Merge branch 'rework/printk_safe-removal' into for-linus
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / rmap.c
1 /*
2  * mm/rmap.c - physical to virtual reverse mappings
3  *
4  * Copyright 2001, Rik van Riel <riel@conectiva.com.br>
5  * Released under the General Public License (GPL).
6  *
7  * Simple, low overhead reverse mapping scheme.
8  * Please try to keep this thing as modular as possible.
9  *
10  * Provides methods for unmapping each kind of mapped page:
11  * the anon methods track anonymous pages, and
12  * the file methods track pages belonging to an inode.
13  *
14  * Original design by Rik van Riel <riel@conectiva.com.br> 2001
15  * File methods by Dave McCracken <dmccr@us.ibm.com> 2003, 2004
16  * Anonymous methods by Andrea Arcangeli <andrea@suse.de> 2004
17  * Contributions by Hugh Dickins 2003, 2004
18  */
19
20 /*
21  * Lock ordering in mm:
22  *
23  * inode->i_mutex       (while writing or truncating, not reading or faulting)
24  *   mm->mmap_lock
25  *     page->flags PG_locked (lock_page)   * (see huegtlbfs below)
26  *       hugetlbfs_i_mmap_rwsem_key (in huge_pmd_share)
27  *         mapping->i_mmap_rwsem
28  *           hugetlb_fault_mutex (hugetlbfs specific page fault mutex)
29  *           anon_vma->rwsem
30  *             mm->page_table_lock or pte_lock
31  *               swap_lock (in swap_duplicate, swap_info_get)
32  *                 mmlist_lock (in mmput, drain_mmlist and others)
33  *                 mapping->private_lock (in __set_page_dirty_buffers)
34  *                   lock_page_memcg move_lock (in __set_page_dirty_buffers)
35  *                     i_pages lock (widely used)
36  *                       lruvec->lru_lock (in lock_page_lruvec_irq)
37  *                 inode->i_lock (in set_page_dirty's __mark_inode_dirty)
38  *                 bdi.wb->list_lock (in set_page_dirty's __mark_inode_dirty)
39  *                   sb_lock (within inode_lock in fs/fs-writeback.c)
40  *                   i_pages lock (widely used, in set_page_dirty,
41  *                             in arch-dependent flush_dcache_mmap_lock,
42  *                             within bdi.wb->list_lock in __sync_single_inode)
43  *
44  * anon_vma->rwsem,mapping->i_mutex      (memory_failure, collect_procs_anon)
45  *   ->tasklist_lock
46  *     pte map lock
47  *
48  * * hugetlbfs PageHuge() pages take locks in this order:
49  *         mapping->i_mmap_rwsem
50  *           hugetlb_fault_mutex (hugetlbfs specific page fault mutex)
51  *             page->flags PG_locked (lock_page)
52  */
53
54 #include <linux/mm.h>
55 #include <linux/sched/mm.h>
56 #include <linux/sched/task.h>
57 #include <linux/pagemap.h>
58 #include <linux/swap.h>
59 #include <linux/swapops.h>
60 #include <linux/slab.h>
61 #include <linux/init.h>
62 #include <linux/ksm.h>
63 #include <linux/rmap.h>
64 #include <linux/rcupdate.h>
65 #include <linux/export.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/mmu_notifier.h>
68 #include <linux/migrate.h>
69 #include <linux/hugetlb.h>
70 #include <linux/huge_mm.h>
71 #include <linux/backing-dev.h>
72 #include <linux/page_idle.h>
73 #include <linux/memremap.h>
74 #include <linux/userfaultfd_k.h>
75
76 #include <asm/tlbflush.h>
77
78 #include <trace/events/tlb.h>
79
80 #include "internal.h"
81
82 static struct kmem_cache *anon_vma_cachep;
83 static struct kmem_cache *anon_vma_chain_cachep;
84
85 static inline struct anon_vma *anon_vma_alloc(void)
86 {
87         struct anon_vma *anon_vma;
88
89         anon_vma = kmem_cache_alloc(anon_vma_cachep, GFP_KERNEL);
90         if (anon_vma) {
91                 atomic_set(&anon_vma->refcount, 1);
92                 anon_vma->degree = 1;   /* Reference for first vma */
93                 anon_vma->parent = anon_vma;
94                 /*
95                  * Initialise the anon_vma root to point to itself. If called
96                  * from fork, the root will be reset to the parents anon_vma.
97                  */
98                 anon_vma->root = anon_vma;
99         }
100
101         return anon_vma;
102 }
103
104 static inline void anon_vma_free(struct anon_vma *anon_vma)
105 {
106         VM_BUG_ON(atomic_read(&anon_vma->refcount));
107
108         /*
109          * Synchronize against page_lock_anon_vma_read() such that
110          * we can safely hold the lock without the anon_vma getting
111          * freed.
112          *
113          * Relies on the full mb implied by the atomic_dec_and_test() from
114          * put_anon_vma() against the acquire barrier implied by
115          * down_read_trylock() from page_lock_anon_vma_read(). This orders:
116          *
117          * page_lock_anon_vma_read()    VS      put_anon_vma()
118          *   down_read_trylock()                  atomic_dec_and_test()
119          *   LOCK                                 MB
120          *   atomic_read()                        rwsem_is_locked()
121          *
122          * LOCK should suffice since the actual taking of the lock must
123          * happen _before_ what follows.
124          */
125         might_sleep();
126         if (rwsem_is_locked(&anon_vma->root->rwsem)) {
127                 anon_vma_lock_write(anon_vma);
128                 anon_vma_unlock_write(anon_vma);
129         }
130
131         kmem_cache_free(anon_vma_cachep, anon_vma);
132 }
133
134 static inline struct anon_vma_chain *anon_vma_chain_alloc(gfp_t gfp)
135 {
136         return kmem_cache_alloc(anon_vma_chain_cachep, gfp);
137 }
138
139 static void anon_vma_chain_free(struct anon_vma_chain *anon_vma_chain)
140 {
141         kmem_cache_free(anon_vma_chain_cachep, anon_vma_chain);
142 }
143
144 static void anon_vma_chain_link(struct vm_area_struct *vma,
145                                 struct anon_vma_chain *avc,
146                                 struct anon_vma *anon_vma)
147 {
148         avc->vma = vma;
149         avc->anon_vma = anon_vma;
150         list_add(&avc->same_vma, &vma->anon_vma_chain);
151         anon_vma_interval_tree_insert(avc, &anon_vma->rb_root);
152 }
153
154 /**
155  * __anon_vma_prepare - attach an anon_vma to a memory region
156  * @vma: the memory region in question
157  *
158  * This makes sure the memory mapping described by 'vma' has
159  * an 'anon_vma' attached to it, so that we can associate the
160  * anonymous pages mapped into it with that anon_vma.
161  *
162  * The common case will be that we already have one, which
163  * is handled inline by anon_vma_prepare(). But if
164  * not we either need to find an adjacent mapping that we
165  * can re-use the anon_vma from (very common when the only
166  * reason for splitting a vma has been mprotect()), or we
167  * allocate a new one.
168  *
169  * Anon-vma allocations are very subtle, because we may have
170  * optimistically looked up an anon_vma in page_lock_anon_vma_read()
171  * and that may actually touch the rwsem even in the newly
172  * allocated vma (it depends on RCU to make sure that the
173  * anon_vma isn't actually destroyed).
