Linux 6.0-rc1
[linux-2.6-microblaze.git] / fs / dax.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * fs/dax.c - Direct Access filesystem code
4  * Copyright (c) 2013-2014 Intel Corporation
5  * Author: Matthew Wilcox <matthew.r.wilcox@intel.com>
6  * Author: Ross Zwisler <ross.zwisler@linux.intel.com>
7  */
8
9 #include <linux/atomic.h>
10 #include <linux/blkdev.h>
11 #include <linux/buffer_head.h>
12 #include <linux/dax.h>
13 #include <linux/fs.h>
14 #include <linux/genhd.h>
15 #include <linux/highmem.h>
16 #include <linux/memcontrol.h>
17 #include <linux/mm.h>
18 #include <linux/mutex.h>
19 #include <linux/pagevec.h>
20 #include <linux/sched.h>
21 #include <linux/sched/signal.h>
22 #include <linux/uio.h>
23 #include <linux/vmstat.h>
24 #include <linux/pfn_t.h>
25 #include <linux/sizes.h>
26 #include <linux/mmu_notifier.h>
27 #include <linux/iomap.h>
28 #include <asm/pgalloc.h>
29
30 #define CREATE_TRACE_POINTS
31 #include <trace/events/fs_dax.h>
32
33 static inline unsigned int pe_order(enum page_entry_size pe_size)
34 {
35         if (pe_size == PE_SIZE_PTE)
36                 return PAGE_SHIFT - PAGE_SHIFT;
37         if (pe_size == PE_SIZE_PMD)
38                 return PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT;
39         if (pe_size == PE_SIZE_PUD)
40                 return PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT;
41         return ~0;
42 }
43
44 /* We choose 4096 entries - same as per-zone page wait tables */
45 #define DAX_WAIT_TABLE_BITS 12
46 #define DAX_WAIT_TABLE_ENTRIES (1 << DAX_WAIT_TABLE_BITS)
47
48 /* The 'colour' (ie low bits) within a PMD of a page offset.  */
49 #define PG_PMD_COLOUR   ((PMD_SIZE >> PAGE_SHIFT) - 1)
50 #define PG_PMD_NR       (PMD_SIZE >> PAGE_SHIFT)
51
52 /* The order of a PMD entry */
53 #define PMD_ORDER       (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT)
54
55 static wait_queue_head_t wait_table[DAX_WAIT_TABLE_ENTRIES];
56
57 static int __init init_dax_wait_table(void)
58 {
59         int i;
60
61         for (i = 0; i < DAX_WAIT_TABLE_ENTRIES; i++)
62                 init_waitqueue_head(wait_table + i);
63         return 0;
64 }
65 fs_initcall(init_dax_wait_table);
66
67 /*
68  * DAX pagecache entries use XArray value entries so they can't be mistaken
69  * for pages.  We use one bit for locking, one bit for the entry size (PMD)
70  * and two more to tell us if the entry is a zero page or an empty entry that
71  * is just used for locking.  In total four special bits.
72  *
73  * If the PMD bit isn't set the entry has size PAGE_SIZE, and if the ZERO_PAGE
74  * and EMPTY bits aren't set the entry is a normal DAX entry with a filesystem
75  * block allocation.
76  */
77 #define DAX_SHIFT       (4)
78 #define DAX_LOCKED      (1UL << 0)
79 #define DAX_PMD         (1UL << 1)
80 #define DAX_ZERO_PAGE   (1UL << 2)
81 #define DAX_EMPTY       (1UL << 3)
82
83 static unsigned long dax_to_pfn(void *entry)
84 {
85         return xa_to_value(entry) >> DAX_SHIFT;
86 }
87
88 static void *dax_make_entry(pfn_t pfn, unsigned long flags)
89 {
90         return xa_mk_value(flags | (pfn_t_to_pfn(pfn) << DAX_SHIFT));
91 }
92
93 static bool dax_is_locked(void *entry)
94 {
95         return xa_to_value(entry) & DAX_LOCKED;
96 }
97
98 static unsigned int dax_entry_order(void *entry)
99 {
100         if (xa_to_value(entry) & DAX_PMD)
101                 return PMD_ORDER;
102         return 0;
103 }
104
105 static unsigned long dax_is_pmd_entry(void *entry)
106 {
107         return xa_to_value(entry) & DAX_PMD;
108 }
109
110 static bool dax_is_pte_entry(void *entry)
111 {
112         return !(xa_to_value(entry) & DAX_PMD);
113 }
114
115 static int dax_is_zero_entry(void *entry)
116 {
117         return xa_to_value(entry) & DAX_ZERO_PAGE;
118 }
119
120 static int dax_is_empty_entry(void *entry)
121 {
122         return xa_to_value(entry) & DAX_EMPTY;
123 }
124
125 /*
126  * true if the entry that was found is of a smaller order than the entry
127  * we were looking for
128  */
129 static bool dax_is_conflict(void *entry)
130 {
131         return entry == XA_RETRY_ENTRY;
132 }
133
134 /*
135  * DAX page cache entry locking
136  */
137 struct exceptional_entry_key {
138         struct xarray *xa;
139         pgoff_t entry_start;
140 };
141
142 struct wait_exceptional_entry_queue {
143         wait_queue_entry_t wait;
144         struct exceptional_entry_key key;
145 };
146
147 /**
148  * enum dax_wake_mode: waitqueue wakeup behaviour
149  * @WAKE_ALL: wake all waiters in the waitqueue
150  * @WAKE_NEXT: wake only the first waiter in the waitqueue
151  */
152 enum dax_wake_mode {
153         WAKE_ALL,
154         WAKE_NEXT,
155 };
156
157 static wait_queue_head_t *dax_entry_waitqueue(struct xa_state *xas,
158                 void *entry, struct exceptional_entry_key *key)
159 {
160         unsigned long hash;
161         unsigned long index = xas->xa_index;
162
163         /*
164          * If 'entry' is a PMD, align the 'index' that we use for the wait
165          * queue to the start of that PMD.  This ensures that all offsets in
166          * the range covered by the PMD map to the same bit lock.
167          */
168         if (dax_is_pmd_entry(entry))
169                 index &= ~PG_PMD_COLOUR;
170         key->xa = xas->xa;
171         key->entry_start = index;
172
173         hash = hash_long((unsigned long)xas->xa ^ index, DAX_WAIT_TABLE_BITS);
174         return wait_table + hash;
175 }
176
177 static int wake_exceptional_entry_func(wait_queue_entry_t *wait,
178                 unsigned int mode, int sync, void *keyp)
179 {
180         struct exceptional_entry_key *key = keyp;
181         struct wait_exceptional_entry_queue *ewait =
182                 container_of(wait, struct wait_exceptional_entry_queue, wait);
183
184         if (key->xa != ewait->key.xa ||
185             key->entry_start != ewait->key.entry_start)
186                 return 0;
187         return autoremove_wake_function(wait, mode, sync, NULL);
188 }
189
190 /*
191  * @entry may no longer be the entry at the index in the mapping.
192  * The important information it's conveying is whether the entry at
193  * this index used to be a PMD entry.
194  */
195 static void dax_wake_entry(struct xa_state *xas, void *entry,
196                            enum dax_wake_mode mode)
197 {
198         struct exceptional_entry_key key;
199         wait_queue_head_t *wq;
200
201         wq = dax_entry_waitqueue(xas, entry, &key);
202
203         /*
204          * Checking for locked entry and prepare_to_wait_exclusive() happens
205          * under the i_pages lock, ditto for entry handling in our callers.
206          * So at this point all tasks that could have seen our entry locked
207          * must be in the waitqueue and the following check will see them.
208          */
209         if (waitqueue_active(wq))
210                 __wake_up(wq, TASK_NORMAL, mode == WAKE_ALL ? 0 : 1, &key);
211 }
212
213 /*
214  * Look up entry in page cache, wait for it to become unlocked if it
215  * is a DAX entry and return it.  The caller must subsequently call
216  * put_unlocked_entry() if it did not lock the entry or dax_unlock_entry()
217  * if it did.  The entry returned may have a larger order than @order.
218  * If @order is larger than the order of the entry found in i_pages, this
219  * function returns a dax_is_conflict entry.
220  *
221  * Must be called with the i_pages lock held.
