Merge tag 'block-6.9-20240322' of git://git.kernel.dk/linux
[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 <linux/rcupdate_wait.h>
49 #include <asm/pgalloc.h>
50 #include <asm/tlbflush.h>
51 #include "internal.h"
52
53 #define CREATE_TRACE_POINTS
54 #include <trace/events/filemap.h>
55
56 /*
57  * FIXME: remove all knowledge of the buffer layer from the core VM
58  */
59 #include <linux/buffer_head.h> /* for try_to_free_buffers */
60
61 #include <asm/mman.h>
62
63 #include "swap.h"
64
65 /*
66  * Shared mappings implemented 30.11.1994. It's not fully working yet,
67  * though.
68  *
69  * Shared mappings now work. 15.8.1995  Bruno.
70  *
71  * finished 'unifying' the page and buffer cache and SMP-threaded the
72  * page-cache, 21.05.1999, Ingo Molnar <mingo@redhat.com>
73  *
74  * SMP-threaded pagemap-LRU 1999, Andrea Arcangeli <andrea@suse.de>
75  */
76
77 /*
78  * Lock ordering:
79  *
80  *  ->i_mmap_rwsem              (truncate_pagecache)
81  *    ->private_lock            (__free_pte->block_dirty_folio)
82  *      ->swap_lock             (exclusive_swap_page, others)
83  *        ->i_pages lock
84  *
85  *  ->i_rwsem
86  *    ->invalidate_lock         (acquired by fs in truncate path)
87  *      ->i_mmap_rwsem          (truncate->unmap_mapping_range)
88  *
89  *  ->mmap_lock
90  *    ->i_mmap_rwsem
91  *      ->page_table_lock or pte_lock   (various, mainly in memory.c)
92  *        ->i_pages lock        (arch-dependent flush_dcache_mmap_lock)
93  *
94  *  ->mmap_lock
95  *    ->invalidate_lock         (filemap_fault)
96  *      ->lock_page             (filemap_fault, access_process_vm)
97  *
98  *  ->i_rwsem                   (generic_perform_write)
99  *    ->mmap_lock               (fault_in_readable->do_page_fault)
100  *
101  *  bdi->wb.list_lock
102  *    sb_lock                   (fs/fs-writeback.c)
103  *    ->i_pages lock            (__sync_single_inode)
104  *
105  *  ->i_mmap_rwsem
106  *    ->anon_vma.lock           (vma_merge)
107  *
108  *  ->anon_vma.lock
109  *    ->page_table_lock or pte_lock     (anon_vma_prepare and various)
110  *
111  *  ->page_table_lock or pte_lock
112  *    ->swap_lock               (try_to_unmap_one)
113  *    ->private_lock            (try_to_unmap_one)
114  *    ->i_pages lock            (try_to_unmap_one)
115  *    ->lruvec->lru_lock        (follow_page->mark_page_accessed)
116  *    ->lruvec->lru_lock        (check_pte_range->isolate_lru_page)
117  *    ->private_lock            (folio_remove_rmap_pte->set_page_dirty)
118  *    ->i_pages lock            (folio_remove_rmap_pte->set_page_dirty)
119  *    bdi.wb->list_lock         (folio_remove_rmap_pte->set_page_dirty)
120  *    ->inode->i_lock           (folio_remove_rmap_pte->set_page_dirty)
121  *    ->memcg->move_lock        (folio_remove_rmap_pte->folio_memcg_lock)
122  *    bdi.wb->list_lock         (zap_pte_range->set_page_dirty)
123  *    ->inode->i_lock           (zap_pte_range->set_page_dirty)
124  *    ->private_lock            (zap_pte_range->block_dirty_folio)
125  */
126
127 static void mapping_set_update(struct xa_state *xas,
128                 struct address_space *mapping)
129 {
130         if (dax_mapping(mapping) || shmem_mapping(mapping))
131                 return;
132         xas_set_update(xas, workingset_update_node);
133         xas_set_lru(xas, &shadow_nodes);
134 }
135
136 static void page_cache_delete(struct address_space *mapping,
137                                    struct folio *folio, void *shadow)
138 {
139         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, folio->index);
140         long nr = 1;
141
142         mapping_set_update(&xas, mapping);
143
144         xas_set_order(&xas, folio->index, folio_order(folio));
145         nr = folio_nr_pages(folio);
146
147         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
148
149         xas_store(&xas, shadow);
150         xas_init_marks(&xas);
151
152         folio->mapping = NULL;
153         /* Leave page->index set: truncation lookup relies upon it */
154         mapping->nrpages -= nr;
155 }
156
157 static void filemap_unaccount_folio(struct address_space *mapping,
158                 struct folio *folio)
159 {
160         long nr;
161
162         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_mapped(folio), folio);
163         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM) && unlikely(folio_mapped(folio))) {
164                 pr_alert("BUG: Bad page cache in process %s  pfn:%05lx\n",
165                          current->comm, folio_pfn(folio));
166                 dump_page(&folio->page, "still mapped when deleted");
167                 dump_stack();
168                 add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
169
170                 if (mapping_exiting(mapping) && !folio_test_large(folio)) {
171                         int mapcount = page_mapcount(&folio->page);
172
173                         if (folio_ref_count(folio) >= mapcount + 2) {
174                                 /*
175                                  * All vmas have already been torn down, so it's
176                                  * a good bet that actually the page is unmapped
177                                  * and we'd rather not leak it: if we're wrong,
178                                  * another bad page check should catch it later.
179                                  */
180                                 page_mapcount_reset(&folio->page);
181                                 folio_ref_sub(folio, mapcount);
182                         }
183                 }
184         }
185
186         /* hugetlb folios do not participate in page cache accounting. */
187         if (folio_test_hugetlb(folio))
188                 return;
189
190         nr = folio_nr_pages(folio);
191
192         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_PAGES, -nr);
193         if (folio_test_swapbacked(folio)) {
194                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_SHMEM, -nr);
195                 if (folio_test_pmd_mappable(folio))
196                         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_SHMEM_THPS, -nr);
197         } else if (folio_test_pmd_mappable(folio)) {
198                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_THPS, -nr);
199                 filemap_nr_thps_dec(mapping);
200         }
201
202         /*
203          * At this point folio must be either written or cleaned by
204          * truncate.  Dirty folio here signals a bug and loss of
205          * unwritten data - on ordinary filesystems.
206          *
207          * But it's harmless on in-memory filesystems like tmpfs; and can
208          * occur when a driver which did get_user_pages() sets page dirty
209          * before putting it, while the inode is being finally evicted.
210          *
211          * Below fixes dirty accounting after removing the folio entirely
212          * but leaves the dirty flag set: it has no effect for truncated
213          * folio and anyway will be cleared before returning folio to
214          * buddy allocator.
215          */
216         if (WARN_ON_ONCE(folio_test_dirty(folio) &&
217                          mapping_can_writeback(mapping)))
218                 folio_account_cleaned(folio, inode_to_wb(mapping->host));
219 }
220
221 /*
222  * Delete a page from the page cache and free it. Caller has to make
223  * sure the page is locked and that nobody else uses it - or that usage
224  * is safe.  The caller must hold the i_pages lock.
225  */
226 void __filemap_remove_folio(struct folio *folio, void *shadow)
227 {
228         struct address_space *mapping = folio->mapping;
229
230         trace_mm_filemap_delete_from_page_cache(folio);
231         filemap_unaccount_folio(mapping, folio);
232         page_cache_delete(mapping, folio, shadow);
233 }
234
235 void filemap_free_folio(struct address_space *mapping, struct folio *folio)
236 {
237         void (*free_folio)(struct folio *);
238         int refs = 1;
239
240         free_folio = mapping->a_ops->free_folio;
241         if (free_folio)
242                 free_folio(folio);
243
244         if (folio_test_large(folio))
245                 refs = folio_nr_pages(folio);
246         folio_put_refs(folio, refs);
247 }
248
249 /**
250  * filemap_remove_folio - Remove folio from page cache.
251  * @folio: The folio.
252  *
253  * This must be called only on folios that are locked and have been
254  * verified to be in the page cache.  It will never put the folio into
255  * the free list because the caller has a reference on the page.
256  */
257 void filemap_remove_folio(struct folio *folio)
258 {
259         struct address_space *mapping = folio->mapping;
260
261         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
262         spin_lock(&mapping->host->i_lock);
263         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
264         __filemap_remove_folio(folio, NULL);
265         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
266         if (mapping_shrinkable(mapping))
267                 inode_add_lru(mapping->host);
268         spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
269
270         filemap_free_folio(mapping, folio);
271 }
272
273 /*
274  * page_cache_delete_batch - delete several folios from page cache
275  * @mapping: the mapping to which folios belong
276  * @fbatch: batch of folios to delete
277  *
278  * The function walks over mapping->i_pages and removes folios passed in
279  * @fbatch from the mapping. The function expects @fbatch to be sorted
280  * by page index and is optimised for it to be dense.
281  * It tolerates holes in @fbatch (mapping entries at those indices are not
282  * modified).
283  *
284  * The function expects the i_pages lock to be held.
285  */
286 static void page_cache_delete_batch(struct address_space *mapping,
287                              struct folio_batch *fbatch)
288 {
289         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, fbatch->folios[0]->index);
290         long total_pages = 0;
291         int i = 0;
292         struct folio *folio;
293
294         mapping_set_update(&xas, mapping);
295         xas_for_each(&xas, folio, ULONG_MAX) {
296                 if (i >= folio_batch_count(fbatch))
297                         break;
298
299                 /* A swap/dax/shadow entry got inserted? Skip it. */
300                 if (xa_is_value(folio))
301                         continue;
302                 /*
303                  * A page got inserted in our range? Skip it. We have our
304                  * pages locked so they are protected from being removed.
305                  * If we see a page whose index is higher than ours, it
306                  * means our page has been removed, which shouldn't be
307                  * possible because we're holding the PageLock.
308                  */
309                 if (folio != fbatch->folios[i]) {
310                         VM_BUG_ON_FOLIO(folio->index >
311                                         fbatch->folios[i]->index, folio);
312                         continue;
313                 }
314
315                 WARN_ON_ONCE(!folio_test_locked(folio));
316
317                 folio->mapping = NULL;
318                 /* Leave folio->index set: truncation lookup relies on it */
319
320                 i++;
321                 xas_store(&xas, NULL);
322                 total_pages += folio_nr_pages(folio);
323         }
324         mapping->nrpages -= total_pages;
325 }
326
327 void delete_from_page_cache_batch(struct address_space *mapping,
328                                   struct folio_batch *fbatch)
329 {
330         int i;
331
332         if (!folio_batch_count(fbatch))
333                 return;
334
335         spin_lock(&mapping->host->i_lock);
336         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
337         for (i = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++) {
338                 struct folio *folio = fbatch->folios[i];
339
340                 trace_mm_filemap_delete_from_page_cache(folio);
341                 filemap_unaccount_folio(mapping, folio);
342         }
343         page_cache_delete_batch(mapping, fbatch);
344         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
345         if (mapping_shrinkable(mapping))
346                 inode_add_lru(mapping->host);
347         spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
348
349         for (i = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++)
350                 filemap_free_folio(mapping, fbatch->folios[i]);
351 }
352
353 int filemap_check_errors(struct address_space *mapping)
354 {
355         int ret = 0;
356         /* Check for outstanding write errors */
357         if (test_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags) &&
358             test_and_clear_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags))
359                 ret = -ENOSPC;
360         if (test_bit(AS_EIO, &mapping->flags) &&
361             test_and_clear_bit(AS_EIO, &mapping->flags))
362                 ret = -EIO;
363         return ret;
364 }
365 EXPORT_SYMBOL(filemap_check_errors);
366
367 static int filemap_check_and_keep_errors(struct address_space *mapping)
368 {
369         /* Check for outstanding write errors */
370         if (test_bit(AS_EIO, &mapping->flags))
371                 return -EIO;
372         if (test_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags))
373                 return -ENOSPC;
374         return 0;
375 }
376
377 /**
378  * filemap_fdatawrite_wbc - start writeback on mapping dirty pages in range
379  * @mapping:    address space structure to write
380  * @wbc:        the writeback_control controlling the writeout
381  *
382  * Call writepages on the mapping using the provided wbc to control the
383  * writeout.
384  *
385  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
386  */
387 int filemap_fdatawrite_wbc(struct address_space *mapping,
388                            struct writeback_control *wbc)
389 {
390         int ret;
391
392         if (!mapping_can_writeback(mapping) ||
393             !mapping_tagged(mapping, PAGECACHE_TAG_DIRTY))
394                 return 0;
395
396         wbc_attach_fdatawrite_inode(wbc, mapping->host);
397         ret = do_writepages(mapping, wbc);
398         wbc_detach_inode(wbc);
399         return ret;
400 }
401 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite_wbc);
402
403 /**
404  * __filemap_fdatawrite_range - start writeback on mapping dirty pages in range
405  * @mapping:    address space structure to write
406  * @start:      offset in bytes where the range starts
407  * @end:        offset in bytes where the range ends (inclusive)
408  * @sync_mode:  enable synchronous operation
409  *
410  * Start writeback against all of a mapping's dirty pages that lie
411  * within the byte offsets <start, end> inclusive.
412  *
413  * If sync_mode is WB_SYNC_ALL then this is a "data integrity" operation, as
414  * opposed to a regular memory cleansing writeback.  The difference between
415  * these two operations is that if a dirty page/buffer is encountered, it must
416  * be waited upon, and not just skipped over.
417  *
418  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
419  */
420 int __filemap_fdatawrite_range(struct address_space *mapping, loff_t start,
421                                 loff_t end, int sync_mode)
422 {
423         struct writeback_control wbc = {
424                 .sync_mode = sync_mode,
425                 .nr_to_write = LONG_MAX,
426                 .range_start = start,
427                 .range_end = end,
428         };
429
430         return filemap_fdatawrite_wbc(mapping, &wbc);
431 }
432
433 static inline int __filemap_fdatawrite(struct address_space *mapping,
434         int sync_mode)
435 {
436         return __filemap_fdatawrite_range(mapping, 0, LLONG_MAX, sync_mode);
437 }
438
439 int filemap_fdatawrite(struct address_space *mapping)
440 {
441         return __filemap_fdatawrite(mapping, WB_SYNC_ALL);
442 }
443 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite);
444
445 int filemap_fdatawrite_range(struct address_space *mapping, loff_t start,
446                                 loff_t end)
447 {
448         return __filemap_fdatawrite_range(mapping, start, end, WB_SYNC_ALL);
449 }
450 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite_range);
451
452 /**
453  * filemap_flush - mostly a non-blocking flush
454  * @mapping:    target address_space
455  *
456  * This is a mostly non-blocking flush.  Not suitable for data-integrity
457  * purposes - I/O may not be started against all dirty pages.
458  *
459  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
460  */
461 int filemap_flush(struct address_space *mapping)
462 {
463         return __filemap_fdatawrite(mapping, WB_SYNC_NONE);
464 }
465 EXPORT_SYMBOL(filemap_flush);
466
467 /**
468  * filemap_range_has_page - check if a page exists in range.
469  * @mapping:           address space within which to check
470  * @start_byte:        offset in bytes where the range starts
471  * @end_byte:          offset in bytes where the range ends (inclusive)
472  *
473  * Find at least one page in the range supplied, usually used to check if
474  * direct writing in this range will trigger a writeback.
475  *
476  * Return: %true if at least one page exists in the specified range,
477  * %false otherwise.
478  */
479 bool filemap_range_has_page(struct address_space *mapping,
480                            loff_t start_byte, loff_t end_byte)
481 {
482         struct folio *folio;
483         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_byte >> PAGE_SHIFT);
484         pgoff_t max = end_byte >> PAGE_SHIFT;
485
486         if (end_byte < start_byte)
487                 return false;
488
489         rcu_read_lock();
490         for (;;) {
491                 folio = xas_find(&xas, max);
492                 if (xas_retry(&xas, folio))
493                         continue;
494                 /* Shadow entries don't count */
495                 if (xa_is_value(folio))
496                         continue;
497                 /*
498                  * We don't need to try to pin this page; we're about to
499                  * release the RCU lock anyway.  It is enough to know that
500                  * there was a page here recently.
501                  */
502                 break;
503         }
504         rcu_read_unlock();
505
506         return folio != NULL;
507 }
508 EXPORT_SYMBOL(filemap_range_has_page);
509
510 static void __filemap_fdatawait_range(struct address_space *mapping,
511                                      loff_t start_byte, loff_t end_byte)
512 {
513         pgoff_t index = start_byte >> PAGE_SHIFT;
514         pgoff_t end = end_byte >> PAGE_SHIFT;
515         struct folio_batch fbatch;
516         unsigned nr_folios;
517
518         folio_batch_init(&fbatch);
519
520         while (index <= end) {
521                 unsigned i;
522
523                 nr_folios = filemap_get_folios_tag(mapping, &index, end,
524                                 PAGECACHE_TAG_WRITEBACK, &fbatch);
525
526                 if (!nr_folios)
527                         break;
528
529                 for (i = 0; i < nr_folios; i++) {
530                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
531
532                         folio_wait_writeback(folio);
533                         folio_clear_error(folio);
534                 }
535                 folio_batch_release(&fbatch);
536                 cond_resched();
537         }
538 }
539
540 /**
541  * filemap_fdatawait_range - wait for writeback to complete
542  * @mapping:            address space structure to wait for
543  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
544  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
545  *
546  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space
547  * in the given range and wait for all of them.  Check error status of
548  * the address space and return it.
549  *
550  * Since the error status of the address space is cleared by this function,
551  * callers are responsible for checking the return value and handling and/or
552  * reporting the error.
553  *
554  * Return: error status of the address space.
555  */
556 int filemap_fdatawait_range(struct address_space *mapping, loff_t start_byte,
557                             loff_t end_byte)
558 {
559         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
560         return filemap_check_errors(mapping);
561 }
562 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_range);
563
564 /**
565  * filemap_fdatawait_range_keep_errors - wait for writeback to complete
566  * @mapping:            address space structure to wait for
567  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
568  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
569  *
570  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space in the
571  * given range and wait for all of them.  Unlike filemap_fdatawait_range(),
572  * this function does not clear error status of the address space.
573  *
574  * Use this function if callers don't handle errors themselves.  Expected
575  * call sites are system-wide / filesystem-wide data flushers: e.g. sync(2),
576  * fsfreeze(8)
577  */
578 int filemap_fdatawait_range_keep_errors(struct address_space *mapping,
579                 loff_t start_byte, loff_t end_byte)
580 {
581         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
582         return filemap_check_and_keep_errors(mapping);
583 }
584 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_range_keep_errors);
585
586 /**
587  * file_fdatawait_range - wait for writeback to complete
588  * @file:               file pointing to address space structure to wait for
589  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
590  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
591  *
592  * Walk the list of under-writeback pages of the address space that file
593  * refers to, in the given range and wait for all of them.  Check error
594  * status of the address space vs. the file->f_wb_err cursor and return it.
595  *
596  * Since the error status of the file is advanced by this function,
597  * callers are responsible for checking the return value and handling and/or
598  * reporting the error.
599  *
600  * Return: error status of the address space vs. the file->f_wb_err cursor.