174  *
175  * As a result, we need to do proper anon_vma locking even
176  * for the new allocation. At the same time, we do not want
177  * to do any locking for the common case of already having
178  * an anon_vma.
179  *
180  * This must be called with the mmap_lock held for reading.
181  */
182 int __anon_vma_prepare(struct vm_area_struct *vma)
183 {
184         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
185         struct anon_vma *anon_vma, *allocated;
186         struct anon_vma_chain *avc;
187
188         might_sleep();
189
190         avc = anon_vma_chain_alloc(GFP_KERNEL);
191         if (!avc)
192                 goto out_enomem;
193
194         anon_vma = find_mergeable_anon_vma(vma);
195         allocated = NULL;
196         if (!anon_vma) {
197                 anon_vma = anon_vma_alloc();
198                 if (unlikely(!anon_vma))
199                         goto out_enomem_free_avc;
200                 allocated = anon_vma;
201         }
202
203         anon_vma_lock_write(anon_vma);
204         /* page_table_lock to protect against threads */
205         spin_lock(&mm->page_table_lock);
206         if (likely(!vma->anon_vma)) {
207                 vma->anon_vma = anon_vma;
208                 anon_vma_chain_link(vma, avc, anon_vma);
209                 /* vma reference or self-parent link for new root */
210                 anon_vma->degree++;
211                 allocated = NULL;
212                 avc = NULL;
213         }
214         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
215         anon_vma_unlock_write(anon_vma);
216
217         if (unlikely(allocated))
218                 put_anon_vma(allocated);
219         if (unlikely(avc))
220                 anon_vma_chain_free(avc);
221
222         return 0;
223
224  out_enomem_free_avc:
225         anon_vma_chain_free(avc);
226  out_enomem:
227         return -ENOMEM;
228 }
229
230 /*
231  * This is a useful helper function for locking the anon_vma root as
232  * we traverse the vma->anon_vma_chain, looping over anon_vma's that
233  * have the same vma.
234  *
235  * Such anon_vma's should have the same root, so you'd expect to see
236  * just a single mutex_lock for the whole traversal.
237  */
238 static inline struct anon_vma *lock_anon_vma_root(struct anon_vma *root, struct anon_vma *anon_vma)
239 {
240         struct anon_vma *new_root = anon_vma->root;
241         if (new_root != root) {
242                 if (WARN_ON_ONCE(root))
243                         up_write(&root->rwsem);
244                 root = new_root;
245                 down_write(&root->rwsem);
246         }
247         return root;
248 }
249
250 static inline void unlock_anon_vma_root(struct anon_vma *root)
251 {
252         if (root)
253                 up_write(&root->rwsem);
254 }
255
256 /*
257  * Attach the anon_vmas from src to dst.
258  * Returns 0 on success, -ENOMEM on failure.
259  *
260  * anon_vma_clone() is called by __vma_adjust(), __split_vma(), copy_vma() and
261  * anon_vma_fork(). The first three want an exact copy of src, while the last
262  * one, anon_vma_fork(), may try to reuse an existing anon_vma to prevent
263  * endless growth of anon_vma. Since dst->anon_vma is set to NULL before call,
264  * we can identify this case by checking (!dst->anon_vma && src->anon_vma).
265  *
266  * If (!dst->anon_vma && src->anon_vma) is true, this function tries to find
267  * and reuse existing anon_vma which has no vmas and only one child anon_vma.
268  * This prevents degradation of anon_vma hierarchy to endless linear chain in
269  * case of constantly forking task. On the other hand, an anon_vma with more
270  * than one child isn't reused even if there was no alive vma, thus rmap
271  * walker has a good chance of avoiding scanning the whole hierarchy when it
272  * searches where page is mapped.
273  */
274 int anon_vma_clone(struct vm_area_struct *dst, struct vm_area_struct *src)
275 {
276         struct anon_vma_chain *avc, *pavc;
277         struct anon_vma *root = NULL;
278
279         list_for_each_entry_reverse(pavc, &src->anon_vma_chain, same_vma) {
280                 struct anon_vma *anon_vma;
281
282                 avc = anon_vma_chain_alloc(GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN);
283                 if (unlikely(!avc)) {
284                         unlock_anon_vma_root(root);
285                         root = NULL;
286                         avc = anon_vma_chain_alloc(GFP_KERNEL);
287                         if (!avc)
288                                 goto enomem_failure;
289                 }
290                 anon_vma = pavc->anon_vma;
291                 root = lock_anon_vma_root(root, anon_vma);
292                 anon_vma_chain_link(dst, avc, anon_vma);
293
294                 /*
295                  * Reuse existing anon_vma if its degree lower than two,
296                  * that means it has no vma and only one anon_vma child.
297                  *
298                  * Do not chose parent anon_vma, otherwise first child
299                  * will always reuse it. Root anon_vma is never reused:
300                  * it has self-parent reference and at least one child.
301                  */
302                 if (!dst->anon_vma && src->anon_vma &&
303                     anon_vma != src->anon_vma && anon_vma->degree < 2)
304                         dst->anon_vma = anon_vma;
305         }
306         if (dst->anon_vma)
307                 dst->anon_vma->degree++;
308         unlock_anon_vma_root(root);
309         return 0;
310
311  enomem_failure:
312         /*
313          * dst->anon_vma is dropped here otherwise its degree can be incorrectly
314          * decremented in unlink_anon_vmas().
315          * We can safely do this because callers of anon_vma_clone() don't care
316          * about dst->anon_vma if anon_vma_clone() failed.
317          */
318         dst->anon_vma = NULL;
319         unlink_anon_vmas(dst);
320         return -ENOMEM;
321 }
322
323 /*
324  * Attach vma to its own anon_vma, as well as to the anon_vmas that
325  * the corresponding VMA in the parent process is attached to.
326  * Returns 0 on success, non-zero on failure.
327  */
328 int anon_vma_fork(struct vm_area_struct *vma, struct vm_area_struct *pvma)
329 {
330         struct anon_vma_chain *avc;
331         struct anon_vma *anon_vma;
332         int error;
333
334         /* Don't bother if the parent process has no anon_vma here. */
335         if (!pvma->anon_vma)
336                 return 0;
337
338         /* Drop inherited anon_vma, we'll reuse existing or allocate new. */
339         vma->anon_vma = NULL;
340
341         /*
342          * First, attach the new VMA to the parent VMA's anon_vmas,
343          * so rmap can find non-COWed pages in child processes.
344          */
345         error = anon_vma_clone(vma, pvma);
346         if (error)
347                 return error;
348
349         /* An existing anon_vma has been reused, all done then. */
350         if (vma->anon_vma)
351                 return 0;
352
353         /* Then add our own anon_vma. */
354         anon_vma = anon_vma_alloc();
355         if (!anon_vma)
356                 goto out_error;
357         avc = anon_vma_chain_alloc(GFP_KERNEL);
358         if (!avc)
359                 goto out_error_free_anon_vma;
360
361         /*
362          * The root anon_vma's rwsem is the lock actually used when we
363          * lock any of the anon_vmas in this anon_vma tree.
364          */
365         anon_vma->root = pvma->anon_vma->root;
366         anon_vma->parent = pvma->anon_vma;
367         /*
368          * With refcounts, an anon_vma can stay around longer than the
369          * process it belongs to. The root anon_vma needs to be pinned until
370          * this anon_vma is freed, because the lock lives in the root.