222  */
223 static void *get_unlocked_entry(struct xa_state *xas, unsigned int order)
224 {
225         void *entry;
226         struct wait_exceptional_entry_queue ewait;
227         wait_queue_head_t *wq;
228
229         init_wait(&ewait.wait);
230         ewait.wait.func = wake_exceptional_entry_func;
231
232         for (;;) {
233                 entry = xas_find_conflict(xas);
234                 if (!entry || WARN_ON_ONCE(!xa_is_value(entry)))
235                         return entry;
236                 if (dax_entry_order(entry) < order)
237                         return XA_RETRY_ENTRY;
238                 if (!dax_is_locked(entry))
239                         return entry;
240
241                 wq = dax_entry_waitqueue(xas, entry, &ewait.key);
242                 prepare_to_wait_exclusive(wq, &ewait.wait,
243                                           TASK_UNINTERRUPTIBLE);
244                 xas_unlock_irq(xas);
245                 xas_reset(xas);
246                 schedule();
247                 finish_wait(wq, &ewait.wait);
248                 xas_lock_irq(xas);
249         }
250 }
251
252 /*
253  * The only thing keeping the address space around is the i_pages lock
254  * (it's cycled in clear_inode() after removing the entries from i_pages)
255  * After we call xas_unlock_irq(), we cannot touch xas->xa.
256  */
257 static void wait_entry_unlocked(struct xa_state *xas, void *entry)
258 {
259         struct wait_exceptional_entry_queue ewait;
260         wait_queue_head_t *wq;
261
262         init_wait(&ewait.wait);
263         ewait.wait.func = wake_exceptional_entry_func;
264
265         wq = dax_entry_waitqueue(xas, entry, &ewait.key);
266         /*
267          * Unlike get_unlocked_entry() there is no guarantee that this
268          * path ever successfully retrieves an unlocked entry before an
269          * inode dies. Perform a non-exclusive wait in case this path
270          * never successfully performs its own wake up.
271          */
272         prepare_to_wait(wq, &ewait.wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
273         xas_unlock_irq(xas);
274         schedule();
275         finish_wait(wq, &ewait.wait);
276 }
277
278 static void put_unlocked_entry(struct xa_state *xas, void *entry,
279                                enum dax_wake_mode mode)
280 {
281         if (entry && !dax_is_conflict(entry))
282                 dax_wake_entry(xas, entry, mode);
283 }
284
285 /*
286  * We used the xa_state to get the entry, but then we locked the entry and
287  * dropped the xa_lock, so we know the xa_state is stale and must be reset
288  * before use.
289  */
290 static void dax_unlock_entry(struct xa_state *xas, void *entry)
291 {
292         void *old;
293
294         BUG_ON(dax_is_locked(entry));
295         xas_reset(xas);
296         xas_lock_irq(xas);
297         old = xas_store(xas, entry);
298         xas_unlock_irq(xas);
299         BUG_ON(!dax_is_locked(old));
300         dax_wake_entry(xas, entry, WAKE_NEXT);
301 }
302
303 /*
304  * Return: The entry stored at this location before it was locked.
305  */
306 static void *dax_lock_entry(struct xa_state *xas, void *entry)
307 {
308         unsigned long v = xa_to_value(entry);
309         return xas_store(xas, xa_mk_value(v | DAX_LOCKED));
310 }
311
312 static unsigned long dax_entry_size(void *entry)
313 {
314         if (dax_is_zero_entry(entry))
315                 return 0;
316         else if (dax_is_empty_entry(entry))
317                 return 0;
318         else if (dax_is_pmd_entry(entry))
319                 return PMD_SIZE;
320         else
321                 return PAGE_SIZE;
322 }
323
324 static unsigned long dax_end_pfn(void *entry)
325 {
326         return dax_to_pfn(entry) + dax_entry_size(entry) / PAGE_SIZE;
327 }
328
329 /*
330  * Iterate through all mapped pfns represented by an entry, i.e. skip
331  * 'empty' and 'zero' entries.
332  */
333 #define for_each_mapped_pfn(entry, pfn) \
334         for (pfn = dax_to_pfn(entry); \
335                         pfn < dax_end_pfn(entry); pfn++)
336
337 /*
338  * TODO: for reflink+dax we need a way to associate a single page with
339  * multiple address_space instances at different linear_page_index()
340  * offsets.
341  */
342 static void dax_associate_entry(void *entry, struct address_space *mapping,
343                 struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
344 {
345         unsigned long size = dax_entry_size(entry), pfn, index;
346         int i = 0;
347
348         if (IS_ENABLED(CONFIG_FS_DAX_LIMITED))
349                 return;
350
351         index = linear_page_index(vma, address & ~(size - 1));
352         for_each_mapped_pfn(entry, pfn) {
353                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
354
355                 WARN_ON_ONCE(page->mapping);
356                 page->mapping = mapping;
357                 page->index = index + i++;
358         }
359 }
360
361 static void dax_disassociate_entry(void *entry, struct address_space *mapping,
362                 bool trunc)
363 {
364         unsigned long pfn;
365
366         if (IS_ENABLED(CONFIG_FS_DAX_LIMITED))
367                 return;
368
369         for_each_mapped_pfn(entry, pfn) {
370                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
371
372                 WARN_ON_ONCE(trunc && page_ref_count(page) > 1);
373                 WARN_ON_ONCE(page->mapping && page->mapping != mapping);
374                 page->mapping = NULL;
375                 page->index = 0;
376         }
377 }
378
379 static struct page *dax_busy_page(void *entry)
380 {
381         unsigned long pfn;
382
383         for_each_mapped_pfn(entry, pfn) {
384                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
385
386                 if (page_ref_count(page) > 1)
387                         return page;
388         }
389         return NULL;
390 }
391
392 /*
393  * dax_lock_mapping_entry - Lock the DAX entry corresponding to a page
394  * @page: The page whose entry we want to lock
395  *
396  * Context: Process context.
397  * Return: A cookie to pass to dax_unlock_page() or 0 if the entry could
398  * not be locked.
399  */
400 dax_entry_t dax_lock_page(struct page *page)
401 {
402         XA_STATE(xas, NULL, 0);
403         void *entry;
404
405         /* Ensure page->mapping isn't freed while we look at it */
406         rcu_read_lock();
407         for (;;) {
408                 struct address_space *mapping = READ_ONCE(page->mapping);
409
410                 entry = NULL;
411                 if (!mapping || !dax_mapping(mapping))
412                         break;
413
414                 /*
415                  * In the device-dax case there's no need to lock, a
416                  * struct dev_pagemap pin is sufficient to keep the
417                  * inode alive, and we assume we have dev_pagemap pin
418                  * otherwise we would not have a valid pfn_to_page()
419                  * translation.
420                  */
421                 entry = (void *)~0UL;
422                 if (S_ISCHR(mapping->host->i_mode))
423                         break;
424
425                 xas.xa = &mapping->i_pages;
426                 xas_lock_irq(&xas);
427                 if (mapping != page->mapping) {
428                         xas_unlock_irq(&xas);
429                         continue;
430                 }
431                 xas_set(&xas, page->index);
432                 entry = xas_load(&xas);
433                 if (dax_is_locked(entry)) {
434                         rcu_read_unlock();
435                         wait_entry_unlocked(&xas, entry);
436                         rcu_read_lock();
437                         continue;
438                 }
439                 dax_lock_entry(&xas, entry);
440                 xas_unlock_irq(&xas);
441                 break;
442         }
443         rcu_read_unlock();
444         return (dax_entry_t)entry;
445 }
446
447 void dax_unlock_page(struct page *page, dax_entry_t cookie)
448 {
449         struct address_space *mapping = page->mapping;
450         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, page->index);
451
452         if (S_ISCHR(mapping->host->i_mode))
453                 return;
454
455         dax_unlock_entry(&xas, (void *)cookie);
456 }
457
458 /*
459  * Find page cache entry at given index. If it is a DAX entry, return it
460  * with the entry locked. If the page cache doesn't contain an entry at
461  * that index, add a locked empty entry.
462  *
463  * When requesting an entry with size DAX_PMD, grab_mapping_entry() will
464  * either return that locked entry or will return VM_FAULT_FALLBACK.
465  * This will happen if there are any PTE entries within the PMD range
466  * that we are requesting.
467  *
468  * We always favor PTE entries over PMD entries. There isn't a flow where we
469  * evict PTE entries in order to 'upgrade' them to a PMD entry.  A PMD
470  * insertion will fail if it finds any PTE entries already in the tree, and a
471  * PTE insertion will cause an existing PMD entry to be unmapped and
472  * downgraded to PTE entries.  This happens for both PMD zero pages as
473  * well as PMD empty entries.