601  */
602 int file_fdatawait_range(struct file *file, loff_t start_byte, loff_t end_byte)
603 {
604         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
605
606         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
607         return file_check_and_advance_wb_err(file);
608 }
609 EXPORT_SYMBOL(file_fdatawait_range);
610
611 /**
612  * filemap_fdatawait_keep_errors - wait for writeback without clearing errors
613  * @mapping: address space structure to wait for
614  *
615  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space
616  * and wait for all of them.  Unlike filemap_fdatawait(), this function
617  * does not clear error status of the address space.
618  *
619  * Use this function if callers don't handle errors themselves.  Expected
620  * call sites are system-wide / filesystem-wide data flushers: e.g. sync(2),
621  * fsfreeze(8)
622  *
623  * Return: error status of the address space.
624  */
625 int filemap_fdatawait_keep_errors(struct address_space *mapping)
626 {
627         __filemap_fdatawait_range(mapping, 0, LLONG_MAX);
628         return filemap_check_and_keep_errors(mapping);
629 }
630 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_keep_errors);
631
632 /* Returns true if writeback might be needed or already in progress. */
633 static bool mapping_needs_writeback(struct address_space *mapping)
634 {
635         return mapping->nrpages;
636 }
637
638 bool filemap_range_has_writeback(struct address_space *mapping,
639                                  loff_t start_byte, loff_t end_byte)
640 {
641         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_byte >> PAGE_SHIFT);
642         pgoff_t max = end_byte >> PAGE_SHIFT;
643         struct folio *folio;
644
645         if (end_byte < start_byte)
646                 return false;
647
648         rcu_read_lock();
649         xas_for_each(&xas, folio, max) {
650                 if (xas_retry(&xas, folio))
651                         continue;
652                 if (xa_is_value(folio))
653                         continue;
654                 if (folio_test_dirty(folio) || folio_test_locked(folio) ||
655                                 folio_test_writeback(folio))
656                         break;
657         }
658         rcu_read_unlock();
659         return folio != NULL;
660 }
661 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_range_has_writeback);
662
663 /**
664  * filemap_write_and_wait_range - write out & wait on a file range
665  * @mapping:    the address_space for the pages
666  * @lstart:     offset in bytes where the range starts
667  * @lend:       offset in bytes where the range ends (inclusive)
668  *
669  * Write out and wait upon file offsets lstart->lend, inclusive.
670  *
671  * Note that @lend is inclusive (describes the last byte to be written) so
672  * that this function can be used to write to the very end-of-file (end = -1).
673  *
674  * Return: error status of the address space.
675  */
676 int filemap_write_and_wait_range(struct address_space *mapping,
677                                  loff_t lstart, loff_t lend)
678 {
679         int err = 0, err2;
680
681         if (lend < lstart)
682                 return 0;
683
684         if (mapping_needs_writeback(mapping)) {
685                 err = __filemap_fdatawrite_range(mapping, lstart, lend,
686                                                  WB_SYNC_ALL);
687                 /*
688                  * Even if the above returned error, the pages may be
689                  * written partially (e.g. -ENOSPC), so we wait for it.
690                  * But the -EIO is special case, it may indicate the worst
691                  * thing (e.g. bug) happened, so we avoid waiting for it.
692                  */
693                 if (err != -EIO)
694                         __filemap_fdatawait_range(mapping, lstart, lend);
695         }
696         err2 = filemap_check_errors(mapping);
697         if (!err)
698                 err = err2;
699         return err;
700 }
701 EXPORT_SYMBOL(filemap_write_and_wait_range);
702
703 void __filemap_set_wb_err(struct address_space *mapping, int err)
704 {
705         errseq_t eseq = errseq_set(&mapping->wb_err, err);
706
707         trace_filemap_set_wb_err(mapping, eseq);
708 }
709 EXPORT_SYMBOL(__filemap_set_wb_err);
710
711 /**
712  * file_check_and_advance_wb_err - report wb error (if any) that was previously
713  *                                 and advance wb_err to current one
714  * @file: struct file on which the error is being reported
715  *
716  * When userland calls fsync (or something like nfsd does the equivalent), we
717  * want to report any writeback errors that occurred since the last fsync (or
718  * since the file was opened if there haven't been any).
719  *
720  * Grab the wb_err from the mapping. If it matches what we have in the file,
721  * then just quickly return 0. The file is all caught up.
722  *
723  * If it doesn't match, then take the mapping value, set the "seen" flag in
724  * it and try to swap it into place. If it works, or another task beat us
725  * to it with the new value, then update the f_wb_err and return the error
726  * portion. The error at this point must be reported via proper channels
727  * (a'la fsync, or NFS COMMIT operation, etc.).
728  *
729  * While we handle mapping->wb_err with atomic operations, the f_wb_err
730  * value is protected by the f_lock since we must ensure that it reflects
731  * the latest value swapped in for this file descriptor.
732  *
733  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
734  */
735 int file_check_and_advance_wb_err(struct file *file)
736 {
737         int err = 0;
738         errseq_t old = READ_ONCE(file->f_wb_err);
739         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
740
741         /* Locklessly handle the common case where nothing has changed */
742         if (errseq_check(&mapping->wb_err, old)) {
743                 /* Something changed, must use slow path */
744                 spin_lock(&file->f_lock);
745                 old = file->f_wb_err;
746                 err = errseq_check_and_advance(&mapping->wb_err,
747                                                 &file->f_wb_err);
748                 trace_file_check_and_advance_wb_err(file, old);
749                 spin_unlock(&file->f_lock);
750         }
751
752         /*
753          * We're mostly using this function as a drop in replacement for
754          * filemap_check_errors. Clear AS_EIO/AS_ENOSPC to emulate the effect
755          * that the legacy code would have had on these flags.
756          */
757         clear_bit(AS_EIO, &mapping->flags);
758         clear_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags);
759         return err;
760 }
761 EXPORT_SYMBOL(file_check_and_advance_wb_err);
762
763 /**
764  * file_write_and_wait_range - write out & wait on a file range
765  * @file:       file pointing to address_space with pages
766  * @lstart:     offset in bytes where the range starts
767  * @lend:       offset in bytes where the range ends (inclusive)
768  *
769  * Write out and wait upon file offsets lstart->lend, inclusive.
770  *
771  * Note that @lend is inclusive (describes the last byte to be written) so
772  * that this function can be used to write to the very end-of-file (end = -1).
773  *
774  * After writing out and waiting on the data, we check and advance the
775  * f_wb_err cursor to the latest value, and return any errors detected there.
776  *
777  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
778  */
779 int file_write_and_wait_range(struct file *file, loff_t lstart, loff_t lend)
780 {
781         int err = 0, err2;
782         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
783
784         if (lend < lstart)
785                 return 0;
786
787         if (mapping_needs_writeback(mapping)) {
788                 err = __filemap_fdatawrite_range(mapping, lstart, lend,
789                                                  WB_SYNC_ALL);
790                 /* See comment of filemap_write_and_wait() */
791                 if (err != -EIO)
792                         __filemap_fdatawait_range(mapping, lstart, lend);
793         }
794         err2 = file_check_and_advance_wb_err(file);
795         if (!err)
796                 err = err2;
797         return err;
798 }
799 EXPORT_SYMBOL(file_write_and_wait_range);
800
801 /**
802  * replace_page_cache_folio - replace a pagecache folio with a new one
803  * @old:        folio to be replaced
804  * @new:        folio to replace with
805  *
806  * This function replaces a folio in the pagecache with a new one.  On
807  * success it acquires the pagecache reference for the new folio and
808  * drops it for the old folio.  Both the old and new folios must be
809  * locked.  This function does not add the new folio to the LRU, the
810  * caller must do that.
811  *
812  * The remove + add is atomic.  This function cannot fail.
813  */
814 void replace_page_cache_folio(struct folio *old, struct folio *new)
815 {
816         struct address_space *mapping = old->mapping;
817         void (*free_folio)(struct folio *) = mapping->a_ops->free_folio;
818         pgoff_t offset = old->index;
819         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, offset);
820
821         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(old), old);
822         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(new), new);
823         VM_BUG_ON_FOLIO(new->mapping, new);
824
825         folio_get(new);
826         new->mapping = mapping;
827         new->index = offset;
828
829         mem_cgroup_replace_folio(old, new);
830
831         xas_lock_irq(&xas);
832         xas_store(&xas, new);
833
834         old->mapping = NULL;
835         /* hugetlb pages do not participate in page cache accounting. */
836         if (!folio_test_hugetlb(old))
837                 __lruvec_stat_sub_folio(old, NR_FILE_PAGES);
838         if (!folio_test_hugetlb(new))
839                 __lruvec_stat_add_folio(new, NR_FILE_PAGES);
840         if (folio_test_swapbacked(old))
841                 __lruvec_stat_sub_folio(old, NR_SHMEM);
842         if (folio_test_swapbacked(new))
843                 __lruvec_stat_add_folio(new, NR_SHMEM);
844         xas_unlock_irq(&xas);
845         if (free_folio)
846                 free_folio(old);
847         folio_put(old);
848 }
849 EXPORT_SYMBOL_GPL(replace_page_cache_folio);
850
851 noinline int __filemap_add_folio(struct address_space *mapping,
852                 struct folio *folio, pgoff_t index, gfp_t gfp, void **shadowp)
853 {
854         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
855         bool huge = folio_test_hugetlb(folio);
856         bool charged = false;
857         long nr = 1;
858
859         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
860         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_swapbacked(folio), folio);
861         mapping_set_update(&xas, mapping);
862
863         if (!huge) {
864                 int error = mem_cgroup_charge(folio, NULL, gfp);
865                 if (error)
866                         return error;
867                 charged = true;
868         }
869
870         VM_BUG_ON_FOLIO(index & (folio_nr_pages(folio) - 1), folio);
871         xas_set_order(&xas, index, folio_order(folio));
872         nr = folio_nr_pages(folio);
873
874         gfp &= GFP_RECLAIM_MASK;
875         folio_ref_add(folio, nr);
876         folio->mapping = mapping;
877         folio->index = xas.xa_index;
878
879         do {
880                 unsigned int order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
881                 void *entry, *old = NULL;
882
883                 if (order > folio_order(folio))
884                         xas_split_alloc(&xas, xa_load(xas.xa, xas.xa_index),
885                                         order, gfp);
886                 xas_lock_irq(&xas);
887                 xas_for_each_conflict(&xas, entry) {
888                         old = entry;
889                         if (!xa_is_value(entry)) {
890                                 xas_set_err(&xas, -EEXIST);
891                                 goto unlock;
892                         }
893                 }
894
895                 if (old) {
896                         if (shadowp)
897                                 *shadowp = old;
898                         /* entry may have been split before we acquired lock */
899                         order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
900                         if (order > folio_order(folio)) {
901                                 /* How to handle large swap entries? */
902                                 BUG_ON(shmem_mapping(mapping));
903                                 xas_split(&xas, old, order);
904                                 xas_reset(&xas);
905                         }
906                 }
907
908                 xas_store(&xas, folio);
909                 if (xas_error(&xas))
910                         goto unlock;
911
912                 mapping->nrpages += nr;
913
914                 /* hugetlb pages do not participate in page cache accounting */
915                 if (!huge) {
916                         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_PAGES, nr);
917                         if (folio_test_pmd_mappable(folio))
918                                 __lruvec_stat_mod_folio(folio,
919                                                 NR_FILE_THPS, nr);
920                 }
921 unlock:
922                 xas_unlock_irq(&xas);
923         } while (xas_nomem(&xas, gfp));
924
925         if (xas_error(&xas))
926                 goto error;
927
928         trace_mm_filemap_add_to_page_cache(folio);
929         return 0;
930 error:
931         if (charged)
932                 mem_cgroup_uncharge(folio);
933         folio->mapping = NULL;
934         /* Leave page->index set: truncation relies upon it */
935         folio_put_refs(folio, nr);
936         return xas_error(&xas);
937 }
938 ALLOW_ERROR_INJECTION(__filemap_add_folio, ERRNO);
939
940 int filemap_add_folio(struct address_space *mapping, struct folio *folio,
941                                 pgoff_t index, gfp_t gfp)
942 {
943         void *shadow = NULL;
944         int ret;
945
946         __folio_set_locked(folio);
947         ret = __filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp, &shadow);
948         if (unlikely(ret))
949                 __folio_clear_locked(folio);
950         else {
951                 /*
952                  * The folio might have been evicted from cache only
953                  * recently, in which case it should be activated like
954                  * any other repeatedly accessed folio.
955                  * The exception is folios getting rewritten; evicting other
956                  * data from the working set, only to cache data that will
957                  * get overwritten with something else, is a waste of memory.
958                  */
959                 WARN_ON_ONCE(folio_test_active(folio));
960                 if (!(gfp & __GFP_WRITE) && shadow)
961                         workingset_refault(folio, shadow);
962                 folio_add_lru(folio);
963         }
964         return ret;
965 }
966 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_add_folio);
967
968 #ifdef CONFIG_NUMA
969 struct folio *filemap_alloc_folio(gfp_t gfp, unsigned int order)
970 {
971         int n;
972         struct folio *folio;
973
974         if (cpuset_do_page_mem_spread()) {
975                 unsigned int cpuset_mems_cookie;
976                 do {
977                         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
978                         n = cpuset_mem_spread_node();
979                         folio = __folio_alloc_node(gfp, order, n);
980                 } while (!folio && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
981
982                 return folio;
983         }
984         return folio_alloc(gfp, order);
985 }
986 EXPORT_SYMBOL(filemap_alloc_folio);
987 #endif
988
989 /*
990  * filemap_invalidate_lock_two - lock invalidate_lock for two mappings
991  *
992  * Lock exclusively invalidate_lock of any passed mapping that is not NULL.
993  *
994  * @mapping1: the first mapping to lock
995  * @mapping2: the second mapping to lock
996  */
997 void filemap_invalidate_lock_two(struct address_space *mapping1,
998                                  struct address_space *mapping2)
999 {
1000         if (mapping1 > mapping2)
1001                 swap(mapping1, mapping2);
1002         if (mapping1)
1003                 down_write(&mapping1->invalidate_lock);
1004         if (mapping2 && mapping1 != mapping2)
1005                 down_write_nested(&mapping2->invalidate_lock, 1);
1006 }
1007 EXPORT_SYMBOL(filemap_invalidate_lock_two);
1008
1009 /*
1010  * filemap_invalidate_unlock_two - unlock invalidate_lock for two mappings
1011  *
1012  * Unlock exclusive invalidate_lock of any passed mapping that is not NULL.
1013  *
1014  * @mapping1: the first mapping to unlock
1015  * @mapping2: the second mapping to unlock
1016  */
1017 void filemap_invalidate_unlock_two(struct address_space *mapping1,
1018                                    struct address_space *mapping2)
1019 {
1020         if (mapping1)
1021                 up_write(&mapping1->invalidate_lock);
1022         if (mapping2 && mapping1 != mapping2)
1023                 up_write(&mapping2->invalidate_lock);
1024 }
1025 EXPORT_SYMBOL(filemap_invalidate_unlock_two);
1026
1027 /*
1028  * In order to wait for pages to become available there must be
1029  * waitqueues associated with pages. By using a hash table of
1030  * waitqueues where the bucket discipline is to maintain all
1031  * waiters on the same queue and wake all when any of the pages
1032  * become available, and for the woken contexts to check to be
1033  * sure the appropriate page became available, this saves space
1034  * at a cost of "thundering herd" phenomena during rare hash
1035  * collisions.
1036  */
1037 #define PAGE_WAIT_TABLE_BITS 8
1038 #define PAGE_WAIT_TABLE_SIZE (1 << PAGE_WAIT_TABLE_BITS)
1039 static wait_queue_head_t folio_wait_table[PAGE_WAIT_TABLE_SIZE] __cacheline_aligned;
1040
1041 static wait_queue_head_t *folio_waitqueue(struct folio *folio)
1042 {
1043         return &folio_wait_table[hash_ptr(folio, PAGE_WAIT_TABLE_BITS)];
1044 }
1045
1046 void __init pagecache_init(void)
1047 {
1048         int i;
1049
1050         for (i = 0; i < PAGE_WAIT_TABLE_SIZE; i++)
1051                 init_waitqueue_head(&folio_wait_table[i]);
1052
1053         page_writeback_init();
1054 }
1055
1056 /*
1057  * The page wait code treats the "wait->flags" somewhat unusually, because
1058  * we have multiple different kinds of waits, not just the usual "exclusive"
1059  * one.
1060  *
1061  * We have:
1062  *
1063  *  (a) no special bits set:
1064  *
1065  *      We're just waiting for the bit to be released, and when a waker
1066  *      calls the wakeup function, we set WQ_FLAG_WOKEN and wake it up,
1067  *      and remove it from the wait queue.
1068  *
1069  *      Simple and straightforward.
1070  *
1071  *  (b) WQ_FLAG_EXCLUSIVE:
1072  *
1073  *      The waiter is waiting to get the lock, and only one waiter should
1074  *      be woken up to avoid any thundering herd behavior. We'll set the
1075  *      WQ_FLAG_WOKEN bit, wake it up, and remove it from the wait queue.
1076  *
1077  *      This is the traditional exclusive wait.
1078  *
1079  *  (c) WQ_FLAG_EXCLUSIVE | WQ_FLAG_CUSTOM:
1080  *
1081  *      The waiter is waiting to get the bit, and additionally wants the
1082  *      lock to be transferred to it for fair lock behavior. If the lock
1083  *      cannot be taken, we stop walking the wait queue without waking
1084  *      the waiter.
1085  *
1086  *      This is the "fair lock handoff" case, and in addition to setting
1087  *      WQ_FLAG_WOKEN, we set WQ_FLAG_DONE to let the waiter easily see
1088  *      that it now has the lock.
1089  */
1090 static int wake_page_function(wait_queue_entry_t *wait, unsigned mode, int sync, void *arg)
1091 {
1092         unsigned int flags;
1093         struct wait_page_key *key = arg;
1094         struct wait_page_queue *wait_page
1095                 = container_of(wait, struct wait_page_queue, wait);
1096
1097         if (!wake_page_match(wait_page, key))
1098                 return 0;
1099
1100         /*
1101          * If it's a lock handoff wait, we get the bit for it, and
1102          * stop walking (and do not wake it up) if we can't.
1103          */
1104         flags = wait->flags;
1105         if (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) {
1106                 if (test_bit(key->bit_nr, &key->folio->flags))
1107                         return -1;
1108                 if (flags & WQ_FLAG_CUSTOM) {
1109                         if (test_and_set_bit(key->bit_nr, &key->folio->flags))
1110                                 return -1;
1111                         flags |= WQ_FLAG_DONE;
1112                 }
1113         }
1114
1115         /*
1116          * We are holding the wait-queue lock, but the waiter that
1117          * is waiting for this will be checking the flags without
1118          * any locking.
1119          *
1120          * So update the flags atomically, and wake up the waiter
1121          * afterwards to avoid any races. This store-release pairs
1122          * with the load-acquire in folio_wait_bit_common().
1123          */
1124         smp_store_release(&wait->flags, flags | WQ_FLAG_WOKEN);
1125         wake_up_state(wait->private, mode);
1126
1127         /*
1128          * Ok, we have successfully done what we're waiting for,
1129          * and we can unconditionally remove the wait entry.