371          */
372         get_anon_vma(anon_vma->root);
373         /* Mark this anon_vma as the one where our new (COWed) pages go. */
374         vma->anon_vma = anon_vma;
375         anon_vma_lock_write(anon_vma);
376         anon_vma_chain_link(vma, avc, anon_vma);
377         anon_vma->parent->degree++;
378         anon_vma_unlock_write(anon_vma);
379
380         return 0;
381
382  out_error_free_anon_vma:
383         put_anon_vma(anon_vma);
384  out_error:
385         unlink_anon_vmas(vma);
386         return -ENOMEM;
387 }
388
389 void unlink_anon_vmas(struct vm_area_struct *vma)
390 {
391         struct anon_vma_chain *avc, *next;
392         struct anon_vma *root = NULL;
393
394         /*
395          * Unlink each anon_vma chained to the VMA.  This list is ordered
396          * from newest to oldest, ensuring the root anon_vma gets freed last.
397          */
398         list_for_each_entry_safe(avc, next, &vma->anon_vma_chain, same_vma) {
399                 struct anon_vma *anon_vma = avc->anon_vma;
400
401                 root = lock_anon_vma_root(root, anon_vma);
402                 anon_vma_interval_tree_remove(avc, &anon_vma->rb_root);
403
404                 /*
405                  * Leave empty anon_vmas on the list - we'll need
406                  * to free them outside the lock.
407                  */
408                 if (RB_EMPTY_ROOT(&anon_vma->rb_root.rb_root)) {
409                         anon_vma->parent->degree--;
410                         continue;
411                 }
412
413                 list_del(&avc->same_vma);
414                 anon_vma_chain_free(avc);
415         }
416         if (vma->anon_vma) {
417                 vma->anon_vma->degree--;
418
419                 /*
420                  * vma would still be needed after unlink, and anon_vma will be prepared
421                  * when handle fault.
422                  */
423                 vma->anon_vma = NULL;
424         }
425         unlock_anon_vma_root(root);
426
427         /*
428          * Iterate the list once more, it now only contains empty and unlinked
429          * anon_vmas, destroy them. Could not do before due to __put_anon_vma()
430          * needing to write-acquire the anon_vma->root->rwsem.
431          */
432         list_for_each_entry_safe(avc, next, &vma->anon_vma_chain, same_vma) {
433                 struct anon_vma *anon_vma = avc->anon_vma;
434
435                 VM_WARN_ON(anon_vma->degree);
436                 put_anon_vma(anon_vma);
437
438                 list_del(&avc->same_vma);
439                 anon_vma_chain_free(avc);
440         }
441 }
442
443 static void anon_vma_ctor(void *data)
444 {
445         struct anon_vma *anon_vma = data;
446
447         init_rwsem(&anon_vma->rwsem);
448         atomic_set(&anon_vma->refcount, 0);
449         anon_vma->rb_root = RB_ROOT_CACHED;
450 }
451
452 void __init anon_vma_init(void)
453 {
454         anon_vma_cachep = kmem_cache_create("anon_vma", sizeof(struct anon_vma),
455                         0, SLAB_TYPESAFE_BY_RCU|SLAB_PANIC|SLAB_ACCOUNT,
456                         anon_vma_ctor);
457         anon_vma_chain_cachep = KMEM_CACHE(anon_vma_chain,
458                         SLAB_PANIC|SLAB_ACCOUNT);
459 }
460
461 /*
462  * Getting a lock on a stable anon_vma from a page off the LRU is tricky!
463  *
464  * Since there is no serialization what so ever against page_remove_rmap()
465  * the best this function can do is return a refcount increased anon_vma
466  * that might have been relevant to this page.
467  *
468  * The page might have been remapped to a different anon_vma or the anon_vma
469  * returned may already be freed (and even reused).
470  *
471  * In case it was remapped to a different anon_vma, the new anon_vma will be a
472  * child of the old anon_vma, and the anon_vma lifetime rules will therefore
473  * ensure that any anon_vma obtained from the page will still be valid for as
474  * long as we observe page_mapped() [ hence all those page_mapped() tests ].
475  *
476  * All users of this function must be very careful when walking the anon_vma
477  * chain and verify that the page in question is indeed mapped in it
478  * [ something equivalent to page_mapped_in_vma() ].
479  *
480  * Since anon_vma's slab is SLAB_TYPESAFE_BY_RCU and we know from
481  * page_remove_rmap() that the anon_vma pointer from page->mapping is valid
482  * if there is a mapcount, we can dereference the anon_vma after observing
483  * those.
484  */
485 struct anon_vma *page_get_anon_vma(struct page *page)
486 {
487         struct anon_vma *anon_vma = NULL;
488         unsigned long anon_mapping;
489
490         rcu_read_lock();
491         anon_mapping = (unsigned long)READ_ONCE(page->mapping);
492         if ((anon_mapping & PAGE_MAPPING_FLAGS) != PAGE_MAPPING_ANON)
493                 goto out;
494         if (!page_mapped(page))
495                 goto out;
496
497         anon_vma = (struct anon_vma *) (anon_mapping - PAGE_MAPPING_ANON);
498         if (!atomic_inc_not_zero(&anon_vma->refcount)) {
499                 anon_vma = NULL;
500                 goto out;
501         }
502
503         /*
504          * If this page is still mapped, then its anon_vma cannot have been
505          * freed.  But if it has been unmapped, we have no security against the
506          * anon_vma structure being freed and reused (for another anon_vma:
507          * SLAB_TYPESAFE_BY_RCU guarantees that - so the atomic_inc_not_zero()
508          * above cannot corrupt).
509          */
510         if (!page_mapped(page)) {
511                 rcu_read_unlock();
512                 put_anon_vma(anon_vma);
513                 return NULL;
514         }
515 out:
516         rcu_read_unlock();
517
518         return anon_vma;
519 }
520
521 /*
522  * Similar to page_get_anon_vma() except it locks the anon_vma.
523  *
524  * Its a little more complex as it tries to keep the fast path to a single
525  * atomic op -- the trylock. If we fail the trylock, we fall back to getting a
526  * reference like with page_get_anon_vma() and then block on the mutex.
527  */
528 struct anon_vma *page_lock_anon_vma_read(struct page *page)
529 {
530         struct anon_vma *anon_vma = NULL;
531         struct anon_vma *root_anon_vma;
532         unsigned long anon_mapping;
533
534         rcu_read_lock();
535         anon_mapping = (unsigned long)READ_ONCE(page->mapping);
536         if ((anon_mapping & PAGE_MAPPING_FLAGS) != PAGE_MAPPING_ANON)
537                 goto out;
538         if (!page_mapped(page))
539                 goto out;
540
541         anon_vma = (struct anon_vma *) (anon_mapping - PAGE_MAPPING_ANON);
542         root_anon_vma = READ_ONCE(anon_vma->root);
543         if (down_read_trylock(&root_anon_vma->rwsem)) {
544                 /*
545                  * If the page is still mapped, then this anon_vma is still
546                  * its anon_vma, and holding the mutex ensures that it will
547                  * not go away, see anon_vma_free().