474  *
475  * The exception to this downgrade path is for PMD entries that have
476  * real storage backing them.  We will leave these real PMD entries in
477  * the tree, and PTE writes will simply dirty the entire PMD entry.
478  *
479  * Note: Unlike filemap_fault() we don't honor FAULT_FLAG_RETRY flags. For
480  * persistent memory the benefit is doubtful. We can add that later if we can
481  * show it helps.
482  *
483  * On error, this function does not return an ERR_PTR.  Instead it returns
484  * a VM_FAULT code, encoded as an xarray internal entry.  The ERR_PTR values
485  * overlap with xarray value entries.
486  */
487 static void *grab_mapping_entry(struct xa_state *xas,
488                 struct address_space *mapping, unsigned int order)
489 {
490         unsigned long index = xas->xa_index;
491         bool pmd_downgrade;     /* splitting PMD entry into PTE entries? */
492         void *entry;
493
494 retry:
495         pmd_downgrade = false;
496         xas_lock_irq(xas);
497         entry = get_unlocked_entry(xas, order);
498
499         if (entry) {
500                 if (dax_is_conflict(entry))
501                         goto fallback;
502                 if (!xa_is_value(entry)) {
503                         xas_set_err(xas, -EIO);
504                         goto out_unlock;
505                 }
506
507                 if (order == 0) {
508                         if (dax_is_pmd_entry(entry) &&
509                             (dax_is_zero_entry(entry) ||
510                              dax_is_empty_entry(entry))) {
511                                 pmd_downgrade = true;
512                         }
513                 }
514         }
515
516         if (pmd_downgrade) {
517                 /*
518                  * Make sure 'entry' remains valid while we drop
519                  * the i_pages lock.
520                  */
521                 dax_lock_entry(xas, entry);
522
523                 /*
524                  * Besides huge zero pages the only other thing that gets
525                  * downgraded are empty entries which don't need to be
526                  * unmapped.
527                  */
528                 if (dax_is_zero_entry(entry)) {
529                         xas_unlock_irq(xas);
530                         unmap_mapping_pages(mapping,
531                                         xas->xa_index & ~PG_PMD_COLOUR,
532                                         PG_PMD_NR, false);
533                         xas_reset(xas);
534                         xas_lock_irq(xas);
535                 }
536
537                 dax_disassociate_entry(entry, mapping, false);
538                 xas_store(xas, NULL);   /* undo the PMD join */
539                 dax_wake_entry(xas, entry, WAKE_ALL);
540                 mapping->nrpages -= PG_PMD_NR;
541                 entry = NULL;
542                 xas_set(xas, index);
543         }
544
545         if (entry) {
546                 dax_lock_entry(xas, entry);
547         } else {
548                 unsigned long flags = DAX_EMPTY;
549
550                 if (order > 0)
551                         flags |= DAX_PMD;
552                 entry = dax_make_entry(pfn_to_pfn_t(0), flags);
553                 dax_lock_entry(xas, entry);
554                 if (xas_error(xas))
555                         goto out_unlock;
556                 mapping->nrpages += 1UL << order;
557         }
558
559 out_unlock:
560         xas_unlock_irq(xas);
561         if (xas_nomem(xas, mapping_gfp_mask(mapping) & ~__GFP_HIGHMEM))
562                 goto retry;
563         if (xas->xa_node == XA_ERROR(-ENOMEM))
564                 return xa_mk_internal(VM_FAULT_OOM);
565         if (xas_error(xas))
566                 return xa_mk_internal(VM_FAULT_SIGBUS);
567         return entry;
568 fallback:
569         xas_unlock_irq(xas);
570         return xa_mk_internal(VM_FAULT_FALLBACK);
571 }
572
573 /**
574  * dax_layout_busy_page_range - find first pinned page in @mapping
575  * @mapping: address space to scan for a page with ref count > 1
576  * @start: Starting offset. Page containing 'start' is included.
577  * @end: End offset. Page containing 'end' is included. If 'end' is LLONG_MAX,
578  *       pages from 'start' till the end of file are included.
579  *
580  * DAX requires ZONE_DEVICE mapped pages. These pages are never
581  * 'onlined' to the page allocator so they are considered idle when
582  * page->count == 1. A filesystem uses this interface to determine if
583  * any page in the mapping is busy, i.e. for DMA, or other
584  * get_user_pages() usages.
585  *
586  * It is expected that the filesystem is holding locks to block the
587  * establishment of new mappings in this address_space. I.e. it expects
588  * to be able to run unmap_mapping_range() and subsequently not race
589  * mapping_mapped() becoming true.
590  */
591 struct page *dax_layout_busy_page_range(struct address_space *mapping,
592                                         loff_t start, loff_t end)
593 {
594         void *entry;
595         unsigned int scanned = 0;
596         struct page *page = NULL;
597         pgoff_t start_idx = start >> PAGE_SHIFT;
598         pgoff_t end_idx;
599         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_idx);
600
601         /*
602          * In the 'limited' case get_user_pages() for dax is disabled.
603          */
604         if (IS_ENABLED(CONFIG_FS_DAX_LIMITED))
605                 return NULL;
606
607         if (!dax_mapping(mapping) || !mapping_mapped(mapping))
608                 return NULL;
609
610         /* If end == LLONG_MAX, all pages from start to till end of file */
611         if (end == LLONG_MAX)
612                 end_idx = ULONG_MAX;
613         else
614                 end_idx = end >> PAGE_SHIFT;
615         /*
616          * If we race get_user_pages_fast() here either we'll see the
617          * elevated page count in the iteration and wait, or
618          * get_user_pages_fast() will see that the page it took a reference
619          * against is no longer mapped in the page tables and bail to the
620          * get_user_pages() slow path.  The slow path is protected by
621          * pte_lock() and pmd_lock(). New references are not taken without
622          * holding those locks, and unmap_mapping_pages() will not zero the
623          * pte or pmd without holding the respective lock, so we are
624          * guaranteed to either see new references or prevent new
625          * references from being established.
626          */
627         unmap_mapping_pages(mapping, start_idx, end_idx - start_idx + 1, 0);
628
629         xas_lock_irq(&xas);
630         xas_for_each(&xas, entry, end_idx) {
631                 if (WARN_ON_ONCE(!xa_is_value(entry)))
632                         continue;
633                 if (unlikely(dax_is_locked(entry)))
634                         entry = get_unlocked_entry(&xas, 0);
635                 if (entry)
636                         page = dax_busy_page(entry);
637                 put_unlocked_entry(&xas, entry, WAKE_NEXT);
638                 if (page)
639                         break;
640                 if (++scanned % XA_CHECK_SCHED)
641                         continue;
642
643                 xas_pause(&xas);
644                 xas_unlock_irq(&xas);
645                 cond_resched();
646                 xas_lock_irq(&xas);
647         }
648         xas_unlock_irq(&xas);
649         return page;
650 }
651 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_layout_busy_page_range);
652
653 struct page *dax_layout_busy_page(struct address_space *mapping)
654 {
655         return dax_layout_busy_page_range(mapping, 0, LLONG_MAX);
656 }
657 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_layout_busy_page);
658
659 static int __dax_invalidate_entry(struct address_space *mapping,
660                                           pgoff_t index, bool trunc)
661 {
662         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
663         int ret = 0;
664         void *entry;
665
666         xas_lock_irq(&xas);
667         entry = get_unlocked_entry(&xas, 0);
668         if (!entry || WARN_ON_ONCE(!xa_is_value(entry)))
669                 goto out;
670         if (!trunc &&
671             (xas_get_mark(&xas, PAGECACHE_TAG_DIRTY) ||
672              xas_get_mark(&xas, PAGECACHE_TAG_TOWRITE)))
673                 goto out;
674         dax_disassociate_entry(entry, mapping, trunc);
675         xas_store(&xas, NULL);
676         mapping->nrpages -= 1UL << dax_entry_order(entry);
677         ret = 1;
678 out:
679         put_unlocked_entry(&xas, entry, WAKE_ALL);
680         xas_unlock_irq(&xas);
681         return ret;
682 }
683
684 /*
685  * Delete DAX entry at @index from @mapping.  Wait for it
686  * to be unlocked before deleting it.