1130          *
1131          * Note that this pairs with the "finish_wait()" in the
1132          * waiter, and has to be the absolute last thing we do.
1133          * After this list_del_init(&wait->entry) the wait entry
1134          * might be de-allocated and the process might even have
1135          * exited.
1136          */
1137         list_del_init_careful(&wait->entry);
1138         return (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) != 0;
1139 }
1140
1141 static void folio_wake_bit(struct folio *folio, int bit_nr)
1142 {
1143         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1144         struct wait_page_key key;
1145         unsigned long flags;
1146
1147         key.folio = folio;
1148         key.bit_nr = bit_nr;
1149         key.page_match = 0;
1150
1151         spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1152         __wake_up_locked_key(q, TASK_NORMAL, &key);
1153
1154         /*
1155          * It's possible to miss clearing waiters here, when we woke our page
1156          * waiters, but the hashed waitqueue has waiters for other pages on it.
1157          * That's okay, it's a rare case. The next waker will clear it.
1158          *
1159          * Note that, depending on the page pool (buddy, hugetlb, ZONE_DEVICE,
1160          * other), the flag may be cleared in the course of freeing the page;
1161          * but that is not required for correctness.
1162          */
1163         if (!waitqueue_active(q) || !key.page_match)
1164                 folio_clear_waiters(folio);
1165
1166         spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1167 }
1168
1169 /*
1170  * A choice of three behaviors for folio_wait_bit_common():
1171  */
1172 enum behavior {
1173         EXCLUSIVE,      /* Hold ref to page and take the bit when woken, like
1174                          * __folio_lock() waiting on then setting PG_locked.
1175                          */
1176         SHARED,         /* Hold ref to page and check the bit when woken, like
1177                          * folio_wait_writeback() waiting on PG_writeback.
1178                          */
1179         DROP,           /* Drop ref to page before wait, no check when woken,
1180                          * like folio_put_wait_locked() on PG_locked.
1181                          */
1182 };
1183
1184 /*
1185  * Attempt to check (or get) the folio flag, and mark us done
1186  * if successful.
1187  */
1188 static inline bool folio_trylock_flag(struct folio *folio, int bit_nr,
1189                                         struct wait_queue_entry *wait)
1190 {
1191         if (wait->flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) {
1192                 if (test_and_set_bit(bit_nr, &folio->flags))
1193                         return false;
1194         } else if (test_bit(bit_nr, &folio->flags))
1195                 return false;
1196
1197         wait->flags |= WQ_FLAG_WOKEN | WQ_FLAG_DONE;
1198         return true;
1199 }
1200
1201 /* How many times do we accept lock stealing from under a waiter? */
1202 int sysctl_page_lock_unfairness = 5;
1203
1204 static inline int folio_wait_bit_common(struct folio *folio, int bit_nr,
1205                 int state, enum behavior behavior)
1206 {
1207         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1208         int unfairness = sysctl_page_lock_unfairness;
1209         struct wait_page_queue wait_page;
1210         wait_queue_entry_t *wait = &wait_page.wait;
1211         bool thrashing = false;
1212         unsigned long pflags;
1213         bool in_thrashing;
1214
1215         if (bit_nr == PG_locked &&
1216             !folio_test_uptodate(folio) && folio_test_workingset(folio)) {
1217                 delayacct_thrashing_start(&in_thrashing);
1218                 psi_memstall_enter(&pflags);
1219                 thrashing = true;
1220         }
1221
1222         init_wait(wait);
1223         wait->func = wake_page_function;
1224         wait_page.folio = folio;
1225         wait_page.bit_nr = bit_nr;
1226
1227 repeat:
1228         wait->flags = 0;
1229         if (behavior == EXCLUSIVE) {
1230                 wait->flags = WQ_FLAG_EXCLUSIVE;
1231                 if (--unfairness < 0)
1232                         wait->flags |= WQ_FLAG_CUSTOM;
1233         }
1234
1235         /*
1236          * Do one last check whether we can get the
1237          * page bit synchronously.
1238          *
1239          * Do the folio_set_waiters() marking before that
1240          * to let any waker we _just_ missed know they
1241          * need to wake us up (otherwise they'll never
1242          * even go to the slow case that looks at the
1243          * page queue), and add ourselves to the wait
1244          * queue if we need to sleep.
1245          *
1246          * This part needs to be done under the queue
1247          * lock to avoid races.
1248          */
1249         spin_lock_irq(&q->lock);
1250         folio_set_waiters(folio);
1251         if (!folio_trylock_flag(folio, bit_nr, wait))
1252                 __add_wait_queue_entry_tail(q, wait);
1253         spin_unlock_irq(&q->lock);
1254
1255         /*
1256          * From now on, all the logic will be based on
1257          * the WQ_FLAG_WOKEN and WQ_FLAG_DONE flag, to
1258          * see whether the page bit testing has already
1259          * been done by the wake function.
1260          *
1261          * We can drop our reference to the folio.
1262          */
1263         if (behavior == DROP)
1264                 folio_put(folio);
1265
1266         /*
1267          * Note that until the "finish_wait()", or until
1268          * we see the WQ_FLAG_WOKEN flag, we need to
1269          * be very careful with the 'wait->flags', because
1270          * we may race with a waker that sets them.
1271          */
1272         for (;;) {
1273                 unsigned int flags;
1274
1275                 set_current_state(state);
1276
1277                 /* Loop until we've been woken or interrupted */
1278                 flags = smp_load_acquire(&wait->flags);
1279                 if (!(flags & WQ_FLAG_WOKEN)) {
1280                         if (signal_pending_state(state, current))
1281                                 break;
1282
1283                         io_schedule();
1284                         continue;
1285                 }
1286
1287                 /* If we were non-exclusive, we're done */
1288                 if (behavior != EXCLUSIVE)
1289                         break;
1290
1291                 /* If the waker got the lock for us, we're done */
1292                 if (flags & WQ_FLAG_DONE)
1293                         break;
1294
1295                 /*
1296                  * Otherwise, if we're getting the lock, we need to
1297                  * try to get it ourselves.
1298                  *
1299                  * And if that fails, we'll have to retry this all.
1300                  */
1301                 if (unlikely(test_and_set_bit(bit_nr, folio_flags(folio, 0))))
1302                         goto repeat;
1303
1304                 wait->flags |= WQ_FLAG_DONE;
1305                 break;
1306         }
1307
1308         /*
1309          * If a signal happened, this 'finish_wait()' may remove the last
1310          * waiter from the wait-queues, but the folio waiters bit will remain
1311          * set. That's ok. The next wakeup will take care of it, and trying
1312          * to do it here would be difficult and prone to races.
1313          */
1314         finish_wait(q, wait);
1315
1316         if (thrashing) {
1317                 delayacct_thrashing_end(&in_thrashing);
1318                 psi_memstall_leave(&pflags);
1319         }
1320
1321         /*
1322          * NOTE! The wait->flags weren't stable until we've done the
1323          * 'finish_wait()', and we could have exited the loop above due
1324          * to a signal, and had a wakeup event happen after the signal
1325          * test but before the 'finish_wait()'.
1326          *
1327          * So only after the finish_wait() can we reliably determine
1328          * if we got woken up or not, so we can now figure out the final
1329          * return value based on that state without races.
1330          *
1331          * Also note that WQ_FLAG_WOKEN is sufficient for a non-exclusive
1332          * waiter, but an exclusive one requires WQ_FLAG_DONE.
1333          */
1334         if (behavior == EXCLUSIVE)
1335                 return wait->flags & WQ_FLAG_DONE ? 0 : -EINTR;
1336
1337         return wait->flags & WQ_FLAG_WOKEN ? 0 : -EINTR;
1338 }
1339
1340 #ifdef CONFIG_MIGRATION
1341 /**
1342  * migration_entry_wait_on_locked - Wait for a migration entry to be removed
1343  * @entry: migration swap entry.
1344  * @ptl: already locked ptl. This function will drop the lock.
1345  *
1346  * Wait for a migration entry referencing the given page to be removed. This is
1347  * equivalent to put_and_wait_on_page_locked(page, TASK_UNINTERRUPTIBLE) except
1348  * this can be called without taking a reference on the page. Instead this
1349  * should be called while holding the ptl for the migration entry referencing
1350  * the page.
1351  *
1352  * Returns after unlocking the ptl.
1353  *
1354  * This follows the same logic as folio_wait_bit_common() so see the comments
1355  * there.
1356  */
1357 void migration_entry_wait_on_locked(swp_entry_t entry, spinlock_t *ptl)
1358         __releases(ptl)
1359 {
1360         struct wait_page_queue wait_page;
1361         wait_queue_entry_t *wait = &wait_page.wait;
1362         bool thrashing = false;
1363         unsigned long pflags;
1364         bool in_thrashing;
1365         wait_queue_head_t *q;
1366         struct folio *folio = pfn_swap_entry_folio(entry);
1367
1368         q = folio_waitqueue(folio);
1369         if (!folio_test_uptodate(folio) && folio_test_workingset(folio)) {
1370                 delayacct_thrashing_start(&in_thrashing);
1371                 psi_memstall_enter(&pflags);
1372                 thrashing = true;
1373         }
1374
1375         init_wait(wait);
1376         wait->func = wake_page_function;
1377         wait_page.folio = folio;
1378         wait_page.bit_nr = PG_locked;
1379         wait->flags = 0;
1380
1381         spin_lock_irq(&q->lock);
1382         folio_set_waiters(folio);
1383         if (!folio_trylock_flag(folio, PG_locked, wait))
1384                 __add_wait_queue_entry_tail(q, wait);
1385         spin_unlock_irq(&q->lock);
1386
1387         /*
1388          * If a migration entry exists for the page the migration path must hold
1389          * a valid reference to the page, and it must take the ptl to remove the
1390          * migration entry. So the page is valid until the ptl is dropped.
1391          */
1392         spin_unlock(ptl);
1393
1394         for (;;) {
1395                 unsigned int flags;
1396
1397                 set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
1398
1399                 /* Loop until we've been woken or interrupted */
1400                 flags = smp_load_acquire(&wait->flags);
1401                 if (!(flags & WQ_FLAG_WOKEN)) {
1402                         if (signal_pending_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE, current))
1403                                 break;
1404
1405                         io_schedule();
1406                         continue;
1407                 }
1408                 break;
1409         }
1410
1411         finish_wait(q, wait);
1412
1413         if (thrashing) {
1414                 delayacct_thrashing_end(&in_thrashing);
1415                 psi_memstall_leave(&pflags);
1416         }
1417 }
1418 #endif
1419
1420 void folio_wait_bit(struct folio *folio, int bit_nr)
1421 {
1422         folio_wait_bit_common(folio, bit_nr, TASK_UNINTERRUPTIBLE, SHARED);
1423 }
1424 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_bit);
1425
1426 int folio_wait_bit_killable(struct folio *folio, int bit_nr)
1427 {
1428         return folio_wait_bit_common(folio, bit_nr, TASK_KILLABLE, SHARED);
1429 }
1430 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_bit_killable);
1431
1432 /**
1433  * folio_put_wait_locked - Drop a reference and wait for it to be unlocked
1434  * @folio: The folio to wait for.
1435  * @state: The sleep state (TASK_KILLABLE, TASK_UNINTERRUPTIBLE, etc).
1436  *
1437  * The caller should hold a reference on @folio.  They expect the page to
1438  * become unlocked relatively soon, but do not wish to hold up migration
1439  * (for example) by holding the reference while waiting for the folio to
1440  * come unlocked.  After this function returns, the caller should not
1441  * dereference @folio.
1442  *
1443  * Return: 0 if the folio was unlocked or -EINTR if interrupted by a signal.
1444  */
1445 static int folio_put_wait_locked(struct folio *folio, int state)
1446 {
1447         return folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, state, DROP);
1448 }
1449
1450 /**
1451  * folio_add_wait_queue - Add an arbitrary waiter to a folio's wait queue
1452  * @folio: Folio defining the wait queue of interest
1453  * @waiter: Waiter to add to the queue
1454  *
1455  * Add an arbitrary @waiter to the wait queue for the nominated @folio.
1456  */
1457 void folio_add_wait_queue(struct folio *folio, wait_queue_entry_t *waiter)
1458 {
1459         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1460         unsigned long flags;
1461
1462         spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1463         __add_wait_queue_entry_tail(q, waiter);
1464         folio_set_waiters(folio);
1465         spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1466 }
1467 EXPORT_SYMBOL_GPL(folio_add_wait_queue);
1468
1469 /**
1470  * folio_unlock - Unlock a locked folio.
1471  * @folio: The folio.
1472  *
1473  * Unlocks the folio and wakes up any thread sleeping on the page lock.
1474  *
1475  * Context: May be called from interrupt or process context.  May not be
1476  * called from NMI context.
1477  */
1478 void folio_unlock(struct folio *folio)
1479 {
1480         /* Bit 7 allows x86 to check the byte's sign bit */
1481         BUILD_BUG_ON(PG_waiters != 7);
1482         BUILD_BUG_ON(PG_locked > 7);
1483         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
1484         if (folio_xor_flags_has_waiters(folio, 1 << PG_locked))
1485                 folio_wake_bit(folio, PG_locked);
1486 }
1487 EXPORT_SYMBOL(folio_unlock);
1488
1489 /**
1490  * folio_end_read - End read on a folio.
1491  * @folio: The folio.
1492  * @success: True if all reads completed successfully.
1493  *
1494  * When all reads against a folio have completed, filesystems should
1495  * call this function to let the pagecache know that no more reads
1496  * are outstanding.  This will unlock the folio and wake up any thread
1497  * sleeping on the lock.  The folio will also be marked uptodate if all
1498  * reads succeeded.
1499  *
1500  * Context: May be called from interrupt or process context.  May not be
1501  * called from NMI context.
1502  */
1503 void folio_end_read(struct folio *folio, bool success)
1504 {
1505         unsigned long mask = 1 << PG_locked;
1506
1507         /* Must be in bottom byte for x86 to work */
1508         BUILD_BUG_ON(PG_uptodate > 7);
1509         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
1510         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_uptodate(folio), folio);
1511
1512         if (likely(success))
1513                 mask |= 1 << PG_uptodate;
1514         if (folio_xor_flags_has_waiters(folio, mask))
1515                 folio_wake_bit(folio, PG_locked);
1516 }
1517 EXPORT_SYMBOL(folio_end_read);
1518
1519 /**
1520  * folio_end_private_2 - Clear PG_private_2 and wake any waiters.
1521  * @folio: The folio.
1522  *
1523  * Clear the PG_private_2 bit on a folio and wake up any sleepers waiting for
1524  * it.  The folio reference held for PG_private_2 being set is released.
1525  *
1526  * This is, for example, used when a netfs folio is being written to a local
1527  * disk cache, thereby allowing writes to the cache for the same folio to be
1528  * serialised.
1529  */
1530 void folio_end_private_2(struct folio *folio)
1531 {
1532         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_private_2(folio), folio);
1533         clear_bit_unlock(PG_private_2, folio_flags(folio, 0));
1534         folio_wake_bit(folio, PG_private_2);
1535         folio_put(folio);
1536 }
1537 EXPORT_SYMBOL(folio_end_private_2);
1538
1539 /**
1540  * folio_wait_private_2 - Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio.
1541  * @folio: The folio to wait on.
1542  *
1543  * Wait for PG_private_2 (aka PG_fscache) to be cleared on a folio.
1544  */
1545 void folio_wait_private_2(struct folio *folio)
1546 {
1547         while (folio_test_private_2(folio))
1548                 folio_wait_bit(folio, PG_private_2);
1549 }
1550 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_private_2);
1551
1552 /**
1553  * folio_wait_private_2_killable - Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio.
1554  * @folio: The folio to wait on.
1555  *
1556  * Wait for PG_private_2 (aka PG_fscache) to be cleared on a folio or until a
1557  * fatal signal is received by the calling task.
1558  *
1559  * Return:
1560  * - 0 if successful.
1561  * - -EINTR if a fatal signal was encountered.
1562  */
1563 int folio_wait_private_2_killable(struct folio *folio)
1564 {
1565         int ret = 0;
1566
1567         while (folio_test_private_2(folio)) {
1568                 ret = folio_wait_bit_killable(folio, PG_private_2);
1569                 if (ret < 0)
1570                         break;
1571         }
1572
1573         return ret;
1574 }
1575 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_private_2_killable);
1576
1577 /**
1578  * folio_end_writeback - End writeback against a folio.
1579  * @folio: The folio.
1580  *
1581  * The folio must actually be under writeback.
1582  *
1583  * Context: May be called from process or interrupt context.
1584  */
1585 void folio_end_writeback(struct folio *folio)
1586 {
1587         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_writeback(folio), folio);
1588
1589         /*
1590          * folio_test_clear_reclaim() could be used here but it is an
1591          * atomic operation and overkill in this particular case. Failing
1592          * to shuffle a folio marked for immediate reclaim is too mild
1593          * a gain to justify taking an atomic operation penalty at the
1594          * end of every folio writeback.
1595          */
1596         if (folio_test_reclaim(folio)) {
1597                 folio_clear_reclaim(folio);
1598                 folio_rotate_reclaimable(folio);
1599         }
1600
1601         /*
1602          * Writeback does not hold a folio reference of its own, relying
1603          * on truncation to wait for the clearing of PG_writeback.
1604          * But here we must make sure that the folio is not freed and
1605          * reused before the folio_wake_bit().
1606          */
1607         folio_get(folio);
1608         if (__folio_end_writeback(folio))
1609                 folio_wake_bit(folio, PG_writeback);
1610         acct_reclaim_writeback(folio);
1611         folio_put(folio);
1612 }
1613 EXPORT_SYMBOL(folio_end_writeback);
1614
1615 /**
1616  * __folio_lock - Get a lock on the folio, assuming we need to sleep to get it.
1617  * @folio: The folio to lock
1618  */
1619 void __folio_lock(struct folio *folio)
1620 {
1621         folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, TASK_UNINTERRUPTIBLE,
1622                                 EXCLUSIVE);
1623 }
1624 EXPORT_SYMBOL(__folio_lock);
1625
1626 int __folio_lock_killable(struct folio *folio)
1627 {
1628         return folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, TASK_KILLABLE,
1629                                         EXCLUSIVE);
1630 }
1631 EXPORT_SYMBOL_GPL(__folio_lock_killable);
1632
1633 static int __folio_lock_async(struct folio *folio, struct wait_page_queue *wait)
1634 {
1635         struct wait_queue_head *q = folio_waitqueue(folio);
1636         int ret;
1637
1638         wait->folio = folio;
1639         wait->bit_nr = PG_locked;
1640
1641         spin_lock_irq(&q->lock);
1642         __add_wait_queue_entry_tail(q, &wait->wait);
1643         folio_set_waiters(folio);
1644         ret = !folio_trylock(folio);
1645         /*
1646          * If we were successful now, we know we're still on the
1647          * waitqueue as we're still under the lock. This means it's
1648          * safe to remove and return success, we know the callback
1649          * isn't going to trigger.
