works, or another task beat us
715  * to it with the new value, then update the f_wb_err and return the error
716  * portion. The error at this point must be reported via proper channels
717  * (a'la fsync, or NFS COMMIT operation, etc.).
718  *
719  * While we handle mapping->wb_err with atomic operations, the f_wb_err
720  * value is protected by the f_lock since we must ensure that it reflects
721  * the latest value swapped in for this file descriptor.
722  *
723  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
724  */
725 int file_check_and_advance_wb_err(struct file *file)
726 {
727         int err = 0;
728         errseq_t old = READ_ONCE(file->f_wb_err);
729         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
730
731         /* Locklessly handle the common case where nothing has changed */
732         if (errseq_check(&mapping->wb_err, old)) {
733                 /* Something changed, must use slow path */
734                 spin_lock(&file->f_lock);
735                 old = file->f_wb_err;
736                 err = errseq_check_and_advance(&mapping->wb_err,
737                                                 &file->f_wb_err);
738                 trace_file_check_and_advance_wb_err(file, old);
739                 spin_unlock(&file->f_lock);
740         }
741
742         /*
743          * We're mostly using this function as a drop in replacement for
744          * filemap_check_errors. Clear AS_EIO/AS_ENOSPC to emulate the effect
745          * that the legacy code would have had on these flags.
746          */
747         clear_bit(AS_EIO, &mapping->flags);
748         clear_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags);
749         return err;
750 }
751 EXPORT_SYMBOL(file_check_and_advance_wb_err);
752
753 /**
754  * file_write_and_wait_range - write out & wait on a file range
755  * @file:       file pointing to address_space with pages
756  * @lstart:     offset in bytes where the range starts
757  * @lend:       offset in bytes where the range ends (inclusive)
758  *
759  * Write out and wait upon file offsets lstart->lend, inclusive.
760  *
761  * Note that @lend is inclusive (describes the last byte to be written) so
762  * that this function can be used to write to the very end-of-file (end = -1).
763  *
764  * After writing out and waiting on the data, we check and advance the
765  * f_wb_err cursor to the latest value, and return any errors detected there.
766  *
767  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
768  */
769 int file_write_and_wait_range(struct file *file, loff_t lstart, loff_t lend)
770 {
771         int err = 0, err2;
772         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
773
774         if (lend < lstart)
775                 return 0;
776
777         if (mapping_needs_writeback(mapping)) {
778                 err = __filemap_fdatawrite_range(mapping, lstart, lend,
779                                                  WB_SYNC_ALL);
780                 /* See comment of filemap_write_and_wait() */
781                 if (err != -EIO)
782                         __filemap_fdatawait_range(mapping, lstart, lend);
783         }
784         err2 = file_check_and_advance_wb_err(file);
785         if (!err)
786                 err = err2;
787         return err;
788 }
789 EXPORT_SYMBOL(file_write_and_wait_range);
790
791 /**
792  * replace_page_cache_folio - replace a pagecache folio with a new one
793  * @old:        folio to be replaced
794  * @new:        folio to replace with
795  *
796  * This function replaces a folio in the pagecache with a new one.  On
797  * success it acquires the pagecache reference for the new folio and
798  * drops it for the old folio.  Both the old and new folios must be
799  * locked.  This function does not add the new folio to the LRU, the
800  * caller must do that.
801  *
802  * The remove + add is atomic.  This function cannot fail.
803  */
804 void replace_page_cache_folio(struct folio *old, struct folio *new)
805 {
806         struct address_space *mapping = old->mapping;
807         void (*free_folio)(struct folio *) = mapping->a_ops->free_folio;
808         pgoff_t offset = old->index;
809         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, offset);
810
811         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(old), old);
812         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(new), new);
813         VM_BUG_ON_FOLIO(new->mapping, new);
814
815         folio_get(new);
816         new->mapping = mapping;
817         new->index = offset;
818
819         mem_cgroup_replace_folio(old, new);
820
821         xas_lock_irq(&xas);
822         xas_store(&xas, new);
823
824         old->mapping = NULL;
825         /* hugetlb pages do not participate in page cache accounting. */
826         if (!folio_test_hugetlb(old))
827                 __lruvec_stat_sub_folio(old, NR_FILE_PAGES);
828         if (!folio_test_hugetlb(new))
829                 __lruvec_stat_add_folio(new, NR_FILE_PAGES);
830         if (folio_test_swapbacked(old))
831                 __lruvec_stat_sub_folio(old, NR_SHMEM);
832         if (folio_test_swapbacked(new))
833                 __lruvec_stat_add_folio(new, NR_SHMEM);
834         xas_unlock_irq(&xas);
835         if (free_folio)
836                 free_folio(old);
837         folio_put(old);
838 }
839 EXPORT_SYMBOL_GPL(replace_page_cache_folio);
840
841 noinline int __filemap_add_folio(struct address_space *mapping,
842                 struct folio *folio, pgoff_t index, gfp_t gfp, void **shadowp)
843 {
844         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
845         int huge = folio_test_hugetlb(folio);
846         bool charged = false;
847         long nr = 1;
848
849         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
850         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_swapbacked(folio), folio);
851         mapping_set_update(&xas, mapping);
852
853         if (!huge) {
854                 int error = mem_cgroup_charge(folio, NULL, gfp);
855                 if (error)
856                         return error;
857                 charged = true;
858         }
859
860         VM_BUG_ON_FOLIO(index & (folio_nr_pages(folio) - 1), folio);
861         xas_set_order(&xas, index, folio_order(folio));
862         nr = folio_nr_pages(folio);
863
864         gfp &= GFP_RECLAIM_MASK;
865         folio_ref_add(folio, nr);
866         folio->mapping = mapping;
867         folio->index = xas.xa_index;
868
869         do {
870                 unsigned int order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
871                 void *entry, *old = NULL;
872
873                 if (order > folio_order(folio))
874                         xas_split_alloc(&xas, xa_load(xas.xa, xas.xa_index),
875                                         order, gfp);
876                 xas_lock_irq(&xas);
877                 xas_for_each_conflict(&xas, entry) {
878                         old = entry;
879                         if (!xa_is_value(entry)) {
880                                 xas_set_err(&xas, -EEXIST);
881                                 goto unlock;
882                         }
883                 }
884
885                 if (old) {
886                         if (shadowp)
887                                 *shadowp = old;
888                         /* entry may have been split before we acquired lock */
889                         order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
890                         if (order > folio_order(folio)) {
891                                 /* How to handle large swap entries? */
892                                 BUG_ON(shmem_mapping(mapping));
893                                 xas_split(&xas, old, order);
894                                 xas_reset(&xas);
895                         }
896                 }
897
898                 xas_store(&xas, folio);
899                 if (xas_error(&xas))
900                         goto unlock;
901
902                 mapping->nrpages += nr;
903
904                 /* hugetlb pages do not participate in page cache accounting */
905                 if (!huge) {
906                         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_PAGES, nr);
907                         if (folio_test_pmd_mappable(folio))
908                                 __lruvec_stat_mod_folio(folio,
909                                                 NR_FILE_THPS, nr);
910                 }
911 unlock:
912                 xas_unlock_irq(&xas);
913         } while (xas_nomem(&xas, gfp));
914
915         if (xas_error(&xas))
916                 goto error;
917
918         trace_mm_filemap_add_to_page_cache(folio);
919         return 0;
920 error:
921         if (charged)
922                 mem_cgroup_uncharge(folio);
923         folio->mapping = NULL;
924         /* Leave page->index set: truncation relies upon it */
925         folio_put_refs(folio, nr);
926         return xas_error(&xas);
927 }
928 ALLOW_ERROR_INJECTION(__filemap_add_folio, ERRNO);
929
930 int filemap_add_folio(struct address_space *mapping, struct folio *folio,
931                                 pgoff_t index, gfp_t gfp)
932 {
933         void *shadow = NULL;
934         int ret;
935
936         __folio_set_locked(folio);
937         ret = __filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp, &shadow);
938         if (unlikely(ret))
939                 __folio_clear_locked(folio);
940         else {
941                 /*
942                  * The folio might have been evicted from cache only
943                  * recently, in which case it should be activated like
944                  * any other repeatedly accessed folio.
945                  * The exception is folios getting rewritten; evicting other
946                  * data from the working set, only to cache data that will
947                  * get overwritten with something else, is a waste of memory.
948                  */
949                 WARN_ON_ONCE(folio_test_active(folio));
950                 if (!(gfp & __GFP_WRITE) && shadow)
951                         workingset_refault(folio, shadow);
952                 folio_add_lru(folio);
953         }
954         return ret;
955 }
956 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_add_folio);
957
958 #ifdef CONFIG_NUMA
959 struct folio *filemap_alloc_folio(gfp_t gfp, unsigned int order)
960 {
961         int n;
962         struct folio *folio;
963
964         if (cpuset_do_page_mem_spread()) {
965                 unsigned int cpuset_mems_cookie;
966                 do {
967                         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
968                         n = cpuset_mem_spread_node();
969                         folio = __folio_alloc_node(gfp, order, n);
970                 } while (!folio && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
971
972                 return folio;
973         }
974         return folio_alloc(gfp, order);
975 }
976 EXPORT_SYMBOL(filemap_alloc_folio);
977 #endif
978
979 /*
980  * filemap_invalidate_lock_two - lock invalidate_lock for two mappings
981  *
982  * Lock exclusively invalidate_lock of any passed mapping that is not NULL.
983  *
984  * @mapping1: the first mapping to lock
985  * @mapping2: the second mapping to lock
986  */
987 void filemap_invalidate_lock_two(struct address_space *mapping1,
988                                  struct address_space *mapping2)
989 {
990         if (mapping1 > mapping2)
991                 swap(mapping1, mapping2);
992         if (mapping1)
993                 down_write(&mapping1->invalidate_lock);
994         if (mapping2 && mapping1 != mapping2)
995                 down_write_nested(&mapping2->invalidate_lock, 1);
996 }
997 EXPORT_SYMBOL(filemap_invalidate_lock_two);
998
999 /*
1000  * filemap_invalidate_unlock_two - unlock invalidate_lock for two mappings
1001  *
1002  * Unlock exclusive invalidate_lock of any passed mapping that is not NULL.
1003  *
1004  * @mapping1: the first mapping to unlock
1005  * @mapping2: the second mapping to unlock
1006  */
1007 void filemap_invalidate_unlock_two(struct address_space *mapping1,
1008                                    struct address_space *mapping2)
1009 {
1010         if (mapping1)
1011                 up_write(&mapping1->invalidate_lock);
1012         if (mapping2 && mapping1 != mapping2)
1013                 up_write(&mapping2->invalidate_lock);
1014 }
1015 EXPORT_SYMBOL(filemap_invalidate_unlock_two);
1016
1017 /*
1018  * In order to wait for pages to become available there must be
1019  * waitqueues associated with pages. By using a hash table of
1020  * waitqueues where the bucket discipline is to maintain all
1021  * waiters on the same queue and wake all when any of the pages
1022  * become available, and for the woken contexts to check to be
1023  * sure the appropriate page became available, this saves space
1024  * at a cost of "thundering herd" phenomena during rare hash
1025  * collisions.
1026  */
1027 #define PAGE_WAIT_TABLE_BITS 8
1028 #define PAGE_WAIT_TABLE_SIZE (1 << PAGE_WAIT_TABLE_BITS)
1029 static wait_queue_head_t folio_wait_table[PAGE_WAIT_TABLE_SIZE] __cacheline_aligned;
1030
1031 static wait_queue_head_t *folio_waitqueue(struct folio *folio)
1032 {
1033         return &folio_wait_table[hash_ptr(folio, PAGE_WAIT_TABLE_BITS)];
1034 }
1035
1036 void __init pagecache_init(void)
1037 {
1038         int i;
1039
1040         for (i = 0; i < PAGE_WAIT_TABLE_SIZE; i++)
1041                 init_waitqueue_head(&folio_wait_table[i]);
1042
1043         page_writeback_init();
1044 }
1045
1046 /*
1047  * The page wait code treats the "wait->flags" somewhat unusually, because
1048  * we have multiple different kinds of waits, not just the usual "exclusive"
1049  * one.
1050  *
1051  * We have:
1052  *
1053  *  (a) no special bits set:
1054  *
1055  *      We're just waiting for the bit to be released, and when a waker
1056  *      calls the wakeup function, we set WQ_FLAG_WOKEN and wake it up,
1057  *      and remove it from the wait queue.
1058  *
1059  *      Simple and straightforward.
1060  *
1061  *  (b) WQ_FLAG_EXCLUSIVE:
1062  *
1063  *      The waiter is waiting to get the lock, and only one waiter should
1064  *      be woken up to avoid any thundering herd behavior. We'll set the
1065  *      WQ_FLAG_WOKEN bit, wake it up, and remove it from the wait queue.
1066  *
1067  *      This is the traditional exclusive wait.
1068  *
1069  *  (c) WQ_FLAG_EXCLUSIVE | WQ_FLAG_CUSTOM:
1070  *
1071  *      The waiter is waiting to get the bit, and additionally wants the
1072  *      lock to be transferred to it for fair lock behavior. If the lock
1073  *      cannot be taken, we stop walking the wait queue without waking
1074  *      the waiter.
1075  *
1076  *      This is the "fair lock handoff" case, and in addition to setting
1077  *      WQ_FLAG_WOKEN, we set WQ_FLAG_DONE to let the waiter easily see
1078  *      that it now has the lock.
1079  */
1080 static int wake_page_function(wait_queue_entry_t *wait, unsigned mode, int sync, void *arg)
1081 {
1082         unsigned int flags;
1083         struct wait_page_key *key = arg;
1084         struct wait_page_queue *wait_page
1085                 = container_of(wait, struct wait_page_queue, wait);
1086
1087         if (!wake_page_match(wait_page, key))
1088                 return 0;
1089
1090         /*
1091          * If it's a lock handoff wait, we get the bit for it, and
1092          * stop walking (and do not wake it up) if we can't.
1093          */
1094         flags = wait->flags;
1095         if (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) {
1096                 if (test_bit(key->bit_nr, &key->folio->flags))
1097                         return -1;
1098                 if (flags & WQ_FLAG_CUSTOM) {
1099                         if (test_and_set_bit(key->bit_nr, &key->folio->flags))
1100                                 return -1;
1101                         flags |= WQ_FLAG_DONE;
1102                 }
1103         }
1104
1105         /*
1106          * We are holding the wait-queue lock, but the waiter that
1107          * is waiting for this will be checking the flags without
1108          * any locking.
1109          *
1110          * So update the flags atomically, and wake up the waiter
1111          * afterwards to avoid any races. This store-release pairs
1112          * with the load-acquire in folio_wait_bit_common().
1113          */
1114         smp_store_release(&wait->flags, flags | WQ_FLAG_WOKEN);
1115         wake_up_state(wait->private, mode);
1116
1117         /*
1118          * Ok, we have successfully done what we're waiting for,
1119          * and we can unconditionally remove the wait entry.
1120          *
1121          * Note that this pairs with the "finish_wait()" in the
1122          * waiter, and has to be the absolute last thing we do.
1123          * After this list_del_init(&wait->entry) the wait entry
1124          * might be de-allocated and the process might even have
1125          * exited.
1126          */
1127         list_del_init_careful(&wait->entry);
1128         return (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) != 0;
1129 }
1130
1131 static void folio_wake_bit(struct folio *folio, int bit_nr)
1132 {
1133         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1134         struct wait_page_key key;
1135         unsigned long flags;
1136
1137         key.folio = folio;
1138         key.bit_nr = bit_nr;
1139         key.page_match = 0;
1140
1141         spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1142         __wake_up_locked_key(q, TASK_NORMAL, &key);
1143
1144         /*
1145          * It's possible to miss clearing waiters here, when we woke our page
1146          * waiters, but the hashed waitqueue has waiters for other pages on it.
1147          * That's okay, it's a rare case. The next waker will clear it.
1148          *
1149          * Note that, depending on the page pool (buddy, hugetlb, ZONE_DEVICE,
1150          * other), the flag may be cleared in the course of freeing the page;
1151          * but that is not required for correctness.