687  */
688 int dax_delete_mapping_entry(struct address_space *mapping, pgoff_t index)
689 {
690         int ret = __dax_invalidate_entry(mapping, index, true);
691
692         /*
693          * This gets called from truncate / punch_hole path. As such, the caller
694          * must hold locks protecting against concurrent modifications of the
695          * page cache (usually fs-private i_mmap_sem for writing). Since the
696          * caller has seen a DAX entry for this index, we better find it
697          * at that index as well...
698          */
699         WARN_ON_ONCE(!ret);
700         return ret;
701 }
702
703 /*
704  * Invalidate DAX entry if it is clean.
705  */
706 int dax_invalidate_mapping_entry_sync(struct address_space *mapping,
707                                       pgoff_t index)
708 {
709         return __dax_invalidate_entry(mapping, index, false);
710 }
711
712 static int copy_cow_page_dax(struct block_device *bdev, struct dax_device *dax_dev,
713                              sector_t sector, struct page *to, unsigned long vaddr)
714 {
715         void *vto, *kaddr;
716         pgoff_t pgoff;
717         long rc;
718         int id;
719
720         rc = bdev_dax_pgoff(bdev, sector, PAGE_SIZE, &pgoff);
721         if (rc)
722                 return rc;
723
724         id = dax_read_lock();
725         rc = dax_direct_access(dax_dev, pgoff, 1, &kaddr, NULL);
726         if (rc < 0) {
727                 dax_read_unlock(id);
728                 return rc;
729         }
730         vto = kmap_atomic(to);
731         copy_user_page(vto, (void __force *)kaddr, vaddr, to);
732         kunmap_atomic(vto);
733         dax_read_unlock(id);
734         return 0;
735 }
736
737 /*
738  * By this point grab_mapping_entry() has ensured that we have a locked entry
739  * of the appropriate size so we don't have to worry about downgrading PMDs to
740  * PTEs.  If we happen to be trying to insert a PTE and there is a PMD
741  * already in the tree, we will skip the insertion and just dirty the PMD as
742  * appropriate.
743  */
744 static void *dax_insert_entry(struct xa_state *xas,
745                 struct address_space *mapping, struct vm_fault *vmf,
746                 void *entry, pfn_t pfn, unsigned long flags, bool dirty)
747 {
748         void *new_entry = dax_make_entry(pfn, flags);
749
750         if (dirty)
751                 __mark_inode_dirty(mapping->host, I_DIRTY_PAGES);
752
753         if (dax_is_zero_entry(entry) && !(flags & DAX_ZERO_PAGE)) {
754                 unsigned long index = xas->xa_index;
755                 /* we are replacing a zero page with block mapping */
756                 if (dax_is_pmd_entry(entry))
757                         unmap_mapping_pages(mapping, index & ~PG_PMD_COLOUR,
758                                         PG_PMD_NR, false);
759                 else /* pte entry */
760                         unmap_mapping_pages(mapping, index, 1, false);
761         }
762
763         xas_reset(xas);
764         xas_lock_irq(xas);
765         if (dax_is_zero_entry(entry) || dax_is_empty_entry(entry)) {
766                 void *old;
767
768                 dax_disassociate_entry(entry, mapping, false);
769                 dax_associate_entry(new_entry, mapping, vmf->vma, vmf->address);
770                 /*
771                  * Only swap our new entry into the page cache if the current
772                  * entry is a zero page or an empty entry.  If a normal PTE or
773                  * PMD entry is already in the cache, we leave it alone.  This
774                  * means that if we are trying to insert a PTE and the
775                  * existing entry is a PMD, we will just leave the PMD in the
776                  * tree and dirty it if necessary.
777                  */
778                 old = dax_lock_entry(xas, new_entry);
779                 WARN_ON_ONCE(old != xa_mk_value(xa_to_value(entry) |
780                                         DAX_LOCKED));
781                 entry = new_entry;
782         } else {
783                 xas_load(xas);  /* Walk the xa_state */
784         }
785
786         if (dirty)
787                 xas_set_mark(xas, PAGECACHE_TAG_DIRTY);
788
789         xas_unlock_irq(xas);
790         return entry;
791 }
792
793 static inline
794 unsigned long pgoff_address(pgoff_t pgoff, struct vm_area_struct *vma)
795 {
796         unsigned long address;
797
798         address = vma->vm_start + ((pgoff - vma->vm_pgoff) << PAGE_SHIFT);
799         VM_BUG_ON_VMA(address < vma->vm_start || address >= vma->vm_end, vma);
800         return address;
801 }
802
803 /* Walk all mappings of a given index of a file and writeprotect them */
804 static void dax_entry_mkclean(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
805                 unsigned long pfn)
806 {
807         struct vm_area_struct *vma;
808         pte_t pte, *ptep = NULL;
809         pmd_t *pmdp = NULL;
810         spinlock_t *ptl;
811
812         i_mmap_lock_read(mapping);
813         vma_interval_tree_foreach(vma, &mapping->i_mmap, index, index) {
814                 struct mmu_notifier_range range;
815                 unsigned long address;
816
817                 cond_resched();
818
819                 if (!(vma->vm_flags & VM_SHARED))
820                         continue;
821
822                 address = pgoff_address(index, vma);
823
824                 /*
825                  * follow_invalidate_pte() will use the range to call
826                  * mmu_notifier_invalidate_range_start() on our behalf before
827                  * taking any lock.
828                  */
829                 if (follow_invalidate_pte(vma->vm_mm, address, &range, &ptep,
830                                           &pmdp, &ptl))
831                         continue;
832
833                 /*
834                  * No need to call mmu_notifier_invalidate_range() as we are
835                  * downgrading page table protection not changing it to point
836                  * to a new page.
837                  *
838                  * See Documentation/vm/mmu_notifier.rst
839                  */
840                 if (pmdp) {
841 #ifdef CONFIG_FS_DAX_PMD
842                         pmd_t pmd;
843
844                         if (pfn != pmd_pfn(*pmdp))
845                                 goto unlock_pmd;
846                         if (!pmd_dirty(*pmdp) && !pmd_write(*pmdp))
847                                 goto unlock_pmd;
848
849                         flush_cache_page(vma, address, pfn);
850                         pmd = pmdp_invalidate(vma, address, pmdp);
851                         pmd = pmd_wrprotect(pmd);
852                         pmd = pmd_mkclean(pmd);
853                         set_pmd_at(vma->vm_mm, address, pmdp, pmd);
854 unlock_pmd:
855 #endif
856                         spin_unlock(ptl);
857                 } else {
858                         if (pfn != pte_pfn(*ptep))
859                                 goto unlock_pte;
860                         if (!pte_dirty(*ptep) && !pte_write(*ptep))
861                                 goto unlock_pte;
862
863                         flush_cache_page(vma, address, pfn);
864                         pte = ptep_clear_flush(vma, address, ptep);
865                         pte = pte_wrprotect(pte);
866                         pte = pte_mkclean(pte);
867                         set_pte_at(vma->vm_mm, address, ptep, pte);
868 unlock_pte:
869                         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
870                 }
871
872                 mmu_notifier_invalidate_range_end(&range);
873         }
874         i_mmap_unlock_read(mapping);
875 }
876
877 static int dax_writeback_one(struct xa_state *xas, struct dax_device *dax_dev,
878                 struct address_space *mapping, void *entry)
879 {
880         unsigned long pfn, index, count;
881         long ret = 0;
882
883         /*
884          * A page got tagged dirty in DAX mapping? Something is seriously
885          * wrong.
886          */
887         if (WARN_ON(!xa_is_value(entry)))
888                 return -EIO;
889
890         if (unlikely(dax_is_locked(entry))) {
891                 void *old_entry = entry;
892
893                 entry = get_unlocked_entry(xas, 0);
894
895                 /* Entry got punched out / reallocated? */
896                 if (!entry || WARN_ON_ONCE(!xa_is_value(entry)))
897                         goto put_unlocked;
898                 /*
899                  * Entry got reallocated elsewhere? No need to writeback.
900                  * We have to compare pfns as we must not bail out due to
901                  * difference in lockbit or entry type.