1650          */
1651         if (!ret)
1652                 __remove_wait_queue(q, &wait->wait);
1653         else
1654                 ret = -EIOCBQUEUED;
1655         spin_unlock_irq(&q->lock);
1656         return ret;
1657 }
1658
1659 /*
1660  * Return values:
1661  * 0 - folio is locked.
1662  * non-zero - folio is not locked.
1663  *     mmap_lock or per-VMA lock has been released (mmap_read_unlock() or
1664  *     vma_end_read()), unless flags had both FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY and
1665  *     FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT set, in which case the lock is still held.
1666  *
1667  * If neither ALLOW_RETRY nor KILLABLE are set, will always return 0
1668  * with the folio locked and the mmap_lock/per-VMA lock is left unperturbed.
1669  */
1670 vm_fault_t __folio_lock_or_retry(struct folio *folio, struct vm_fault *vmf)
1671 {
1672         unsigned int flags = vmf->flags;
1673
1674         if (fault_flag_allow_retry_first(flags)) {
1675                 /*
1676                  * CAUTION! In this case, mmap_lock/per-VMA lock is not
1677                  * released even though returning VM_FAULT_RETRY.
1678                  */
1679                 if (flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT)
1680                         return VM_FAULT_RETRY;
1681
1682                 release_fault_lock(vmf);
1683                 if (flags & FAULT_FLAG_KILLABLE)
1684                         folio_wait_locked_killable(folio);
1685                 else
1686                         folio_wait_locked(folio);
1687                 return VM_FAULT_RETRY;
1688         }
1689         if (flags & FAULT_FLAG_KILLABLE) {
1690                 bool ret;
1691
1692                 ret = __folio_lock_killable(folio);
1693                 if (ret) {
1694                         release_fault_lock(vmf);
1695                         return VM_FAULT_RETRY;
1696                 }
1697         } else {
1698                 __folio_lock(folio);
1699         }
1700
1701         return 0;
1702 }
1703
1704 /**
1705  * page_cache_next_miss() - Find the next gap in the page cache.
1706  * @mapping: Mapping.
1707  * @index: Index.
1708  * @max_scan: Maximum range to search.
1709  *
1710  * Search the range [index, min(index + max_scan - 1, ULONG_MAX)] for the
1711  * gap with the lowest index.
1712  *
1713  * This function may be called under the rcu_read_lock.  However, this will
1714  * not atomically search a snapshot of the cache at a single point in time.
1715  * For example, if a gap is created at index 5, then subsequently a gap is
1716  * created at index 10, page_cache_next_miss covering both indices may
1717  * return 10 if called under the rcu_read_lock.
1718  *
1719  * Return: The index of the gap if found, otherwise an index outside the
1720  * range specified (in which case 'return - index >= max_scan' will be true).
1721  * In the rare case of index wrap-around, 0 will be returned.
1722  */
1723 pgoff_t page_cache_next_miss(struct address_space *mapping,
1724                              pgoff_t index, unsigned long max_scan)
1725 {
1726         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1727
1728         while (max_scan--) {
1729                 void *entry = xas_next(&xas);
1730                 if (!entry || xa_is_value(entry))
1731                         break;
1732                 if (xas.xa_index == 0)
1733                         break;
1734         }
1735
1736         return xas.xa_index;
1737 }
1738 EXPORT_SYMBOL(page_cache_next_miss);
1739
1740 /**
1741  * page_cache_prev_miss() - Find the previous gap in the page cache.
1742  * @mapping: Mapping.
1743  * @index: Index.
1744  * @max_scan: Maximum range to search.
1745  *
1746  * Search the range [max(index - max_scan + 1, 0), index] for the
1747  * gap with the highest index.
1748  *
1749  * This function may be called under the rcu_read_lock.  However, this will
1750  * not atomically search a snapshot of the cache at a single point in time.
1751  * For example, if a gap is created at index 10, then subsequently a gap is
1752  * created at index 5, page_cache_prev_miss() covering both indices may
1753  * return 5 if called under the rcu_read_lock.
1754  *
1755  * Return: The index of the gap if found, otherwise an index outside the
1756  * range specified (in which case 'index - return >= max_scan' will be true).
1757  * In the rare case of wrap-around, ULONG_MAX will be returned.
1758  */
1759 pgoff_t page_cache_prev_miss(struct address_space *mapping,
1760                              pgoff_t index, unsigned long max_scan)
1761 {
1762         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1763
1764         while (max_scan--) {
1765                 void *entry = xas_prev(&xas);
1766                 if (!entry || xa_is_value(entry))
1767                         break;
1768                 if (xas.xa_index == ULONG_MAX)
1769                         break;
1770         }
1771
1772         return xas.xa_index;
1773 }
1774 EXPORT_SYMBOL(page_cache_prev_miss);
1775
1776 /*
1777  * Lockless page cache protocol:
1778  * On the lookup side:
1779  * 1. Load the folio from i_pages
1780  * 2. Increment the refcount if it's not zero
1781  * 3. If the folio is not found by xas_reload(), put the refcount and retry
1782  *
1783  * On the removal side:
1784  * A. Freeze the page (by zeroing the refcount if nobody else has a reference)
1785  * B. Remove the page from i_pages
1786  * C. Return the page to the page allocator
1787  *
1788  * This means that any page may have its reference count temporarily
1789  * increased by a speculative page cache (or fast GUP) lookup as it can
1790  * be allocated by another user before the RCU grace period expires.
1791  * Because the refcount temporarily acquired here may end up being the
1792  * last refcount on the page, any page allocation must be freeable by
1793  * folio_put().
1794  */
1795
1796 /*
1797  * filemap_get_entry - Get a page cache entry.
1798  * @mapping: the address_space to search
1799  * @index: The page cache index.
1800  *
1801  * Looks up the page cache entry at @mapping & @index.  If it is a folio,
1802  * it is returned with an increased refcount.  If it is a shadow entry
1803  * of a previously evicted folio, or a swap entry from shmem/tmpfs,
1804  * it is returned without further action.
1805  *
1806  * Return: The folio, swap or shadow entry, %NULL if nothing is found.
1807  */
1808 void *filemap_get_entry(struct address_space *mapping, pgoff_t index)
1809 {
1810         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1811         struct folio *folio;
1812
1813         rcu_read_lock();
1814 repeat:
1815         xas_reset(&xas);
1816         folio = xas_load(&xas);
1817         if (xas_retry(&xas, folio))
1818                 goto repeat;
1819         /*
1820          * A shadow entry of a recently evicted page, or a swap entry from
1821          * shmem/tmpfs.  Return it without attempting to raise page count.
1822          */
1823         if (!folio || xa_is_value(folio))
1824                 goto out;
1825
1826         if (!folio_try_get_rcu(folio))
1827                 goto repeat;
1828
1829         if (unlikely(folio != xas_reload(&xas))) {
1830                 folio_put(folio);
1831                 goto repeat;
1832         }
1833 out:
1834         rcu_read_unlock();
1835
1836         return folio;
1837 }
1838
1839 /**
1840  * __filemap_get_folio - Find and get a reference to a folio.
1841  * @mapping: The address_space to search.
1842  * @index: The page index.
1843  * @fgp_flags: %FGP flags modify how the folio is returned.
1844  * @gfp: Memory allocation flags to use if %FGP_CREAT is specified.
1845  *
1846  * Looks up the page cache entry at @mapping & @index.
1847  *
1848  * If %FGP_LOCK or %FGP_CREAT are specified then the function may sleep even
1849  * if the %GFP flags specified for %FGP_CREAT are atomic.
1850  *
1851  * If this function returns a folio, it is returned with an increased refcount.
1852  *
1853  * Return: The found folio or an ERR_PTR() otherwise.
1854  */
1855 struct folio *__filemap_get_folio(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
1856                 fgf_t fgp_flags, gfp_t gfp)
1857 {
1858         struct folio *folio;
1859
1860 repeat:
1861         folio = filemap_get_entry(mapping, index);
1862         if (xa_is_value(folio))
1863                 folio = NULL;
1864         if (!folio)
1865                 goto no_page;
1866
1867         if (fgp_flags & FGP_LOCK) {
1868                 if (fgp_flags & FGP_NOWAIT) {
1869                         if (!folio_trylock(folio)) {
1870                                 folio_put(folio);
1871                                 return ERR_PTR(-EAGAIN);
1872                         }
1873                 } else {
1874                         folio_lock(folio);
1875                 }
1876
1877                 /* Has the page been truncated? */
1878                 if (unlikely(folio->mapping != mapping)) {
1879                         folio_unlock(folio);
1880                         folio_put(folio);
1881                         goto repeat;
1882                 }
1883                 VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, index), folio);
1884         }
1885
1886         if (fgp_flags & FGP_ACCESSED)
1887                 folio_mark_accessed(folio);
1888         else if (fgp_flags & FGP_WRITE) {
1889                 /* Clear idle flag for buffer write */
1890                 if (folio_test_idle(folio))
1891                         folio_clear_idle(folio);
1892         }
1893
1894         if (fgp_flags & FGP_STABLE)
1895                 folio_wait_stable(folio);
1896 no_page:
1897         if (!folio && (fgp_flags & FGP_CREAT)) {
1898                 unsigned order = FGF_GET_ORDER(fgp_flags);
1899                 int err;
1900
1901                 if ((fgp_flags & FGP_WRITE) && mapping_can_writeback(mapping))
1902                         gfp |= __GFP_WRITE;
1903                 if (fgp_flags & FGP_NOFS)
1904                         gfp &= ~__GFP_FS;
1905                 if (fgp_flags & FGP_NOWAIT) {
1906                         gfp &= ~GFP_KERNEL;
1907                         gfp |= GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN;
1908                 }
1909                 if (WARN_ON_ONCE(!(fgp_flags & (FGP_LOCK | FGP_FOR_MMAP))))
1910                         fgp_flags |= FGP_LOCK;
1911
1912                 if (!mapping_large_folio_support(mapping))
1913                         order = 0;
1914                 if (order > MAX_PAGECACHE_ORDER)
1915                         order = MAX_PAGECACHE_ORDER;
1916                 /* If we're not aligned, allocate a smaller folio */
1917                 if (index & ((1UL << order) - 1))
1918                         order = __ffs(index);
1919
1920                 do {
1921                         gfp_t alloc_gfp = gfp;
1922
1923                         err = -ENOMEM;
1924                         if (order > 0)
1925                                 alloc_gfp |= __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN;
1926                         folio = filemap_alloc_folio(alloc_gfp, order);
1927                         if (!folio)
1928                                 continue;
1929
1930                         /* Init accessed so avoid atomic mark_page_accessed later */
1931                         if (fgp_flags & FGP_ACCESSED)
1932                                 __folio_set_referenced(folio);
1933
1934                         err = filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp);
1935                         if (!err)
1936                                 break;
1937                         folio_put(folio);
1938                         folio = NULL;
1939                 } while (order-- > 0);
1940
1941                 if (err == -EEXIST)
1942                         goto repeat;
1943                 if (err)
1944                         return ERR_PTR(err);
1945                 /*
1946                  * filemap_add_folio locks the page, and for mmap
1947                  * we expect an unlocked page.
1948                  */
1949                 if (folio && (fgp_flags & FGP_FOR_MMAP))
1950                         folio_unlock(folio);
1951         }
1952
1953         if (!folio)
1954                 return ERR_PTR(-ENOENT);
1955         return folio;
1956 }
1957 EXPORT_SYMBOL(__filemap_get_folio);
1958
1959 static inline struct folio *find_get_entry(struct xa_state *xas, pgoff_t max,
1960                 xa_mark_t mark)
1961 {
1962         struct folio *folio;
1963
1964 retry:
1965         if (mark == XA_PRESENT)
1966                 folio = xas_find(xas, max);
1967         else
1968                 folio = xas_find_marked(xas, max, mark);
1969
1970         if (xas_retry(xas, folio))
1971                 goto retry;
1972         /*
1973          * A shadow entry of a recently evicted page, a swap
1974          * entry from shmem/tmpfs or a DAX entry.  Return it
1975          * without attempting to raise page count.
1976          */
1977         if (!folio || xa_is_value(folio))
1978                 return folio;
1979
1980         if (!folio_try_get_rcu(folio))
1981                 goto reset;
1982
1983         if (unlikely(folio != xas_reload(xas))) {
1984                 folio_put(folio);
1985                 goto reset;
1986         }
1987
1988         return folio;
1989 reset:
1990         xas_reset(xas);
1991         goto retry;
1992 }
1993
1994 /**
1995  * find_get_entries - gang pagecache lookup
1996  * @mapping:    The address_space to search
1997  * @start:      The starting page cache index
1998  * @end:        The final page index (inclusive).
1999  * @fbatch:     Where the resulting entries are placed.
2000  * @indices:    The cache indices corresponding to the entries in @entries
2001  *
2002  * find_get_entries() will search for and return a batch of entries in
2003  * the mapping.  The entries are placed in @fbatch.  find_get_entries()
2004  * takes a reference on any actual folios it returns.
2005  *
2006  * The entries have ascending indexes.  The indices may not be consecutive
2007  * due to not-present entries or large folios.
2008  *
2009  * Any shadow entries of evicted folios, or swap entries from
2010  * shmem/tmpfs, are included in the returned array.
2011  *
2012  * Return: The number of entries which were found.
2013  */
2014 unsigned find_get_entries(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2015                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch, pgoff_t *indices)
2016 {
2017         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2018         struct folio *folio;
2019
2020         rcu_read_lock();
2021         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT)) != NULL) {
2022                 indices[fbatch->nr] = xas.xa_index;
2023                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2024                         break;
2025         }
2026         rcu_read_unlock();
2027
2028         if (folio_batch_count(fbatch)) {
2029                 unsigned long nr = 1;
2030                 int idx = folio_batch_count(fbatch) - 1;
2031
2032                 folio = fbatch->folios[idx];
2033                 if (!xa_is_value(folio))
2034                         nr = folio_nr_pages(folio);
2035                 *start = indices[idx] + nr;
2036         }
2037         return folio_batch_count(fbatch);
2038 }
2039
2040 /**
2041  * find_lock_entries - Find a batch of pagecache entries.
2042  * @mapping:    The address_space to search.
2043  * @start:      The starting page cache index.
2044  * @end:        The final page index (inclusive).
2045  * @fbatch:     Where the resulting entries are placed.
2046  * @indices:    The cache indices of the entries in @fbatch.
2047  *
2048  * find_lock_entries() will return a batch of entries from @mapping.
2049  * Swap, shadow and DAX entries are included.  Folios are returned
2050  * locked and with an incremented refcount.  Folios which are locked
2051  * by somebody else or under writeback are skipped.  Folios which are
2052  * partially outside the range are not returned.
2053  *
2054  * The entries have ascending indexes.  The indices may not be consecutive
2055  * due to not-present entries, large folios, folios which could not be
2056  * locked or folios under writeback.
2057  *
2058  * Return: The number of entries which were found.
2059  */
2060 unsigned find_lock_entries(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2061                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch, pgoff_t *indices)
2062 {
2063         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2064         struct folio *folio;
2065
2066         rcu_read_lock();
2067         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT))) {
2068                 if (!xa_is_value(folio)) {
2069                         if (folio->index < *start)
2070                                 goto put;
2071                         if (folio_next_index(folio) - 1 > end)
2072                                 goto put;
2073                         if (!folio_trylock(folio))
2074                                 goto put;
2075                         if (folio->mapping != mapping ||
2076                             folio_test_writeback(folio))
2077                                 goto unlock;
2078                         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, xas.xa_index),
2079                                         folio);
2080                 }
2081                 indices[fbatch->nr] = xas.xa_index;
2082                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2083                         break;
2084                 continue;
2085 unlock:
2086                 folio_unlock(folio);
2087 put:
2088                 folio_put(folio);
2089         }
2090         rcu_read_unlock();
2091
2092         if (folio_batch_count(fbatch)) {
2093                 unsigned long nr = 1;
2094                 int idx = folio_batch_count(fbatch) - 1;
2095
2096                 folio = fbatch->folios[idx];
2097                 if (!xa_is_value(folio))
2098                         nr = folio_nr_pages(folio);
2099                 *start = indices[idx] + nr;
2100         }
2101         return folio_batch_count(fbatch);
2102 }
2103
2104 /**
2105  * filemap_get_folios - Get a batch of folios
2106  * @mapping:    The address_space to search
2107  * @start:      The starting page index
2108  * @end:        The final page index (inclusive)
2109  * @fbatch:     The batch to fill.
2110  *
2111  * Search for and return a batch of folios in the mapping starting at
2112  * index @start and up to index @end (inclusive).  The folios are returned
2113  * in @fbatch with an elevated reference count.
2114  *
2115  * Return: The number of folios which were found.
2116  * We also update @start to index the next folio for the traversal.
2117  */
2118 unsigned filemap_get_folios(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2119                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch)
2120 {
2121         return filemap_get_folios_tag(mapping, start, end, XA_PRESENT, fbatch);
2122 }
2123 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios);
2124
2125 /**
2126  * filemap_get_folios_contig - Get a batch of contiguous folios
2127  * @mapping:    The address_space to search
2128  * @start:      The starting page index
2129  * @end:        The final page index (inclusive)
2130  * @fbatch:     The batch to fill
2131  *
2132  * filemap_get_folios_contig() works exactly like filemap_get_folios(),
2133  * except the returned folios are guaranteed to be contiguous. This may
2134  * not return all contiguous folios if the batch gets filled up.
2135  *
2136  * Return: The number of folios found.
2137  * Also update @start to be positioned for traversal of the next folio.
2138  */
2139
2140 unsigned filemap_get_folios_contig(struct address_space *mapping,
2141                 pgoff_t *start, pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch)
2142 {
2143         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2144         unsigned long nr;
2145         struct folio *folio;
2146
2147         rcu_read_lock();
2148
2149         for (folio = xas_load(&xas); folio && xas.xa_index <= end;
2150                         folio = xas_next(&xas)) {
2151                 if (xas_retry(&xas, folio))
2152                         continue;
2153                 /*
2154                  * If the entry has been swapped out, we can stop looking.
2155                  * No current caller is looking for DAX entries.
2156                  */
2157                 if (xa_is_value(folio))
2158                         goto update_start;
2159
2160                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
2161                         goto retry;
2162
2163                 if (unlikely(folio != xas_reload(&xas)))
2164                         goto put_folio;
2165
2166                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio)) {
2167                         nr = folio_nr_pages(folio);
2168                         *start = folio->index + nr;
2169                         goto out;
2170                 }
2171                 continue;
2172 put_folio:
2173                 folio_put(folio);
2174
2175 retry:
2176                 xas_reset(&xas);
2177         }
2178
2179 update_start:
2180         nr = folio_batch_count(fbatch);
2181
2182         if (nr) {
2183                 folio = fbatch->folios[nr - 1];
2184                 *start = folio_next_index(folio);
2185         }
2186 out:
2187         rcu_read_unlock();
2188         return folio_batch_count(fbatch);
2189 }
2190 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios_contig);
2191
2192 /**
2193  * filemap_get_folios_tag - Get a batch of folios matching @tag
2194  * @mapping:    The address_space to search
2195  * @start:      The starting page index
2196  * @end:        The final page index (inclusive)
2197  * @tag:        The tag index
2198  * @fbatch:     The batch to fill
2199  *
2200  * The first folio may start before @start; if it does, it will contain
2201  * @start.  The final folio may extend beyond @end; if it does, it will
2202  * contain @end.  The folios have ascending indices.  There may be gaps
2203  * between the folios if there are indices which have no folio in the
2204  * page cache.  If folios are added to or removed from the page cache
2205  * while this is running, they may or may not be found by this call.