1152          */
1153         if (!waitqueue_active(q) || !key.page_match)
1154                 folio_clear_waiters(folio);
1155
1156         spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1157 }
1158
1159 /*
1160  * A choice of three behaviors for folio_wait_bit_common():
1161  */
1162 enum behavior {
1163         EXCLUSIVE,      /* Hold ref to page and take the bit when woken, like
1164                          * __folio_lock() waiting on then setting PG_locked.
1165                          */
1166         SHARED,         /* Hold ref to page and check the bit when woken, like
1167                          * folio_wait_writeback() waiting on PG_writeback.
1168                          */
1169         DROP,           /* Drop ref to page before wait, no check when woken,
1170                          * like folio_put_wait_locked() on PG_locked.
1171                          */
1172 };
1173
1174 /*
1175  * Attempt to check (or get) the folio flag, and mark us done
1176  * if successful.
1177  */
1178 static inline bool folio_trylock_flag(struct folio *folio, int bit_nr,
1179                                         struct wait_queue_entry *wait)
1180 {
1181         if (wait->flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) {
1182                 if (test_and_set_bit(bit_nr, &folio->flags))
1183                         return false;
1184         } else if (test_bit(bit_nr, &folio->flags))
1185                 return false;
1186
1187         wait->flags |= WQ_FLAG_WOKEN | WQ_FLAG_DONE;
1188         return true;
1189 }
1190
1191 /* How many times do we accept lock stealing from under a waiter? */
1192 int sysctl_page_lock_unfairness = 5;
1193
1194 static inline int folio_wait_bit_common(struct folio *folio, int bit_nr,
1195                 int state, enum behavior behavior)
1196 {
1197         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1198         int unfairness = sysctl_page_lock_unfairness;
1199         struct wait_page_queue wait_page;
1200         wait_queue_entry_t *wait = &wait_page.wait;
1201         bool thrashing = false;
1202         unsigned long pflags;
1203         bool in_thrashing;
1204
1205         if (bit_nr == PG_locked &&
1206             !folio_test_uptodate(folio) && folio_test_workingset(folio)) {
1207                 delayacct_thrashing_start(&in_thrashing);
1208                 psi_memstall_enter(&pflags);
1209                 thrashing = true;
1210         }
1211
1212         init_wait(wait);
1213         wait->func = wake_page_function;
1214         wait_page.folio = folio;
1215         wait_page.bit_nr = bit_nr;
1216
1217 repeat:
1218         wait->flags = 0;
1219         if (behavior == EXCLUSIVE) {
1220                 wait->flags = WQ_FLAG_EXCLUSIVE;
1221                 if (--unfairness < 0)
1222                         wait->flags |= WQ_FLAG_CUSTOM;
1223         }
1224
1225         /*
1226          * Do one last check whether we can get the
1227          * page bit synchronously.
1228          *
1229          * Do the folio_set_waiters() marking before that
1230          * to let any waker we _just_ missed know they
1231          * need to wake us up (otherwise they'll never
1232          * even go to the slow case that looks at the
1233          * page queue), and add ourselves to the wait
1234          * queue if we need to sleep.
1235          *
1236          * This part needs to be done under the queue
1237          * lock to avoid races.
1238          */
1239         spin_lock_irq(&q->lock);
1240         folio_set_waiters(folio);
1241         if (!folio_trylock_flag(folio, bit_nr, wait))
1242                 __add_wait_queue_entry_tail(q, wait);
1243         spin_unlock_irq(&q->lock);
1244
1245         /*
1246          * From now on, all the logic will be based on
1247          * the WQ_FLAG_WOKEN and WQ_FLAG_DONE flag, to
1248          * see whether the page bit testing has already
1249          * been done by the wake function.
1250          *
1251          * We can drop our reference to the folio.
1252          */
1253         if (behavior == DROP)
1254                 folio_put(folio);
1255
1256         /*
1257          * Note that until the "finish_wait()", or until
1258          * we see the WQ_FLAG_WOKEN flag, we need to
1259          * be very careful with the 'wait->flags', because
1260          * we may race with a waker that sets them.
1261          */
1262         for (;;) {
1263                 unsigned int flags;
1264
1265                 set_current_state(state);
1266
1267                 /* Loop until we've been woken or interrupted */
1268                 flags = smp_load_acquire(&wait->flags);
1269                 if (!(flags & WQ_FLAG_WOKEN)) {
1270                         if (signal_pending_state(state, current))
1271                                 break;
1272
1273                         io_schedule();
1274                         continue;
1275                 }
1276
1277                 /* If we were non-exclusive, we're done */
1278                 if (behavior != EXCLUSIVE)
1279                         break;
1280
1281                 /* If the waker got the lock for us, we're done */
1282                 if (flags & WQ_FLAG_DONE)
1283                         break;
1284
1285                 /*
1286                  * Otherwise, if we're getting the lock, we need to
1287                  * try to get it ourselves.
1288                  *
1289                  * And if that fails, we'll have to retry this all.
1290                  */
1291                 if (unlikely(test_and_set_bit(bit_nr, folio_flags(folio, 0))))
1292                         goto repeat;
1293
1294                 wait->flags |= WQ_FLAG_DONE;
1295                 break;
1296         }
1297
1298         /*
1299          * If a signal happened, this 'finish_wait()' may remove the last
1300          * waiter from the wait-queues, but the folio waiters bit will remain
1301          * set. That's ok. The next wakeup will take care of it, and trying
1302          * to do it here would be difficult and prone to races.
1303          */
1304         finish_wait(q, wait);
1305
1306         if (thrashing) {
1307                 delayacct_thrashing_end(&in_thrashing);
1308                 psi_memstall_leave(&pflags);
1309         }
1310
1311         /*
1312          * NOTE! The wait->flags weren't stable until we've done the
1313          * 'finish_wait()', and we could have exited the loop above due
1314          * to a signal, and had a wakeup event happen after the signal
1315          * test but before the 'finish_wait()'.
1316          *
1317          * So only after the finish_wait() can we reliably determine
1318          * if we got woken up or not, so we can now figure out the final
1319          * return value based on that state without races.
1320          *
1321          * Also note that WQ_FLAG_WOKEN is sufficient for a non-exclusive
1322          * waiter, but an exclusive one requires WQ_FLAG_DONE.
1323          */
1324         if (behavior == EXCLUSIVE)
1325                 return wait->flags & WQ_FLAG_DONE ? 0 : -EINTR;
1326
1327         return wait->flags & WQ_FLAG_WOKEN ? 0 : -EINTR;
1328 }
1329
1330 #ifdef CONFIG_MIGRATION
1331 /**
1332  * migration_entry_wait_on_locked - Wait for a migration entry to be removed
1333  * @entry: migration swap entry.
1334  * @ptl: already locked ptl. This function will drop the lock.
1335  *
1336  * Wait for a migration entry referencing the given page to be removed. This is
1337  * equivalent to put_and_wait_on_page_locked(page, TASK_UNINTERRUPTIBLE) except
1338  * this can be called without taking a reference on the page. Instead this
1339  * should be called while holding the ptl for the migration entry referencing
1340  * the page.
1341  *
1342  * Returns after unlocking the ptl.
1343  *
1344  * This follows the same logic as folio_wait_bit_common() so see the comments
1345  * there.
1346  */
1347 void migration_entry_wait_on_locked(swp_entry_t entry, spinlock_t *ptl)
1348         __releases(ptl)
1349 {
1350         struct wait_page_queue wait_page;
1351         wait_queue_entry_t *wait = &wait_page.wait;
1352         bool thrashing = false;
1353         unsigned long pflags;
1354         bool in_thrashing;
1355         wait_queue_head_t *q;
1356         struct folio *folio = page_folio(pfn_swap_entry_to_page(entry));
1357
1358         q = folio_waitqueue(folio);
1359         if (!folio_test_uptodate(folio) && folio_test_workingset(folio)) {
1360                 delayacct_thrashing_start(&in_thrashing);
1361                 psi_memstall_enter(&pflags);
1362                 thrashing = true;
1363         }
1364
1365         init_wait(wait);
1366         wait->func = wake_page_function;
1367         wait_page.folio = folio;
1368         wait_page.bit_nr = PG_locked;
1369         wait->flags = 0;
1370
1371         spin_lock_irq(&q->lock);
1372         folio_set_waiters(folio);
1373         if (!folio_trylock_flag(folio, PG_locked, wait))
1374                 __add_wait_queue_entry_tail(q, wait);
1375         spin_unlock_irq(&q->lock);
1376
1377         /*
1378          * If a migration entry exists for the page the migration path must hold
1379          * a valid reference to the page, and it must take the ptl to remove the
1380          * migration entry. So the page is valid until the ptl is dropped.
1381          */
1382         spin_unlock(ptl);
1383
1384         for (;;) {
1385                 unsigned int flags;
1386
1387                 set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
1388
1389                 /* Loop until we've been woken or interrupted */
1390                 flags = smp_load_acquire(&wait->flags);
1391                 if (!(flags & WQ_FLAG_WOKEN)) {
1392                         if (signal_pending_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE, current))
1393                                 break;
1394
1395                         io_schedule();
1396                         continue;
1397                 }
1398                 break;
1399         }
1400
1401         finish_wait(q, wait);
1402
1403         if (thrashing) {
1404                 delayacct_thrashing_end(&in_thrashing);
1405                 psi_memstall_leave(&pflags);
1406         }
1407 }
1408 #endif
1409
1410 void folio_wait_bit(struct folio *folio, int bit_nr)
1411 {
1412         folio_wait_bit_common(folio, bit_nr, TASK_UNINTERRUPTIBLE, SHARED);
1413 }
1414 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_bit);
1415
1416 int folio_wait_bit_killable(struct folio *folio, int bit_nr)
1417 {
1418         return folio_wait_bit_common(folio, bit_nr, TASK_KILLABLE, SHARED);
1419 }
1420 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_bit_killable);
1421
1422 /**
1423  * folio_put_wait_locked - Drop a reference and wait for it to be unlocked
1424  * @folio: The folio to wait for.
1425  * @state: The sleep state (TASK_KILLABLE, TASK_UNINTERRUPTIBLE, etc).
1426  *
1427  * The caller should hold a reference on @folio.  They expect the page to
1428  * become unlocked relatively soon, but do not wish to hold up migration
1429  * (for example) by holding the reference while waiting for the folio to
1430  * come unlocked.  After this function returns, the caller should not
1431  * dereference @folio.
1432  *
1433  * Return: 0 if the folio was unlocked or -EINTR if interrupted by a signal.
1434  */
1435 static int folio_put_wait_locked(struct folio *folio, int state)
1436 {
1437         return folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, state, DROP);
1438 }
1439
1440 /**
1441  * folio_add_wait_queue - Add an arbitrary waiter to a folio's wait queue
1442  * @folio: Folio defining the wait queue of interest
1443  * @waiter: Waiter to add to the queue
1444  *
1445  * Add an arbitrary @waiter to the wait queue for the nominated @folio.
1446  */
1447 void folio_add_wait_queue(struct folio *folio, wait_queue_entry_t *waiter)
1448 {
1449         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1450         unsigned long flags;
1451
1452         spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1453         __add_wait_queue_entry_tail(q, waiter);
1454         folio_set_waiters(folio);
1455         spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1456 }
1457 EXPORT_SYMBOL_GPL(folio_add_wait_queue);
1458
1459 /**
1460  * folio_unlock - Unlock a locked folio.
1461  * @folio: The folio.
1462  *
1463  * Unlocks the folio and wakes up any thread sleeping on the page lock.
1464  *
1465  * Context: May be called from interrupt or process context.  May not be
1466  * called from NMI context.
1467  */
1468 void folio_unlock(struct folio *folio)
1469 {
1470         /* Bit 7 allows x86 to check the byte's sign bit */
1471         BUILD_BUG_ON(PG_waiters != 7);
1472         BUILD_BUG_ON(PG_locked > 7);
1473         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
1474         if (folio_xor_flags_has_waiters(folio, 1 << PG_locked))
1475                 folio_wake_bit(folio, PG_locked);
1476 }
1477 EXPORT_SYMBOL(folio_unlock);
1478
1479 /**
1480  * folio_end_read - End read on a folio.
1481  * @folio: The folio.
1482  * @success: True if all reads completed successfully.
1483  *
1484  * When all reads against a folio have completed, filesystems should
1485  * call this function to let the pagecache know that no more reads
1486  * are outstanding.  This will unlock the folio and wake up any thread
1487  * sleeping on the lock.  The folio will also be marked uptodate if all
1488  * reads succeeded.
1489  *
1490  * Context: May be called from interrupt or process context.  May not be
1491  * called from NMI context.
1492  */
1493 void folio_end_read(struct folio *folio, bool success)
1494 {
1495         unsigned long mask = 1 << PG_locked;
1496
1497         /* Must be in bottom byte for x86 to work */
1498         BUILD_BUG_ON(PG_uptodate > 7);
1499         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
1500         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_uptodate(folio), folio);
1501
1502         if (likely(success))
1503                 mask |= 1 << PG_uptodate;
1504         if (folio_xor_flags_has_waiters(folio, mask))
1505                 folio_wake_bit(folio, PG_locked);
1506 }
1507 EXPORT_SYMBOL(folio_end_read);
1508
1509 /**
1510  * folio_end_private_2 - Clear PG_private_2 and wake any waiters.
1511  * @folio: The folio.
1512  *
1513  * Clear the PG_private_2 bit on a folio and wake up any sleepers waiting for
1514  * it.  The folio reference held for PG_private_2 being set is released.
1515  *
1516  * This is, for example, used when a netfs folio is being written to a local
1517  * disk cache, thereby allowing writes to the cache for the same folio to be
1518  * serialised.
1519  */
1520 void folio_end_private_2(struct folio *folio)
1521 {
1522         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_private_2(folio), folio);
1523         clear_bit_unlock(PG_private_2, folio_flags(folio, 0));
1524         folio_wake_bit(folio, PG_private_2);
1525         folio_put(folio);
1526 }
1527 EXPORT_SYMBOL(folio_end_private_2);
1528
1529 /**
1530  * folio_wait_private_2 - Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio.
1531  * @folio: The folio to wait on.
1532  *
1533  * Wait for PG_private_2 (aka PG_fscache) to be cleared on a folio.
1534  */
1535 void folio_wait_private_2(struct folio *folio)
1536 {
1537         while (folio_test_private_2(folio))
1538                 folio_wait_bit(folio, PG_private_2);
1539 }
1540 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_private_2);
1541
1542 /**
1543  * folio_wait_private_2_killable - Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio.
1544  * @folio: The folio to wait on.
1545  *
1546  * Wait for PG_private_2 (aka PG_fscache) to be cleared on a folio or until a
1547  * fatal signal is received by the calling task.
1548  *
1549  * Return:
1550  * - 0 if successful.
1551  * - -EINTR if a fatal signal was encountered.
1552  */
1553 int folio_wait_private_2_killable(struct folio *folio)
1554 {
1555         int ret = 0;
1556
1557         while (folio_test_private_2(folio)) {
1558                 ret = folio_wait_bit_killable(folio, PG_private_2);
1559                 if (ret < 0)
1560                         break;
1561         }
1562
1563         return ret;
1564 }
1565 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_private_2_killable);
1566
1567 /**
1568  * folio_end_writeback - End writeback against a folio.
1569  * @folio: The folio.
1570  *
1571  * The folio must actually be under writeback.
1572  *
1573  * Context: May be called from process or interrupt context.
1574  */
1575 void folio_end_writeback(struct folio *folio)
1576 {
1577         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_writeback(folio), folio);
1578
1579         /*
1580          * folio_test_clear_reclaim() could be used here but it is an
1581          * atomic operation and overkill in this particular case. Failing
1582          * to shuffle a folio marked for immediate reclaim is too mild
1583          * a gain to justify taking an atomic operation penalty at the
1584          * end of every folio writeback.