902                  */
903                 if (dax_to_pfn(old_entry) != dax_to_pfn(entry))
904                         goto put_unlocked;
905                 if (WARN_ON_ONCE(dax_is_empty_entry(entry) ||
906                                         dax_is_zero_entry(entry))) {
907                         ret = -EIO;
908                         goto put_unlocked;
909                 }
910
911                 /* Another fsync thread may have already done this entry */
912                 if (!xas_get_mark(xas, PAGECACHE_TAG_TOWRITE))
913                         goto put_unlocked;
914         }
915
916         /* Lock the entry to serialize with page faults */
917         dax_lock_entry(xas, entry);
918
919         /*
920          * We can clear the tag now but we have to be careful so that concurrent
921          * dax_writeback_one() calls for the same index cannot finish before we
922          * actually flush the caches. This is achieved as the calls will look
923          * at the entry only under the i_pages lock and once they do that
924          * they will see the entry locked and wait for it to unlock.
925          */
926         xas_clear_mark(xas, PAGECACHE_TAG_TOWRITE);
927         xas_unlock_irq(xas);
928
929         /*
930          * If dax_writeback_mapping_range() was given a wbc->range_start
931          * in the middle of a PMD, the 'index' we use needs to be
932          * aligned to the start of the PMD.
933          * This allows us to flush for PMD_SIZE and not have to worry about
934          * partial PMD writebacks.
935          */
936         pfn = dax_to_pfn(entry);
937         count = 1UL << dax_entry_order(entry);
938         index = xas->xa_index & ~(count - 1);
939
940         dax_entry_mkclean(mapping, index, pfn);
941         dax_flush(dax_dev, page_address(pfn_to_page(pfn)), count * PAGE_SIZE);
942         /*
943          * After we have flushed the cache, we can clear the dirty tag. There
944          * cannot be new dirty data in the pfn after the flush has completed as
945          * the pfn mappings are writeprotected and fault waits for mapping
946          * entry lock.
947          */
948         xas_reset(xas);
949         xas_lock_irq(xas);
950         xas_store(xas, entry);
951         xas_clear_mark(xas, PAGECACHE_TAG_DIRTY);
952         dax_wake_entry(xas, entry, WAKE_NEXT);
953
954         trace_dax_writeback_one(mapping->host, index, count);
955         return ret;
956
957  put_unlocked:
958         put_unlocked_entry(xas, entry, WAKE_NEXT);
959         return ret;
960 }
961
962 /*
963  * Flush the mapping to the persistent domain within the byte range of [start,
964  * end]. This is required by data integrity operations to ensure file data is
965  * on persistent storage prior to completion of the operation.
966  */
967 int dax_writeback_mapping_range(struct address_space *mapping,
968                 struct dax_device *dax_dev, struct writeback_control *wbc)
969 {
970         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, wbc->range_start >> PAGE_SHIFT);
971         struct inode *inode = mapping->host;
972         pgoff_t end_index = wbc->range_end >> PAGE_SHIFT;
973         void *entry;
974         int ret = 0;
975         unsigned int scanned = 0;
976
977         if (WARN_ON_ONCE(inode->i_blkbits != PAGE_SHIFT))
978                 return -EIO;
979
980         if (mapping_empty(mapping) || wbc->sync_mode != WB_SYNC_ALL)
981                 return 0;
982
983         trace_dax_writeback_range(inode, xas.xa_index, end_index);
984
985         tag_pages_for_writeback(mapping, xas.xa_index, end_index);
986
987         xas_lock_irq(&xas);
988         xas_for_each_marked(&xas, entry, end_index, PAGECACHE_TAG_TOWRITE) {
989                 ret = dax_writeback_one(&xas, dax_dev, mapping, entry);
990                 if (ret < 0) {
991                         mapping_set_error(mapping, ret);
992                         break;
993                 }
994                 if (++scanned % XA_CHECK_SCHED)
995                         continue;
996
997                 xas_pause(&xas);
998                 xas_unlock_irq(&xas);
999                 cond_resched();
1000                 xas_lock_irq(&xas);
1001         }
1002         xas_unlock_irq(&xas);
1003         trace_dax_writeback_range_done(inode, xas.xa_index, end_index);
1004         return ret;
1005 }
1006 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_writeback_mapping_range);
1007
1008 static sector_t dax_iomap_sector(const struct iomap *iomap, loff_t pos)
1009 {
1010         return (iomap->addr + (pos & PAGE_MASK) - iomap->offset) >> 9;
1011 }
1012
1013 static int dax_iomap_pfn(const struct iomap *iomap, loff_t pos, size_t size,
1014                          pfn_t *pfnp)
1015 {
1016         const sector_t sector = dax_iomap_sector(iomap, pos);
1017         pgoff_t pgoff;
1018         int id, rc;
1019         long length;
1020
1021         rc = bdev_dax_pgoff(iomap->bdev, sector, size, &pgoff);
1022         if (rc)
1023                 return rc;
1024         id = dax_read_lock();
1025         length = dax_direct_access(iomap->dax_dev, pgoff, PHYS_PFN(size),
1026                                    NULL, pfnp);
1027         if (length < 0) {
1028                 rc = length;
1029                 goto out;
1030         }
1031         rc = -EINVAL;
1032         if (PFN_PHYS(length) < size)
1033                 goto out;
1034         if (pfn_t_to_pfn(*pfnp) & (PHYS_PFN(size)-1))
1035                 goto out;
1036         /* For larger pages we need devmap */
1037         if (length > 1 && !pfn_t_devmap(*pfnp))
1038                 goto out;
1039         rc = 0;
1040 out:
1041         dax_read_unlock(id);
1042         return rc;
1043 }
1044
1045 /*
1046  * The user has performed a load from a hole in the file.  Allocating a new
1047  * page in the file would cause excessive storage usage for workloads with
1048  * sparse files.  Instead we insert a read-only mapping of the 4k zero page.
1049  * If this page is ever written to we will re-fault and change the mapping to
1050  * point to real DAX storage instead.
1051  */
1052 static vm_fault_t dax_load_hole(struct xa_state *xas,
1053                 struct address_space *mapping, void **entry,
1054                 struct vm_fault *vmf)
1055 {
1056         struct inode *inode = mapping->host;
1057         unsigned long vaddr = vmf->address;
1058         pfn_t pfn = pfn_to_pfn_t(my_zero_pfn(vaddr));
1059         vm_fault_t ret;
1060
1061         *entry = dax_insert_entry(xas, mapping, vmf, *entry, pfn,
1062                         DAX_ZERO_PAGE, false);
1063
1064         ret = vmf_insert_mixed(vmf->vma, vaddr, pfn);
1065         trace_dax_load_hole(inode, vmf, ret);
1066         return ret;
1067 }
1068
1069 #ifdef CONFIG_FS_DAX_PMD
1070 static vm_fault_t dax_pmd_load_hole(struct xa_state *xas, struct vm_fault *vmf,
1071                 const struct iomap *iomap, void **entry)
1072 {
1073         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
1074         unsigned long pmd_addr = vmf->address & PMD_MASK;
1075         struct vm_area_struct *vma = vmf->vma;
1076         struct inode *inode = mapping->host;
1077         pgtable_t pgtable = NULL;
1078         struct page *zero_page;
1079         spinlock_t *ptl;
1080         pmd_t pmd_entry;
1081         pfn_t pfn;
1082
1083         zero_page = mm_get_huge_zero_page(vmf->vma->vm_mm);
1084
1085         if (unlikely(!zero_page))
1086                 goto fallback;
1087
1088         pfn = page_to_pfn_t(zero_page);
1089         *entry = dax_insert_entry(xas, mapping, vmf, *entry, pfn,
1090                         DAX_PMD | DAX_ZERO_PAGE, false);
1091
1092         if (arch_needs_pgtable_deposit()) {
1093                 pgtable = pte_alloc_one(vma->vm_mm);
1094                 if (!pgtable)
1095                         return VM_FAULT_OOM;
1096         }
1097
1098         ptl = pmd_lock(vmf->vma->vm_mm, vmf->pmd);
1099         if (!pmd_none(*(vmf->pmd))) {
1100                 spin_unlock(ptl);
1101                 goto fallback;
1102         }
1103
1104         if (pgtable) {
1105                 pgtable_trans_huge_deposit(vma->vm_mm, vmf->pmd, pgtable);
1106                 mm_inc_nr_ptes(vma->vm_mm);
1107         }
1108         pmd_entry = mk_pmd(zero_page, vmf->vma->vm_page_prot);