2206  * Only returns folios that are tagged with @tag.
2207  *
2208  * Return: The number of folios found.
2209  * Also update @start to index the next folio for traversal.
2210  */
2211 unsigned filemap_get_folios_tag(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2212                         pgoff_t end, xa_mark_t tag, struct folio_batch *fbatch)
2213 {
2214         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2215         struct folio *folio;
2216
2217         rcu_read_lock();
2218         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, tag)) != NULL) {
2219                 /*
2220                  * Shadow entries should never be tagged, but this iteration
2221                  * is lockless so there is a window for page reclaim to evict
2222                  * a page we saw tagged. Skip over it.
2223                  */
2224                 if (xa_is_value(folio))
2225                         continue;
2226                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio)) {
2227                         unsigned long nr = folio_nr_pages(folio);
2228                         *start = folio->index + nr;
2229                         goto out;
2230                 }
2231         }
2232         /*
2233          * We come here when there is no page beyond @end. We take care to not
2234          * overflow the index @start as it confuses some of the callers. This
2235          * breaks the iteration when there is a page at index -1 but that is
2236          * already broke anyway.
2237          */
2238         if (end == (pgoff_t)-1)
2239                 *start = (pgoff_t)-1;
2240         else
2241                 *start = end + 1;
2242 out:
2243         rcu_read_unlock();
2244
2245         return folio_batch_count(fbatch);
2246 }
2247 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios_tag);
2248
2249 /*
2250  * CD/DVDs are error prone. When a medium error occurs, the driver may fail
2251  * a _large_ part of the i/o request. Imagine the worst scenario:
2252  *
2253  *      ---R__________________________________________B__________
2254  *         ^ reading here                             ^ bad block(assume 4k)
2255  *
2256  * read(R) => miss => readahead(R...B) => media error => frustrating retries
2257  * => failing the whole request => read(R) => read(R+1) =>
2258  * readahead(R+1...B+1) => bang => read(R+2) => read(R+3) =>
2259  * readahead(R+3...B+2) => bang => read(R+3) => read(R+4) =>
2260  * readahead(R+4...B+3) => bang => read(R+4) => read(R+5) => ......
2261  *
2262  * It is going insane. Fix it by quickly scaling down the readahead size.
2263  */
2264 static void shrink_readahead_size_eio(struct file_ra_state *ra)
2265 {
2266         ra->ra_pages /= 4;
2267 }
2268
2269 /*
2270  * filemap_get_read_batch - Get a batch of folios for read
2271  *
2272  * Get a batch of folios which represent a contiguous range of bytes in
2273  * the file.  No exceptional entries will be returned.  If @index is in
2274  * the middle of a folio, the entire folio will be returned.  The last
2275  * folio in the batch may have the readahead flag set or the uptodate flag
2276  * clear so that the caller can take the appropriate action.
2277  */
2278 static void filemap_get_read_batch(struct address_space *mapping,
2279                 pgoff_t index, pgoff_t max, struct folio_batch *fbatch)
2280 {
2281         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
2282         struct folio *folio;
2283
2284         rcu_read_lock();
2285         for (folio = xas_load(&xas); folio; folio = xas_next(&xas)) {
2286                 if (xas_retry(&xas, folio))
2287                         continue;
2288                 if (xas.xa_index > max || xa_is_value(folio))
2289                         break;
2290                 if (xa_is_sibling(folio))
2291                         break;
2292                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
2293                         goto retry;
2294
2295                 if (unlikely(folio != xas_reload(&xas)))
2296                         goto put_folio;
2297
2298                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2299                         break;
2300                 if (!folio_test_uptodate(folio))
2301                         break;
2302                 if (folio_test_readahead(folio))
2303                         break;
2304                 xas_advance(&xas, folio_next_index(folio) - 1);
2305                 continue;
2306 put_folio:
2307                 folio_put(folio);
2308 retry:
2309                 xas_reset(&xas);
2310         }
2311         rcu_read_unlock();
2312 }
2313
2314 static int filemap_read_folio(struct file *file, filler_t filler,
2315                 struct folio *folio)
2316 {
2317         bool workingset = folio_test_workingset(folio);
2318         unsigned long pflags;
2319         int error;
2320
2321         /*
2322          * A previous I/O error may have been due to temporary failures,
2323          * eg. multipath errors.  PG_error will be set again if read_folio
2324          * fails.
2325          */
2326         folio_clear_error(folio);
2327
2328         /* Start the actual read. The read will unlock the page. */
2329         if (unlikely(workingset))
2330                 psi_memstall_enter(&pflags);
2331         error = filler(file, folio);
2332         if (unlikely(workingset))
2333                 psi_memstall_leave(&pflags);
2334         if (error)
2335                 return error;
2336
2337         error = folio_wait_locked_killable(folio);
2338         if (error)
2339                 return error;
2340         if (folio_test_uptodate(folio))
2341                 return 0;
2342         if (file)
2343                 shrink_readahead_size_eio(&file->f_ra);
2344         return -EIO;
2345 }
2346
2347 static bool filemap_range_uptodate(struct address_space *mapping,
2348                 loff_t pos, size_t count, struct folio *folio,
2349                 bool need_uptodate)
2350 {
2351         if (folio_test_uptodate(folio))
2352                 return true;
2353         /* pipes can't handle partially uptodate pages */
2354         if (need_uptodate)
2355                 return false;
2356         if (!mapping->a_ops->is_partially_uptodate)
2357                 return false;
2358         if (mapping->host->i_blkbits >= folio_shift(folio))
2359                 return false;
2360
2361         if (folio_pos(folio) > pos) {
2362                 count -= folio_pos(folio) - pos;
2363                 pos = 0;
2364         } else {
2365                 pos -= folio_pos(folio);
2366         }
2367
2368         return mapping->a_ops->is_partially_uptodate(folio, pos, count);
2369 }
2370
2371 static int filemap_update_page(struct kiocb *iocb,
2372                 struct address_space *mapping, size_t count,
2373                 struct folio *folio, bool need_uptodate)
2374 {
2375         int error;
2376
2377         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2378                 if (!filemap_invalidate_trylock_shared(mapping))
2379                         return -EAGAIN;
2380         } else {
2381                 filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
2382         }
2383
2384         if (!folio_trylock(folio)) {
2385                 error = -EAGAIN;
2386                 if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOWAIT | IOCB_NOIO))
2387                         goto unlock_mapping;
2388                 if (!(iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ)) {
2389                         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2390                         /*
2391                          * This is where we usually end up waiting for a
2392                          * previously submitted readahead to finish.
2393                          */
2394                         folio_put_wait_locked(folio, TASK_KILLABLE);
2395                         return AOP_TRUNCATED_PAGE;
2396                 }
2397                 error = __folio_lock_async(folio, iocb->ki_waitq);
2398                 if (error)
2399                         goto unlock_mapping;
2400         }
2401
2402         error = AOP_TRUNCATED_PAGE;
2403         if (!folio->mapping)
2404                 goto unlock;
2405
2406         error = 0;
2407         if (filemap_range_uptodate(mapping, iocb->ki_pos, count, folio,
2408                                    need_uptodate))
2409                 goto unlock;
2410
2411         error = -EAGAIN;
2412         if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOIO | IOCB_NOWAIT | IOCB_WAITQ))
2413                 goto unlock;
2414
2415         error = filemap_read_folio(iocb->ki_filp, mapping->a_ops->read_folio,
2416                         folio);
2417         goto unlock_mapping;
2418 unlock:
2419         folio_unlock(folio);
2420 unlock_mapping:
2421         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2422         if (error == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2423                 folio_put(folio);
2424         return error;
2425 }
2426
2427 static int filemap_create_folio(struct file *file,
2428                 struct address_space *mapping, pgoff_t index,
2429                 struct folio_batch *fbatch)
2430 {
2431         struct folio *folio;
2432         int error;
2433
2434         folio = filemap_alloc_folio(mapping_gfp_mask(mapping), 0);
2435         if (!folio)
2436                 return -ENOMEM;
2437
2438         /*
2439          * Protect against truncate / hole punch. Grabbing invalidate_lock
2440          * here assures we cannot instantiate and bring uptodate new
2441          * pagecache folios after evicting page cache during truncate
2442          * and before actually freeing blocks.  Note that we could
2443          * release invalidate_lock after inserting the folio into
2444          * the page cache as the locked folio would then be enough to
2445          * synchronize with hole punching. But there are code paths
2446          * such as filemap_update_page() filling in partially uptodate
2447          * pages or ->readahead() that need to hold invalidate_lock
2448          * while mapping blocks for IO so let's hold the lock here as
2449          * well to keep locking rules simple.
2450          */
2451         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
2452         error = filemap_add_folio(mapping, folio, index,
2453                         mapping_gfp_constraint(mapping, GFP_KERNEL));
2454         if (error == -EEXIST)
2455                 error = AOP_TRUNCATED_PAGE;
2456         if (error)
2457                 goto error;
2458
2459         error = filemap_read_folio(file, mapping->a_ops->read_folio, folio);
2460         if (error)
2461                 goto error;
2462
2463         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2464         folio_batch_add(fbatch, folio);
2465         return 0;
2466 error:
2467         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2468         folio_put(folio);
2469         return error;
2470 }
2471
2472 static int filemap_readahead(struct kiocb *iocb, struct file *file,
2473                 struct address_space *mapping, struct folio *folio,
2474                 pgoff_t last_index)
2475 {
2476         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, &file->f_ra, mapping, folio->index);
2477
2478         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOIO)
2479                 return -EAGAIN;
2480         page_cache_async_ra(&ractl, folio, last_index - folio->index);
2481         return 0;
2482 }
2483
2484 static int filemap_get_pages(struct kiocb *iocb, size_t count,
2485                 struct folio_batch *fbatch, bool need_uptodate)
2486 {
2487         struct file *filp = iocb->ki_filp;
2488         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
2489         struct file_ra_state *ra = &filp->f_ra;
2490         pgoff_t index = iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT;
2491         pgoff_t last_index;
2492         struct folio *folio;
2493         int err = 0;
2494
2495         /* "last_index" is the index of the page beyond the end of the read */
2496         last_index = DIV_ROUND_UP(iocb->ki_pos + count, PAGE_SIZE);
2497 retry:
2498         if (fatal_signal_pending(current))
2499                 return -EINTR;
2500
2501         filemap_get_read_batch(mapping, index, last_index - 1, fbatch);
2502         if (!folio_batch_count(fbatch)) {
2503                 if (iocb->ki_flags & IOCB_NOIO)
2504                         return -EAGAIN;
2505                 page_cache_sync_readahead(mapping, ra, filp, index,
2506                                 last_index - index);
2507                 filemap_get_read_batch(mapping, index, last_index - 1, fbatch);
2508         }
2509         if (!folio_batch_count(fbatch)) {
2510                 if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOWAIT | IOCB_WAITQ))
2511                         return -EAGAIN;
2512                 err = filemap_create_folio(filp, mapping,
2513                                 iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT, fbatch);
2514                 if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2515                         goto retry;
2516                 return err;
2517         }
2518
2519         folio = fbatch->folios[folio_batch_count(fbatch) - 1];
2520         if (folio_test_readahead(folio)) {
2521                 err = filemap_readahead(iocb, filp, mapping, folio, last_index);
2522                 if (err)
2523                         goto err;
2524         }
2525         if (!folio_test_uptodate(folio)) {
2526                 if ((iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ) &&
2527                     folio_batch_count(fbatch) > 1)
2528                         iocb->ki_flags |= IOCB_NOWAIT;
2529                 err = filemap_update_page(iocb, mapping, count, folio,
2530                                           need_uptodate);
2531                 if (err)
2532                         goto err;
2533         }
2534
2535         return 0;
2536 err:
2537         if (err < 0)
2538                 folio_put(folio);
2539         if (likely(--fbatch->nr))
2540                 return 0;
2541         if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2542                 goto retry;
2543         return err;
2544 }
2545
2546 static inline bool pos_same_folio(loff_t pos1, loff_t pos2, struct folio *folio)
2547 {
2548         unsigned int shift = folio_shift(folio);
2549
2550         return (pos1 >> shift == pos2 >> shift);
2551 }
2552
2553 /**
2554  * filemap_read - Read data from the page cache.
2555  * @iocb: The iocb to read.
2556  * @iter: Destination for the data.
2557  * @already_read: Number of bytes already read by the caller.
2558  *
2559  * Copies data from the page cache.  If the data is not currently present,
2560  * uses the readahead and read_folio address_space operations to fetch it.
2561  *
2562  * Return: Total number of bytes copied, including those already read by
2563  * the caller.  If an error happens before any bytes are copied, returns
2564  * a negative error number.
2565  */
2566 ssize_t filemap_read(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter,
2567                 ssize_t already_read)
2568 {
2569         struct file *filp = iocb->ki_filp;
2570         struct file_ra_state *ra = &filp->f_ra;
2571         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
2572         struct inode *inode = mapping->host;
2573         struct folio_batch fbatch;
2574         int i, error = 0;
2575         bool writably_mapped;
2576         loff_t isize, end_offset;
2577         loff_t last_pos = ra->prev_pos;
2578
2579         if (unlikely(iocb->ki_pos >= inode->i_sb->s_maxbytes))
2580                 return 0;
2581         if (unlikely(!iov_iter_count(iter)))
2582                 return 0;
2583
2584         iov_iter_truncate(iter, inode->i_sb->s_maxbytes);
2585         folio_batch_init(&fbatch);
2586
2587         do {
2588                 cond_resched();
2589
2590                 /*
2591                  * If we've already successfully copied some data, then we
2592                  * can no longer safely return -EIOCBQUEUED. Hence mark
2593                  * an async read NOWAIT at that point.
2594                  */
2595                 if ((iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ) && already_read)
2596                         iocb->ki_flags |= IOCB_NOWAIT;
2597
2598                 if (unlikely(iocb->ki_pos >= i_size_read(inode)))
2599                         break;
2600
2601                 error = filemap_get_pages(iocb, iter->count, &fbatch, false);
2602                 if (error < 0)
2603                         break;
2604
2605                 /*
2606                  * i_size must be checked after we know the pages are Uptodate.
2607                  *
2608                  * Checking i_size after the check allows us to calculate
2609                  * the correct value for "nr", which means the zero-filled
2610                  * part of the page is not copied back to userspace (unless
2611                  * another truncate extends the file - this is desired though).
2612                  */
2613                 isize = i_size_read(inode);
2614                 if (unlikely(iocb->ki_pos >= isize))
2615                         goto put_folios;
2616                 end_offset = min_t(loff_t, isize, iocb->ki_pos + iter->count);
2617
2618                 /*
2619                  * Once we start copying data, we don't want to be touching any
2620                  * cachelines that might be contended:
2621                  */
2622                 writably_mapped = mapping_writably_mapped(mapping);
2623
2624                 /*
2625                  * When a read accesses the same folio several times, only
2626                  * mark it as accessed the first time.
2627                  */
2628                 if (!pos_same_folio(iocb->ki_pos, last_pos - 1,
2629                                     fbatch.folios[0]))
2630                         folio_mark_accessed(fbatch.folios[0]);
2631
2632                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++) {
2633                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
2634                         size_t fsize = folio_size(folio);
2635                         size_t offset = iocb->ki_pos & (fsize - 1);
2636                         size_t bytes = min_t(loff_t, end_offset - iocb->ki_pos,
2637                                              fsize - offset);
2638                         size_t copied;
2639
2640                         if (end_offset < folio_pos(folio))
2641                                 break;
2642                         if (i > 0)
2643                                 folio_mark_accessed(folio);
2644                         /*
2645                          * If users can be writing to this folio using arbitrary
2646                          * virtual addresses, take care of potential aliasing
2647                          * before reading the folio on the kernel side.
2648                          */
2649                         if (writably_mapped)
2650                                 flush_dcache_folio(folio);
2651
2652                         copied = copy_folio_to_iter(folio, offset, bytes, iter);
2653
2654                         already_read += copied;
2655                         iocb->ki_pos += copied;
2656                         last_pos = iocb->ki_pos;
2657
2658                         if (copied < bytes) {
2659                                 error = -EFAULT;
2660                                 break;
2661                         }
2662                 }
2663 put_folios:
2664                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++)
2665                         folio_put(fbatch.folios[i]);
2666                 folio_batch_init(&fbatch);
2667         } while (iov_iter_count(iter) && iocb->ki_pos < isize && !error);
2668
2669         file_accessed(filp);
2670         ra->prev_pos = last_pos;
2671         return already_read ? already_read : error;
2672 }
2673 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_read);
2674
2675 int kiocb_write_and_wait(struct kiocb *iocb, size_t count)
2676 {
2677         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
2678         loff_t pos = iocb->ki_pos;
2679         loff_t end = pos + count - 1;
2680
2681         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2682                 if (filemap_range_needs_writeback(mapping, pos, end))
2683                         return -EAGAIN;
2684                 return 0;
2685         }
2686
2687         return filemap_write_and_wait_range(mapping, pos, end);
2688 }
2689 EXPORT_SYMBOL_GPL(kiocb_write_and_wait);
2690
2691 int kiocb_invalidate_pages(struct kiocb *iocb, size_t count)
2692 {
2693         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
2694         loff_t pos = iocb->ki_pos;
2695         loff_t end = pos + count - 1;
2696         int ret;
2697
2698         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2699                 /* we could block if there are any pages in the range */
2700                 if (filemap_range_has_page(mapping, pos, end))
2701                         return -EAGAIN;
2702         } else {
2703                 ret = filemap_write_and_wait_range(mapping, pos, end);
2704                 if (ret)
2705                         return ret;
2706         }
2707
2708         /*
2709          * After a write we want buffered reads to be sure to go to disk to get
2710          * the new data.  We invalidate clean cached page from the region we're
2711          * about to write.  We do this *before* the write so that we can return
2712          * without clobbering -EIOCBQUEUED from ->direct_IO().
2713          */
2714         return invalidate_inode_pages2_range(mapping, pos >> PAGE_SHIFT,
2715                                              end >> PAGE_SHIFT);
2716 }
2717 EXPORT_SYMBOL_GPL(kiocb_invalidate_pages);
2718
2719 /**
2720  * generic_file_read_iter - generic filesystem read routine
2721  * @iocb:       kernel I/O control block
2722  * @iter:       destination for the data read
2723  *
2724  * This is the "read_iter()" routine for all filesystems
2725  * that can use the page cache directly.
2726  *
2727  * The IOCB_NOWAIT flag in iocb->ki_flags indicates that -EAGAIN shall
2728  * be returned when no data can be read without waiting for I/O requests
2729  * to complete; it doesn't prevent readahead.
2730  *
2731  * The IOCB_NOIO flag in iocb->ki_flags indicates that no new I/O
2732  * requests shall be made for the read or for readahead.  When no data
2733  * can be read, -EAGAIN shall be returned.  When readahead would be
2734  * triggered, a partial, possibly empty read shall be returned.