548                  */
549                 if (!page_mapped(page)) {
550                         up_read(&root_anon_vma->rwsem);
551                         anon_vma = NULL;
552                 }
553                 goto out;
554         }
555
556         /* trylock failed, we got to sleep */
557         if (!atomic_inc_not_zero(&anon_vma->refcount)) {
558                 anon_vma = NULL;
559                 goto out;
560         }
561
562         if (!page_mapped(page)) {
563                 rcu_read_unlock();
564                 put_anon_vma(anon_vma);
565                 return NULL;
566         }
567
568         /* we pinned the anon_vma, its safe to sleep */
569         rcu_read_unlock();
570         anon_vma_lock_read(anon_vma);
571
572         if (atomic_dec_and_test(&anon_vma->refcount)) {
573                 /*
574                  * Oops, we held the last refcount, release the lock
575                  * and bail -- can't simply use put_anon_vma() because
576                  * we'll deadlock on the anon_vma_lock_write() recursion.
577                  */
578                 anon_vma_unlock_read(anon_vma);
579                 __put_anon_vma(anon_vma);
580                 anon_vma = NULL;
581         }
582
583         return anon_vma;
584
585 out:
586         rcu_read_unlock();
587         return anon_vma;
588 }
589
590 void page_unlock_anon_vma_read(struct anon_vma *anon_vma)
591 {
592         anon_vma_unlock_read(anon_vma);
593 }
594
595 #ifdef CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH
596 /*
597  * Flush TLB entries for recently unmapped pages from remote CPUs. It is
598  * important if a PTE was dirty when it was unmapped that it's flushed
599  * before any IO is initiated on the page to prevent lost writes. Similarly,
600  * it must be flushed before freeing to prevent data leakage.
601  */
602 void try_to_unmap_flush(void)
603 {
604         struct tlbflush_unmap_batch *tlb_ubc = &current->tlb_ubc;
605
606         if (!tlb_ubc->flush_required)
607                 return;
608
609         arch_tlbbatch_flush(&tlb_ubc->arch);
610         tlb_ubc->flush_required = false;
611         tlb_ubc->writable = false;
612 }
613
614 /* Flush iff there are potentially writable TLB entries that can race with IO */
615 void try_to_unmap_flush_dirty(void)
616 {
617         struct tlbflush_unmap_batch *tlb_ubc = &current->tlb_ubc;
618
619         if (tlb_ubc->writable)
620                 try_to_unmap_flush();
621 }
622
623 static void set_tlb_ubc_flush_pending(struct mm_struct *mm, bool writable)
624 {
625         struct tlbflush_unmap_batch *tlb_ubc = &current->tlb_ubc;
626
627         arch_tlbbatch_add_mm(&tlb_ubc->arch, mm);
628         tlb_ubc->flush_required = true;
629
630         /*
631          * Ensure compiler does not re-order the setting of tlb_flush_batched
632          * before the PTE is cleared.
633          */
634         barrier();
635         mm->tlb_flush_batched = true;
636
637         /*
638          * If the PTE was dirty then it's best to assume it's writable. The
639          * caller must use try_to_unmap_flush_dirty() or try_to_unmap_flush()
640          * before the page is queued for IO.
641          */
642         if (writable)
643                 tlb_ubc->writable = true;
644 }
645
646 /*
647  * Returns true if the TLB flush should be deferred to the end of a batch of
648  * unmap operations to reduce IPIs.
649  */
650 static bool should_defer_flush(struct mm_struct *mm, enum ttu_flags flags)
651 {
652         bool should_defer = false;
653
654         if (!(flags & TTU_BATCH_FLUSH))
655                 return false;
656
657         /* If remote CPUs need to be flushed then defer batch the flush */
658         if (cpumask_any_but(mm_cpumask(mm), get_cpu()) < nr_cpu_ids)
659                 should_defer = true;
660         put_cpu();
661
662         return should_defer;
663 }
664
665 /*
666  * Reclaim unmaps pages under the PTL but do not flush the TLB prior to
667  * releasing the PTL if TLB flushes are batched. It's possible for a parallel
668  * operation such as mprotect or munmap to race between reclaim unmapping
669  * the page and flushing the page. If this race occurs, it potentially allows
670  * access to data via a stale TLB entry. Tracking all mm's that have TLB
671  * batching in flight would be expensive during reclaim so instead track
672  * whether TLB batching occurred in the past and if so then do a flush here
673  * if required. This will cost one additional flush per reclaim cycle paid
674  * by the first operation at risk such as mprotect and mumap.
675  *
676  * This must be called under the PTL so that an access to tlb_flush_batched
677  * that is potentially a "reclaim vs mprotect/munmap/etc" race will synchronise
678  * via the PTL.
679  */
680 void flush_tlb_batched_pending(struct mm_struct *mm)
681 {
682         if (data_race(mm->tlb_flush_batched)) {
683                 flush_tlb_mm(mm);
684
685                 /*
686                  * Do not allow the compiler to re-order the clearing of
687                  * tlb_flush_batched before the tlb is flushed.
688                  */
689                 barrier();
690                 mm->tlb_flush_batched = false;
691         }
692 }
693 #else
694 static void set_tlb_ubc_flush_pending(struct mm_struct *mm, bool writable)
695 {
696 }
697
698 static bool should_defer_flush(struct mm_struct *mm, enum ttu_flags flags)
699 {
700         return false;
701 }
702 #endif /* CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH */
703
704 /*
705  * At what user virtual address is page expected in vma?
706  * Caller should check the page is actually part of the vma.
707  */
708 unsigned long page_address_in_vma(struct page *page, struct vm_area_struct *vma)
709 {
710         if (PageAnon(page)) {
711                 struct anon_vma *page__anon_vma = page_anon_vma(page);
712                 /*
713                  * Note: swapoff's unuse_vma() is more efficient with this
714                  * check, and needs it to match anon_vma when KSM is active.
715                  */
716                 if (!vma->anon_vma || !page__anon_vma ||
717                     vma->anon_vma->root != page__anon_vma->root)
718                         return -EFAULT;
719         } else if (!vma->vm_file) {
720                 return -EFAULT;
721         } else if (vma->vm_file->f_mapping != compound_head(page)->mapping) {
722                 return -EFAULT;
723         }
724
725         return vma_address(page, vma);
726 }
727
728 pmd_t *mm_find_pmd(struct mm_struct *mm, unsigned long address)
729 {
730         pgd_t *pgd;
731         p4d_t *p4d;
732         pud_t *pud;
733         pmd_t *pmd = NULL;
734         pmd_t pmde;
735
736         pgd = pgd_offset(mm, address);
737         if (!pgd_present(*pgd))
738                 goto out;
739
740         p4d = p4d_offset(pgd, address);
741         if (!p4d_present(*p4d))
742                 goto out;
743
744         pud = pud_offset(p4d, address);
745         if (!pud_present(*pud))
746                 goto out;
747
748         pmd = pmd_offset(pud, address);
749         /*
750          * Some THP functions use the sequence pmdp_huge_clear_flush(), set_pmd_at()
751          * without holding anon_vma lock for write.  So when looking for a
752          * genuine pmde (in which to find pte), test present and !THP together.