1109         pmd_entry = pmd_mkhuge(pmd_entry);
1110         set_pmd_at(vmf->vma->vm_mm, pmd_addr, vmf->pmd, pmd_entry);
1111         spin_unlock(ptl);
1112         trace_dax_pmd_load_hole(inode, vmf, zero_page, *entry);
1113         return VM_FAULT_NOPAGE;
1114
1115 fallback:
1116         if (pgtable)
1117                 pte_free(vma->vm_mm, pgtable);
1118         trace_dax_pmd_load_hole_fallback(inode, vmf, zero_page, *entry);
1119         return VM_FAULT_FALLBACK;
1120 }
1121 #else
1122 static vm_fault_t dax_pmd_load_hole(struct xa_state *xas, struct vm_fault *vmf,
1123                 const struct iomap *iomap, void **entry)
1124 {
1125         return VM_FAULT_FALLBACK;
1126 }
1127 #endif /* CONFIG_FS_DAX_PMD */
1128
1129 s64 dax_iomap_zero(loff_t pos, u64 length, struct iomap *iomap)
1130 {
1131         sector_t sector = iomap_sector(iomap, pos & PAGE_MASK);
1132         pgoff_t pgoff;
1133         long rc, id;
1134         void *kaddr;
1135         bool page_aligned = false;
1136         unsigned offset = offset_in_page(pos);
1137         unsigned size = min_t(u64, PAGE_SIZE - offset, length);
1138
1139         if (IS_ALIGNED(sector << SECTOR_SHIFT, PAGE_SIZE) &&
1140             (size == PAGE_SIZE))
1141                 page_aligned = true;
1142
1143         rc = bdev_dax_pgoff(iomap->bdev, sector, PAGE_SIZE, &pgoff);
1144         if (rc)
1145                 return rc;
1146
1147         id = dax_read_lock();
1148
1149         if (page_aligned)
1150                 rc = dax_zero_page_range(iomap->dax_dev, pgoff, 1);
1151         else
1152                 rc = dax_direct_access(iomap->dax_dev, pgoff, 1, &kaddr, NULL);
1153         if (rc < 0) {
1154                 dax_read_unlock(id);
1155                 return rc;
1156         }
1157
1158         if (!page_aligned) {
1159                 memset(kaddr + offset, 0, size);
1160                 dax_flush(iomap->dax_dev, kaddr + offset, size);
1161         }
1162         dax_read_unlock(id);
1163         return size;
1164 }
1165
1166 static loff_t dax_iomap_iter(const struct iomap_iter *iomi,
1167                 struct iov_iter *iter)
1168 {
1169         const struct iomap *iomap = &iomi->iomap;
1170         loff_t length = iomap_length(iomi);
1171         loff_t pos = iomi->pos;
1172         struct block_device *bdev = iomap->bdev;
1173         struct dax_device *dax_dev = iomap->dax_dev;
1174         loff_t end = pos + length, done = 0;
1175         ssize_t ret = 0;
1176         size_t xfer;
1177         int id;
1178
1179         if (iov_iter_rw(iter) == READ) {
1180                 end = min(end, i_size_read(iomi->inode));
1181                 if (pos >= end)
1182                         return 0;
1183
1184                 if (iomap->type == IOMAP_HOLE || iomap->type == IOMAP_UNWRITTEN)
1185                         return iov_iter_zero(min(length, end - pos), iter);
1186         }
1187
1188         if (WARN_ON_ONCE(iomap->type != IOMAP_MAPPED))
1189                 return -EIO;
1190
1191         /*
1192          * Write can allocate block for an area which has a hole page mapped
1193          * into page tables. We have to tear down these mappings so that data
1194          * written by write(2) is visible in mmap.
1195          */
1196         if (iomap->flags & IOMAP_F_NEW) {
1197                 invalidate_inode_pages2_range(iomi->inode->i_mapping,
1198                                               pos >> PAGE_SHIFT,
1199                                               (end - 1) >> PAGE_SHIFT);
1200         }
1201
1202         id = dax_read_lock();
1203         while (pos < end) {
1204                 unsigned offset = pos & (PAGE_SIZE - 1);
1205                 const size_t size = ALIGN(length + offset, PAGE_SIZE);
1206                 const sector_t sector = dax_iomap_sector(iomap, pos);
1207                 ssize_t map_len;
1208                 pgoff_t pgoff;
1209                 void *kaddr;
1210
1211                 if (fatal_signal_pending(current)) {
1212                         ret = -EINTR;
1213                         break;
1214                 }
1215
1216                 ret = bdev_dax_pgoff(bdev, sector, size, &pgoff);
1217                 if (ret)
1218                         break;
1219
1220                 map_len = dax_direct_access(dax_dev, pgoff, PHYS_PFN(size),
1221                                 &kaddr, NULL);
1222                 if (map_len < 0) {
1223                         ret = map_len;
1224                         break;
1225                 }
1226
1227                 map_len = PFN_PHYS(map_len);
1228                 kaddr += offset;
1229                 map_len -= offset;
1230                 if (map_len > end - pos)
1231                         map_len = end - pos;
1232
1233                 /*
1234                  * The userspace address for the memory copy has already been
1235                  * validated via access_ok() in either vfs_read() or
1236                  * vfs_write(), depending on which operation we are doing.
1237                  */
1238                 if (iov_iter_rw(iter) == WRITE)
1239                         xfer = dax_copy_from_iter(dax_dev, pgoff, kaddr,
1240                                         map_len, iter);
1241                 else
1242                         xfer = dax_copy_to_iter(dax_dev, pgoff, kaddr,
1243                                         map_len, iter);
1244
1245                 pos += xfer;
1246                 length -= xfer;
1247                 done += xfer;
1248
1249                 if (xfer == 0)
1250                         ret = -EFAULT;
1251                 if (xfer < map_len)
1252                         break;
1253         }
1254         dax_read_unlock(id);
1255
1256         return done ? done : ret;
1257 }
1258
1259 /**
1260  * dax_iomap_rw - Perform I/O to a DAX file
1261  * @iocb:       The control block for this I/O
1262  * @iter:       The addresses to do I/O from or to
1263  * @ops:        iomap ops passed from the file system
1264  *
1265  * This function performs read and write operations to directly mapped
1266  * persistent memory.  The callers needs to take care of read/write exclusion
1267  * and evicting any page cache pages in the region under I/O.
1268  */
1269 ssize_t
1270 dax_iomap_rw(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter,
1271                 const struct iomap_ops *ops)
1272 {
1273         struct iomap_iter iomi = {
1274                 .inode          = iocb->ki_filp->f_mapping->host,
1275                 .pos            = iocb->ki_pos,
1276                 .len            = iov_iter_count(iter),
1277         };
1278         loff_t done = 0;
1279         int ret;
1280
1281         if (iov_iter_rw(iter) == WRITE) {
1282                 lockdep_assert_held_write(&iomi.inode->i_rwsem);
1283                 iomi.flags |= IOMAP_WRITE;
1284         } else {
1285                 lockdep_assert_held(&iomi.inode->i_rwsem);
1286         }
1287
1288         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT)
1289                 iomi.flags |= IOMAP_NOWAIT;
1290
1291         while ((ret = iomap_iter(&iomi, ops)) > 0)
1292                 iomi.processed = dax_iomap_iter(&iomi, iter);
1293
1294         done = iomi.pos - iocb->ki_pos;
1295         iocb->ki_pos = iomi.pos;
1296         return done ? done : ret;
1297 }
1298 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_iomap_rw);
1299
1300 static vm_fault_t dax_fault_return(int error)
1301 {
1302         if (error == 0)
1303                 return VM_FAULT_NOPAGE;
1304         return vmf_error(error);
1305 }
1306
1307 /*
1308  * MAP_SYNC on a dax mapping guarantees dirty metadata is
1309  * flushed on write-faults (non-cow), but not read-faults.
1310  */
1311 static bool dax_fault_is_synchronous(unsigned long flags,
1312                 struct vm_area_struct *vma, const struct iomap *iomap)
1313 {
1314         return (flags & IOMAP_WRITE) && (vma->vm_flags & VM_SYNC)
1315                 && (iomap->flags & IOMAP_F_DIRTY);
1316 }
1317
1318 /*
1319  * When handling a synchronous page fault and the inode need a fsync, we can
1320  * insert the PTE/PMD into page tables only after that fsync happened. Skip
1321  * insertion for now and return the pfn so that caller can insert it after the
1322  * fsync is done.