2735  *
2736  * Return:
2737  * * number of bytes copied, even for partial reads
2738  * * negative error code (or 0 if IOCB_NOIO) if nothing was read
2739  */
2740 ssize_t
2741 generic_file_read_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter)
2742 {
2743         size_t count = iov_iter_count(iter);
2744         ssize_t retval = 0;
2745
2746         if (!count)
2747                 return 0; /* skip atime */
2748
2749         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
2750                 struct file *file = iocb->ki_filp;
2751                 struct address_space *mapping = file->f_mapping;
2752                 struct inode *inode = mapping->host;
2753
2754                 retval = kiocb_write_and_wait(iocb, count);
2755                 if (retval < 0)
2756                         return retval;
2757                 file_accessed(file);
2758
2759                 retval = mapping->a_ops->direct_IO(iocb, iter);
2760                 if (retval >= 0) {
2761                         iocb->ki_pos += retval;
2762                         count -= retval;
2763                 }
2764                 if (retval != -EIOCBQUEUED)
2765                         iov_iter_revert(iter, count - iov_iter_count(iter));
2766
2767                 /*
2768                  * Btrfs can have a short DIO read if we encounter
2769                  * compressed extents, so if there was an error, or if
2770                  * we've already read everything we wanted to, or if
2771                  * there was a short read because we hit EOF, go ahead
2772                  * and return.  Otherwise fallthrough to buffered io for
2773                  * the rest of the read.  Buffered reads will not work for
2774                  * DAX files, so don't bother trying.
2775                  */
2776                 if (retval < 0 || !count || IS_DAX(inode))
2777                         return retval;
2778                 if (iocb->ki_pos >= i_size_read(inode))
2779                         return retval;
2780         }
2781
2782         return filemap_read(iocb, iter, retval);
2783 }
2784 EXPORT_SYMBOL(generic_file_read_iter);
2785
2786 /*
2787  * Splice subpages from a folio into a pipe.
2788  */
2789 size_t splice_folio_into_pipe(struct pipe_inode_info *pipe,
2790                               struct folio *folio, loff_t fpos, size_t size)
2791 {
2792         struct page *page;
2793         size_t spliced = 0, offset = offset_in_folio(folio, fpos);
2794
2795         page = folio_page(folio, offset / PAGE_SIZE);
2796         size = min(size, folio_size(folio) - offset);
2797         offset %= PAGE_SIZE;
2798
2799         while (spliced < size &&
2800                !pipe_full(pipe->head, pipe->tail, pipe->max_usage)) {
2801                 struct pipe_buffer *buf = pipe_head_buf(pipe);
2802                 size_t part = min_t(size_t, PAGE_SIZE - offset, size - spliced);
2803
2804                 *buf = (struct pipe_buffer) {
2805                         .ops    = &page_cache_pipe_buf_ops,
2806                         .page   = page,
2807                         .offset = offset,
2808                         .len    = part,
2809                 };
2810                 folio_get(folio);
2811                 pipe->head++;
2812                 page++;
2813                 spliced += part;
2814                 offset = 0;
2815         }
2816
2817         return spliced;
2818 }
2819
2820 /**
2821  * filemap_splice_read -  Splice data from a file's pagecache into a pipe
2822  * @in: The file to read from
2823  * @ppos: Pointer to the file position to read from
2824  * @pipe: The pipe to splice into
2825  * @len: The amount to splice
2826  * @flags: The SPLICE_F_* flags
2827  *
2828  * This function gets folios from a file's pagecache and splices them into the
2829  * pipe.  Readahead will be called as necessary to fill more folios.  This may
2830  * be used for blockdevs also.
2831  *
2832  * Return: On success, the number of bytes read will be returned and *@ppos
2833  * will be updated if appropriate; 0 will be returned if there is no more data
2834  * to be read; -EAGAIN will be returned if the pipe had no space, and some
2835  * other negative error code will be returned on error.  A short read may occur
2836  * if the pipe has insufficient space, we reach the end of the data or we hit a
2837  * hole.
2838  */
2839 ssize_t filemap_splice_read(struct file *in, loff_t *ppos,
2840                             struct pipe_inode_info *pipe,
2841                             size_t len, unsigned int flags)
2842 {
2843         struct folio_batch fbatch;
2844         struct kiocb iocb;
2845         size_t total_spliced = 0, used, npages;
2846         loff_t isize, end_offset;
2847         bool writably_mapped;
2848         int i, error = 0;
2849
2850         if (unlikely(*ppos >= in->f_mapping->host->i_sb->s_maxbytes))
2851                 return 0;
2852
2853         init_sync_kiocb(&iocb, in);
2854         iocb.ki_pos = *ppos;
2855
2856         /* Work out how much data we can actually add into the pipe */
2857         used = pipe_occupancy(pipe->head, pipe->tail);
2858         npages = max_t(ssize_t, pipe->max_usage - used, 0);
2859         len = min_t(size_t, len, npages * PAGE_SIZE);
2860
2861         folio_batch_init(&fbatch);
2862
2863         do {
2864                 cond_resched();
2865
2866                 if (*ppos >= i_size_read(in->f_mapping->host))
2867                         break;
2868
2869                 iocb.ki_pos = *ppos;
2870                 error = filemap_get_pages(&iocb, len, &fbatch, true);
2871                 if (error < 0)
2872                         break;
2873
2874                 /*
2875                  * i_size must be checked after we know the pages are Uptodate.
2876                  *
2877                  * Checking i_size after the check allows us to calculate
2878                  * the correct value for "nr", which means the zero-filled
2879                  * part of the page is not copied back to userspace (unless
2880                  * another truncate extends the file - this is desired though).
2881                  */
2882                 isize = i_size_read(in->f_mapping->host);
2883                 if (unlikely(*ppos >= isize))
2884                         break;
2885                 end_offset = min_t(loff_t, isize, *ppos + len);
2886
2887                 /*
2888                  * Once we start copying data, we don't want to be touching any
2889                  * cachelines that might be contended:
2890                  */
2891                 writably_mapped = mapping_writably_mapped(in->f_mapping);
2892
2893                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++) {
2894                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
2895                         size_t n;
2896
2897                         if (folio_pos(folio) >= end_offset)
2898                                 goto out;
2899                         folio_mark_accessed(folio);
2900
2901                         /*
2902                          * If users can be writing to this folio using arbitrary
2903                          * virtual addresses, take care of potential aliasing
2904                          * before reading the folio on the kernel side.
2905                          */
2906                         if (writably_mapped)
2907                                 flush_dcache_folio(folio);
2908
2909                         n = min_t(loff_t, len, isize - *ppos);
2910                         n = splice_folio_into_pipe(pipe, folio, *ppos, n);
2911                         if (!n)
2912                                 goto out;
2913                         len -= n;
2914                         total_spliced += n;
2915                         *ppos += n;
2916                         in->f_ra.prev_pos = *ppos;
2917                         if (pipe_full(pipe->head, pipe->tail, pipe->max_usage))
2918                                 goto out;
2919                 }
2920
2921                 folio_batch_release(&fbatch);
2922         } while (len);
2923
2924 out:
2925         folio_batch_release(&fbatch);
2926         file_accessed(in);
2927
2928         return total_spliced ? total_spliced : error;
2929 }
2930 EXPORT_SYMBOL(filemap_splice_read);
2931
2932 static inline loff_t folio_seek_hole_data(struct xa_state *xas,
2933                 struct address_space *mapping, struct folio *folio,
2934                 loff_t start, loff_t end, bool seek_data)
2935 {
2936         const struct address_space_operations *ops = mapping->a_ops;
2937         size_t offset, bsz = i_blocksize(mapping->host);
2938
2939         if (xa_is_value(folio) || folio_test_uptodate(folio))
2940                 return seek_data ? start : end;
2941         if (!ops->is_partially_uptodate)
2942                 return seek_data ? end : start;
2943
2944         xas_pause(xas);
2945         rcu_read_unlock();
2946         folio_lock(folio);
2947         if (unlikely(folio->mapping != mapping))
2948                 goto unlock;
2949
2950         offset = offset_in_folio(folio, start) & ~(bsz - 1);
2951
2952         do {
2953                 if (ops->is_partially_uptodate(folio, offset, bsz) ==
2954                                                         seek_data)
2955                         break;
2956                 start = (start + bsz) & ~(bsz - 1);
2957                 offset += bsz;
2958         } while (offset < folio_size(folio));
2959 unlock:
2960         folio_unlock(folio);
2961         rcu_read_lock();
2962         return start;
2963 }
2964
2965 static inline size_t seek_folio_size(struct xa_state *xas, struct folio *folio)
2966 {
2967         if (xa_is_value(folio))
2968                 return PAGE_SIZE << xa_get_order(xas->xa, xas->xa_index);
2969         return folio_size(folio);
2970 }
2971
2972 /**
2973  * mapping_seek_hole_data - Seek for SEEK_DATA / SEEK_HOLE in the page cache.
2974  * @mapping: Address space to search.
2975  * @start: First byte to consider.
2976  * @end: Limit of search (exclusive).
2977  * @whence: Either SEEK_HOLE or SEEK_DATA.
2978  *
2979  * If the page cache knows which blocks contain holes and which blocks
2980  * contain data, your filesystem can use this function to implement
2981  * SEEK_HOLE and SEEK_DATA.  This is useful for filesystems which are
2982  * entirely memory-based such as tmpfs, and filesystems which support
2983  * unwritten extents.
2984  *
2985  * Return: The requested offset on success, or -ENXIO if @whence specifies
2986  * SEEK_DATA and there is no data after @start.  There is an implicit hole
2987  * after @end - 1, so SEEK_HOLE returns @end if all the bytes between @start
2988  * and @end contain data.
2989  */
2990 loff_t mapping_seek_hole_data(struct address_space *mapping, loff_t start,
2991                 loff_t end, int whence)
2992 {
2993         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start >> PAGE_SHIFT);
2994         pgoff_t max = (end - 1) >> PAGE_SHIFT;
2995         bool seek_data = (whence == SEEK_DATA);
2996         struct folio *folio;
2997
2998         if (end <= start)
2999                 return -ENXIO;
3000
3001         rcu_read_lock();
3002         while ((folio = find_get_entry(&xas, max, XA_PRESENT))) {
3003                 loff_t pos = (u64)xas.xa_index << PAGE_SHIFT;
3004                 size_t seek_size;
3005
3006                 if (start < pos) {
3007                         if (!seek_data)
3008                                 goto unlock;
3009                         start = pos;
3010                 }
3011
3012                 seek_size = seek_folio_size(&xas, folio);
3013                 pos = round_up((u64)pos + 1, seek_size);
3014                 start = folio_seek_hole_data(&xas, mapping, folio, start, pos,
3015                                 seek_data);
3016                 if (start < pos)
3017                         goto unlock;
3018                 if (start >= end)
3019                         break;
3020                 if (seek_size > PAGE_SIZE)
3021                         xas_set(&xas, pos >> PAGE_SHIFT);
3022                 if (!xa_is_value(folio))
3023                         folio_put(folio);
3024         }
3025         if (seek_data)
3026                 start = -ENXIO;
3027 unlock:
3028         rcu_read_unlock();
3029         if (folio && !xa_is_value(folio))
3030                 folio_put(folio);
3031         if (start > end)
3032                 return end;
3033         return start;
3034 }
3035
3036 #ifdef CONFIG_MMU
3037 #define MMAP_LOTSAMISS  (100)
3038 /*
3039  * lock_folio_maybe_drop_mmap - lock the page, possibly dropping the mmap_lock
3040  * @vmf - the vm_fault for this fault.
3041  * @folio - the folio to lock.
3042  * @fpin - the pointer to the file we may pin (or is already pinned).
3043  *
3044  * This works similar to lock_folio_or_retry in that it can drop the
3045  * mmap_lock.  It differs in that it actually returns the folio locked
3046  * if it returns 1 and 0 if it couldn't lock the folio.  If we did have
3047  * to drop the mmap_lock then fpin will point to the pinned file and
3048  * needs to be fput()'ed at a later point.
3049  */
3050 static int lock_folio_maybe_drop_mmap(struct vm_fault *vmf, struct folio *folio,
3051                                      struct file **fpin)
3052 {
3053         if (folio_trylock(folio))
3054                 return 1;
3055
3056         /*
3057          * NOTE! This will make us return with VM_FAULT_RETRY, but with
3058          * the fault lock still held. That's how FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT
3059          * is supposed to work. We have way too many special cases..
3060          */
3061         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT)
3062                 return 0;
3063
3064         *fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, *fpin);
3065         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_KILLABLE) {
3066                 if (__folio_lock_killable(folio)) {
3067                         /*
3068                          * We didn't have the right flags to drop the
3069                          * fault lock, but all fault_handlers only check
3070                          * for fatal signals if we return VM_FAULT_RETRY,
3071                          * so we need to drop the fault lock here and
3072                          * return 0 if we don't have a fpin.
3073                          */
3074                         if (*fpin == NULL)
3075                                 release_fault_lock(vmf);
3076                         return 0;
3077                 }
3078         } else
3079                 __folio_lock(folio);
3080
3081         return 1;
3082 }
3083
3084 /*
3085  * Synchronous readahead happens when we don't even find a page in the page
3086  * cache at all.  We don't want to perform IO under the mmap sem, so if we have
3087  * to drop the mmap sem we return the file that was pinned in order for us to do
3088  * that.  If we didn't pin a file then we return NULL.  The file that is
3089  * returned needs to be fput()'ed when we're done with it.
3090  */
3091 static struct file *do_sync_mmap_readahead(struct vm_fault *vmf)
3092 {
3093         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3094         struct file_ra_state *ra = &file->f_ra;
3095         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3096         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, ra, mapping, vmf->pgoff);
3097         struct file *fpin = NULL;
3098         unsigned long vm_flags = vmf->vma->vm_flags;
3099         unsigned int mmap_miss;
3100
3101 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
3102         /* Use the readahead code, even if readahead is disabled */
3103         if (vm_flags & VM_HUGEPAGE) {
3104                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3105                 ractl._index &= ~((unsigned long)HPAGE_PMD_NR - 1);
3106                 ra->size = HPAGE_PMD_NR;
3107                 /*
3108                  * Fetch two PMD folios, so we get the chance to actually
3109                  * readahead, unless we've been told not to.
3110                  */
3111                 if (!(vm_flags & VM_RAND_READ))
3112                         ra->size *= 2;
3113                 ra->async_size = HPAGE_PMD_NR;
3114                 page_cache_ra_order(&ractl, ra, HPAGE_PMD_ORDER);
3115                 return fpin;
3116         }
3117 #endif
3118
3119         /* If we don't want any read-ahead, don't bother */
3120         if (vm_flags & VM_RAND_READ)
3121                 return fpin;
3122         if (!ra->ra_pages)
3123                 return fpin;
3124
3125         if (vm_flags & VM_SEQ_READ) {
3126                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3127                 page_cache_sync_ra(&ractl, ra->ra_pages);
3128                 return fpin;
3129         }
3130
3131         /* Avoid banging the cache line if not needed */
3132         mmap_miss = READ_ONCE(ra->mmap_miss);
3133         if (mmap_miss < MMAP_LOTSAMISS * 10)
3134                 WRITE_ONCE(ra->mmap_miss, ++mmap_miss);
3135
3136         /*
3137          * Do we miss much more than hit in this file? If so,
3138          * stop bothering with read-ahead. It will only hurt.
3139          */
3140         if (mmap_miss > MMAP_LOTSAMISS)
3141                 return fpin;
3142
3143         /*
3144          * mmap read-around
3145          */
3146         fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3147         ra->start = max_t(long, 0, vmf->pgoff - ra->ra_pages / 2);
3148         ra->size = ra->ra_pages;
3149         ra->async_size = ra->ra_pages / 4;
3150         ractl._index = ra->start;
3151         page_cache_ra_order(&ractl, ra, 0);
3152         return fpin;
3153 }
3154
3155 /*
3156  * Asynchronous readahead happens when we find the page and PG_readahead,
3157  * so we want to possibly extend the readahead further.  We return the file that
3158  * was pinned if we have to drop the mmap_lock in order to do IO.
3159  */
3160 static struct file *do_async_mmap_readahead(struct vm_fault *vmf,
3161                                             struct folio *folio)
3162 {
3163         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3164         struct file_ra_state *ra = &file->f_ra;
3165         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, ra, file->f_mapping, vmf->pgoff);
3166         struct file *fpin = NULL;
3167         unsigned int mmap_miss;
3168
3169         /* If we don't want any read-ahead, don't bother */
3170         if (vmf->vma->vm_flags & VM_RAND_READ || !ra->ra_pages)
3171                 return fpin;
3172
3173         mmap_miss = READ_ONCE(ra->mmap_miss);
3174         if (mmap_miss)
3175                 WRITE_ONCE(ra->mmap_miss, --mmap_miss);
3176
3177         if (folio_test_readahead(folio)) {
3178                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3179                 page_cache_async_ra(&ractl, folio, ra->ra_pages);
3180         }
3181         return fpin;
3182 }
3183
3184 static vm_fault_t filemap_fault_recheck_pte_none(struct vm_fault *vmf)
3185 {
3186         struct vm_area_struct *vma = vmf->vma;
3187         vm_fault_t ret = 0;
3188         pte_t *ptep;
3189
3190         /*
3191          * We might have COW'ed a pagecache folio and might now have an mlocked
3192          * anon folio mapped. The original pagecache folio is not mlocked and
3193          * might have been evicted. During a read+clear/modify/write update of
3194          * the PTE, such as done in do_numa_page()/change_pte_range(), we
3195          * temporarily clear the PTE under PT lock and might detect it here as
3196          * "none" when not holding the PT lock.
3197          *
3198          * Not rechecking the PTE under PT lock could result in an unexpected
3199          * major fault in an mlock'ed region. Recheck only for this special
3200          * scenario while holding the PT lock, to not degrade non-mlocked
3201          * scenarios. Recheck the PTE without PT lock firstly, thereby reducing
3202          * the number of times we hold PT lock.
3203          */
3204         if (!(vma->vm_flags & VM_LOCKED))
3205                 return 0;
3206
3207         if (!(vmf->flags & FAULT_FLAG_ORIG_PTE_VALID))
3208                 return 0;
3209
3210         ptep = pte_offset_map(vmf->pmd, vmf->address);
3211         if (unlikely(!ptep))
3212                 return VM_FAULT_NOPAGE;
3213
3214         if (unlikely(!pte_none(ptep_get_lockless(ptep)))) {
3215                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3216         } else {
3217                 spin_lock(vmf->ptl);
3218                 if (unlikely(!pte_none(ptep_get(ptep))))
3219                         ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3220                 spin_unlock(vmf->ptl);
3221         }
3222         pte_unmap(ptep);
3223         return ret;
3224 }
3225
3226 /**
3227  * filemap_fault - read in file data for page fault handling
3228  * @vmf:        struct vm_fault containing details of the fault
3229  *
3230  * filemap_fault() is invoked via the vma operations vector for a
3231  * mapped memory region to read in file data during a page fault.
3232  *
3233  * The goto's are kind of ugly, but this streamlines the normal case of having
3234  * it in the page cache, and handles the special cases reasonably without
3235  * having a lot of duplicated code.