1585          */
1586         if (folio_test_reclaim(folio)) {
1587                 folio_clear_reclaim(folio);
1588                 folio_rotate_reclaimable(folio);
1589         }
1590
1591         /*
1592          * Writeback does not hold a folio reference of its own, relying
1593          * on truncation to wait for the clearing of PG_writeback.
1594          * But here we must make sure that the folio is not freed and
1595          * reused before the folio_wake_bit().
1596          */
1597         folio_get(folio);
1598         if (__folio_end_writeback(folio))
1599                 folio_wake_bit(folio, PG_writeback);
1600         acct_reclaim_writeback(folio);
1601         folio_put(folio);
1602 }
1603 EXPORT_SYMBOL(folio_end_writeback);
1604
1605 /**
1606  * __folio_lock - Get a lock on the folio, assuming we need to sleep to get it.
1607  * @folio: The folio to lock
1608  */
1609 void __folio_lock(struct folio *folio)
1610 {
1611         folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, TASK_UNINTERRUPTIBLE,
1612                                 EXCLUSIVE);
1613 }
1614 EXPORT_SYMBOL(__folio_lock);
1615
1616 int __folio_lock_killable(struct folio *folio)
1617 {
1618         return folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, TASK_KILLABLE,
1619                                         EXCLUSIVE);
1620 }
1621 EXPORT_SYMBOL_GPL(__folio_lock_killable);
1622
1623 static int __folio_lock_async(struct folio *folio, struct wait_page_queue *wait)
1624 {
1625         struct wait_queue_head *q = folio_waitqueue(folio);
1626         int ret = 0;
1627
1628         wait->folio = folio;
1629         wait->bit_nr = PG_locked;
1630
1631         spin_lock_irq(&q->lock);
1632         __add_wait_queue_entry_tail(q, &wait->wait);
1633         folio_set_waiters(folio);
1634         ret = !folio_trylock(folio);
1635         /*
1636          * If we were successful now, we know we're still on the
1637          * waitqueue as we're still under the lock. This means it's
1638          * safe to remove and return success, we know the callback
1639          * isn't going to trigger.
1640          */
1641         if (!ret)
1642                 __remove_wait_queue(q, &wait->wait);
1643         else
1644                 ret = -EIOCBQUEUED;
1645         spin_unlock_irq(&q->lock);
1646         return ret;
1647 }
1648
1649 /*
1650  * Return values:
1651  * 0 - folio is locked.
1652  * non-zero - folio is not locked.
1653  *     mmap_lock or per-VMA lock has been released (mmap_read_unlock() or
1654  *     vma_end_read()), unless flags had both FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY and
1655  *     FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT set, in which case the lock is still held.
1656  *
1657  * If neither ALLOW_RETRY nor KILLABLE are set, will always return 0
1658  * with the folio locked and the mmap_lock/per-VMA lock is left unperturbed.
1659  */
1660 vm_fault_t __folio_lock_or_retry(struct folio *folio, struct vm_fault *vmf)
1661 {
1662         unsigned int flags = vmf->flags;
1663
1664         if (fault_flag_allow_retry_first(flags)) {
1665                 /*
1666                  * CAUTION! In this case, mmap_lock/per-VMA lock is not
1667                  * released even though returning VM_FAULT_RETRY.
1668                  */
1669                 if (flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT)
1670                         return VM_FAULT_RETRY;
1671
1672                 release_fault_lock(vmf);
1673                 if (flags & FAULT_FLAG_KILLABLE)
1674                         folio_wait_locked_killable(folio);
1675                 else
1676                         folio_wait_locked(folio);
1677                 return VM_FAULT_RETRY;
1678         }
1679         if (flags & FAULT_FLAG_KILLABLE) {
1680                 bool ret;
1681
1682                 ret = __folio_lock_killable(folio);
1683                 if (ret) {
1684                         release_fault_lock(vmf);
1685                         return VM_FAULT_RETRY;
1686                 }
1687         } else {
1688                 __folio_lock(folio);
1689         }
1690
1691         return 0;
1692 }
1693
1694 /**
1695  * page_cache_next_miss() - Find the next gap in the page cache.
1696  * @mapping: Mapping.
1697  * @index: Index.
1698  * @max_scan: Maximum range to search.
1699  *
1700  * Search the range [index, min(index + max_scan - 1, ULONG_MAX)] for the
1701  * gap with the lowest index.
1702  *
1703  * This function may be called under the rcu_read_lock.  However, this will
1704  * not atomically search a snapshot of the cache at a single point in time.
1705  * For example, if a gap is created at index 5, then subsequently a gap is
1706  * created at index 10, page_cache_next_miss covering both indices may
1707  * return 10 if called under the rcu_read_lock.
1708  *
1709  * Return: The index of the gap if found, otherwise an index outside the
1710  * range specified (in which case 'return - index >= max_scan' will be true).
1711  * In the rare case of index wrap-around, 0 will be returned.
1712  */
1713 pgoff_t page_cache_next_miss(struct address_space *mapping,
1714                              pgoff_t index, unsigned long max_scan)
1715 {
1716         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1717
1718         while (max_scan--) {
1719                 void *entry = xas_next(&xas);
1720                 if (!entry || xa_is_value(entry))
1721                         break;
1722                 if (xas.xa_index == 0)
1723                         break;
1724         }
1725
1726         return xas.xa_index;
1727 }
1728 EXPORT_SYMBOL(page_cache_next_miss);
1729
1730 /**
1731  * page_cache_prev_miss() - Find the previous gap in the page cache.
1732  * @mapping: Mapping.
1733  * @index: Index.
1734  * @max_scan: Maximum range to search.
1735  *
1736  * Search the range [max(index - max_scan + 1, 0), index] for the
1737  * gap with the highest index.
1738  *
1739  * This function may be called under the rcu_read_lock.  However, this will
1740  * not atomically search a snapshot of the cache at a single point in time.
1741  * For example, if a gap is created at index 10, then subsequently a gap is
1742  * created at index 5, page_cache_prev_miss() covering both indices may
1743  * return 5 if called under the rcu_read_lock.
1744  *
1745  * Return: The index of the gap if found, otherwise an index outside the
1746  * range specified (in which case 'index - return >= max_scan' will be true).
1747  * In the rare case of wrap-around, ULONG_MAX will be returned.
1748  */
1749 pgoff_t page_cache_prev_miss(struct address_space *mapping,
1750                              pgoff_t index, unsigned long max_scan)
1751 {
1752         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1753
1754         while (max_scan--) {
1755                 void *entry = xas_prev(&xas);
1756                 if (!entry || xa_is_value(entry))
1757                         break;
1758                 if (xas.xa_index == ULONG_MAX)
1759                         break;
1760         }
1761
1762         return xas.xa_index;
1763 }
1764 EXPORT_SYMBOL(page_cache_prev_miss);
1765
1766 /*
1767  * Lockless page cache protocol:
1768  * On the lookup side:
1769  * 1. Load the folio from i_pages
1770  * 2. Increment the refcount if it's not zero
1771  * 3. If the folio is not found by xas_reload(), put the refcount and retry
1772  *
1773  * On the removal side:
1774  * A. Freeze the page (by zeroing the refcount if nobody else has a reference)
1775  * B. Remove the page from i_pages
1776  * C. Return the page to the page allocator
1777  *
1778  * This means that any page may have its reference count temporarily
1779  * increased by a speculative page cache (or fast GUP) lookup as it can
1780  * be allocated by another user before the RCU grace period expires.
1781  * Because the refcount temporarily acquired here may end up being the
1782  * last refcount on the page, any page allocation must be freeable by
1783  * folio_put().
1784  */
1785
1786 /*
1787  * filemap_get_entry - Get a page cache entry.
1788  * @mapping: the address_space to search
1789  * @index: The page cache index.
1790  *
1791  * Looks up the page cache entry at @mapping & @index.  If it is a folio,
1792  * it is returned with an increased refcount.  If it is a shadow entry
1793  * of a previously evicted folio, or a swap entry from shmem/tmpfs,
1794  * it is returned without further action.
1795  *
1796  * Return: The folio, swap or shadow entry, %NULL if nothing is found.
1797  */
1798 void *filemap_get_entry(struct address_space *mapping, pgoff_t index)
1799 {
1800         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1801         struct folio *folio;
1802
1803         rcu_read_lock();
1804 repeat:
1805         xas_reset(&xas);
1806         folio = xas_load(&xas);
1807         if (xas_retry(&xas, folio))
1808                 goto repeat;
1809         /*
1810          * A shadow entry of a recently evicted page, or a swap entry from
1811          * shmem/tmpfs.  Return it without attempting to raise page count.
1812          */
1813         if (!folio || xa_is_value(folio))
1814                 goto out;
1815
1816         if (!folio_try_get_rcu(folio))
1817                 goto repeat;
1818
1819         if (unlikely(folio != xas_reload(&xas))) {
1820                 folio_put(folio);
1821                 goto repeat;
1822         }
1823 out:
1824         rcu_read_unlock();
1825
1826         return folio;
1827 }
1828
1829 /**
1830  * __filemap_get_folio - Find and get a reference to a folio.
1831  * @mapping: The address_space to search.
1832  * @index: The page index.
1833  * @fgp_flags: %FGP flags modify how the folio is returned.
1834  * @gfp: Memory allocation flags to use if %FGP_CREAT is specified.
1835  *
1836  * Looks up the page cache entry at @mapping & @index.
1837  *
1838  * If %FGP_LOCK or %FGP_CREAT are specified then the function may sleep even
1839  * if the %GFP flags specified for %FGP_CREAT are atomic.
1840  *
1841  * If this function returns a folio, it is returned with an increased refcount.
1842  *
1843  * Return: The found folio or an ERR_PTR() otherwise.
1844  */
1845 struct folio *__filemap_get_folio(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
1846                 fgf_t fgp_flags, gfp_t gfp)
1847 {
1848         struct folio *folio;
1849
1850 repeat:
1851         folio = filemap_get_entry(mapping, index);
1852         if (xa_is_value(folio))
1853                 folio = NULL;
1854         if (!folio)
1855                 goto no_page;
1856
1857         if (fgp_flags & FGP_LOCK) {
1858                 if (fgp_flags & FGP_NOWAIT) {
1859                         if (!folio_trylock(folio)) {
1860                                 folio_put(folio);
1861                                 return ERR_PTR(-EAGAIN);
1862                         }
1863                 } else {
1864                         folio_lock(folio);
1865                 }
1866
1867                 /* Has the page been truncated? */
1868                 if (unlikely(folio->mapping != mapping)) {
1869                         folio_unlock(folio);
1870                         folio_put(folio);
1871                         goto repeat;
1872                 }
1873                 VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, index), folio);
1874         }
1875
1876         if (fgp_flags & FGP_ACCESSED)
1877                 folio_mark_accessed(folio);
1878         else if (fgp_flags & FGP_WRITE) {
1879                 /* Clear idle flag for buffer write */
1880                 if (folio_test_idle(folio))
1881                         folio_clear_idle(folio);
1882         }
1883
1884         if (fgp_flags & FGP_STABLE)
1885                 folio_wait_stable(folio);
1886 no_page:
1887         if (!folio && (fgp_flags & FGP_CREAT)) {
1888                 unsigned order = FGF_GET_ORDER(fgp_flags);
1889                 int err;
1890
1891                 if ((fgp_flags & FGP_WRITE) && mapping_can_writeback(mapping))
1892                         gfp |= __GFP_WRITE;
1893                 if (fgp_flags & FGP_NOFS)
1894                         gfp &= ~__GFP_FS;
1895                 if (fgp_flags & FGP_NOWAIT) {
1896                         gfp &= ~GFP_KERNEL;
1897                         gfp |= GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN;
1898                 }
1899                 if (WARN_ON_ONCE(!(fgp_flags & (FGP_LOCK | FGP_FOR_MMAP))))
1900                         fgp_flags |= FGP_LOCK;
1901
1902                 if (!mapping_large_folio_support(mapping))
1903                         order = 0;
1904                 if (order > MAX_PAGECACHE_ORDER)
1905                         order = MAX_PAGECACHE_ORDER;
1906                 /* If we're not aligned, allocate a smaller folio */
1907                 if (index & ((1UL << order) - 1))
1908                         order = __ffs(index);
1909
1910                 do {
1911                         gfp_t alloc_gfp = gfp;
1912
1913                         err = -ENOMEM;
1914                         if (order == 1)
1915                                 order = 0;
1916                         if (order > 0)
1917                                 alloc_gfp |= __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN;
1918                         folio = filemap_alloc_folio(alloc_gfp, order);
1919                         if (!folio)
1920                                 continue;
1921
1922                         /* Init accessed so avoid atomic mark_page_accessed later */
1923                         if (fgp_flags & FGP_ACCESSED)
1924                                 __folio_set_referenced(folio);
1925
1926                         err = filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp);
1927                         if (!err)
1928                                 break;
1929                         folio_put(folio);
1930                         folio = NULL;
1931                 } while (order-- > 0);
1932
1933                 if (err == -EEXIST)
1934                         goto repeat;
1935                 if (err)
1936                         return ERR_PTR(err);
1937                 /*
1938                  * filemap_add_folio locks the page, and for mmap
1939                  * we expect an unlocked page.
1940                  */
1941                 if (folio && (fgp_flags & FGP_FOR_MMAP))
1942                         folio_unlock(folio);
1943         }
1944
1945         if (!folio)
1946                 return ERR_PTR(-ENOENT);
1947         return folio;
1948 }
1949 EXPORT_SYMBOL(__filemap_get_folio);
1950
1951 static inline struct folio *find_get_entry(struct xa_state *xas, pgoff_t max,
1952                 xa_mark_t mark)
1953 {
1954         struct folio *folio;
1955
1956 retry:
1957         if (mark == XA_PRESENT)
1958                 folio = xas_find(xas, max);
1959         else
1960                 folio = xas_find_marked(xas, max, mark);
1961
1962         if (xas_retry(xas, folio))
1963                 goto retry;
1964         /*
1965          * A shadow entry of a recently evicted page, a swap
1966          * entry from shmem/tmpfs or a DAX entry.  Return it
1967          * without attempting to raise page count.
1968          */
1969         if (!folio || xa_is_value(folio))
1970                 return folio;
1971
1972         if (!folio_try_get_rcu(folio))
1973                 goto reset;
1974
1975         if (unlikely(folio != xas_reload(xas))) {
1976                 folio_put(folio);
1977                 goto reset;
1978         }
1979
1980         return folio;
1981 reset:
1982         xas_reset(xas);
1983         goto retry;
1984 }
1985
1986 /**
1987  * find_get_entries - gang pagecache lookup
1988  * @mapping:    The address_space to search
1989  * @start:      The starting page cache index
1990  * @end:        The final page index (inclusive).
1991  * @fbatch:     Where the resulting entries are placed.
1992  * @indices:    The cache indices corresponding to the entries in @entries
1993  *
1994  * find_get_entries() will search for and return a batch of entries in
1995  * the mapping.  The entries are placed in @fbatch.  find_get_entries()
1996  * takes a reference on any actual folios it returns.
1997  *
1998  * The entries have ascending indexes.  The indices may not be consecutive
1999  * due to not-present entries or large folios.
2000  *
2001  * Any shadow entries of evicted folios, or swap entries from
2002  * shmem/tmpfs, are included in the returned array.
2003  *
2004  * Return: The number of entries which were found.
2005  */
2006 unsigned find_get_entries(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2007                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch, pgoff_t *indices)
2008 {
2009         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2010         struct folio *folio;
2011
2012         rcu_read_lock();
2013         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT)) != NULL) {
2014                 indices[fbatch->nr] = xas.xa_index;
2015                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2016                         break;
2017         }
2018         rcu_read_unlock();
2019
2020         if (folio_batch_count(fbatch)) {
2021                 unsigned long nr = 1;
2022                 int idx = folio_batch_count(fbatch) - 1;
2023
2024                 folio = fbatch->folios[idx];
2025                 if (!xa_is_value(folio))
2026                         nr = folio_nr_pages(folio);
2027                 *start = indices[idx] + nr;
2028         }
2029         return folio_batch_count(fbatch);
2030 }
2031
2032 /**
2033  * find_lock_entries - Find a batch of pagecache entries.