1323  */
1324 static vm_fault_t dax_fault_synchronous_pfnp(pfn_t *pfnp, pfn_t pfn)
1325 {
1326         if (WARN_ON_ONCE(!pfnp))
1327                 return VM_FAULT_SIGBUS;
1328         *pfnp = pfn;
1329         return VM_FAULT_NEEDDSYNC;
1330 }
1331
1332 static vm_fault_t dax_fault_cow_page(struct vm_fault *vmf,
1333                 const struct iomap_iter *iter)
1334 {
1335         sector_t sector = dax_iomap_sector(&iter->iomap, iter->pos);
1336         unsigned long vaddr = vmf->address;
1337         vm_fault_t ret;
1338         int error = 0;
1339
1340         switch (iter->iomap.type) {
1341         case IOMAP_HOLE:
1342         case IOMAP_UNWRITTEN:
1343                 clear_user_highpage(vmf->cow_page, vaddr);
1344                 break;
1345         case IOMAP_MAPPED:
1346                 error = copy_cow_page_dax(iter->iomap.bdev, iter->iomap.dax_dev,
1347                                           sector, vmf->cow_page, vaddr);
1348                 break;
1349         default:
1350                 WARN_ON_ONCE(1);
1351                 error = -EIO;
1352                 break;
1353         }
1354
1355         if (error)
1356                 return dax_fault_return(error);
1357
1358         __SetPageUptodate(vmf->cow_page);
1359         ret = finish_fault(vmf);
1360         if (!ret)
1361                 return VM_FAULT_DONE_COW;
1362         return ret;
1363 }
1364
1365 /**
1366  * dax_fault_iter - Common actor to handle pfn insertion in PTE/PMD fault.
1367  * @vmf:        vm fault instance
1368  * @iter:       iomap iter
1369  * @pfnp:       pfn to be returned
1370  * @xas:        the dax mapping tree of a file
1371  * @entry:      an unlocked dax entry to be inserted
1372  * @pmd:        distinguish whether it is a pmd fault
1373  */
1374 static vm_fault_t dax_fault_iter(struct vm_fault *vmf,
1375                 const struct iomap_iter *iter, pfn_t *pfnp,
1376                 struct xa_state *xas, void **entry, bool pmd)
1377 {
1378         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
1379         const struct iomap *iomap = &iter->iomap;
1380         size_t size = pmd ? PMD_SIZE : PAGE_SIZE;
1381         loff_t pos = (loff_t)xas->xa_index << PAGE_SHIFT;
1382         bool write = vmf->flags & FAULT_FLAG_WRITE;
1383         bool sync = dax_fault_is_synchronous(iter->flags, vmf->vma, iomap);
1384         unsigned long entry_flags = pmd ? DAX_PMD : 0;
1385         int err = 0;
1386         pfn_t pfn;
1387
1388         if (!pmd && vmf->cow_page)
1389                 return dax_fault_cow_page(vmf, iter);
1390
1391         /* if we are reading UNWRITTEN and HOLE, return a hole. */
1392         if (!write &&
1393             (iomap->type == IOMAP_UNWRITTEN || iomap->type == IOMAP_HOLE)) {
1394                 if (!pmd)
1395                         return dax_load_hole(xas, mapping, entry, vmf);
1396                 return dax_pmd_load_hole(xas, vmf, iomap, entry);
1397         }
1398
1399         if (iomap->type != IOMAP_MAPPED) {
1400                 WARN_ON_ONCE(1);
1401                 return pmd ? VM_FAULT_FALLBACK : VM_FAULT_SIGBUS;
1402         }
1403
1404         err = dax_iomap_pfn(&iter->iomap, pos, size, &pfn);
1405         if (err)
1406                 return pmd ? VM_FAULT_FALLBACK : dax_fault_return(err);
1407
1408         *entry = dax_insert_entry(xas, mapping, vmf, *entry, pfn, entry_flags,
1409                                   write && !sync);
1410
1411         if (sync)
1412                 return dax_fault_synchronous_pfnp(pfnp, pfn);
1413
1414         /* insert PMD pfn */
1415         if (pmd)
1416                 return vmf_insert_pfn_pmd(vmf, pfn, write);
1417
1418         /* insert PTE pfn */
1419         if (write)
1420                 return vmf_insert_mixed_mkwrite(vmf->vma, vmf->address, pfn);
1421         return vmf_insert_mixed(vmf->vma, vmf->address, pfn);
1422 }
1423
1424 static vm_fault_t dax_iomap_pte_fault(struct vm_fault *vmf, pfn_t *pfnp,
1425                                int *iomap_errp, const struct iomap_ops *ops)
1426 {
1427         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
1428         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, vmf->pgoff);
1429         struct iomap_iter iter = {
1430                 .inode          = mapping->host,
1431                 .pos            = (loff_t)vmf->pgoff << PAGE_SHIFT,
1432                 .len            = PAGE_SIZE,
1433                 .flags          = IOMAP_FAULT,
1434         };
1435         vm_fault_t ret = 0;
1436         void *entry;
1437         int error;
1438
1439         trace_dax_pte_fault(iter.inode, vmf, ret);
1440         /*
1441          * Check whether offset isn't beyond end of file now. Caller is supposed
1442          * to hold locks serializing us with truncate / punch hole so this is
1443          * a reliable test.
1444          */
1445         if (iter.pos >= i_size_read(iter.inode)) {
1446                 ret = VM_FAULT_SIGBUS;
1447                 goto out;
1448         }
1449
1450         if ((vmf->flags & FAULT_FLAG_WRITE) && !vmf->cow_page)
1451                 iter.flags |= IOMAP_WRITE;
1452
1453         entry = grab_mapping_entry(&xas, mapping, 0);
1454         if (xa_is_internal(entry)) {
1455                 ret = xa_to_internal(entry);
1456                 goto out;
1457         }
1458
1459         /*
1460          * It is possible, particularly with mixed reads & writes to private
1461          * mappings, that we have raced with a PMD fault that overlaps with
1462          * the PTE we need to set up.  If so just return and the fault will be
1463          * retried.
1464          */
1465         if (pmd_trans_huge(*vmf->pmd) || pmd_devmap(*vmf->pmd)) {
1466                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
1467                 goto unlock_entry;
1468         }
1469
1470         while ((error = iomap_iter(&iter, ops)) > 0) {
1471                 if (WARN_ON_ONCE(iomap_length(&iter) < PAGE_SIZE)) {
1472                         iter.processed = -EIO;  /* fs corruption? */
1473                         continue;
1474                 }
1475
1476                 ret = dax_fault_iter(vmf, &iter, pfnp, &xas, &entry, false);
1477                 if (ret != VM_FAULT_SIGBUS &&
1478                     (iter.iomap.flags & IOMAP_F_NEW)) {
1479                         count_vm_event(PGMAJFAULT);
1480                         count_memcg_event_mm(vmf->vma->vm_mm, PGMAJFAULT);
1481                         ret |= VM_FAULT_MAJOR;
1482                 }
1483
1484                 if (!(ret & VM_FAULT_ERROR))
1485                         iter.processed = PAGE_SIZE;
1486         }
1487
1488         if (iomap_errp)
1489                 *iomap_errp = error;
1490         if (!ret && error)
1491                 ret = dax_fault_return(error);
1492
1493 unlock_entry:
1494         dax_unlock_entry(&xas, entry);
1495 out:
1496         trace_dax_pte_fault_done(iter.inode, vmf, ret);
1497         return ret;
1498 }
1499
1500 #ifdef CONFIG_FS_DAX_PMD
1501 static bool dax_fault_check_fallback(struct vm_fault *vmf, struct xa_state *xas,
1502                 pgoff_t max_pgoff)
1503 {
1504         unsigned long pmd_addr = vmf->address & PMD_MASK;
1505         bool write = vmf->flags & FAULT_FLAG_WRITE;
1506
1507         /*
1508          * Make sure that the faulting address's PMD offset (color) matches
1509          * the PMD offset from the start of the file.  This is necessary so
1510          * that a PMD range in the page table overlaps exactly with a PMD
1511          * range in the page cache.