3236  *
3237  * vma->vm_mm->mmap_lock must be held on entry.
3238  *
3239  * If our return value has VM_FAULT_RETRY set, it's because the mmap_lock
3240  * may be dropped before doing I/O or by lock_folio_maybe_drop_mmap().
3241  *
3242  * If our return value does not have VM_FAULT_RETRY set, the mmap_lock
3243  * has not been released.
3244  *
3245  * We never return with VM_FAULT_RETRY and a bit from VM_FAULT_ERROR set.
3246  *
3247  * Return: bitwise-OR of %VM_FAULT_ codes.
3248  */
3249 vm_fault_t filemap_fault(struct vm_fault *vmf)
3250 {
3251         int error;
3252         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3253         struct file *fpin = NULL;
3254         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3255         struct inode *inode = mapping->host;
3256         pgoff_t max_idx, index = vmf->pgoff;
3257         struct folio *folio;
3258         vm_fault_t ret = 0;
3259         bool mapping_locked = false;
3260
3261         max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
3262         if (unlikely(index >= max_idx))
3263                 return VM_FAULT_SIGBUS;
3264
3265         /*
3266          * Do we have something in the page cache already?
3267          */
3268         folio = filemap_get_folio(mapping, index);
3269         if (likely(!IS_ERR(folio))) {
3270                 /*
3271                  * We found the page, so try async readahead before waiting for
3272                  * the lock.
3273                  */
3274                 if (!(vmf->flags & FAULT_FLAG_TRIED))
3275                         fpin = do_async_mmap_readahead(vmf, folio);
3276                 if (unlikely(!folio_test_uptodate(folio))) {
3277                         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
3278                         mapping_locked = true;
3279                 }
3280         } else {
3281                 ret = filemap_fault_recheck_pte_none(vmf);
3282                 if (unlikely(ret))
3283                         return ret;
3284
3285                 /* No page in the page cache at all */
3286                 count_vm_event(PGMAJFAULT);
3287                 count_memcg_event_mm(vmf->vma->vm_mm, PGMAJFAULT);
3288                 ret = VM_FAULT_MAJOR;
3289                 fpin = do_sync_mmap_readahead(vmf);
3290 retry_find:
3291                 /*
3292                  * See comment in filemap_create_folio() why we need
3293                  * invalidate_lock
3294                  */
3295                 if (!mapping_locked) {
3296                         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
3297                         mapping_locked = true;
3298                 }
3299                 folio = __filemap_get_folio(mapping, index,
3300                                           FGP_CREAT|FGP_FOR_MMAP,
3301                                           vmf->gfp_mask);
3302                 if (IS_ERR(folio)) {
3303                         if (fpin)
3304                                 goto out_retry;
3305                         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3306                         return VM_FAULT_OOM;
3307                 }
3308         }
3309
3310         if (!lock_folio_maybe_drop_mmap(vmf, folio, &fpin))
3311                 goto out_retry;
3312
3313         /* Did it get truncated? */
3314         if (unlikely(folio->mapping != mapping)) {
3315                 folio_unlock(folio);
3316                 folio_put(folio);
3317                 goto retry_find;
3318         }
3319         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, index), folio);
3320
3321         /*
3322          * We have a locked folio in the page cache, now we need to check
3323          * that it's up-to-date. If not, it is going to be due to an error,
3324          * or because readahead was otherwise unable to retrieve it.
3325          */
3326         if (unlikely(!folio_test_uptodate(folio))) {
3327                 /*
3328                  * If the invalidate lock is not held, the folio was in cache
3329                  * and uptodate and now it is not. Strange but possible since we
3330                  * didn't hold the page lock all the time. Let's drop
3331                  * everything, get the invalidate lock and try again.
3332                  */
3333                 if (!mapping_locked) {
3334                         folio_unlock(folio);
3335                         folio_put(folio);
3336                         goto retry_find;
3337                 }
3338
3339                 /*
3340                  * OK, the folio is really not uptodate. This can be because the
3341                  * VMA has the VM_RAND_READ flag set, or because an error
3342                  * arose. Let's read it in directly.
3343                  */
3344                 goto page_not_uptodate;
3345         }
3346
3347         /*
3348          * We've made it this far and we had to drop our mmap_lock, now is the
3349          * time to return to the upper layer and have it re-find the vma and
3350          * redo the fault.
3351          */
3352         if (fpin) {
3353                 folio_unlock(folio);
3354                 goto out_retry;
3355         }
3356         if (mapping_locked)
3357                 filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3358
3359         /*
3360          * Found the page and have a reference on it.
3361          * We must recheck i_size under page lock.
3362          */
3363         max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
3364         if (unlikely(index >= max_idx)) {
3365                 folio_unlock(folio);
3366                 folio_put(folio);
3367                 return VM_FAULT_SIGBUS;
3368         }
3369
3370         vmf->page = folio_file_page(folio, index);
3371         return ret | VM_FAULT_LOCKED;
3372
3373 page_not_uptodate:
3374         /*
3375          * Umm, take care of errors if the page isn't up-to-date.
3376          * Try to re-read it _once_. We do this synchronously,
3377          * because there really aren't any performance issues here
3378          * and we need to check for errors.
3379          */
3380         fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3381         error = filemap_read_folio(file, mapping->a_ops->read_folio, folio);
3382         if (fpin)
3383                 goto out_retry;
3384         folio_put(folio);
3385
3386         if (!error || error == AOP_TRUNCATED_PAGE)
3387                 goto retry_find;
3388         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3389
3390         return VM_FAULT_SIGBUS;
3391
3392 out_retry:
3393         /*
3394          * We dropped the mmap_lock, we need to return to the fault handler to
3395          * re-find the vma and come back and find our hopefully still populated
3396          * page.
3397          */
3398         if (!IS_ERR(folio))
3399                 folio_put(folio);
3400         if (mapping_locked)
3401                 filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3402         if (fpin)
3403                 fput(fpin);
3404         return ret | VM_FAULT_RETRY;
3405 }
3406 EXPORT_SYMBOL(filemap_fault);
3407
3408 static bool filemap_map_pmd(struct vm_fault *vmf, struct folio *folio,
3409                 pgoff_t start)
3410 {
3411         struct mm_struct *mm = vmf->vma->vm_mm;
3412
3413         /* Huge page is mapped? No need to proceed. */
3414         if (pmd_trans_huge(*vmf->pmd)) {
3415                 folio_unlock(folio);
3416                 folio_put(folio);
3417                 return true;
3418         }
3419
3420         if (pmd_none(*vmf->pmd) && folio_test_pmd_mappable(folio)) {
3421                 struct page *page = folio_file_page(folio, start);
3422                 vm_fault_t ret = do_set_pmd(vmf, page);
3423                 if (!ret) {
3424                         /* The page is mapped successfully, reference consumed. */
3425                         folio_unlock(folio);
3426                         return true;
3427                 }
3428         }
3429
3430         if (pmd_none(*vmf->pmd) && vmf->prealloc_pte)
3431                 pmd_install(mm, vmf->pmd, &vmf->prealloc_pte);
3432
3433         return false;
3434 }
3435
3436 static struct folio *next_uptodate_folio(struct xa_state *xas,
3437                 struct address_space *mapping, pgoff_t end_pgoff)
3438 {
3439         struct folio *folio = xas_next_entry(xas, end_pgoff);
3440         unsigned long max_idx;
3441
3442         do {
3443                 if (!folio)
3444                         return NULL;
3445                 if (xas_retry(xas, folio))
3446                         continue;
3447                 if (xa_is_value(folio))
3448                         continue;
3449                 if (folio_test_locked(folio))
3450                         continue;
3451                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
3452                         continue;
3453                 /* Has the page moved or been split? */
3454                 if (unlikely(folio != xas_reload(xas)))
3455                         goto skip;
3456                 if (!folio_test_uptodate(folio) || folio_test_readahead(folio))
3457                         goto skip;
3458                 if (!folio_trylock(folio))
3459                         goto skip;
3460                 if (folio->mapping != mapping)
3461                         goto unlock;
3462                 if (!folio_test_uptodate(folio))
3463                         goto unlock;
3464                 max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(mapping->host), PAGE_SIZE);
3465                 if (xas->xa_index >= max_idx)
3466                         goto unlock;
3467                 return folio;
3468 unlock:
3469                 folio_unlock(folio);
3470 skip:
3471                 folio_put(folio);
3472         } while ((folio = xas_next_entry(xas, end_pgoff)) != NULL);
3473
3474         return NULL;
3475 }
3476
3477 /*
3478  * Map page range [start_page, start_page + nr_pages) of folio.
3479  * start_page is gotten from start by folio_page(folio, start)
3480  */
3481 static vm_fault_t filemap_map_folio_range(struct vm_fault *vmf,
3482                         struct folio *folio, unsigned long start,
3483                         unsigned long addr, unsigned int nr_pages,
3484                         unsigned int *mmap_miss)
3485 {
3486         vm_fault_t ret = 0;
3487         struct page *page = folio_page(folio, start);
3488         unsigned int count = 0;
3489         pte_t *old_ptep = vmf->pte;
3490
3491         do {
3492                 if (PageHWPoison(page + count))
3493                         goto skip;
3494
3495                 (*mmap_miss)++;
3496
3497                 /*
3498                  * NOTE: If there're PTE markers, we'll leave them to be
3499                  * handled in the specific fault path, and it'll prohibit the
3500                  * fault-around logic.
3501                  */
3502                 if (!pte_none(ptep_get(&vmf->pte[count])))
3503                         goto skip;
3504
3505                 count++;
3506                 continue;
3507 skip:
3508                 if (count) {
3509                         set_pte_range(vmf, folio, page, count, addr);
3510                         folio_ref_add(folio, count);
3511                         if (in_range(vmf->address, addr, count * PAGE_SIZE))
3512                                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3513                 }
3514
3515                 count++;
3516                 page += count;
3517                 vmf->pte += count;
3518                 addr += count * PAGE_SIZE;
3519                 count = 0;
3520         } while (--nr_pages > 0);
3521
3522         if (count) {
3523                 set_pte_range(vmf, folio, page, count, addr);
3524                 folio_ref_add(folio, count);
3525                 if (in_range(vmf->address, addr, count * PAGE_SIZE))
3526                         ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3527         }
3528
3529         vmf->pte = old_ptep;
3530
3531         return ret;
3532 }
3533
3534 static vm_fault_t filemap_map_order0_folio(struct vm_fault *vmf,
3535                 struct folio *folio, unsigned long addr,
3536                 unsigned int *mmap_miss)
3537 {
3538         vm_fault_t ret = 0;
3539         struct page *page = &folio->page;
3540
3541         if (PageHWPoison(page))
3542                 return ret;
3543
3544         (*mmap_miss)++;
3545
3546         /*
3547          * NOTE: If there're PTE markers, we'll leave them to be
3548          * handled in the specific fault path, and it'll prohibit
3549          * the fault-around logic.
3550          */
3551         if (!pte_none(ptep_get(vmf->pte)))
3552                 return ret;
3553
3554         if (vmf->address == addr)
3555                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3556
3557         set_pte_range(vmf, folio, page, 1, addr);
3558         folio_ref_inc(folio);
3559
3560         return ret;
3561 }
3562
3563 vm_fault_t filemap_map_pages(struct vm_fault *vmf,
3564                              pgoff_t start_pgoff, pgoff_t end_pgoff)
3565 {
3566         struct vm_area_struct *vma = vmf->vma;
3567         struct file *file = vma->vm_file;
3568         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3569         pgoff_t last_pgoff = start_pgoff;
3570         unsigned long addr;
3571         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_pgoff);
3572         struct folio *folio;
3573         vm_fault_t ret = 0;
3574         unsigned int nr_pages = 0, mmap_miss = 0, mmap_miss_saved;
3575
3576         rcu_read_lock();
3577         folio = next_uptodate_folio(&xas, mapping, end_pgoff);
3578         if (!folio)
3579                 goto out;
3580
3581         if (filemap_map_pmd(vmf, folio, start_pgoff)) {
3582                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3583                 goto out;
3584         }
3585
3586         addr = vma->vm_start + ((start_pgoff - vma->vm_pgoff) << PAGE_SHIFT);
3587         vmf->pte = pte_offset_map_lock(vma->vm_mm, vmf->pmd, addr, &vmf->ptl);
3588         if (!vmf->pte) {
3589                 folio_unlock(folio);
3590                 folio_put(folio);
3591                 goto out;
3592         }
3593         do {
3594                 unsigned long end;
3595
3596                 addr += (xas.xa_index - last_pgoff) << PAGE_SHIFT;
3597                 vmf->pte += xas.xa_index - last_pgoff;
3598                 last_pgoff = xas.xa_index;
3599                 end = folio_next_index(folio) - 1;
3600                 nr_pages = min(end, end_pgoff) - xas.xa_index + 1;
3601
3602                 if (!folio_test_large(folio))
3603                         ret |= filemap_map_order0_folio(vmf,
3604                                         folio, addr, &mmap_miss);
3605                 else
3606                         ret |= filemap_map_folio_range(vmf, folio,
3607                                         xas.xa_index - folio->index, addr,
3608                                         nr_pages, &mmap_miss);
3609
3610                 folio_unlock(folio);
3611                 folio_put(folio);
3612         } while ((folio = next_uptodate_folio(&xas, mapping, end_pgoff)) != NULL);
3613         pte_unmap_unlock(vmf->pte, vmf->ptl);
3614 out:
3615         rcu_read_unlock();
3616
3617         mmap_miss_saved = READ_ONCE(file->f_ra.mmap_miss);
3618         if (mmap_miss >= mmap_miss_saved)
3619                 WRITE_ONCE(file->f_ra.mmap_miss, 0);
3620         else
3621                 WRITE_ONCE(file->f_ra.mmap_miss, mmap_miss_saved - mmap_miss);
3622
3623         return ret;
3624 }
3625 EXPORT_SYMBOL(filemap_map_pages);
3626
3627 vm_fault_t filemap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf)
3628 {
3629         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
3630         struct folio *folio = page_folio(vmf->page);
3631         vm_fault_t ret = VM_FAULT_LOCKED;
3632
3633         sb_start_pagefault(mapping->host->i_sb);
3634         file_update_time(vmf->vma->vm_file);
3635         folio_lock(folio);
3636         if (folio->mapping != mapping) {
3637                 folio_unlock(folio);
3638                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3639                 goto out;
3640         }
3641         /*
3642          * We mark the folio dirty already here so that when freeze is in
3643          * progress, we are guaranteed that writeback during freezing will
3644          * see the dirty folio and writeprotect it again.
3645          */
3646         folio_mark_dirty(folio);
3647         folio_wait_stable(folio);
3648 out:
3649         sb_end_pagefault(mapping->host->i_sb);
3650         return ret;
3651 }
3652
3653 const struct vm_operations_struct generic_file_vm_ops = {
3654         .fault          = filemap_fault,
3655         .map_pages      = filemap_map_pages,
3656         .page_mkwrite   = filemap_page_mkwrite,
3657 };
3658
3659 /* This is used for a general mmap of a disk file */
3660
3661 int generic_file_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3662 {
3663         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3664
3665         if (!mapping->a_ops->read_folio)
3666                 return -ENOEXEC;
3667         file_accessed(file);
3668         vma->vm_ops = &generic_file_vm_ops;
3669         return 0;
3670 }
3671
3672 /*
3673  * This is for filesystems which do not implement ->writepage.
3674  */
3675 int generic_file_readonly_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3676 {
3677         if (vma_is_shared_maywrite(vma))
3678                 return -EINVAL;
3679         return generic_file_mmap(file, vma);
3680 }
3681 #else
3682 vm_fault_t filemap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf)
3683 {
3684         return VM_FAULT_SIGBUS;
3685 }
3686 int generic_file_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3687 {
3688         return -ENOSYS;
3689 }
3690 int generic_file_readonly_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3691 {
3692         return -ENOSYS;
3693 }
3694 #endif /* CONFIG_MMU */
3695
3696 EXPORT_SYMBOL(filemap_page_mkwrite);
3697 EXPORT_SYMBOL(generic_file_mmap);
3698 EXPORT_SYMBOL(generic_file_readonly_mmap);
3699
3700 static struct folio *do_read_cache_folio(struct address_space *mapping,
3701                 pgoff_t index, filler_t filler, struct file *file, gfp_t gfp)
3702 {
3703         struct folio *folio;
3704         int err;
3705
3706         if (!filler)
3707                 filler = mapping->a_ops->read_folio;
3708 repeat:
3709         folio = filemap_get_folio(mapping, index);
3710         if (IS_ERR(folio)) {
3711                 folio = filemap_alloc_folio(gfp, 0);
3712                 if (!folio)
3713                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
3714                 err = filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp);
3715                 if (unlikely(err)) {
3716                         folio_put(folio);
3717                         if (err == -EEXIST)
3718                                 goto repeat;
3719                         /* Presumably ENOMEM for xarray node */
3720                         return ERR_PTR(err);
3721                 }
3722
3723                 goto filler;
3724         }
3725         if (folio_test_uptodate(folio))
3726                 goto out;
3727
3728         if (!folio_trylock(folio)) {
3729                 folio_put_wait_locked(folio, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
3730                 goto repeat;
3731         }
3732
3733         /* Folio was truncated from mapping */
3734         if (!folio->mapping) {
3735                 folio_unlock(folio);
3736                 folio_put(folio);
3737                 goto repeat;
3738         }
3739
3740         /* Someone else locked and filled the page in a very small window */
3741         if (folio_test_uptodate(folio)) {
3742                 folio_unlock(folio);
3743                 goto out;
3744         }
3745
3746 filler:
3747         err = filemap_read_folio(file, filler, folio);
3748         if (err) {
3749                 folio_put(folio);
3750                 if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
3751                         goto repeat;
3752                 return ERR_PTR(err);
3753         }
3754
3755 out:
3756         folio_mark_accessed(folio);
3757         return folio;
3758 }
3759
3760 /**
3761  * read_cache_folio - Read into page cache, fill it if needed.
3762  * @mapping: The address_space to read from.
3763  * @index: The index to read.
3764  * @filler: Function to perform the read, or NULL to use aops->read_folio().
3765  * @file: Passed to filler function, may be NULL if not required.
3766  *
3767  * Read one page into the page cache.  If it succeeds, the folio returned
3768  * will contain @index, but it may not be the first page of the folio.
3769  *
3770  * If the filler function returns an error, it will be returned to the
3771  * caller.
3772  *
3773  * Context: May sleep.  Expects mapping->invalidate_lock to be held.
3774  * Return: An uptodate folio on success, ERR_PTR() on failure.
3775  */
3776 struct folio *read_cache_folio(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
3777                 filler_t filler, struct file *file)
3778 {
3779         return do_read_cache_folio(mapping, index, filler, file,
3780                         mapping_gfp_mask(mapping));
3781 }
3782 EXPORT_SYMBOL(read_cache_folio);
3783
3784 /**
3785  * mapping_read_folio_gfp - Read into page cache, using specified allocation flags.
3786  * @mapping:    The address_space for the folio.
3787  * @index:      The index that the allocated folio will contain.
3788  * @gfp:        The page allocator flags to use if allocating.