2034  * @mapping:    The address_space to search.
2035  * @start:      The starting page cache index.
2036  * @end:        The final page index (inclusive).
2037  * @fbatch:     Where the resulting entries are placed.
2038  * @indices:    The cache indices of the entries in @fbatch.
2039  *
2040  * find_lock_entries() will return a batch of entries from @mapping.
2041  * Swap, shadow and DAX entries are included.  Folios are returned
2042  * locked and with an incremented refcount.  Folios which are locked
2043  * by somebody else or under writeback are skipped.  Folios which are
2044  * partially outside the range are not returned.
2045  *
2046  * The entries have ascending indexes.  The indices may not be consecutive
2047  * due to not-present entries, large folios, folios which could not be
2048  * locked or folios under writeback.
2049  *
2050  * Return: The number of entries which were found.
2051  */
2052 unsigned find_lock_entries(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2053                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch, pgoff_t *indices)
2054 {
2055         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2056         struct folio *folio;
2057
2058         rcu_read_lock();
2059         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT))) {
2060                 if (!xa_is_value(folio)) {
2061                         if (folio->index < *start)
2062                                 goto put;
2063                         if (folio_next_index(folio) - 1 > end)
2064                                 goto put;
2065                         if (!folio_trylock(folio))
2066                                 goto put;
2067                         if (folio->mapping != mapping ||
2068                             folio_test_writeback(folio))
2069                                 goto unlock;
2070                         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, xas.xa_index),
2071                                         folio);
2072                 }
2073                 indices[fbatch->nr] = xas.xa_index;
2074                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2075                         break;
2076                 continue;
2077 unlock:
2078                 folio_unlock(folio);
2079 put:
2080                 folio_put(folio);
2081         }
2082         rcu_read_unlock();
2083
2084         if (folio_batch_count(fbatch)) {
2085                 unsigned long nr = 1;
2086                 int idx = folio_batch_count(fbatch) - 1;
2087
2088                 folio = fbatch->folios[idx];
2089                 if (!xa_is_value(folio))
2090                         nr = folio_nr_pages(folio);
2091                 *start = indices[idx] + nr;
2092         }
2093         return folio_batch_count(fbatch);
2094 }
2095
2096 /**
2097  * filemap_get_folios - Get a batch of folios
2098  * @mapping:    The address_space to search
2099  * @start:      The starting page index
2100  * @end:        The final page index (inclusive)
2101  * @fbatch:     The batch to fill.
2102  *
2103  * Search for and return a batch of folios in the mapping starting at
2104  * index @start and up to index @end (inclusive).  The folios are returned
2105  * in @fbatch with an elevated reference count.
2106  *
2107  * Return: The number of folios which were found.
2108  * We also update @start to index the next folio for the traversal.
2109  */
2110 unsigned filemap_get_folios(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2111                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch)
2112 {
2113         return filemap_get_folios_tag(mapping, start, end, XA_PRESENT, fbatch);
2114 }
2115 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios);
2116
2117 /**
2118  * filemap_get_folios_contig - Get a batch of contiguous folios
2119  * @mapping:    The address_space to search
2120  * @start:      The starting page index
2121  * @end:        The final page index (inclusive)
2122  * @fbatch:     The batch to fill
2123  *
2124  * filemap_get_folios_contig() works exactly like filemap_get_folios(),
2125  * except the returned folios are guaranteed to be contiguous. This may
2126  * not return all contiguous folios if the batch gets filled up.
2127  *
2128  * Return: The number of folios found.
2129  * Also update @start to be positioned for traversal of the next folio.
2130  */
2131
2132 unsigned filemap_get_folios_contig(struct address_space *mapping,
2133                 pgoff_t *start, pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch)
2134 {
2135         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2136         unsigned long nr;
2137         struct folio *folio;
2138
2139         rcu_read_lock();
2140
2141         for (folio = xas_load(&xas); folio && xas.xa_index <= end;
2142                         folio = xas_next(&xas)) {
2143                 if (xas_retry(&xas, folio))
2144                         continue;
2145                 /*
2146                  * If the entry has been swapped out, we can stop looking.
2147                  * No current caller is looking for DAX entries.
2148                  */
2149                 if (xa_is_value(folio))
2150                         goto update_start;
2151
2152                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
2153                         goto retry;
2154
2155                 if (unlikely(folio != xas_reload(&xas)))
2156                         goto put_folio;
2157
2158                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio)) {
2159                         nr = folio_nr_pages(folio);
2160                         *start = folio->index + nr;
2161                         goto out;
2162                 }
2163                 continue;
2164 put_folio:
2165                 folio_put(folio);
2166
2167 retry:
2168                 xas_reset(&xas);
2169         }
2170
2171 update_start:
2172         nr = folio_batch_count(fbatch);
2173
2174         if (nr) {
2175                 folio = fbatch->folios[nr - 1];
2176                 *start = folio->index + folio_nr_pages(folio);
2177         }
2178 out:
2179         rcu_read_unlock();
2180         return folio_batch_count(fbatch);
2181 }
2182 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios_contig);
2183
2184 /**
2185  * filemap_get_folios_tag - Get a batch of folios matching @tag
2186  * @mapping:    The address_space to search
2187  * @start:      The starting page index
2188  * @end:        The final page index (inclusive)
2189  * @tag:        The tag index
2190  * @fbatch:     The batch to fill
2191  *
2192  * The first folio may start before @start; if it does, it will contain
2193  * @start.  The final folio may extend beyond @end; if it does, it will
2194  * contain @end.  The folios have ascending indices.  There may be gaps
2195  * between the folios if there are indices which have no folio in the
2196  * page cache.  If folios are added to or removed from the page cache
2197  * while this is running, they may or may not be found by this call.
2198  * Only returns folios that are tagged with @tag.
2199  *
2200  * Return: The number of folios found.
2201  * Also update @start to index the next folio for traversal.
2202  */
2203 unsigned filemap_get_folios_tag(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2204                         pgoff_t end, xa_mark_t tag, struct folio_batch *fbatch)
2205 {
2206         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2207         struct folio *folio;
2208
2209         rcu_read_lock();
2210         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, tag)) != NULL) {
2211                 /*
2212                  * Shadow entries should never be tagged, but this iteration
2213                  * is lockless so there is a window for page reclaim to evict
2214                  * a page we saw tagged. Skip over it.
2215                  */
2216                 if (xa_is_value(folio))
2217                         continue;
2218                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio)) {
2219                         unsigned long nr = folio_nr_pages(folio);
2220                         *start = folio->index + nr;
2221                         goto out;
2222                 }
2223         }
2224         /*
2225          * We come here when there is no page beyond @end. We take care to not
2226          * overflow the index @start as it confuses some of the callers. This
2227          * breaks the iteration when there is a page at index -1 but that is
2228          * already broke anyway.
2229          */
2230         if (end == (pgoff_t)-1)
2231                 *start = (pgoff_t)-1;
2232         else
2233                 *start = end + 1;
2234 out:
2235         rcu_read_unlock();
2236
2237         return folio_batch_count(fbatch);
2238 }
2239 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios_tag);
2240
2241 /*
2242  * CD/DVDs are error prone. When a medium error occurs, the driver may fail
2243  * a _large_ part of the i/o request. Imagine the worst scenario:
2244  *
2245  *      ---R__________________________________________B__________
2246  *         ^ reading here                             ^ bad block(assume 4k)
2247  *
2248  * read(R) => miss => readahead(R...B) => media error => frustrating retries
2249  * => failing the whole request => read(R) => read(R+1) =>
2250  * readahead(R+1...B+1) => bang => read(R+2) => read(R+3) =>
2251  * readahead(R+3...B+2) => bang => read(R+3) => read(R+4) =>
2252  * readahead(R+4...B+3) => bang => read(R+4) => read(R+5) => ......
2253  *
2254  * It is going insane. Fix it by quickly scaling down the readahead size.
2255  */
2256 static void shrink_readahead_size_eio(struct file_ra_state *ra)
2257 {
2258         ra->ra_pages /= 4;
2259 }
2260
2261 /*
2262  * filemap_get_read_batch - Get a batch of folios for read
2263  *
2264  * Get a batch of folios which represent a contiguous range of bytes in
2265  * the file.  No exceptional entries will be returned.  If @index is in
2266  * the middle of a folio, the entire folio will be returned.  The last
2267  * folio in the batch may have the readahead flag set or the uptodate flag
2268  * clear so that the caller can take the appropriate action.
2269  */
2270 static void filemap_get_read_batch(struct address_space *mapping,
2271                 pgoff_t index, pgoff_t max, struct folio_batch *fbatch)
2272 {
2273         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
2274         struct folio *folio;
2275
2276         rcu_read_lock();
2277         for (folio = xas_load(&xas); folio; folio = xas_next(&xas)) {
2278                 if (xas_retry(&xas, folio))
2279                         continue;
2280                 if (xas.xa_index > max || xa_is_value(folio))
2281                         break;
2282                 if (xa_is_sibling(folio))
2283                         break;
2284                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
2285                         goto retry;
2286
2287                 if (unlikely(folio != xas_reload(&xas)))
2288                         goto put_folio;
2289
2290                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2291                         break;
2292                 if (!folio_test_uptodate(folio))
2293                         break;
2294                 if (folio_test_readahead(folio))
2295                         break;
2296                 xas_advance(&xas, folio_next_index(folio) - 1);
2297                 continue;
2298 put_folio:
2299                 folio_put(folio);
2300 retry:
2301                 xas_reset(&xas);
2302         }
2303         rcu_read_unlock();
2304 }
2305
2306 static int filemap_read_folio(struct file *file, filler_t filler,
2307                 struct folio *folio)
2308 {
2309         bool workingset = folio_test_workingset(folio);
2310         unsigned long pflags;
2311         int error;
2312
2313         /*
2314          * A previous I/O error may have been due to temporary failures,
2315          * eg. multipath errors.  PG_error will be set again if read_folio
2316          * fails.
2317          */
2318         folio_clear_error(folio);
2319
2320         /* Start the actual read. The read will unlock the page. */
2321         if (unlikely(workingset))
2322                 psi_memstall_enter(&pflags);
2323         error = filler(file, folio);
2324         if (unlikely(workingset))
2325                 psi_memstall_leave(&pflags);
2326         if (error)
2327                 return error;
2328
2329         error = folio_wait_locked_killable(folio);
2330         if (error)
2331                 return error;
2332         if (folio_test_uptodate(folio))
2333                 return 0;
2334         if (file)
2335                 shrink_readahead_size_eio(&file->f_ra);
2336         return -EIO;
2337 }
2338
2339 static bool filemap_range_uptodate(struct address_space *mapping,
2340                 loff_t pos, size_t count, struct folio *folio,
2341                 bool need_uptodate)
2342 {
2343         if (folio_test_uptodate(folio))
2344                 return true;
2345         /* pipes can't handle partially uptodate pages */
2346         if (need_uptodate)
2347                 return false;
2348         if (!mapping->a_ops->is_partially_uptodate)
2349                 return false;
2350         if (mapping->host->i_blkbits >= folio_shift(folio))
2351                 return false;
2352
2353         if (folio_pos(folio) > pos) {
2354                 count -= folio_pos(folio) - pos;
2355                 pos = 0;
2356         } else {
2357                 pos -= folio_pos(folio);
2358         }
2359
2360         return mapping->a_ops->is_partially_uptodate(folio, pos, count);
2361 }
2362
2363 static int filemap_update_page(struct kiocb *iocb,
2364                 struct address_space *mapping, size_t count,
2365                 struct folio *folio, bool need_uptodate)
2366 {
2367         int error;
2368
2369         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2370                 if (!filemap_invalidate_trylock_shared(mapping))
2371                         return -EAGAIN;
2372         } else {
2373                 filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
2374         }
2375
2376         if (!folio_trylock(folio)) {
2377                 error = -EAGAIN;
2378                 if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOWAIT | IOCB_NOIO))
2379                         goto unlock_mapping;
2380                 if (!(iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ)) {
2381                         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2382                         /*
2383                          * This is where we usually end up waiting for a
2384                          * previously submitted readahead to finish.
2385                          */
2386                         folio_put_wait_locked(folio, TASK_KILLABLE);
2387                         return AOP_TRUNCATED_PAGE;
2388                 }
2389                 error = __folio_lock_async(folio, iocb->ki_waitq);
2390                 if (error)
2391                         goto unlock_mapping;
2392         }
2393
2394         error = AOP_TRUNCATED_PAGE;
2395         if (!folio->mapping)
2396                 goto unlock;
2397
2398         error = 0;
2399         if (filemap_range_uptodate(mapping, iocb->ki_pos, count, folio,
2400                                    need_uptodate))
2401                 goto unlock;
2402
2403         error = -EAGAIN;
2404         if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOIO | IOCB_NOWAIT | IOCB_WAITQ))
2405                 goto unlock;
2406
2407         error = filemap_read_folio(iocb->ki_filp, mapping->a_ops->read_folio,
2408                         folio);
2409         goto unlock_mapping;
2410 unlock:
2411         folio_unlock(folio);
2412 unlock_mapping:
2413         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2414         if (error == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2415                 folio_put(folio);
2416         return error;
2417 }
2418
2419 static int filemap_create_folio(struct file *file,
2420                 struct address_space *mapping, pgoff_t index,
2421                 struct folio_batch *fbatch)
2422 {
2423         struct folio *folio;
2424         int error;
2425
2426         folio = filemap_alloc_folio(mapping_gfp_mask(mapping), 0);
2427         if (!folio)
2428                 return -ENOMEM;
2429
2430         /*
2431          * Protect against truncate / hole punch. Grabbing invalidate_lock
2432          * here assures we cannot instantiate and bring uptodate new
2433          * pagecache folios after evicting page cache during truncate
2434          * and before actually freeing blocks.  Note that we could
2435          * release invalidate_lock after inserting the folio into
2436          * the page cache as the locked folio would then be enough to
2437          * synchronize with hole punching. But there are code paths
2438          * such as filemap_update_page() filling in partially uptodate
2439          * pages or ->readahead() that need to hold invalidate_lock
2440          * while mapping blocks for IO so let's hold the lock here as
2441          * well to keep locking rules simple.
2442          */
2443         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
2444         error = filemap_add_folio(mapping, folio, index,
2445                         mapping_gfp_constraint(mapping, GFP_KERNEL));
2446         if (error == -EEXIST)
2447                 error = AOP_TRUNCATED_PAGE;
2448         if (error)
2449                 goto error;
2450
2451         error = filemap_read_folio(file, mapping->a_ops->read_folio, folio);
2452         if (error)
2453                 goto error;
2454
2455         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2456         folio_batch_add(fbatch, folio);
2457         return 0;
2458 error:
2459         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2460         folio_put(folio);
2461         return error;
2462 }
2463
2464 static int filemap_readahead(struct kiocb *iocb, struct file *file,
2465                 struct address_space *mapping, struct folio *folio,
2466                 pgoff_t last_index)
2467 {
2468         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, &file->f_ra, mapping, folio->index);
2469
2470         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOIO)
2471                 return -EAGAIN;
2472         page_cache_async_ra(&ractl, folio, last_index - folio->index);
2473         return 0;
2474 }
2475
2476 static int filemap_get_pages(struct kiocb *iocb, size_t count,
2477                 struct folio_batch *fbatch, bool need_uptodate)
2478 {
2479         struct file *filp = iocb->ki_filp;
2480         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
2481         struct file_ra_state *ra = &filp->f_ra;
2482         pgoff_t index = iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT;
2483         pgoff_t last_index;
2484         struct folio *folio;
2485         int err = 0;
2486
2487         /* "last_index" is the index of the page beyond the end of the read */
2488         last_index = DIV_ROUND_UP(iocb->ki_pos + count, PAGE_SIZE);
2489 retry:
2490         if (fatal_signal_pending(current))
2491                 return -EINTR;
2492
2493         filemap_get_read_batch(mapping, index, last_index - 1, fbatch);
2494         if (!folio_batch_count(fbatch)) {
2495                 if (iocb->ki_flags & IOCB_NOIO)
2496                         return -EAGAIN;
2497                 page_cache_sync_readahead(mapping, ra, filp, index,
2498                                 last_index - index);
2499                 filemap_get_read_batch(mapping, index, last_index - 1, fbatch);
2500         }
2501         if (!folio_batch_count(fbatch)) {
2502                 if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOWAIT | IOCB_WAITQ))
2503                         return -EAGAIN;
2504                 err = filemap_create_folio(filp, mapping,
2505                                 iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT, fbatch);
2506                 if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2507                         goto retry;
2508                 return err;
2509         }
2510
2511         folio = fbatch->folios[folio_batch_count(fbatch) - 1];
2512         if (folio_test_readahead(folio)) {
2513                 err = filemap_readahead(iocb, filp, mapping, folio, last_index);
2514                 if (err)
2515                         goto err;
2516         }
2517         if (!folio_test_uptodate(folio)) {
2518                 if ((iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ) &&
2519                     folio_batch_count(fbatch) > 1)
2520                         iocb->ki_flags |= IOCB_NOWAIT;
2521                 err = filemap_update_page(iocb, mapping, count, folio,
2522                                           need_uptodate);
2523                 if (err)
2524                         goto err;
2525         }
2526
2527         return 0;
2528 err:
2529         if (err < 0)
2530                 folio_put(folio);
2531         if (likely(--fbatch->nr))
2532                 return 0;
2533         if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2534                 goto retry;
2535         return err;
2536 }
2537
2538 static inline bool pos_same_folio(loff_t pos1, loff_t pos2, struct folio *folio)
2539 {
2540         unsigned int shift = folio_shift(folio);
2541
2542         return (pos1 >> shift == pos2 >> shift);
2543 }
2544
2545 /**
2546  * filemap_read - Read data from the page cache.