753          */
754         pmde = *pmd;
755         barrier();
756         if (!pmd_present(pmde) || pmd_trans_huge(pmde))
757                 pmd = NULL;
758 out:
759         return pmd;
760 }
761
762 struct page_referenced_arg {
763         int mapcount;
764         int referenced;
765         unsigned long vm_flags;
766         struct mem_cgroup *memcg;
767 };
768 /*
769  * arg: page_referenced_arg will be passed
770  */
771 static bool page_referenced_one(struct page *page, struct vm_area_struct *vma,
772                         unsigned long address, void *arg)
773 {
774         struct page_referenced_arg *pra = arg;
775         struct page_vma_mapped_walk pvmw = {
776                 .page = page,
777                 .vma = vma,
778                 .address = address,
779         };
780         int referenced = 0;
781
782         while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
783                 address = pvmw.address;
784
785                 if (vma->vm_flags & VM_LOCKED) {
786                         page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
787                         pra->vm_flags |= VM_LOCKED;
788                         return false; /* To break the loop */
789                 }
790
791                 if (pvmw.pte) {
792                         if (ptep_clear_flush_young_notify(vma, address,
793                                                 pvmw.pte)) {
794                                 /*
795                                  * Don't treat a reference through
796                                  * a sequentially read mapping as such.
797                                  * If the page has been used in another mapping,
798                                  * we will catch it; if this other mapping is
799                                  * already gone, the unmap path will have set
800                                  * PG_referenced or activated the page.
801                                  */
802                                 if (likely(!(vma->vm_flags & VM_SEQ_READ)))
803                                         referenced++;
804                         }
805                 } else if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)) {
806                         if (pmdp_clear_flush_young_notify(vma, address,
807                                                 pvmw.pmd))
808                                 referenced++;
809                 } else {
810                         /* unexpected pmd-mapped page? */
811                         WARN_ON_ONCE(1);
812                 }
813
814                 pra->mapcount--;
815         }
816
817         if (referenced)
818                 clear_page_idle(page);
819         if (test_and_clear_page_young(page))
820                 referenced++;
821
822         if (referenced) {
823                 pra->referenced++;
824                 pra->vm_flags |= vma->vm_flags;
825         }
826
827         if (!pra->mapcount)
828                 return false; /* To break the loop */
829
830         return true;
831 }
832
833 static bool invalid_page_referenced_vma(struct vm_area_struct *vma, void *arg)
834 {
835         struct page_referenced_arg *pra = arg;
836         struct mem_cgroup *memcg = pra->memcg;
837
838         if (!mm_match_cgroup(vma->vm_mm, memcg))
839                 return true;
840
841         return false;
842 }
843
844 /**
845  * page_referenced - test if the page was referenced
846  * @page: the page to test
847  * @is_locked: caller holds lock on the page
848  * @memcg: target memory cgroup
849  * @vm_flags: collect encountered vma->vm_flags who actually referenced the page
850  *
851  * Quick test_and_clear_referenced for all mappings to a page,
852  * returns the number of ptes which referenced the page.
853  */
854 int page_referenced(struct page *page,
855                     int is_locked,
856                     struct mem_cgroup *memcg,
857                     unsigned long *vm_flags)
858 {
859         int we_locked = 0;
860         struct page_referenced_arg pra = {
861                 .mapcount = total_mapcount(page),
862                 .memcg = memcg,
863         };
864         struct rmap_walk_control rwc = {
865                 .rmap_one = page_referenced_one,
866                 .arg = (void *)&pra,
867                 .anon_lock = page_lock_anon_vma_read,
868         };
869
870         *vm_flags = 0;
871         if (!pra.mapcount)
872                 return 0;
873
874         if (!page_rmapping(page))
875                 return 0;
876
877         if (!is_locked && (!PageAnon(page) || PageKsm(page))) {
878                 we_locked = trylock_page(page);
879                 if (!we_locked)
880                         return 1;
881         }
882
883         /*
884          * If we are reclaiming on behalf of a cgroup, skip
885          * counting on behalf of references from different
886          * cgroups
887          */
888         if (memcg) {
889                 rwc.invalid_vma = invalid_page_referenced_vma;
890         }
891
892         rmap_walk(page, &rwc);
893         *vm_flags = pra.vm_flags;
894
895         if (we_locked)
896                 unlock_page(page);
897
898         return pra.referenced;
899 }
900
901 static bool page_mkclean_one(struct page *page, struct vm_area_struct *vma,
902                             unsigned long address, void *arg)
903 {
904         struct page_vma_mapped_walk pvmw = {
905                 .page = page,
906                 .vma = vma,
907                 .address = address,
908                 .flags = PVMW_SYNC,
909         };
910         struct mmu_notifier_range range;
911         int *cleaned = arg;
912
913         /*
914          * We have to assume the worse case ie pmd for invalidation. Note that
915          * the page can not be free from this function.
916          */
917         mmu_notifier_range_init(&range, MMU_NOTIFY_PROTECTION_PAGE,
918                                 0, vma, vma->vm_mm, address,
919                                 vma_address_end(page, vma));
920         mmu_notifier_invalidate_range_start(&range);
921
922         while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
923                 int ret = 0;
924
925                 address = pvmw.address;
926                 if (pvmw.pte) {
927                         pte_t entry;
928                         pte_t *pte = pvmw.pte;
929
930                         if (!pte_dirty(*pte) && !pte_write(*pte))
931                                 continue;
932
933                         flush_cache_page(vma, address, pte_pfn(*pte));
934                         entry = ptep_clear_flush(vma, address, pte);
935                         entry = pte_wrprotect(entry);
936                         entry = pte_mkclean(entry);
937                         set_pte_at(vma->vm_mm, address, pte, entry);
938                         ret = 1;
939                 } else {
940 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
941                         pmd_t *pmd = pvmw.pmd;
942                         pmd_t entry;
943
944                         if (!pmd_dirty(*pmd) && !pmd_write(*pmd))
945                                 continue;
946
947                         flush_cache_page(vma, address, page_to_pfn(page));
948                         entry = pmdp_invalidate(vma, address, pmd);
949                         entry = pmd_wrprotect(entry);
950                         entry = pmd_mkclean(entry);
951                         set_pmd_at(vma->vm_mm, address, pmd, entry);
952                         ret = 1;
953 #else
954                         /* unexpected pmd-mapped page? */
955                         WARN_ON_ONCE(1);
956 #endif
957                 }
958
959                 /*
960                  * No need to call mmu_notifier_invalidate_range() as we are
961                  * downgrading page table protection not changing it to point
962                  * to a new page.
963                  *
964                  * See Documentation/vm/mmu_notifier.rst
965                  */
966                 if (ret)
967                         (*cleaned)++;
968         }
969
970         mmu_notifier_invalidate_range_end(&range);
971
972         return true;
973 }
974
975 static bool invalid_mkclean_vma(struct vm_area_struct *vma, void *arg)
976 {
977         if (vma->vm_flags & VM_SHARED)
978                 return false;
979
980         return true;
981 }
982
983 int page_mkclean(struct page *page)
984 {
985         int cleaned = 0;
986         struct address_space *mapping;
987         struct rmap_walk_control rwc = {
988                 .arg = (void *)&cleaned,
989                 .rmap_one = page_mkclean_one,
990                 .invalid_vma = invalid_mkclean_vma,
991         };
992
993         BUG_ON(!PageLocked(page));
994
995         if (!page_mapped(page))
996                 return 0;
997
998         mapping = page_mapping(page);
999         if (!mapping)
1000                 return 0;
1001
1002         rmap_walk(page, &rwc);
1003
1004         return cleaned;
1005 }
1006 EXPORT_SYMBOL_GPL(page_mkclean);
1007
1008 /**
1009  * page_move_anon_rmap - move a page to our anon_vma
1010  * @page:       the page to move to our anon_vma
1011  * @vma:        the vma the page belongs to
1012  *
1013  * When a page belongs exclusively to one process after a COW event,
1014  * that page can be moved into the anon_vma that belongs to just that
1015  * process, so the rmap code will not search the parent or sibling
1016  * processes.