3789  *
3790  * This is the same as "read_cache_folio(mapping, index, NULL, NULL)", but with
3791  * any new memory allocations done using the specified allocation flags.
3792  *
3793  * The most likely error from this function is EIO, but ENOMEM is
3794  * possible and so is EINTR.  If ->read_folio returns another error,
3795  * that will be returned to the caller.
3796  *
3797  * The function expects mapping->invalidate_lock to be already held.
3798  *
3799  * Return: Uptodate folio on success, ERR_PTR() on failure.
3800  */
3801 struct folio *mapping_read_folio_gfp(struct address_space *mapping,
3802                 pgoff_t index, gfp_t gfp)
3803 {
3804         return do_read_cache_folio(mapping, index, NULL, NULL, gfp);
3805 }
3806 EXPORT_SYMBOL(mapping_read_folio_gfp);
3807
3808 static struct page *do_read_cache_page(struct address_space *mapping,
3809                 pgoff_t index, filler_t *filler, struct file *file, gfp_t gfp)
3810 {
3811         struct folio *folio;
3812
3813         folio = do_read_cache_folio(mapping, index, filler, file, gfp);
3814         if (IS_ERR(folio))
3815                 return &folio->page;
3816         return folio_file_page(folio, index);
3817 }
3818
3819 struct page *read_cache_page(struct address_space *mapping,
3820                         pgoff_t index, filler_t *filler, struct file *file)
3821 {
3822         return do_read_cache_page(mapping, index, filler, file,
3823                         mapping_gfp_mask(mapping));
3824 }
3825 EXPORT_SYMBOL(read_cache_page);
3826
3827 /**
3828  * read_cache_page_gfp - read into page cache, using specified page allocation flags.
3829  * @mapping:    the page's address_space
3830  * @index:      the page index
3831  * @gfp:        the page allocator flags to use if allocating
3832  *
3833  * This is the same as "read_mapping_page(mapping, index, NULL)", but with
3834  * any new page allocations done using the specified allocation flags.
3835  *
3836  * If the page does not get brought uptodate, return -EIO.
3837  *
3838  * The function expects mapping->invalidate_lock to be already held.
3839  *
3840  * Return: up to date page on success, ERR_PTR() on failure.
3841  */
3842 struct page *read_cache_page_gfp(struct address_space *mapping,
3843                                 pgoff_t index,
3844                                 gfp_t gfp)
3845 {
3846         return do_read_cache_page(mapping, index, NULL, NULL, gfp);
3847 }
3848 EXPORT_SYMBOL(read_cache_page_gfp);
3849
3850 /*
3851  * Warn about a page cache invalidation failure during a direct I/O write.
3852  */
3853 static void dio_warn_stale_pagecache(struct file *filp)
3854 {
3855         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(_rs, 86400 * HZ, DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3856         char pathname[128];
3857         char *path;
3858
3859         errseq_set(&filp->f_mapping->wb_err, -EIO);
3860         if (__ratelimit(&_rs)) {
3861                 path = file_path(filp, pathname, sizeof(pathname));
3862                 if (IS_ERR(path))
3863                         path = "(unknown)";
3864                 pr_crit("Page cache invalidation failure on direct I/O.  Possible data corruption due to collision with buffered I/O!\n");
3865                 pr_crit("File: %s PID: %d Comm: %.20s\n", path, current->pid,
3866                         current->comm);
3867         }
3868 }
3869
3870 void kiocb_invalidate_post_direct_write(struct kiocb *iocb, size_t count)
3871 {
3872         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
3873
3874         if (mapping->nrpages &&
3875             invalidate_inode_pages2_range(mapping,
3876                         iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT,
3877                         (iocb->ki_pos + count - 1) >> PAGE_SHIFT))
3878                 dio_warn_stale_pagecache(iocb->ki_filp);
3879 }
3880
3881 ssize_t
3882 generic_file_direct_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
3883 {
3884         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
3885         size_t write_len = iov_iter_count(from);
3886         ssize_t written;
3887
3888         /*
3889          * If a page can not be invalidated, return 0 to fall back
3890          * to buffered write.
3891          */
3892         written = kiocb_invalidate_pages(iocb, write_len);
3893         if (written) {
3894                 if (written == -EBUSY)
3895                         return 0;
3896                 return written;
3897         }
3898
3899         written = mapping->a_ops->direct_IO(iocb, from);
3900
3901         /*
3902          * Finally, try again to invalidate clean pages which might have been
3903          * cached by non-direct readahead, or faulted in by get_user_pages()
3904          * if the source of the write was an mmap'ed region of the file
3905          * we're writing.  Either one is a pretty crazy thing to do,
3906          * so we don't support it 100%.  If this invalidation
3907          * fails, tough, the write still worked...
3908          *
3909          * Most of the time we do not need this since dio_complete() will do
3910          * the invalidation for us. However there are some file systems that
3911          * do not end up with dio_complete() being called, so let's not break
3912          * them by removing it completely.
3913          *
3914          * Noticeable example is a blkdev_direct_IO().
3915          *
3916          * Skip invalidation for async writes or if mapping has no pages.
3917          */
3918         if (written > 0) {
3919                 struct inode *inode = mapping->host;
3920                 loff_t pos = iocb->ki_pos;
3921
3922                 kiocb_invalidate_post_direct_write(iocb, written);
3923                 pos += written;
3924                 write_len -= written;
3925                 if (pos > i_size_read(inode) && !S_ISBLK(inode->i_mode)) {
3926                         i_size_write(inode, pos);
3927                         mark_inode_dirty(inode);
3928                 }
3929                 iocb->ki_pos = pos;
3930         }
3931         if (written != -EIOCBQUEUED)
3932                 iov_iter_revert(from, write_len - iov_iter_count(from));
3933         return written;
3934 }
3935 EXPORT_SYMBOL(generic_file_direct_write);
3936
3937 ssize_t generic_perform_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *i)
3938 {
3939         struct file *file = iocb->ki_filp;
3940         loff_t pos = iocb->ki_pos;
3941         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3942         const struct address_space_operations *a_ops = mapping->a_ops;
3943         long status = 0;
3944         ssize_t written = 0;
3945
3946         do {
3947                 struct page *page;
3948                 unsigned long offset;   /* Offset into pagecache page */
3949                 unsigned long bytes;    /* Bytes to write to page */
3950                 size_t copied;          /* Bytes copied from user */
3951                 void *fsdata = NULL;
3952
3953                 offset = (pos & (PAGE_SIZE - 1));
3954                 bytes = min_t(unsigned long, PAGE_SIZE - offset,
3955                                                 iov_iter_count(i));
3956
3957 again:
3958                 /*
3959                  * Bring in the user page that we will copy from _first_.
3960                  * Otherwise there's a nasty deadlock on copying from the
3961                  * same page as we're writing to, without it being marked
3962                  * up-to-date.
3963                  */
3964                 if (unlikely(fault_in_iov_iter_readable(i, bytes) == bytes)) {
3965                         status = -EFAULT;
3966                         break;
3967                 }
3968
3969                 if (fatal_signal_pending(current)) {
3970                         status = -EINTR;
3971                         break;
3972                 }
3973
3974                 status = a_ops->write_begin(file, mapping, pos, bytes,
3975                                                 &page, &fsdata);
3976                 if (unlikely(status < 0))
3977                         break;
3978
3979                 if (mapping_writably_mapped(mapping))
3980                         flush_dcache_page(page);
3981
3982                 copied = copy_page_from_iter_atomic(page, offset, bytes, i);
3983                 flush_dcache_page(page);
3984
3985                 status = a_ops->write_end(file, mapping, pos, bytes, copied,
3986                                                 page, fsdata);
3987                 if (unlikely(status != copied)) {
3988                         iov_iter_revert(i, copied - max(status, 0L));
3989                         if (unlikely(status < 0))
3990                                 break;
3991                 }
3992                 cond_resched();
3993
3994                 if (unlikely(status == 0)) {
3995                         /*
3996                          * A short copy made ->write_end() reject the
3997                          * thing entirely.  Might be memory poisoning
3998                          * halfway through, might be a race with munmap,
3999                          * might be severe memory pressure.
4000                          */
4001                         if (copied)
4002                                 bytes = copied;
4003                         goto again;
4004                 }
4005                 pos += status;
4006                 written += status;
4007
4008                 balance_dirty_pages_ratelimited(mapping);
4009         } while (iov_iter_count(i));
4010
4011         if (!written)
4012                 return status;
4013         iocb->ki_pos += written;
4014         return written;
4015 }
4016 EXPORT_SYMBOL(generic_perform_write);
4017
4018 /**
4019  * __generic_file_write_iter - write data to a file
4020  * @iocb:       IO state structure (file, offset, etc.)
4021  * @from:       iov_iter with data to write
4022  *
4023  * This function does all the work needed for actually writing data to a
4024  * file. It does all basic checks, removes SUID from the file, updates
4025  * modification times and calls proper subroutines depending on whether we
4026  * do direct IO or a standard buffered write.
4027  *
4028  * It expects i_rwsem to be grabbed unless we work on a block device or similar
4029  * object which does not need locking at all.
4030  *
4031  * This function does *not* take care of syncing data in case of O_SYNC write.
4032  * A caller has to handle it. This is mainly due to the fact that we want to
4033  * avoid syncing under i_rwsem.
4034  *
4035  * Return:
4036  * * number of bytes written, even for truncated writes
4037  * * negative error code if no data has been written at all
4038  */
4039 ssize_t __generic_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
4040 {
4041         struct file *file = iocb->ki_filp;
4042         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
4043         struct inode *inode = mapping->host;
4044         ssize_t ret;
4045
4046         ret = file_remove_privs(file);
4047         if (ret)
4048                 return ret;
4049
4050         ret = file_update_time(file);
4051         if (ret)
4052                 return ret;
4053
4054         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
4055                 ret = generic_file_direct_write(iocb, from);
4056                 /*
4057                  * If the write stopped short of completing, fall back to
4058                  * buffered writes.  Some filesystems do this for writes to
4059                  * holes, for example.  For DAX files, a buffered write will
4060                  * not succeed (even if it did, DAX does not handle dirty
4061                  * page-cache pages correctly).
4062                  */
4063                 if (ret < 0 || !iov_iter_count(from) || IS_DAX(inode))
4064                         return ret;
4065                 return direct_write_fallback(iocb, from, ret,
4066                                 generic_perform_write(iocb, from));
4067         }
4068
4069         return generic_perform_write(iocb, from);
4070 }
4071 EXPORT_SYMBOL(__generic_file_write_iter);
4072
4073 /**
4074  * generic_file_write_iter - write data to a file
4075  * @iocb:       IO state structure
4076  * @from:       iov_iter with data to write
4077  *
4078  * This is a wrapper around __generic_file_write_iter() to be used by most
4079  * filesystems. It takes care of syncing the file in case of O_SYNC file
4080  * and acquires i_rwsem as needed.
4081  * Return:
4082  * * negative error code if no data has been written at all of
4083  *   vfs_fsync_range() failed for a synchronous write
4084  * * number of bytes written, even for truncated writes
4085  */
4086 ssize_t generic_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
4087 {
4088         struct file *file = iocb->ki_filp;
4089         struct inode *inode = file->f_mapping->host;
4090         ssize_t ret;
4091
4092         inode_lock(inode);
4093         ret = generic_write_checks(iocb, from);
4094         if (ret > 0)
4095                 ret = __generic_file_write_iter(iocb, from);
4096         inode_unlock(inode);
4097
4098         if (ret > 0)
4099                 ret = generic_write_sync(iocb, ret);
4100         return ret;
4101 }
4102 EXPORT_SYMBOL(generic_file_write_iter);
4103
4104 /**
4105  * filemap_release_folio() - Release fs-specific metadata on a folio.
4106  * @folio: The folio which the kernel is trying to free.
4107  * @gfp: Memory allocation flags (and I/O mode).
4108  *
4109  * The address_space is trying to release any data attached to a folio
4110  * (presumably at folio->private).
4111  *
4112  * This will also be called if the private_2 flag is set on a page,
4113  * indicating that the folio has other metadata associated with it.
4114  *
4115  * The @gfp argument specifies whether I/O may be performed to release
4116  * this page (__GFP_IO), and whether the call may block
4117  * (__GFP_RECLAIM & __GFP_FS).
4118  *
4119  * Return: %true if the release was successful, otherwise %false.
4120  */
4121 bool filemap_release_folio(struct folio *folio, gfp_t gfp)
4122 {
4123         struct address_space * const mapping = folio->mapping;
4124
4125         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
4126         if (!folio_needs_release(folio))
4127                 return true;
4128         if (folio_test_writeback(folio))
4129                 return false;
4130
4131         if (mapping && mapping->a_ops->release_folio)
4132                 return mapping->a_ops->release_folio(folio, gfp);
4133         return try_to_free_buffers(folio);
4134 }
4135 EXPORT_SYMBOL(filemap_release_folio);
4136
4137 #ifdef CONFIG_CACHESTAT_SYSCALL
4138 /**
4139  * filemap_cachestat() - compute the page cache statistics of a mapping
4140  * @mapping:    The mapping to compute the statistics for.
4141  * @first_index:        The starting page cache index.
4142  * @last_index: The final page index (inclusive).
4143  * @cs: the cachestat struct to write the result to.
4144  *
4145  * This will query the page cache statistics of a mapping in the
4146  * page range of [first_index, last_index] (inclusive). The statistics
4147  * queried include: number of dirty pages, number of pages marked for
4148  * writeback, and the number of (recently) evicted pages.
4149  */
4150 static void filemap_cachestat(struct address_space *mapping,
4151                 pgoff_t first_index, pgoff_t last_index, struct cachestat *cs)
4152 {
4153         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, first_index);
4154         struct folio *folio;
4155
4156         rcu_read_lock();
4157         xas_for_each(&xas, folio, last_index) {
4158                 int order;
4159                 unsigned long nr_pages;
4160                 pgoff_t folio_first_index, folio_last_index;
4161
4162                 /*
4163                  * Don't deref the folio. It is not pinned, and might
4164                  * get freed (and reused) underneath us.
4165                  *
4166                  * We *could* pin it, but that would be expensive for
4167                  * what should be a fast and lightweight syscall.
4168                  *
4169                  * Instead, derive all information of interest from
4170                  * the rcu-protected xarray.
4171                  */
4172
4173                 if (xas_retry(&xas, folio))
4174                         continue;
4175
4176                 order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
4177                 nr_pages = 1 << order;
4178                 folio_first_index = round_down(xas.xa_index, 1 << order);
4179                 folio_last_index = folio_first_index + nr_pages - 1;
4180
4181                 /* Folios might straddle the range boundaries, only count covered pages */
4182                 if (folio_first_index < first_index)
4183                         nr_pages -= first_index - folio_first_index;
4184
4185                 if (folio_last_index > last_index)
4186                         nr_pages -= folio_last_index - last_index;
4187
4188                 if (xa_is_value(folio)) {
4189                         /* page is evicted */
4190                         void *shadow = (void *)folio;
4191                         bool workingset; /* not used */
4192
4193                         cs->nr_evicted += nr_pages;
4194
4195 #ifdef CONFIG_SWAP /* implies CONFIG_MMU */
4196                         if (shmem_mapping(mapping)) {
4197                                 /* shmem file - in swap cache */
4198                                 swp_entry_t swp = radix_to_swp_entry(folio);
4199
4200                                 shadow = get_shadow_from_swap_cache(swp);
4201                         }
4202 #endif
4203                         if (workingset_test_recent(shadow, true, &workingset))
4204                                 cs->nr_recently_evicted += nr_pages;
4205
4206                         goto resched;
4207                 }
4208
4209                 /* page is in cache */
4210                 cs->nr_cache += nr_pages;
4211
4212                 if (xas_get_mark(&xas, PAGECACHE_TAG_DIRTY))
4213                         cs->nr_dirty += nr_pages;
4214
4215                 if (xas_get_mark(&xas, PAGECACHE_TAG_WRITEBACK))
4216                         cs->nr_writeback += nr_pages;
4217
4218 resched:
4219                 if (need_resched()) {
4220                         xas_pause(&xas);
4221                         cond_resched_rcu();
4222                 }
4223         }
4224         rcu_read_unlock();
4225 }
4226
4227 /*
4228  * The cachestat(2) system call.
4229  *
4230  * cachestat() returns the page cache statistics of a file in the
4231  * bytes range specified by `off` and `len`: number of cached pages,
4232  * number of dirty pages, number of pages marked for writeback,
4233  * number of evicted pages, and number of recently evicted pages.
4234  *
4235  * An evicted page is a page that is previously in the page cache
4236  * but has been evicted since. A page is recently evicted if its last
4237  * eviction was recent enough that its reentry to the cache would
4238  * indicate that it is actively being used by the system, and that
4239  * there is memory pressure on the system.
4240  *
4241  * `off` and `len` must be non-negative integers. If `len` > 0,
4242  * the queried range is [`off`, `off` + `len`]. If `len` == 0,
4243  * we will query in the range from `off` to the end of the file.
4244  *
4245  * The `flags` argument is unused for now, but is included for future
4246  * extensibility. User should pass 0 (i.e no flag specified).
4247  *
4248  * Currently, hugetlbfs is not supported.
4249  *
4250  * Because the status of a page can change after cachestat() checks it
4251  * but before it returns to the application, the returned values may
4252  * contain stale information.
4253  *
4254  * return values:
4255  *  zero        - success
4256  *  -EFAULT     - cstat or cstat_range points to an illegal address
4257  *  -EINVAL     - invalid flags
4258  *  -EBADF      - invalid file descriptor
4259  *  -EOPNOTSUPP - file descriptor is of a hugetlbfs file
4260  */
4261 SYSCALL_DEFINE4(cachestat, unsigned int, fd,
4262                 struct cachestat_range __user *, cstat_range,
4263                 struct cachestat __user *, cstat, unsigned int, flags)
4264 {
4265         struct fd f = fdget(fd);
4266         struct address_space *mapping;
4267         struct cachestat_range csr;
4268         struct cachestat cs;
4269         pgoff_t first_index, last_index;
4270
4271         if (!f.file)
4272                 return -EBADF;
4273
4274         if (copy_from_user(&csr, cstat_range,
4275                         sizeof(struct cachestat_range))) {
4276                 fdput(f);
4277                 return -EFAULT;
4278         }
4279
4280         /* hugetlbfs is not supported */
4281         if (is_file_hugepages(f.file)) {
4282                 fdput(f);
4283                 return -EOPNOTSUPP;
4284         }
4285
4286         if (flags != 0) {
4287                 fdput(f);
4288                 return -EINVAL;
4289         }
4290
4291         first_index = csr.off >> PAGE_SHIFT;
4292         last_index =
4293                 csr.len == 0 ? ULONG_MAX : (csr.off + csr.len - 1) >> PAGE_SHIFT;
4294         memset(&cs, 0, sizeof(struct cachestat));
4295         mapping = f.file->f_mapping;
4296         filemap_cachestat(mapping, first_index, last_index, &cs);
4297         fdput(f);
4298
4299         if (copy_to_user(cstat, &cs, sizeof(struct cachestat)))
4300                 return -EFAULT;
4301
4302         return 0;
4303 }
4304 #endif /* CONFIG_CACHESTAT_SYSCALL */