2547  * @iocb: The iocb to read.
2548  * @iter: Destination for the data.
2549  * @already_read: Number of bytes already read by the caller.
2550  *
2551  * Copies data from the page cache.  If the data is not currently present,
2552  * uses the readahead and read_folio address_space operations to fetch it.
2553  *
2554  * Return: Total number of bytes copied, including those already read by
2555  * the caller.  If an error happens before any bytes are copied, returns
2556  * a negative error number.
2557  */
2558 ssize_t filemap_read(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter,
2559                 ssize_t already_read)
2560 {
2561         struct file *filp = iocb->ki_filp;
2562         struct file_ra_state *ra = &filp->f_ra;
2563         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
2564         struct inode *inode = mapping->host;
2565         struct folio_batch fbatch;
2566         int i, error = 0;
2567         bool writably_mapped;
2568         loff_t isize, end_offset;
2569         loff_t last_pos = ra->prev_pos;
2570
2571         if (unlikely(iocb->ki_pos >= inode->i_sb->s_maxbytes))
2572                 return 0;
2573         if (unlikely(!iov_iter_count(iter)))
2574                 return 0;
2575
2576         iov_iter_truncate(iter, inode->i_sb->s_maxbytes);
2577         folio_batch_init(&fbatch);
2578
2579         do {
2580                 cond_resched();
2581
2582                 /*
2583                  * If we've already successfully copied some data, then we
2584                  * can no longer safely return -EIOCBQUEUED. Hence mark
2585                  * an async read NOWAIT at that point.
2586                  */
2587                 if ((iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ) && already_read)
2588                         iocb->ki_flags |= IOCB_NOWAIT;
2589
2590                 if (unlikely(iocb->ki_pos >= i_size_read(inode)))
2591                         break;
2592
2593                 error = filemap_get_pages(iocb, iter->count, &fbatch, false);
2594                 if (error < 0)
2595                         break;
2596
2597                 /*
2598                  * i_size must be checked after we know the pages are Uptodate.
2599                  *
2600                  * Checking i_size after the check allows us to calculate
2601                  * the correct value for "nr", which means the zero-filled
2602                  * part of the page is not copied back to userspace (unless
2603                  * another truncate extends the file - this is desired though).
2604                  */
2605                 isize = i_size_read(inode);
2606                 if (unlikely(iocb->ki_pos >= isize))
2607                         goto put_folios;
2608                 end_offset = min_t(loff_t, isize, iocb->ki_pos + iter->count);
2609
2610                 /*
2611                  * Once we start copying data, we don't want to be touching any
2612                  * cachelines that might be contended:
2613                  */
2614                 writably_mapped = mapping_writably_mapped(mapping);
2615
2616                 /*
2617                  * When a read accesses the same folio several times, only
2618                  * mark it as accessed the first time.
2619                  */
2620                 if (!pos_same_folio(iocb->ki_pos, last_pos - 1,
2621                                     fbatch.folios[0]))
2622                         folio_mark_accessed(fbatch.folios[0]);
2623
2624                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++) {
2625                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
2626                         size_t fsize = folio_size(folio);
2627                         size_t offset = iocb->ki_pos & (fsize - 1);
2628                         size_t bytes = min_t(loff_t, end_offset - iocb->ki_pos,
2629                                              fsize - offset);
2630                         size_t copied;
2631
2632                         if (end_offset < folio_pos(folio))
2633                                 break;
2634                         if (i > 0)
2635                                 folio_mark_accessed(folio);
2636                         /*
2637                          * If users can be writing to this folio using arbitrary
2638                          * virtual addresses, take care of potential aliasing
2639                          * before reading the folio on the kernel side.
2640                          */
2641                         if (writably_mapped)
2642                                 flush_dcache_folio(folio);
2643
2644                         copied = copy_folio_to_iter(folio, offset, bytes, iter);
2645
2646                         already_read += copied;
2647                         iocb->ki_pos += copied;
2648                         last_pos = iocb->ki_pos;
2649
2650                         if (copied < bytes) {
2651                                 error = -EFAULT;
2652                                 break;
2653                         }
2654                 }
2655 put_folios:
2656                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++)
2657                         folio_put(fbatch.folios[i]);
2658                 folio_batch_init(&fbatch);
2659         } while (iov_iter_count(iter) && iocb->ki_pos < isize && !error);
2660
2661         file_accessed(filp);
2662         ra->prev_pos = last_pos;
2663         return already_read ? already_read : error;
2664 }
2665 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_read);
2666
2667 int kiocb_write_and_wait(struct kiocb *iocb, size_t count)
2668 {
2669         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
2670         loff_t pos = iocb->ki_pos;
2671         loff_t end = pos + count - 1;
2672
2673         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2674                 if (filemap_range_needs_writeback(mapping, pos, end))
2675                         return -EAGAIN;
2676                 return 0;
2677         }
2678
2679         return filemap_write_and_wait_range(mapping, pos, end);
2680 }
2681
2682 int kiocb_invalidate_pages(struct kiocb *iocb, size_t count)
2683 {
2684         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
2685         loff_t pos = iocb->ki_pos;
2686         loff_t end = pos + count - 1;
2687         int ret;
2688
2689         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2690                 /* we could block if there are any pages in the range */
2691                 if (filemap_range_has_page(mapping, pos, end))
2692                         return -EAGAIN;
2693         } else {
2694                 ret = filemap_write_and_wait_range(mapping, pos, end);
2695                 if (ret)
2696                         return ret;
2697         }
2698
2699         /*
2700          * After a write we want buffered reads to be sure to go to disk to get
2701          * the new data.  We invalidate clean cached page from the region we're
2702          * about to write.  We do this *before* the write so that we can return
2703          * without clobbering -EIOCBQUEUED from ->direct_IO().
2704          */
2705         return invalidate_inode_pages2_range(mapping, pos >> PAGE_SHIFT,
2706                                              end >> PAGE_SHIFT);
2707 }
2708
2709 /**
2710  * generic_file_read_iter - generic filesystem read routine
2711  * @iocb:       kernel I/O control block
2712  * @iter:       destination for the data read
2713  *
2714  * This is the "read_iter()" routine for all filesystems
2715  * that can use the page cache directly.
2716  *
2717  * The IOCB_NOWAIT flag in iocb->ki_flags indicates that -EAGAIN shall
2718  * be returned when no data can be read without waiting for I/O requests
2719  * to complete; it doesn't prevent readahead.
2720  *
2721  * The IOCB_NOIO flag in iocb->ki_flags indicates that no new I/O
2722  * requests shall be made for the read or for readahead.  When no data
2723  * can be read, -EAGAIN shall be returned.  When readahead would be
2724  * triggered, a partial, possibly empty read shall be returned.
2725  *
2726  * Return:
2727  * * number of bytes copied, even for partial reads
2728  * * negative error code (or 0 if IOCB_NOIO) if nothing was read
2729  */
2730 ssize_t
2731 generic_file_read_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter)
2732 {
2733         size_t count = iov_iter_count(iter);
2734         ssize_t retval = 0;
2735
2736         if (!count)
2737                 return 0; /* skip atime */
2738
2739         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
2740                 struct file *file = iocb->ki_filp;
2741                 struct address_space *mapping = file->f_mapping;
2742                 struct inode *inode = mapping->host;
2743
2744                 retval = kiocb_write_and_wait(iocb, count);
2745                 if (retval < 0)
2746                         return retval;
2747                 file_accessed(file);
2748
2749                 retval = mapping->a_ops->direct_IO(iocb, iter);
2750                 if (retval >= 0) {
2751                         iocb->ki_pos += retval;
2752                         count -= retval;
2753                 }
2754                 if (retval != -EIOCBQUEUED)
2755                         iov_iter_revert(iter, count - iov_iter_count(iter));
2756
2757                 /*
2758                  * Btrfs can have a short DIO read if we encounter
2759                  * compressed extents, so if there was an error, or if
2760                  * we've already read everything we wanted to, or if
2761                  * there was a short read because we hit EOF, go ahead
2762                  * and return.  Otherwise fallthrough to buffered io for
2763                  * the rest of the read.  Buffered reads will not work for
2764                  * DAX files, so don't bother trying.
2765                  */
2766                 if (retval < 0 || !count || IS_DAX(inode))
2767                         return retval;
2768                 if (iocb->ki_pos >= i_size_read(inode))
2769                         return retval;
2770         }
2771
2772         return filemap_read(iocb, iter, retval);
2773 }
2774 EXPORT_SYMBOL(generic_file_read_iter);
2775
2776 /*
2777  * Splice subpages from a folio into a pipe.
2778  */
2779 size_t splice_folio_into_pipe(struct pipe_inode_info *pipe,
2780                               struct folio *folio, loff_t fpos, size_t size)
2781 {
2782         struct page *page;
2783         size_t spliced = 0, offset = offset_in_folio(folio, fpos);
2784
2785         page = folio_page(folio, offset / PAGE_SIZE);
2786         size = min(size, folio_size(folio) - offset);
2787         offset %= PAGE_SIZE;
2788
2789         while (spliced < size &&
2790                !pipe_full(pipe->head, pipe->tail, pipe->max_usage)) {
2791                 struct pipe_buffer *buf = pipe_head_buf(pipe);
2792                 size_t part = min_t(size_t, PAGE_SIZE - offset, size - spliced);
2793
2794                 *buf = (struct pipe_buffer) {
2795                         .ops    = &page_cache_pipe_buf_ops,
2796                         .page   = page,
2797                         .offset = offset,
2798                         .len    = part,
2799                 };
2800                 folio_get(folio);
2801                 pipe->head++;
2802                 page++;
2803                 spliced += part;
2804                 offset = 0;
2805         }
2806
2807         return spliced;
2808 }
2809
2810 /**
2811  * filemap_splice_read -  Splice data from a file's pagecache into a pipe
2812  * @in: The file to read from
2813  * @ppos: Pointer to the file position to read from
2814  * @pipe: The pipe to splice into
2815  * @len: The amount to splice
2816  * @flags: The SPLICE_F_* flags
2817  *
2818  * This function gets folios from a file's pagecache and splices them into the
2819  * pipe.  Readahead will be called as necessary to fill more folios.  This may
2820  * be used for blockdevs also.
2821  *
2822  * Return: On success, the number of bytes read will be returned and *@ppos
2823  * will be updated if appropriate; 0 will be returned if there is no more data
2824  * to be read; -EAGAIN will be returned if the pipe had no space, and some
2825  * other negative error code will be returned on error.  A short read may occur
2826  * if the pipe has insufficient space, we reach the end of the data or we hit a
2827  * hole.
2828  */
2829 ssize_t filemap_splice_read(struct file *in, loff_t *ppos,
2830                             struct pipe_inode_info *pipe,
2831                             size_t len, unsigned int flags)
2832 {
2833         struct folio_batch fbatch;
2834         struct kiocb iocb;
2835         size_t total_spliced = 0, used, npages;
2836         loff_t isize, end_offset;
2837         bool writably_mapped;
2838         int i, error = 0;
2839
2840         if (unlikely(*ppos >= in->f_mapping->host->i_sb->s_maxbytes))
2841                 return 0;
2842
2843         init_sync_kiocb(&iocb, in);
2844         iocb.ki_pos = *ppos;
2845
2846         /* Work out how much data we can actually add into the pipe */
2847         used = pipe_occupancy(pipe->head, pipe->tail);
2848         npages = max_t(ssize_t, pipe->max_usage - used, 0);
2849         len = min_t(size_t, len, npages * PAGE_SIZE);
2850
2851         folio_batch_init(&fbatch);
2852
2853         do {
2854                 cond_resched();
2855
2856                 if (*ppos >= i_size_read(in->f_mapping->host))
2857                         break;
2858
2859                 iocb.ki_pos = *ppos;
2860                 error = filemap_get_pages(&iocb, len, &fbatch, true);
2861                 if (error < 0)
2862                         break;
2863
2864                 /*
2865                  * i_size must be checked after we know the pages are Uptodate.
2866                  *
2867                  * Checking i_size after the check allows us to calculate
2868                  * the correct value for "nr", which means the zero-filled
2869                  * part of the page is not copied back to userspace (unless
2870                  * another truncate extends the file - this is desired though).
2871                  */
2872                 isize = i_size_read(in->f_mapping->host);
2873                 if (unlikely(*ppos >= isize))
2874                         break;
2875                 end_offset = min_t(loff_t, isize, *ppos + len);
2876
2877                 /*
2878                  * Once we start copying data, we don't want to be touching any
2879                  * cachelines that might be contended:
2880                  */
2881                 writably_mapped = mapping_writably_mapped(in->f_mapping);
2882
2883                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++) {
2884                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
2885                         size_t n;
2886
2887                         if (folio_pos(folio) >= end_offset)
2888                                 goto out;
2889                         folio_mark_accessed(folio);
2890
2891                         /*
2892                          * If users can be writing to this folio using arbitrary
2893                          * virtual addresses, take care of potential aliasing
2894                          * before reading the folio on the kernel side.
2895                          */
2896                         if (writably_mapped)
2897                                 flush_dcache_folio(folio);
2898
2899                         n = min_t(loff_t, len, isize - *ppos);
2900                         n = splice_folio_into_pipe(pipe, folio, *ppos, n);
2901                         if (!n)
2902                                 goto out;
2903                         len -= n;
2904                         total_spliced += n;
2905                         *ppos += n;
2906                         in->f_ra.prev_pos = *ppos;
2907                         if (pipe_full(pipe->head, pipe->tail, pipe->max_usage))
2908                                 goto out;
2909                 }
2910
2911                 folio_batch_release(&fbatch);
2912         } while (len);
2913
2914 out:
2915         folio_batch_release(&fbatch);
2916         file_accessed(in);
2917
2918         return total_spliced ? total_spliced : error;
2919 }
2920 EXPORT_SYMBOL(filemap_splice_read);
2921
2922 static inline loff_t folio_seek_hole_data(struct xa_state *xas,
2923                 struct address_space *mapping, struct folio *folio,
2924                 loff_t start, loff_t end, bool seek_data)
2925 {
2926         const struct address_space_operations *ops = mapping->a_ops;
2927         size_t offset, bsz = i_blocksize(mapping->host);
2928
2929         if (xa_is_value(folio) || folio_test_uptodate(folio))
2930                 return seek_data ? start : end;
2931         if (!ops->is_partially_uptodate)
2932                 return seek_data ? end : start;
2933
2934         xas_pause(xas);
2935         rcu_read_unlock();
2936         folio_lock(folio);
2937         if (unlikely(folio->mapping != mapping))
2938                 goto unlock;
2939
2940         offset = offset_in_folio(folio, start) & ~(bsz - 1);
2941
2942         do {
2943                 if (ops->is_partially_uptodate(folio, offset, bsz) ==
2944                                                         seek_data)
2945                         break;
2946                 start = (start + bsz) & ~(bsz - 1);
2947                 offset += bsz;
2948         } while (offset < folio_size(folio));
2949 unlock:
2950         folio_unlock(folio);
2951         rcu_read_lock();
2952         return start;
2953 }
2954
2955 static inline size_t seek_folio_size(struct xa_state *xas, struct folio *folio)
2956 {
2957         if (xa_is_value(folio))
2958                 return PAGE_SIZE << xa_get_order(xas->xa, xas->xa_index);
2959         return folio_size(folio);
2960 }
2961
2962 /**
2963  * mapping_seek_hole_data - Seek for SEEK_DATA / SEEK_HOLE in the page cache.