1017  */
1018 void page_move_anon_rmap(struct page *page, struct vm_area_struct *vma)
1019 {
1020         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
1021
1022         page = compound_head(page);
1023
1024         VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(page), page);
1025         VM_BUG_ON_VMA(!anon_vma, vma);
1026
1027         anon_vma = (void *) anon_vma + PAGE_MAPPING_ANON;
1028         /*
1029          * Ensure that anon_vma and the PAGE_MAPPING_ANON bit are written
1030          * simultaneously, so a concurrent reader (eg page_referenced()'s
1031          * PageAnon()) will not see one without the other.
1032          */
1033         WRITE_ONCE(page->mapping, (struct address_space *) anon_vma);
1034 }
1035
1036 /**
1037  * __page_set_anon_rmap - set up new anonymous rmap
1038  * @page:       Page or Hugepage to add to rmap
1039  * @vma:        VM area to add page to.
1040  * @address:    User virtual address of the mapping     
1041  * @exclusive:  the page is exclusively owned by the current process
1042  */
1043 static void __page_set_anon_rmap(struct page *page,
1044         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, int exclusive)
1045 {
1046         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
1047
1048         BUG_ON(!anon_vma);
1049
1050         if (PageAnon(page))
1051                 return;
1052
1053         /*
1054          * If the page isn't exclusively mapped into this vma,
1055          * we must use the _oldest_ possible anon_vma for the
1056          * page mapping!
1057          */
1058         if (!exclusive)
1059                 anon_vma = anon_vma->root;
1060
1061         /*
1062          * page_idle does a lockless/optimistic rmap scan on page->mapping.
1063          * Make sure the compiler doesn't split the stores of anon_vma and
1064          * the PAGE_MAPPING_ANON type identifier, otherwise the rmap code
1065          * could mistake the mapping for a struct address_space and crash.
1066          */
1067         anon_vma = (void *) anon_vma + PAGE_MAPPING_ANON;
1068         WRITE_ONCE(page->mapping, (struct address_space *) anon_vma);
1069         page->index = linear_page_index(vma, address);
1070 }
1071
1072 /**
1073  * __page_check_anon_rmap - sanity check anonymous rmap addition
1074  * @page:       the page to add the mapping to
1075  * @vma:        the vm area in which the mapping is added
1076  * @address:    the user virtual address mapped
1077  */
1078 static void __page_check_anon_rmap(struct page *page,
1079         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
1080 {
1081         /*
1082          * The page's anon-rmap details (mapping and index) are guaranteed to
1083          * be set up correctly at this point.
1084          *
1085          * We have exclusion against page_add_anon_rmap because the caller
1086          * always holds the page locked.
1087          *
1088          * We have exclusion against page_add_new_anon_rmap because those pages
1089          * are initially only visible via the pagetables, and the pte is locked
1090          * over the call to page_add_new_anon_rmap.
1091          */
1092         VM_BUG_ON_PAGE(page_anon_vma(page)->root != vma->anon_vma->root, page);
1093         VM_BUG_ON_PAGE(page_to_pgoff(page) != linear_page_index(vma, address),
1094                        page);
1095 }
1096
1097 /**
1098  * page_add_anon_rmap - add pte mapping to an anonymous page
1099  * @page:       the page to add the mapping to
1100  * @vma:        the vm area in which the mapping is added
1101  * @address:    the user virtual address mapped
1102  * @compound:   charge the page as compound or small page
1103  *
1104  * The caller needs to hold the pte lock, and the page must be locked in
1105  * the anon_vma case: to serialize mapping,index checking after setting,
1106  * and to ensure that PageAnon is not being upgraded racily to PageKsm
1107  * (but PageKsm is never downgraded to PageAnon).
1108  */
1109 void page_add_anon_rmap(struct page *page,
1110         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, bool compound)
1111 {
1112         do_page_add_anon_rmap(page, vma, address, compound ? RMAP_COMPOUND : 0);
1113 }
1114
1115 /*
1116  * Special version of the above for do_swap_page, which often runs
1117  * into pages that are exclusively owned by the current process.
1118  * Everybody else should continue to use page_add_anon_rmap above.
1119  */
1120 void do_page_add_anon_rmap(struct page *page,
1121         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, int flags)
1122 {
1123         bool compound = flags & RMAP_COMPOUND;
1124         bool first;
1125
1126         if (unlikely(PageKsm(page)))
1127                 lock_page_memcg(page);
1128         else
1129                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(page), page);
1130
1131         if (compound) {
1132                 atomic_t *mapcount;
1133                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(page), page);
1134                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageTransHuge(page), page);
1135                 mapcount = compound_mapcount_ptr(page);
1136                 first = atomic_inc_and_test(mapcount);
1137         } else {
1138                 first = atomic_inc_and_test(&page->_mapcount);
1139         }
1140
1141         if (first) {
1142                 int nr = compound ? thp_nr_pages(page) : 1;
1143                 /*
1144                  * We use the irq-unsafe __{inc|mod}_zone_page_stat because
1145                  * these counters are not modified in interrupt context, and
1146                  * pte lock(a spinlock) is held, which implies preemption
1147                  * disabled.
1148                  */
1149                 if (compound)
1150                         __mod_lruvec_page_state(page, NR_ANON_THPS, nr);
1151                 __mod_lruvec_page_state(page, NR_ANON_MAPPED, nr);
1152         }
1153
1154         if (unlikely(PageKsm(page))) {
1155                 unlock_page_memcg(page);
1156                 return;
1157         }
1158
1159         /* address might be in next vma when migration races vma_adjust */
1160         if (first)
1161                 __page_set_anon_rmap(page, vma, address,
1162                                 flags & RMAP_EXCLUSIVE);
1163         else
1164                 __page_check_anon_rmap(page, vma, address);
1165 }
1166
1167 /**
1168  * page_add_new_anon_rmap - add pte mapping to a new anonymous page
1169  * @page:       the page to add the mapping to
1170  * @vma:        the vm area in which the mapping is added
1171  * @address:    the user virtual address mapped
1172  * @compound:   charge the page as compound or small page
1173  *
1174  * Same as page_add_anon_rmap but must only be called on *new* pages.
1175  * This means the inc-and-test can be bypassed.
1176  * Page does not have to be locked.
1177  */
1178 void page_add_new_anon_rmap(struct page *page,
1179         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, bool compound)
1180 {
1181         int nr = compound ? thp_nr_pages(page) : 1;
1182
1183         VM_BUG_ON_VMA(address < vma->vm_start || address >= vma->vm_end, vma);
1184         __SetPageSwapBacked(page);
1185         if (compound) {
1186                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageTransHuge(page), page);
1187                 /* increment count (starts at -1) */
1188                 atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), 0);
1189                 if (hpage_pincount_available(page))
1190                         atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
1191
1192                 __mod_lruvec_page_state(page, NR_ANON_THPS, nr);
1193         } else {
1194                 /* Anon THP always mapped first with PMD */
1195                 VM_BUG_ON_PAGE(PageTransCompound(page), page);
1196                 /* increment count (starts at -1) */
1197                 atomic_set(&page->_mapcount, 0);
1198         }
1199         __mod_lruvec_page_state(page, NR_ANON_MAPPED, nr);
1200         __page_set_anon_rmap(page, vma, address, 1);
1201 }
1202
1203 /**
1204  * page_add_file_rmap - add pte mapping to a file page
1205  * @page: the page to add the mapping to
1206  * @compound: charge the page as compound or small page
1207  *
1208  * The caller needs to hold the pte lock.