1512          */
1513         if ((vmf->pgoff & PG_PMD_COLOUR) !=
1514             ((vmf->address >> PAGE_SHIFT) & PG_PMD_COLOUR))
1515                 return true;
1516
1517         /* Fall back to PTEs if we're going to COW */
1518         if (write && !(vmf->vma->vm_flags & VM_SHARED))
1519                 return true;
1520
1521         /* If the PMD would extend outside the VMA */
1522         if (pmd_addr < vmf->vma->vm_start)
1523                 return true;
1524         if ((pmd_addr + PMD_SIZE) > vmf->vma->vm_end)
1525                 return true;
1526
1527         /* If the PMD would extend beyond the file size */
1528         if ((xas->xa_index | PG_PMD_COLOUR) >= max_pgoff)
1529                 return true;
1530
1531         return false;
1532 }
1533
1534 static vm_fault_t dax_iomap_pmd_fault(struct vm_fault *vmf, pfn_t *pfnp,
1535                                const struct iomap_ops *ops)
1536 {
1537         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
1538         XA_STATE_ORDER(xas, &mapping->i_pages, vmf->pgoff, PMD_ORDER);
1539         struct iomap_iter iter = {
1540                 .inode          = mapping->host,
1541                 .len            = PMD_SIZE,
1542                 .flags          = IOMAP_FAULT,
1543         };
1544         vm_fault_t ret = VM_FAULT_FALLBACK;
1545         pgoff_t max_pgoff;
1546         void *entry;
1547         int error;
1548
1549         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_WRITE)
1550                 iter.flags |= IOMAP_WRITE;
1551
1552         /*
1553          * Check whether offset isn't beyond end of file now. Caller is
1554          * supposed to hold locks serializing us with truncate / punch hole so
1555          * this is a reliable test.
1556          */
1557         max_pgoff = DIV_ROUND_UP(i_size_read(iter.inode), PAGE_SIZE);
1558
1559         trace_dax_pmd_fault(iter.inode, vmf, max_pgoff, 0);
1560
1561         if (xas.xa_index >= max_pgoff) {
1562                 ret = VM_FAULT_SIGBUS;
1563                 goto out;
1564         }
1565
1566         if (dax_fault_check_fallback(vmf, &xas, max_pgoff))
1567                 goto fallback;
1568
1569         /*
1570          * grab_mapping_entry() will make sure we get an empty PMD entry,
1571          * a zero PMD entry or a DAX PMD.  If it can't (because a PTE
1572          * entry is already in the array, for instance), it will return
1573          * VM_FAULT_FALLBACK.
1574          */
1575         entry = grab_mapping_entry(&xas, mapping, PMD_ORDER);
1576         if (xa_is_internal(entry)) {
1577                 ret = xa_to_internal(entry);
1578                 goto fallback;
1579         }
1580
1581         /*
1582          * It is possible, particularly with mixed reads & writes to private
1583          * mappings, that we have raced with a PTE fault that overlaps with
1584          * the PMD we need to set up.  If so just return and the fault will be
1585          * retried.
1586          */
1587         if (!pmd_none(*vmf->pmd) && !pmd_trans_huge(*vmf->pmd) &&
1588                         !pmd_devmap(*vmf->pmd)) {
1589                 ret = 0;
1590                 goto unlock_entry;
1591         }
1592
1593         iter.pos = (loff_t)xas.xa_index << PAGE_SHIFT;
1594         while ((error = iomap_iter(&iter, ops)) > 0) {
1595                 if (iomap_length(&iter) < PMD_SIZE)
1596                         continue; /* actually breaks out of the loop */
1597
1598                 ret = dax_fault_iter(vmf, &iter, pfnp, &xas, &entry, true);
1599                 if (ret != VM_FAULT_FALLBACK)
1600                         iter.processed = PMD_SIZE;
1601         }
1602
1603 unlock_entry:
1604         dax_unlock_entry(&xas, entry);
1605 fallback:
1606         if (ret == VM_FAULT_FALLBACK) {
1607                 split_huge_pmd(vmf->vma, vmf->pmd, vmf->address);
1608                 count_vm_event(THP_FAULT_FALLBACK);
1609         }
1610 out:
1611         trace_dax_pmd_fault_done(iter.inode, vmf, max_pgoff, ret);
1612         return ret;
1613 }
1614 #else
1615 static vm_fault_t dax_iomap_pmd_fault(struct vm_fault *vmf, pfn_t *pfnp,
1616                                const struct iomap_ops *ops)
1617 {
1618         return VM_FAULT_FALLBACK;
1619 }
1620 #endif /* CONFIG_FS_DAX_PMD */
1621
1622 /**
1623  * dax_iomap_fault - handle a page fault on a DAX file
1624  * @vmf: The description of the fault
1625  * @pe_size: Size of the page to fault in
1626  * @pfnp: PFN to insert for synchronous faults if fsync is required
1627  * @iomap_errp: Storage for detailed error code in case of error
1628  * @ops: Iomap ops passed from the file system
1629  *
1630  * When a page fault occurs, filesystems may call this helper in
1631  * their fault handler for DAX files. dax_iomap_fault() assumes the caller
1632  * has done all the necessary locking for page fault to proceed
1633  * successfully.
1634  */
1635 vm_fault_t dax_iomap_fault(struct vm_fault *vmf, enum page_entry_size pe_size,
1636                     pfn_t *pfnp, int *iomap_errp, const struct iomap_ops *ops)
1637 {
1638         switch (pe_size) {
1639         case PE_SIZE_PTE:
1640                 return dax_iomap_pte_fault(vmf, pfnp, iomap_errp, ops);
1641         case PE_SIZE_PMD:
1642                 return dax_iomap_pmd_fault(vmf, pfnp, ops);
1643         default:
1644                 return VM_FAULT_FALLBACK;
1645         }
1646 }
1647 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_iomap_fault);
1648
1649 /*
1650  * dax_insert_pfn_mkwrite - insert PTE or PMD entry into page tables
1651  * @vmf: The description of the fault
1652  * @pfn: PFN to insert
1653  * @order: Order of entry to insert.
1654  *
1655  * This function inserts a writeable PTE or PMD entry into the page tables
1656  * for an mmaped DAX file.  It also marks the page cache entry as dirty.
1657  */
1658 static vm_fault_t
1659 dax_insert_pfn_mkwrite(struct vm_fault *vmf, pfn_t pfn, unsigned int order)
1660 {
1661         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
1662         XA_STATE_ORDER(xas, &mapping->i_pages, vmf->pgoff, order);
1663         void *entry;
1664         vm_fault_t ret;
1665
1666         xas_lock_irq(&xas);
1667         entry = get_unlocked_entry(&xas, order);
1668         /* Did we race with someone splitting entry or so? */
1669         if (!entry || dax_is_conflict(entry) ||
1670             (order == 0 && !dax_is_pte_entry(entry))) {
1671                 put_unlocked_entry(&xas, entry, WAKE_NEXT);
1672                 xas_unlock_irq(&xas);
1673                 trace_dax_insert_pfn_mkwrite_no_entry(mapping->host, vmf,
1674                                                       VM_FAULT_NOPAGE);
1675                 return VM_FAULT_NOPAGE;
1676         }
1677         xas_set_mark(&xas, PAGECACHE_TAG_DIRTY);
1678         dax_lock_entry(&xas, entry);
1679         xas_unlock_irq(&xas);
1680         if (order == 0)
1681                 ret = vmf_insert_mixed_mkwrite(vmf->vma, vmf->address, pfn);
1682 #ifdef CONFIG_FS_DAX_PMD
1683         else if (order == PMD_ORDER)
1684                 ret = vmf_insert_pfn_pmd(vmf, pfn, FAULT_FLAG_WRITE);
1685 #endif
1686         else
1687                 ret = VM_FAULT_FALLBACK;
1688         dax_unlock_entry(&xas, entry);
1689         trace_dax_insert_pfn_mkwrite(mapping->host, vmf, ret);
1690         return ret;
1691 }
1692
1693 /**
1694  * dax_finish_sync_fault - finish synchronous page fault
1695  * @vmf: The description of the fault
1696  * @pe_size: Size of entry to be inserted
1697  * @pfn: PFN to insert
1698  *
1699  * This function ensures that the file range touched by the page fault is
1700  * stored persistently on the media and handles inserting of appropriate page
1701  * table entry.
1702  */
1703 vm_fault_t dax_finish_sync_fault(struct vm_fault *vmf,
1704                 enum page_entry_size pe_size, pfn_t pfn)
1705 {
1706         int err;
1707         loff_t start = ((loff_t)vmf->pgoff) << PAGE_SHIFT;
1708         unsigned int order = pe_order(pe_size);
1709         size_t len = PAGE_SIZE << order;
1710
1711         err = vfs_fsync_range(vmf->vma->vm_file, start, start + len - 1, 1);
1712         if (err)
1713                 return VM_FAULT_SIGBUS;
1714         return dax_insert_pfn_mkwrite(vmf, pfn, order);
1715 }
1716 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_finish_sync_fault);