2964  * @mapping: Address space to search.
2965  * @start: First byte to consider.
2966  * @end: Limit of search (exclusive).
2967  * @whence: Either SEEK_HOLE or SEEK_DATA.
2968  *
2969  * If the page cache knows which blocks contain holes and which blocks
2970  * contain data, your filesystem can use this function to implement
2971  * SEEK_HOLE and SEEK_DATA.  This is useful for filesystems which are
2972  * entirely memory-based such as tmpfs, and filesystems which support
2973  * unwritten extents.
2974  *
2975  * Return: The requested offset on success, or -ENXIO if @whence specifies
2976  * SEEK_DATA and there is no data after @start.  There is an implicit hole
2977  * after @end - 1, so SEEK_HOLE returns @end if all the bytes between @start
2978  * and @end contain data.
2979  */
2980 loff_t mapping_seek_hole_data(struct address_space *mapping, loff_t start,
2981                 loff_t end, int whence)
2982 {
2983         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start >> PAGE_SHIFT);
2984         pgoff_t max = (end - 1) >> PAGE_SHIFT;
2985         bool seek_data = (whence == SEEK_DATA);
2986         struct folio *folio;
2987
2988         if (end <= start)
2989                 return -ENXIO;
2990
2991         rcu_read_lock();
2992         while ((folio = find_get_entry(&xas, max, XA_PRESENT))) {
2993                 loff_t pos = (u64)xas.xa_index << PAGE_SHIFT;
2994                 size_t seek_size;
2995
2996                 if (start < pos) {
2997                         if (!seek_data)
2998                                 goto unlock;
2999                         start = pos;
3000                 }
3001
3002                 seek_size = seek_folio_size(&xas, folio);
3003                 pos = round_up((u64)pos + 1, seek_size);
3004                 start = folio_seek_hole_data(&xas, mapping, folio, start, pos,
3005                                 seek_data);
3006                 if (start < pos)
3007                         goto unlock;
3008                 if (start >= end)
3009                         break;
3010                 if (seek_size > PAGE_SIZE)
3011                         xas_set(&xas, pos >> PAGE_SHIFT);
3012                 if (!xa_is_value(folio))
3013                         folio_put(folio);
3014         }
3015         if (seek_data)
3016                 start = -ENXIO;
3017 unlock:
3018         rcu_read_unlock();
3019         if (folio && !xa_is_value(folio))
3020                 folio_put(folio);
3021         if (start > end)
3022                 return end;
3023         return start;
3024 }
3025
3026 #ifdef CONFIG_MMU
3027 #define MMAP_LOTSAMISS  (100)
3028 /*
3029  * lock_folio_maybe_drop_mmap - lock the page, possibly dropping the mmap_lock
3030  * @vmf - the vm_fault for this fault.
3031  * @folio - the folio to lock.
3032  * @fpin - the pointer to the file we may pin (or is already pinned).
3033  *
3034  * This works similar to lock_folio_or_retry in that it can drop the
3035  * mmap_lock.  It differs in that it actually returns the folio locked
3036  * if it returns 1 and 0 if it couldn't lock the folio.  If we did have
3037  * to drop the mmap_lock then fpin will point to the pinned file and
3038  * needs to be fput()'ed at a later point.
3039  */
3040 static int lock_folio_maybe_drop_mmap(struct vm_fault *vmf, struct folio *folio,
3041                                      struct file **fpin)
3042 {
3043         if (folio_trylock(folio))
3044                 return 1;
3045
3046         /*
3047          * NOTE! This will make us return with VM_FAULT_RETRY, but with
3048          * the fault lock still held. That's how FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT
3049          * is supposed to work. We have way too many special cases..
3050          */
3051         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT)
3052                 return 0;
3053
3054         *fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, *fpin);
3055         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_KILLABLE) {
3056                 if (__folio_lock_killable(folio)) {
3057                         /*
3058                          * We didn't have the right flags to drop the
3059                          * fault lock, but all fault_handlers only check
3060                          * for fatal signals if we return VM_FAULT_RETRY,
3061                          * so we need to drop the fault lock here and
3062                          * return 0 if we don't have a fpin.
3063                          */
3064                         if (*fpin == NULL)
3065                                 release_fault_lock(vmf);
3066                         return 0;
3067                 }
3068         } else
3069                 __folio_lock(folio);
3070
3071         return 1;
3072 }
3073
3074 /*
3075  * Synchronous readahead happens when we don't even find a page in the page
3076  * cache at all.  We don't want to perform IO under the mmap sem, so if we have
3077  * to drop the mmap sem we return the file that was pinned in order for us to do
3078  * that.  If we didn't pin a file then we return NULL.  The file that is
3079  * returned needs to be fput()'ed when we're done with it.
3080  */
3081 static struct file *do_sync_mmap_readahead(struct vm_fault *vmf)
3082 {
3083         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3084         struct file_ra_state *ra = &file->f_ra;
3085         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3086         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, ra, mapping, vmf->pgoff);
3087         struct file *fpin = NULL;
3088         unsigned long vm_flags = vmf->vma->vm_flags;
3089         unsigned int mmap_miss;
3090
3091 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
3092         /* Use the readahead code, even if readahead is disabled */
3093         if (vm_flags & VM_HUGEPAGE) {
3094                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3095                 ractl._index &= ~((unsigned long)HPAGE_PMD_NR - 1);
3096                 ra->size = HPAGE_PMD_NR;
3097                 /*
3098                  * Fetch two PMD folios, so we get the chance to actually
3099                  * readahead, unless we've been told not to.
3100                  */
3101                 if (!(vm_flags & VM_RAND_READ))
3102                         ra->size *= 2;
3103                 ra->async_size = HPAGE_PMD_NR;
3104                 page_cache_ra_order(&ractl, ra, HPAGE_PMD_ORDER);
3105                 return fpin;
3106         }
3107 #endif
3108
3109         /* If we don't want any read-ahead, don't bother */
3110         if (vm_flags & VM_RAND_READ)
3111                 return fpin;
3112         if (!ra->ra_pages)
3113                 return fpin;
3114
3115         if (vm_flags & VM_SEQ_READ) {
3116                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3117                 page_cache_sync_ra(&ractl, ra->ra_pages);
3118                 return fpin;
3119         }
3120
3121         /* Avoid banging the cache line if not needed */
3122         mmap_miss = READ_ONCE(ra->mmap_miss);
3123         if (mmap_miss < MMAP_LOTSAMISS * 10)
3124                 WRITE_ONCE(ra->mmap_miss, ++mmap_miss);
3125
3126         /*
3127          * Do we miss much more than hit in this file? If so,
3128          * stop bothering with read-ahead. It will only hurt.
3129          */
3130         if (mmap_miss > MMAP_LOTSAMISS)
3131                 return fpin;
3132
3133         /*
3134          * mmap read-around
3135          */
3136         fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3137         ra->start = max_t(long, 0, vmf->pgoff - ra->ra_pages / 2);
3138         ra->size = ra->ra_pages;
3139         ra->async_size = ra->ra_pages / 4;
3140         ractl._index = ra->start;
3141         page_cache_ra_order(&ractl, ra, 0);
3142         return fpin;
3143 }
3144
3145 /*
3146  * Asynchronous readahead happens when we find the page and PG_readahead,
3147  * so we want to possibly extend the readahead further.  We return the file that
3148  * was pinned if we have to drop the mmap_lock in order to do IO.
3149  */
3150 static struct file *do_async_mmap_readahead(struct vm_fault *vmf,
3151                                             struct folio *folio)
3152 {
3153         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3154         struct file_ra_state *ra = &file->f_ra;
3155         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, ra, file->f_mapping, vmf->pgoff);
3156         struct file *fpin = NULL;
3157         unsigned int mmap_miss;
3158
3159         /* If we don't want any read-ahead, don't bother */
3160         if (vmf->vma->vm_flags & VM_RAND_READ || !ra->ra_pages)
3161                 return fpin;
3162
3163         mmap_miss = READ_ONCE(ra->mmap_miss);
3164         if (mmap_miss)
3165                 WRITE_ONCE(ra->mmap_miss, --mmap_miss);
3166
3167         if (folio_test_readahead(folio)) {
3168                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3169                 page_cache_async_ra(&ractl, folio, ra->ra_pages);
3170         }
3171         return fpin;
3172 }
3173
3174 /**
3175  * filemap_fault - read in file data for page fault handling
3176  * @vmf:        struct vm_fault containing details of the fault
3177  *
3178  * filemap_fault() is invoked via the vma operations vector for a
3179  * mapped memory region to read in file data during a page fault.
3180  *
3181  * The goto's are kind of ugly, but this streamlines the normal case of having
3182  * it in the page cache, and handles the special cases reasonably without
3183  * having a lot of duplicated code.
3184  *
3185  * vma->vm_mm->mmap_lock must be held on entry.
3186  *
3187  * If our return value has VM_FAULT_RETRY set, it's because the mmap_lock
3188  * may be dropped before doing I/O or by lock_folio_maybe_drop_mmap().
3189  *
3190  * If our return value does not have VM_FAULT_RETRY set, the mmap_lock
3191  * has not been released.
3192  *
3193  * We never return with VM_FAULT_RETRY and a bit from VM_FAULT_ERROR set.
3194  *
3195  * Return: bitwise-OR of %VM_FAULT_ codes.
3196  */
3197 vm_fault_t filemap_fault(struct vm_fault *vmf)
3198 {
3199         int error;
3200         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3201         struct file *fpin = NULL;
3202         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3203         struct inode *inode = mapping->host;
3204         pgoff_t max_idx, index = vmf->pgoff;
3205         struct folio *folio;
3206         vm_fault_t ret = 0;
3207         bool mapping_locked = false;
3208
3209         max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
3210         if (unlikely(index >= max_idx))
3211                 return VM_FAULT_SIGBUS;
3212
3213         /*
3214          * Do we have something in the page cache already?
3215          */
3216         folio = filemap_get_folio(mapping, index);
3217         if (likely(!IS_ERR(folio))) {
3218                 /*
3219                  * We found the page, so try async readahead before waiting for
3220                  * the lock.
3221                  */
3222                 if (!(vmf->flags & FAULT_FLAG_TRIED))
3223                         fpin = do_async_mmap_readahead(vmf, folio);
3224                 if (unlikely(!folio_test_uptodate(folio))) {
3225                         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
3226                         mapping_locked = true;
3227                 }
3228         } else {
3229                 /* No page in the page cache at all */
3230                 count_vm_event(PGMAJFAULT);
3231                 count_memcg_event_mm(vmf->vma->vm_mm, PGMAJFAULT);
3232                 ret = VM_FAULT_MAJOR;
3233                 fpin = do_sync_mmap_readahead(vmf);
3234 retry_find:
3235                 /*
3236                  * See comment in filemap_create_folio() why we need
3237                  * invalidate_lock
3238                  */
3239                 if (!mapping_locked) {
3240                         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
3241                         mapping_locked = true;
3242                 }
3243                 folio = __filemap_get_folio(mapping, index,
3244                                           FGP_CREAT|FGP_FOR_MMAP,
3245                                           vmf->gfp_mask);
3246                 if (IS_ERR(folio)) {
3247                         if (fpin)
3248                                 goto out_retry;
3249                         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3250                         return VM_FAULT_OOM;
3251                 }
3252         }
3253
3254         if (!lock_folio_maybe_drop_mmap(vmf, folio, &fpin))
3255                 goto out_retry;
3256
3257         /* Did it get truncated? */
3258         if (unlikely(folio->mapping != mapping)) {
3259                 folio_unlock(folio);
3260                 folio_put(folio);
3261                 goto retry_find;
3262         }
3263         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, index), folio);
3264
3265         /*
3266          * We have a locked folio in the page cache, now we need to check
3267          * that it's up-to-date. If not, it is going to be due to an error,
3268          * or because readahead was otherwise unable to retrieve it.
3269          */
3270         if (unlikely(!folio_test_uptodate(folio))) {
3271                 /*
3272                  * If the invalidate lock is not held, the folio was in cache
3273                  * and uptodate and now it is not. Strange but possible since we
3274                  * didn't hold the page lock all the time. Let's drop
3275                  * everything, get the invalidate lock and try again.
3276                  */
3277                 if (!mapping_locked) {
3278                         folio_unlock(folio);
3279                         folio_put(folio);
3280                         goto retry_find;
3281                 }
3282
3283                 /*
3284                  * OK, the folio is really not uptodate. This can be because the
3285                  * VMA has the VM_RAND_READ flag set, or because an error
3286                  * arose. Let's read it in directly.
3287                  */
3288                 goto page_not_uptodate;
3289         }
3290
3291         /*
3292          * We've made it this far and we had to drop our mmap_lock, now is the
3293          * time to return to the upper layer and have it re-find the vma and
3294          * redo the fault.
3295          */
3296         if (fpin) {
3297                 folio_unlock(folio);
3298                 goto out_retry;
3299         }
3300         if (mapping_locked)
3301                 filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3302
3303         /*
3304          * Found the page and have a reference on it.
3305          * We must recheck i_size under page lock.
3306          */
3307         max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
3308         if (unlikely(index >= max_idx)) {
3309                 folio_unlock(folio);
3310                 folio_put(folio);
3311                 return VM_FAULT_SIGBUS;
3312         }
3313
3314         vmf->page = folio_file_page(folio, index);
3315         return ret | VM_FAULT_LOCKED;
3316
3317 page_not_uptodate:
3318         /*
3319          * Umm, take care of errors if the page isn't up-to-date.
3320          * Try to re-read it _once_. We do this synchronously,
3321          * because there really aren't any performance issues here
3322          * and we need to check for errors.
3323          */
3324         fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3325         error = filemap_read_folio(file, mapping->a_ops->read_folio, folio);
3326         if (fpin)
3327                 goto out_retry;
3328         folio_put(folio);
3329
3330         if (!error || error == AOP_TRUNCATED_PAGE)
3331                 goto retry_find;
3332         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3333
3334         return VM_FAULT_SIGBUS;
3335
3336 out_retry:
3337         /*
3338          * We dropped the mmap_lock, we need to return to the fault handler to
3339          * re-find the vma and come back and find our hopefully still populated
3340          * page.