1209  */
1210 void page_add_file_rmap(struct page *page, bool compound)
1211 {
1212         int i, nr = 1;
1213
1214         VM_BUG_ON_PAGE(compound && !PageTransHuge(page), page);
1215         lock_page_memcg(page);
1216         if (compound && PageTransHuge(page)) {
1217                 int nr_pages = thp_nr_pages(page);
1218
1219                 for (i = 0, nr = 0; i < nr_pages; i++) {
1220                         if (atomic_inc_and_test(&page[i]._mapcount))
1221                                 nr++;
1222                 }
1223                 if (!atomic_inc_and_test(compound_mapcount_ptr(page)))
1224                         goto out;
1225                 if (PageSwapBacked(page))
1226                         __mod_lruvec_page_state(page, NR_SHMEM_PMDMAPPED,
1227                                                 nr_pages);
1228                 else
1229                         __mod_lruvec_page_state(page, NR_FILE_PMDMAPPED,
1230                                                 nr_pages);
1231         } else {
1232                 if (PageTransCompound(page) && page_mapping(page)) {
1233                         VM_WARN_ON_ONCE(!PageLocked(page));
1234
1235                         SetPageDoubleMap(compound_head(page));
1236                         if (PageMlocked(page))
1237                                 clear_page_mlock(compound_head(page));
1238                 }
1239                 if (!atomic_inc_and_test(&page->_mapcount))
1240                         goto out;
1241         }
1242         __mod_lruvec_page_state(page, NR_FILE_MAPPED, nr);
1243 out:
1244         unlock_page_memcg(page);
1245 }
1246
1247 static void page_remove_file_rmap(struct page *page, bool compound)
1248 {
1249         int i, nr = 1;
1250
1251         VM_BUG_ON_PAGE(compound && !PageHead(page), page);
1252
1253         /* Hugepages are not counted in NR_FILE_MAPPED for now. */
1254         if (unlikely(PageHuge(page))) {
1255                 /* hugetlb pages are always mapped with pmds */
1256                 atomic_dec(compound_mapcount_ptr(page));
1257                 return;
1258         }
1259
1260         /* page still mapped by someone else? */
1261         if (compound && PageTransHuge(page)) {
1262                 int nr_pages = thp_nr_pages(page);
1263
1264                 for (i = 0, nr = 0; i < nr_pages; i++) {
1265                         if (atomic_add_negative(-1, &page[i]._mapcount))
1266                                 nr++;
1267                 }
1268                 if (!atomic_add_negative(-1, compound_mapcount_ptr(page)))
1269                         return;
1270                 if (PageSwapBacked(page))
1271                         __mod_lruvec_page_state(page, NR_SHMEM_PMDMAPPED,
1272                                                 -nr_pages);
1273                 else
1274                         __mod_lruvec_page_state(page, NR_FILE_PMDMAPPED,
1275                                                 -nr_pages);
1276         } else {
1277                 if (!atomic_add_negative(-1, &page->_mapcount))
1278                         return;
1279         }
1280
1281         /*
1282          * We use the irq-unsafe __{inc|mod}_lruvec_page_state because
1283          * these counters are not modified in interrupt context, and
1284          * pte lock(a spinlock) is held, which implies preemption disabled.
1285          */
1286         __mod_lruvec_page_state(page, NR_FILE_MAPPED, -nr);
1287
1288         if (unlikely(PageMlocked(page)))
1289                 clear_page_mlock(page);
1290 }
1291
1292 static void page_remove_anon_compound_rmap(struct page *page)
1293 {
1294         int i, nr;
1295
1296         if (!atomic_add_negative(-1, compound_mapcount_ptr(page)))
1297                 return;
1298
1299         /* Hugepages are not counted in NR_ANON_PAGES for now. */
1300         if (unlikely(PageHuge(page)))
1301                 return;
1302
1303         if (!IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE))
1304                 return;
1305
1306         __mod_lruvec_page_state(page, NR_ANON_THPS, -thp_nr_pages(page));
1307
1308         if (TestClearPageDoubleMap(page)) {
1309                 /*
1310                  * Subpages can be mapped with PTEs too. Check how many of
1311                  * them are still mapped.
1312                  */
1313                 for (i = 0, nr = 0; i < thp_nr_pages(page); i++) {
1314                         if (atomic_add_negative(-1, &page[i]._mapcount))
1315                                 nr++;
1316                 }
1317
1318                 /*
1319                  * Queue the page for deferred split if at least one small
1320                  * page of the compound page is unmapped, but at least one
1321                  * small page is still mapped.
1322                  */
1323                 if (nr && nr < thp_nr_pages(page))
1324                         deferred_split_huge_page(page);
1325         } else {
1326                 nr = thp_nr_pages(page);
1327         }
1328
1329         if (unlikely(PageMlocked(page)))
1330                 clear_page_mlock(page);
1331
1332         if (nr)
1333                 __mod_lruvec_page_state(page, NR_ANON_MAPPED, -nr);
1334 }
1335
1336 /**
1337  * page_remove_rmap - take down pte mapping from a page
1338  * @page:       page to remove mapping from
1339  * @compound:   uncharge the page as compound or small page
1340  *
1341  * The caller needs to hold the pte lock.
1342  */
1343 void page_remove_rmap(struct page *page, bool compound)
1344 {
1345         lock_page_memcg(page);
1346
1347         if (!PageAnon(page)) {
1348                 page_remove_file_rmap(page, compound);
1349                 goto out;
1350         }
1351
1352         if (compound) {
1353                 page_remove_anon_compound_rmap(page);
1354                 goto out;
1355         }
1356
1357         /* page still mapped by someone else? */
1358         if (!atomic_add_negative(-1, &page->_mapcount))
1359                 goto out;
1360
1361         /*
1362          * We use the irq-unsafe __{inc|mod}_zone_page_stat because
1363          * these counters are not modified in interrupt context, and
1364          * pte lock(a spinlock) is held, which implies preemption disabled.
1365          */
1366         __dec_lruvec_page_state(page, NR_ANON_MAPPED);
1367
1368         if (unlikely(PageMlocked(page)))
1369                 clear_page_mlock(page);
1370
1371         if (PageTransCompound(page))
1372                 deferred_split_huge_page(compound_head(page));
1373
1374         /*
1375          * It would be tidy to reset the PageAnon mapping here,
1376          * but that might overwrite a racing page_add_anon_rmap
1377          * which increments mapcount after us but sets mapping
1378          * before us: so leave the reset to free_unref_page,
1379          * and remember that it's only reliable while mapped.
1380          * Leaving it set also helps swapoff to reinstate ptes
1381          * faster for those pages still in swapcache.