3341          */
3342         if (!IS_ERR(folio))
3343                 folio_put(folio);
3344         if (mapping_locked)
3345                 filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3346         if (fpin)
3347                 fput(fpin);
3348         return ret | VM_FAULT_RETRY;
3349 }
3350 EXPORT_SYMBOL(filemap_fault);
3351
3352 static bool filemap_map_pmd(struct vm_fault *vmf, struct folio *folio,
3353                 pgoff_t start)
3354 {
3355         struct mm_struct *mm = vmf->vma->vm_mm;
3356
3357         /* Huge page is mapped? No need to proceed. */
3358         if (pmd_trans_huge(*vmf->pmd)) {
3359                 folio_unlock(folio);
3360                 folio_put(folio);
3361                 return true;
3362         }
3363
3364         if (pmd_none(*vmf->pmd) && folio_test_pmd_mappable(folio)) {
3365                 struct page *page = folio_file_page(folio, start);
3366                 vm_fault_t ret = do_set_pmd(vmf, page);
3367                 if (!ret) {
3368                         /* The page is mapped successfully, reference consumed. */
3369                         folio_unlock(folio);
3370                         return true;
3371                 }
3372         }
3373
3374         if (pmd_none(*vmf->pmd))
3375                 pmd_install(mm, vmf->pmd, &vmf->prealloc_pte);
3376
3377         return false;
3378 }
3379
3380 static struct folio *next_uptodate_folio(struct xa_state *xas,
3381                 struct address_space *mapping, pgoff_t end_pgoff)
3382 {
3383         struct folio *folio = xas_next_entry(xas, end_pgoff);
3384         unsigned long max_idx;
3385
3386         do {
3387                 if (!folio)
3388                         return NULL;
3389                 if (xas_retry(xas, folio))
3390                         continue;
3391                 if (xa_is_value(folio))
3392                         continue;
3393                 if (folio_test_locked(folio))
3394                         continue;
3395                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
3396                         continue;
3397                 /* Has the page moved or been split? */
3398                 if (unlikely(folio != xas_reload(xas)))
3399                         goto skip;
3400                 if (!folio_test_uptodate(folio) || folio_test_readahead(folio))
3401                         goto skip;
3402                 if (!folio_trylock(folio))
3403                         goto skip;
3404                 if (folio->mapping != mapping)
3405                         goto unlock;
3406                 if (!folio_test_uptodate(folio))
3407                         goto unlock;
3408                 max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(mapping->host), PAGE_SIZE);
3409                 if (xas->xa_index >= max_idx)
3410                         goto unlock;
3411                 return folio;
3412 unlock:
3413                 folio_unlock(folio);
3414 skip:
3415                 folio_put(folio);
3416         } while ((folio = xas_next_entry(xas, end_pgoff)) != NULL);
3417
3418         return NULL;
3419 }
3420
3421 /*
3422  * Map page range [start_page, start_page + nr_pages) of folio.
3423  * start_page is gotten from start by folio_page(folio, start)
3424  */
3425 static vm_fault_t filemap_map_folio_range(struct vm_fault *vmf,
3426                         struct folio *folio, unsigned long start,
3427                         unsigned long addr, unsigned int nr_pages,
3428                         unsigned int *mmap_miss)
3429 {
3430         vm_fault_t ret = 0;
3431         struct page *page = folio_page(folio, start);
3432         unsigned int count = 0;
3433         pte_t *old_ptep = vmf->pte;
3434
3435         do {
3436                 if (PageHWPoison(page + count))
3437                         goto skip;
3438
3439                 (*mmap_miss)++;
3440
3441                 /*
3442                  * NOTE: If there're PTE markers, we'll leave them to be
3443                  * handled in the specific fault path, and it'll prohibit the
3444                  * fault-around logic.
3445                  */
3446                 if (!pte_none(ptep_get(&vmf->pte[count])))
3447                         goto skip;
3448
3449                 count++;
3450                 continue;
3451 skip:
3452                 if (count) {
3453                         set_pte_range(vmf, folio, page, count, addr);
3454                         folio_ref_add(folio, count);
3455                         if (in_range(vmf->address, addr, count * PAGE_SIZE))
3456                                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3457                 }
3458
3459                 count++;
3460                 page += count;
3461                 vmf->pte += count;
3462                 addr += count * PAGE_SIZE;
3463                 count = 0;
3464         } while (--nr_pages > 0);
3465
3466         if (count) {
3467                 set_pte_range(vmf, folio, page, count, addr);
3468                 folio_ref_add(folio, count);
3469                 if (in_range(vmf->address, addr, count * PAGE_SIZE))
3470                         ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3471         }
3472
3473         vmf->pte = old_ptep;
3474
3475         return ret;
3476 }
3477
3478 static vm_fault_t filemap_map_order0_folio(struct vm_fault *vmf,
3479                 struct folio *folio, unsigned long addr,
3480                 unsigned int *mmap_miss)
3481 {
3482         vm_fault_t ret = 0;
3483         struct page *page = &folio->page;
3484
3485         if (PageHWPoison(page))
3486                 return ret;
3487
3488         (*mmap_miss)++;
3489
3490         /*
3491          * NOTE: If there're PTE markers, we'll leave them to be
3492          * handled in the specific fault path, and it'll prohibit
3493          * the fault-around logic.
3494          */
3495         if (!pte_none(ptep_get(vmf->pte)))
3496                 return ret;
3497
3498         if (vmf->address == addr)
3499                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3500
3501         set_pte_range(vmf, folio, page, 1, addr);
3502         folio_ref_inc(folio);
3503
3504         return ret;
3505 }
3506
3507 vm_fault_t filemap_map_pages(struct vm_fault *vmf,
3508                              pgoff_t start_pgoff, pgoff_t end_pgoff)
3509 {
3510         struct vm_area_struct *vma = vmf->vma;
3511         struct file *file = vma->vm_file;
3512         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3513         pgoff_t last_pgoff = start_pgoff;
3514         unsigned long addr;
3515         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_pgoff);
3516         struct folio *folio;
3517         vm_fault_t ret = 0;
3518         unsigned int nr_pages = 0, mmap_miss = 0, mmap_miss_saved;
3519
3520         rcu_read_lock();
3521         folio = next_uptodate_folio(&xas, mapping, end_pgoff);
3522         if (!folio)
3523                 goto out;
3524
3525         if (filemap_map_pmd(vmf, folio, start_pgoff)) {
3526                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3527                 goto out;
3528         }
3529
3530         addr = vma->vm_start + ((start_pgoff - vma->vm_pgoff) << PAGE_SHIFT);
3531         vmf->pte = pte_offset_map_lock(vma->vm_mm, vmf->pmd, addr, &vmf->ptl);
3532         if (!vmf->pte) {
3533                 folio_unlock(folio);
3534                 folio_put(folio);
3535                 goto out;
3536         }
3537         do {
3538                 unsigned long end;
3539
3540                 addr += (xas.xa_index - last_pgoff) << PAGE_SHIFT;
3541                 vmf->pte += xas.xa_index - last_pgoff;
3542                 last_pgoff = xas.xa_index;
3543                 end = folio_next_index(folio) - 1;
3544                 nr_pages = min(end, end_pgoff) - xas.xa_index + 1;
3545
3546                 if (!folio_test_large(folio))
3547                         ret |= filemap_map_order0_folio(vmf,
3548                                         folio, addr, &mmap_miss);
3549                 else
3550                         ret |= filemap_map_folio_range(vmf, folio,
3551                                         xas.xa_index - folio->index, addr,
3552                                         nr_pages, &mmap_miss);
3553
3554                 folio_unlock(folio);
3555                 folio_put(folio);
3556         } while ((folio = next_uptodate_folio(&xas, mapping, end_pgoff)) != NULL);
3557         pte_unmap_unlock(vmf->pte, vmf->ptl);
3558 out:
3559         rcu_read_unlock();
3560
3561         mmap_miss_saved = READ_ONCE(file->f_ra.mmap_miss);
3562         if (mmap_miss >= mmap_miss_saved)
3563                 WRITE_ONCE(file->f_ra.mmap_miss, 0);
3564         else
3565                 WRITE_ONCE(file->f_ra.mmap_miss, mmap_miss_saved - mmap_miss);
3566
3567         return ret;
3568 }
3569 EXPORT_SYMBOL(filemap_map_pages);
3570
3571 vm_fault_t filemap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf)
3572 {
3573         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
3574         struct folio *folio = page_folio(vmf->page);
3575         vm_fault_t ret = VM_FAULT_LOCKED;
3576
3577         sb_start_pagefault(mapping->host->i_sb);
3578         file_update_time(vmf->vma->vm_file);
3579         folio_lock(folio);
3580         if (folio->mapping != mapping) {
3581                 folio_unlock(folio);
3582                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3583                 goto out;
3584         }
3585         /*
3586          * We mark the folio dirty already here so that when freeze is in
3587          * progress, we are guaranteed that writeback during freezing will
3588          * see the dirty folio and writeprotect it again.
3589          */
3590         folio_mark_dirty(folio);
3591         folio_wait_stable(folio);
3592 out:
3593         sb_end_pagefault(mapping->host->i_sb);
3594         return ret;
3595 }
3596
3597 const struct vm_operations_struct generic_file_vm_ops = {
3598         .fault          = filemap_fault,
3599         .map_pages      = filemap_map_pages,
3600         .page_mkwrite   = filemap_page_mkwrite,
3601 };
3602
3603 /* This is used for a general mmap of a disk file */
3604
3605 int generic_file_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3606 {
3607         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3608
3609         if (!mapping->a_ops->read_folio)
3610                 return -ENOEXEC;
3611         file_accessed(file);
3612         vma->vm_ops = &generic_file_vm_ops;
3613         return 0;
3614 }
3615
3616 /*
3617  * This is for filesystems which do not implement ->writepage.
3618  */
3619 int generic_file_readonly_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3620 {
3621         if (vma_is_shared_maywrite(vma))
3622                 return -EINVAL;
3623         return generic_file_mmap(file, vma);
3624 }
3625 #else
3626 vm_fault_t filemap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf)
3627 {
3628         return VM_FAULT_SIGBUS;
3629 }
3630 int generic_file_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3631 {
3632         return -ENOSYS;
3633 }
3634 int generic_file_readonly_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3635 {
3636         return -ENOSYS;
3637 }
3638 #endif /* CONFIG_MMU */
3639
3640 EXPORT_SYMBOL(filemap_page_mkwrite);
3641 EXPORT_SYMBOL(generic_file_mmap);
3642 EXPORT_SYMBOL(generic_file_readonly_mmap);
3643
3644 static struct folio *do_read_cache_folio(struct address_space *mapping,
3645                 pgoff_t index, filler_t filler, struct file *file, gfp_t gfp)
3646 {
3647         struct folio *folio;
3648         int err;
3649
3650         if (!filler)
3651                 filler = mapping->a_ops->read_folio;
3652 repeat:
3653         folio = filemap_get_folio(mapping, index);
3654         if (IS_ERR(folio)) {
3655                 folio = filemap_alloc_folio(gfp, 0);
3656                 if (!folio)
3657                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
3658                 err = filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp);
3659                 if (unlikely(err)) {
3660                         folio_put(folio);
3661                         if (err == -EEXIST)
3662                                 goto repeat;
3663                         /* Presumably ENOMEM for xarray node */
3664                         return ERR_PTR(err);
3665                 }
3666
3667                 goto filler;
3668         }
3669         if (folio_test_uptodate(folio))
3670                 goto out;
3671
3672         if (!folio_trylock(folio)) {
3673                 folio_put_wait_locked(folio, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
3674                 goto repeat;
3675         }
3676
3677         /* Folio was truncated from mapping */
3678         if (!folio->mapping) {
3679                 folio_unlock(folio);
3680                 folio_put(folio);
3681                 goto repeat;
3682         }
3683
3684         /* Someone else locked and filled the page in a very small window */
3685         if (folio_test_uptodate(folio)) {
3686                 folio_unlock(folio);
3687                 goto out;
3688         }
3689
3690 filler:
3691         err = filemap_read_folio(file, filler, folio);
3692         if (err) {
3693                 folio_put(folio);
3694                 if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
3695                         goto repeat;
3696                 return ERR_PTR(err);
3697         }
3698
3699 out:
3700         folio_mark_accessed(folio);
3701         return folio;
3702 }
3703
3704 /**
3705  * read_cache_folio - Read into page cache, fill it if needed.
3706  * @mapping: The address_space to read from.
3707  * @index: The index to read.
3708  * @filler: Function to perform the read, or NULL to use aops->read_folio().
3709  * @file: Passed to filler function, may be NULL if not required.
3710  *
3711  * Read one page into the page cache.  If it succeeds, the folio returned
3712  * will contain @index, but it may not be the first page of the folio.
3713  *
3714  * If the filler function returns an error, it will be returned to the
3715  * caller.
3716  *
3717  * Context: May sleep.  Expects mapping->invalidate_lock to be held.
3718  * Return: An uptodate folio on success, ERR_PTR() on failure.
3719  */
3720 struct folio *read_cache_folio(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
3721                 filler_t filler, struct file *file)
3722 {
3723         return do_read_cache_folio(mapping, index, filler, file,
3724                         mapping_gfp_mask(mapping));
3725 }
3726 EXPORT_SYMBOL(read_cache_folio);
3727
3728 /**
3729  * mapping_read_folio_gfp - Read into page cache, using specified allocation flags.
3730  * @mapping:    The address_space for the folio.
3731  * @index:      The index that the allocated folio will contain.
3732  * @gfp:        The page allocator flags to use if allocating.
3733  *
3734  * This is the same as "read_cache_folio(mapping, index, NULL, NULL)", but with
3735  * any new memory allocations done using the specified allocation flags.
3736  *
3737  * The most likely error from this function is EIO, but ENOMEM is
3738  * possible and so is EINTR.  If ->read_folio returns another error,
3739  * that will be returned to the caller.
3740  *
3741  * The function expects mapping->invalidate_lock to be already held.
3742  *
3743  * Return: Uptodate folio on success, ERR_PTR() on failure.
3744  */
3745 struct folio *mapping_read_folio_gfp(struct address_space *mapping,
3746                 pgoff_t index, gfp_t gfp)
3747 {
3748         return do_read_cache_folio(mapping, index, NULL, NULL, gfp);
3749 }
3750 EXPORT_SYMBOL(mapping_read_folio_gfp);
3751
3752 static struct page *do_read_cache_page(struct address_space *mapping,
3753                 pgoff_t index, filler_t *filler, struct file *file, gfp_t gfp)
3754 {
3755         struct folio *folio;
3756
3757         folio = do_read_cache_folio(mapping, index, filler, file, gfp);
3758         if (IS_ERR(folio))
3759                 return &folio->page;
3760         return folio_file_page(folio, index);
3761 }
3762
3763 struct page *read_cache_page(struct address_space *mapping,
3764                         pgoff_t index, filler_t *filler, struct file *file)
3765 {
3766         return do_read_cache_page(mapping, index, filler, file,
3767                         mapping_gfp_mask(mapping));
3768 }
3769 EXPORT_SYMBOL(read_cache_page);
3770
3771 /**
3772  * read_cache_page_gfp - read into page cache, using specified page allocation flags.
3773  * @mapping:    the page's address_space
3774  * @index:      the page index
3775  * @gfp:        the page allocator flags to use if allocating
3776  *
3777  * This is the same as "read_mapping_page(mapping, index, NULL)", but with
3778  * any new page allocations done using the specified allocation flags.
3779  *
3780  * If the page does not get brought uptodate, return -EIO.
3781  *
3782  * The function expects mapping->invalidate_lock to be already held.
3783  *
3784  * Return: up to date page on success, ERR_PTR() on failure.
3785  */
3786 struct page *read_cache_page_gfp(struct address_space *mapping,
3787                                 pgoff_t index,
3788                                 gfp_t gfp)
3789 {
3790         return do_read_cache_page(mapping, index, NULL, NULL, gfp);
3791 }
3792 EXPORT_SYMBOL(read_cache_page_gfp);
3793
3794 /*
3795  * Warn about a page cache invalidation failure during a direct I/O write.
3796  */
3797 static void dio_warn_stale_pagecache(struct file *filp)
3798 {
3799         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(_rs, 86400 * HZ, DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3800         char pathname[128];
3801         char *path;
3802
3803         errseq_set(&filp->f_mapping->wb_err, -EIO);
3804         if (__ratelimit(&_rs)) {
3805                 path = file_path(filp, pathname, sizeof(pathname));
3806                 if (IS_ERR(path))
3807                         path = "(unknown)";
3808                 pr_crit("Page cache invalidation failure on direct I/O.  Possible data corruption due to collision with buffered I/O!\n");
3809                 pr_crit("File: %s PID: %d Comm: %.20s\n", path, current->pid,
3810                         current->comm);
3811         }
3812 }
3813
3814 void kiocb_invalidate_post_direct_write(struct kiocb *iocb, size_t count)
3815 {
3816         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
3817
3818         if (mapping->nrpages &&
3819             invalidate_inode_pages2_range(mapping,
3820                         iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT,
3821                         (iocb->ki_pos + count - 1) >> PAGE_SHIFT))
3822                 dio_warn_stale_pagecache(iocb->ki_filp);
3823 }
3824
3825 ssize_t
3826 generic_file_direct_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
3827 {
3828         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
3829         size_t write_len = iov_iter_count(from);
3830         ssize_t written;
3831
3832         /*
3833          * If a page can not be invalidated, return 0 to fall back
3834          * to buffered write.
3835          */
3836         written = kiocb_invalidate_pages(iocb, write_len);
3837         if (written) {
3838                 if (written == -EBUSY)
3839                         return 0;
3840                 return written;
3841         }
3842
3843         written = mapping->a_ops->direct_IO(iocb, from);
3844
3845         /*
3846          * Finally, try again to invalidate clean pages which might have been
3847          * cached by non-direct readahead, or faulted in by get_user_pages()
3848          * if the source of the write was an mmap'ed region of the file
3849          * we're writing.  Either one is a pretty crazy thing to do,
3850          * so we don't support it 100%.  If this invalidation
3851          * fails, tough, the write still worked...
3852          *
3853          * Most of the time we do not need this since dio_complete() will do
3854          * the invalidation for us. However there are some file systems that
3855          * do not end up with dio_complete() being called, so let's not break
3856          * them by removing it completely.
3857          *
3858          * Noticeable example is a blkdev_direct_IO().
3859          *
3860          * Skip invalidation for async writes or if mapping has no pages.
3861          */
3862         if (written > 0) {
3863                 struct inode *inode = mapping->host;
3864                 loff_t pos = iocb->ki_pos;
3865
3866                 kiocb_invalidate_post_direct_write(iocb, written);
3867                 pos += written;
3868                 write_len -= written;
3869                 if (pos > i_size_read(inode) && !S_ISBLK(inode->i_mode)) {
3870                         i_size_write(inode, pos);
3871                         mark_inode_dirty(inode);
3872                 }
3873                 iocb->ki_pos = pos;
3874         }
3875         if (written != -EIOCBQUEUED)
3876                 iov_iter_revert(from, write_len - iov_iter_count(from));
3877         return written;
3878 }
3879 EXPORT_SYMBOL(generic_file_direct_write);
3880
3881 ssize_t generic_perform_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *i)
3882 {
3883         struct file *file = iocb->ki_filp;
3884         loff_t pos = iocb->ki_pos;
3885         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3886         const struct address_space_operations *a_ops = mapping->a_ops;
3887         long status = 0;
3888         ssize_t written = 0;
3889
3890         do {
3891                 struct page *page;
3892                 unsigned long offset;   /* Offset into pagecache page */
3893                 unsigned long bytes;    /* Bytes to write to page */
3894                 size_t copied;          /* Bytes copied from user */
3895                 void *fsdata = NULL;
3896
3897                 offset = (pos & (PAGE_SIZE - 1));
3898                 bytes = min_t(unsigned long, PAGE_SIZE - offset,
3899                                                 iov_iter_count(i));
3900
3901 again:
3902                 /*
3903                  * Bring in the user page that we will copy from _first_.
3904                  * Otherwise there's a nasty deadlock on copying from the
3905                  * same page as we're writing to, without it being marked
3906                  * up-to-date.
3907                  */
3908                 if (unlikely(fault_in_iov_iter_readable(i, bytes) == bytes)) {
3909                         status = -EFAULT;
3910                         break;
3911                 }
3912
3913                 if (fatal_signal_pending(current)) {
3914                         status = -EINTR;
3915                         break;
3916                 }
3917
3918                 status = a_ops->write_begin(file, mapping, pos, bytes,
3919                                                 &page, &fsdata);
3920                 if (unlikely(status < 0))
3921                         break;
3922
3923                 if (mapping_writably_mapped(mapping))
3924                         flush_dcache_page(page);
3925
3926                 copied = copy_page_from_iter_atomic(page, offset, bytes, i);
3927                 flush_dcache_page(page);
3928
3929                 status = a_ops->write_end(file, mapping, pos, bytes, copied,
3930                                                 page, fsdata);
3931                 if (unlikely(status != copied)) {
3932                         iov_iter_revert(i, copied - max(status, 0L));
3933                         if (unlikely(status < 0))
3934                                 break;
3935                 }
3936                 cond_resched();
3937
3938                 if (unlikely(status == 0)) {
3939                         /*
3940                          * A short copy made ->write_end() reject the
3941                          * thing entirely.  Might be memory poisoning
3942                          * halfway through, might be a race with munmap,
3943                          * might be severe memory pressure.
3944                          */
3945                         if (copied)
3946                                 bytes = copied;
3947                         goto again;
3948                 }
3949                 pos += status;
3950                 written += status;
3951
3952                 balance_dirty_pages_ratelimited(mapping);
3953         } while (iov_iter_count(i));
3954
3955         if (!written)
3956                 return status;
3957         iocb->ki_pos += written;
3958         return written;
3959 }
3960 EXPORT_SYMBOL(generic_perform_write);
3961
3962 /**
3963  * __generic_file_write_iter - write data to a file
3964  * @iocb:       IO state structure (file, offset, etc.)
3965  * @from:       iov_iter with data to write
3966  *
3967  * This function does all the work needed for actually writing data to a
3968  * file. It does all basic checks, removes SUID from the file, updates
3969  * modification times and calls proper subroutines depending on whether we
3970  * do direct IO or a standard buffered write.
3971  *
3972  * It expects i_rwsem to be grabbed unless we work on a block device or similar
3973  * object which does not need locking at all.
3974  *
3975  * This function does *not* take care of syncing data in case of O_SYNC write.
3976  * A caller has to handle it. This is mainly due to the fact that we want to
3977  * avoid syncing under i_rwsem.
3978  *
3979  * Return:
3980  * * number of bytes written, even for truncated writes
3981  * * negative error code if no data has been written at all
3982  */
3983 ssize_t __generic_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
3984 {
3985         struct file *file = iocb->ki_filp;
3986         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3987         struct inode *inode = mapping->host;
3988         ssize_t ret;
3989
3990         ret = file_remove_privs(file);
3991         if (ret)
3992                 return ret;
3993
3994         ret = file_update_time(file);
3995         if (ret)
3996                 return ret;
3997
3998         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
3999                 ret = generic_file_direct_write(iocb, from);
4000                 /*
4001                  * If the write stopped short of completing, fall back to
4002                  * buffered writes.  Some filesystems do this for writes to
4003                  * holes, for example.  For DAX files, a buffered write will
4004                  * not succeed (even if it did, DAX does not handle dirty
4005                  * page-cache pages correctly).
4006                  */
4007                 if (ret < 0 || !iov_iter_count(from) || IS_DAX(inode))
4008                         return ret;
4009                 return direct_write_fallback(iocb, from, ret,
4010                                 generic_perform_write(iocb, from));
4011         }
4012
4013         return generic_perform_write(iocb, from);
4014 }
4015 EXPORT_SYMBOL(__generic_file_write_iter);
4016
4017 /**
4018  * generic_file_write_iter - write data to a file
4019  * @iocb:       IO state structure
4020  * @from:       iov_iter with data to write
4021  *
4022  * This is a wrapper around __generic_file_write_iter() to be used by most
4023  * filesystems. It takes care of syncing the file in case of O_SYNC file
4024  * and acquires i_rwsem as needed.
4025  * Return:
4026  * * negative error code if no data has been written at all of
4027  *   vfs_fsync_range() failed for a synchronous write
4028  * * number of bytes written, even for truncated writes
4029  */
4030 ssize_t generic_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
4031 {
4032         struct file *file = iocb->ki_filp;
4033         struct inode *inode = file->f_mapping->host;
4034         ssize_t ret;
4035
4036         inode_lock(inode);
4037         ret = generic_write_checks(iocb, from);
4038         if (ret > 0)
4039                 ret = __generic_file_write_iter(iocb, from);
4040         inode_unlock(inode);
4041
4042         if (ret > 0)
4043                 ret = generic_write_sync(iocb, ret);
4044         return ret;
4045 }
4046 EXPORT_SYMBOL(generic_file_write_iter);
4047
4048 /**
4049  * filemap_release_folio() - Release fs-specific metadata on a folio.
4050  * @folio: The folio which the kernel is trying to free.
4051  * @gfp: Memory allocation flags (and I/O mode).
4052  *
4053  * The address_space is trying to release any data attached to a folio
4054  * (presumably at folio->private).
4055  *
4056  * This will also be called if the private_2 flag is set on a page,
4057  * indicating that the folio has other metadata associated with it.
4058  *
4059  * The @gfp argument specifies whether I/O may be performed to release
4060  * this page (__GFP_IO), and whether the call may block
4061  * (__GFP_RECLAIM & __GFP_FS).
4062  *
4063  * Return: %true if the release was successful, otherwise %false.
4064  */
4065 bool filemap_release_folio(struct folio *folio, gfp_t gfp)
4066 {
4067         struct address_space * const mapping = folio->mapping;
4068
4069         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
4070         if (!folio_needs_release(folio))
4071                 return true;
4072         if (folio_test_writeback(folio))
4073                 return false;
4074
4075         if (mapping && mapping->a_ops->release_folio)
4076                 return mapping->a_ops->release_folio(folio, gfp);
4077         return try_to_free_buffers(folio);
4078 }
4079 EXPORT_SYMBOL(filemap_release_folio);
4080
4081 #ifdef CONFIG_CACHESTAT_SYSCALL
4082 /**
4083  * filemap_cachestat() - compute the page cache statistics of a mapping
4084  * @mapping:    The mapping to compute the statistics for.
4085  * @first_index:        The starting page cache index.
4086  * @last_index: The final page index (inclusive).
4087  * @cs: the cachestat struct to write the result to.
4088  *
4089  * This will query the page cache statistics of a mapping in the
4090  * page range of [first_index, last_index] (inclusive). The statistics
4091  * queried include: number of dirty pages, number of pages marked for
4092  * writeback, and the number of (recently) evicted pages.
4093  */
4094 static void filemap_cachestat(struct address_space *mapping,
4095                 pgoff_t first_index, pgoff_t last_index, struct cachestat *cs)
4096 {
4097         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, first_index);
4098         struct folio *folio;
4099
4100         rcu_read_lock();
4101         xas_for_each(&xas, folio, last_index) {
4102                 unsigned long nr_pages;
4103                 pgoff_t folio_first_index, folio_last_index;
4104
4105                 if (xas_retry(&xas, folio))
4106                         continue;
4107
4108                 if (xa_is_value(folio)) {
4109                         /* page is evicted */
4110                         void *shadow = (void *)folio;
4111                         bool workingset; /* not used */
4112                         int order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
4113
4114                         nr_pages = 1 << order;
4115                         folio_first_index = round_down(xas.xa_index, 1 << order);
4116                         folio_last_index = folio_first_index + nr_pages - 1;
4117
4118                         /* Folios might straddle the range boundaries, only count covered pages */
4119                         if (folio_first_index < first_index)
4120                                 nr_pages -= first_index - folio_first_index;
4121
4122                         if (folio_last_index > last_index)
4123                                 nr_pages -= folio_last_index - last_index;
4124
4125                         cs->nr_evicted += nr_pages;
4126
4127 #ifdef CONFIG_SWAP /* implies CONFIG_MMU */
4128                         if (shmem_mapping(mapping)) {
4129                                 /* shmem file - in swap cache */
4130                                 swp_entry_t swp = radix_to_swp_entry(folio);
4131
4132                                 shadow = get_shadow_from_swap_cache(swp);
4133                         }
4134 #endif
4135                         if (workingset_test_recent(shadow, true, &workingset))
4136                                 cs->nr_recently_evicted += nr_pages;
4137
4138                         goto resched;
4139                 }
4140
4141                 nr_pages = folio_nr_pages(folio);
4142                 folio_first_index = folio_pgoff(folio);
4143                 folio_last_index = folio_first_index + nr_pages - 1;
4144
4145                 /* Folios might straddle the range boundaries, only count covered pages */
4146                 if (folio_first_index < first_index)
4147                         nr_pages -= first_index - folio_first_index;
4148
4149                 if (folio_last_index > last_index)
4150                         nr_pages -= folio_last_index - last_index;
4151
4152                 /* page is in cache */
4153                 cs->nr_cache += nr_pages;
4154
4155                 if (folio_test_dirty(folio))
4156                         cs->nr_dirty += nr_pages;
4157
4158                 if (folio_test_writeback(folio))
4159                         cs->nr_writeback += nr_pages;
4160
4161 resched:
4162                 if (need_resched()) {
4163                         xas_pause(&xas);
4164                         cond_resched_rcu();
4165                 }
4166         }
4167         rcu_read_unlock();
4168 }
4169
4170 /*
4171  * The cachestat(2) system call.
4172  *
4173  * cachestat() returns the page cache statistics of a file in the
4174  * bytes range specified by `off` and `len`: number of cached pages,
4175  * number of dirty pages, number of pages marked for writeback,
4176  * number of evicted pages, and number of recently evicted pages.
4177  *
4178  * An evicted page is a page that is previously in the page cache
4179  * but has been evicted since. A page is recently evicted if its last
4180  * eviction was recent enough that its reentry to the cache would
4181  * indicate that it is actively being used by the system, and that
4182  * there is memory pressure on the system.
4183  *
4184  * `off` and `len` must be non-negative integers. If `len` > 0,
4185  * the queried range is [`off`, `off` + `len`]. If `len` == 0,
4186  * we will query in the range from `off` to the end of the file.
4187  *
4188  * The `flags` argument is unused for now, but is included for future
4189  * extensibility. User should pass 0 (i.e no flag specified).
4190  *
4191  * Currently, hugetlbfs is not supported.
4192  *
4193  * Because the status of a page can change after cachestat() checks it
4194  * but before it returns to the application, the returned values may
4195  * contain stale information.
4196  *
4197  * return values:
4198  *  zero        - success
4199  *  -EFAULT     - cstat or cstat_range points to an illegal address
4200  *  -EINVAL     - invalid flags
4201  *  -EBADF      - invalid file descriptor
4202  *  -EOPNOTSUPP - file descriptor is of a hugetlbfs file
4203  */
4204 SYSCALL_DEFINE4(cachestat, unsigned int, fd,
4205                 struct cachestat_range __user *, cstat_range,
4206                 struct cachestat __user *, cstat, unsigned int, flags)
4207 {
4208         struct fd f = fdget(fd);
4209         struct address_space *mapping;
4210         struct cachestat_range csr;
4211         struct cachestat cs;
4212         pgoff_t first_index, last_index;
4213
4214         if (!f.file)
4215                 return -EBADF;
4216
4217         if (copy_from_user(&csr, cstat_range,
4218                         sizeof(struct cachestat_range))) {
4219                 fdput(f);
4220                 return -EFAULT;
4221         }
4222
4223         /* hugetlbfs is not supported */
4224         if (is_file_hugepages(f.file)) {
4225                 fdput(f);
4226                 return -EOPNOTSUPP;
4227         }
4228
4229         if (flags != 0) {
4230                 fdput(f);
4231                 return -EINVAL;
4232         }
4233
4234         first_index = csr.off >> PAGE_SHIFT;
4235         last_index =
4236                 csr.len == 0 ? ULONG_MAX : (csr.off + csr.len - 1) >> PAGE_SHIFT;
4237         memset(&cs, 0, sizeof(struct cachestat));
4238         mapping = f.file->f_mapping;
4239         filemap_cachestat(mapping, first_index, last_index, &cs);
4240         fdput(f);
4241
4242         if (copy_to_user(cstat, &cs, sizeof(struct cachestat)))
4243                 return -EFAULT;
4244
4245         return 0;
4246 }
4247 #endif /* CONFIG_CACHESTAT_SYSCALL */