1382          */
1383 out:
1384         unlock_page_memcg(page);
1385 }
1386
1387 /*
1388  * @arg: enum ttu_flags will be passed to this argument
1389  */
1390 static bool try_to_unmap_one(struct page *page, struct vm_area_struct *vma,
1391                      unsigned long address, void *arg)
1392 {
1393         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
1394         struct page_vma_mapped_walk pvmw = {
1395                 .page = page,
1396                 .vma = vma,
1397                 .address = address,
1398         };
1399         pte_t pteval;
1400         struct page *subpage;
1401         bool ret = true;
1402         struct mmu_notifier_range range;
1403         enum ttu_flags flags = (enum ttu_flags)(long)arg;
1404
1405         /*
1406          * When racing against e.g. zap_pte_range() on another cpu,
1407          * in between its ptep_get_and_clear_full() and page_remove_rmap(),
1408          * try_to_unmap() may return before page_mapped() has become false,
1409          * if page table locking is skipped: use TTU_SYNC to wait for that.
1410          */
1411         if (flags & TTU_SYNC)
1412                 pvmw.flags = PVMW_SYNC;
1413
1414         if (flags & TTU_SPLIT_HUGE_PMD)
1415                 split_huge_pmd_address(vma, address, false, page);
1416
1417         /*
1418          * For THP, we have to assume the worse case ie pmd for invalidation.
1419          * For hugetlb, it could be much worse if we need to do pud
1420          * invalidation in the case of pmd sharing.
1421          *
1422          * Note that the page can not be free in this function as call of
1423          * try_to_unmap() must hold a reference on the page.
1424          */
1425         range.end = PageKsm(page) ?
1426                         address + PAGE_SIZE : vma_address_end(page, vma);
1427         mmu_notifier_range_init(&range, MMU_NOTIFY_CLEAR, 0, vma, vma->vm_mm,
1428                                 address, range.end);
1429         if (PageHuge(page)) {
1430                 /*
1431                  * If sharing is possible, start and end will be adjusted
1432                  * accordingly.
1433                  */
1434                 adjust_range_if_pmd_sharing_possible(vma, &range.start,
1435                                                      &range.end);
1436         }
1437         mmu_notifier_invalidate_range_start(&range);
1438
1439         while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
1440                 /*
1441                  * If the page is mlock()d, we cannot swap it out.
1442                  */
1443                 if (!(flags & TTU_IGNORE_MLOCK)) {
1444                         if (vma->vm_flags & VM_LOCKED) {
1445                                 /* PTE-mapped THP are never marked as mlocked */
1446                                 if (!PageTransCompound(page) ||
1447                                     (PageHead(page) && !PageDoubleMap(page))) {
1448                                         /*
1449                                          * Holding pte lock, we do *not* need
1450                                          * mmap_lock here
1451                                          */
1452                                         mlock_vma_page(page);
1453                                 }
1454                                 ret = false;
1455                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1456                                 break;
1457                         }
1458                 }
1459
1460                 /* Unexpected PMD-mapped THP? */
1461                 VM_BUG_ON_PAGE(!pvmw.pte, page);
1462
1463                 subpage = page - page_to_pfn(page) + pte_pfn(*pvmw.pte);
1464                 address = pvmw.address;
1465
1466                 if (PageHuge(page) && !PageAnon(page)) {
1467                         /*
1468                          * To call huge_pmd_unshare, i_mmap_rwsem must be
1469                          * held in write mode.  Caller needs to explicitly
1470                          * do this outside rmap routines.
1471                          */
1472                         VM_BUG_ON(!(flags & TTU_RMAP_LOCKED));
1473                         if (huge_pmd_unshare(mm, vma, &address, pvmw.pte)) {
1474                                 /*
1475                                  * huge_pmd_unshare unmapped an entire PMD
1476                                  * page.  There is no way of knowing exactly
1477                                  * which PMDs may be cached for this mm, so
1478                                  * we must flush them all.  start/end were
1479                                  * already adjusted above to cover this range.
1480                                  */
1481                                 flush_cache_range(vma, range.start, range.end);
1482                                 flush_tlb_range(vma, range.start, range.end);
1483                                 mmu_notifier_invalidate_range(mm, range.start,
1484                                                               range.end);
1485
1486                                 /*
1487                                  * The ref count of the PMD page was dropped
1488                                  * which is part of the way map counting
1489                                  * is done for shared PMDs.  Return 'true'
1490                                  * here.  When there is no other sharing,
1491                                  * huge_pmd_unshare returns false and we will
1492                                  * unmap the actual page and drop map count
1493                                  * to zero.
1494                                  */
1495                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1496                                 break;
1497                         }
1498                 }
1499
1500                 /* Nuke the page table entry. */
1501                 flush_cache_page(vma, address, pte_pfn(*pvmw.pte));
1502                 if (should_defer_flush(mm, flags)) {
1503                         /*
1504                          * We clear the PTE but do not flush so potentially
1505                          * a remote CPU could still be writing to the page.
1506                          * If the entry was previously clean then the
1507                          * architecture must guarantee that a clear->dirty
1508                          * transition on a cached TLB entry is written through
1509                          * and traps if the PTE is unmapped.
1510                          */
1511                         pteval = ptep_get_and_clear(mm, address, pvmw.pte);
1512
1513                         set_tlb_ubc_flush_pending(mm, pte_dirty(pteval));
1514                 } else {
1515                         pteval = ptep_clear_flush(vma, address, pvmw.pte);
1516                 }
1517
1518                 /* Move the dirty bit to the page. Now the pte is gone. */
1519                 if (pte_dirty(pteval))
1520                         set_page_dirty(page);
1521
1522                 /* Update high watermark before we lower rss */
1523                 update_hiwater_rss(mm);
1524
1525                 if (PageHWPoison(page) && !(flags & TTU_IGNORE_HWPOISON)) {
1526                         pteval = swp_entry_to_pte(make_hwpoison_entry(subpage));
1527                         if (PageHuge(page)) {
1528                                 hugetlb_count_sub(compound_nr(page), mm);
1529                                 set_huge_swap_pte_at(mm, address,
1530                                                      pvmw.pte, pteval,
1531                                                      vma_mmu_pagesize(vma));
1532                         } else {
1533                                 dec_mm_counter(mm, mm_counter(page));
1534                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
1535                         }
1536
1537                 } else if (pte_unused(pteval) && !userfaultfd_armed(vma)) {
1538                         /*
1539                          * The guest indicated that the page content is of no
1540                          * interest anymore. Simply discard the pte, vmscan
1541                          * will take care of the rest.
1542                          * A future reference will then fault in a new zero
1543                          * page. When userfaultfd is active, we must not drop
1544                          * this page though, as its main user (postcopy
1545                          * migration) will not expect userfaults on already
1546                          * copied pages.
1547                          */
1548                         dec_mm_counter(mm, mm_counter(page));
1549                         /* We have to invalidate as we cleared the pte */
1550                         mmu_notifier_invalidate_range(mm, address,
1551                                                       address + PAGE_SIZE);
1552                 } else if (PageAnon(page)) {
1553                         swp_entry_t entry = { .val = page_private(subpage) };
1554                         pte_t swp_pte;
1555                         /*
1556                          * Store the swap location in the pte.
1557                          * See handle_pte_fault() ...
1558                          */
1559                         if (unlikely(PageSwapBacked(page) != PageSwapCache(page))) {
1560                                 WARN_ON_ONCE(1);
1561                                 ret = false;
1562                                 /* We have to invalidate as we cleared the pte */
1563                                 mmu_notifier_invalidate_range(mm, address,
1564                                                         address + PAGE_SIZE);
1565                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1566                                 break;
1567                         }
1568
1569                         /* MADV_FREE page check */
1570                         if (!PageSwapBacked(page)) {
1571                                 if (!PageDirty(page)) {
1572                                         /* Invalidate as we cleared the pte */
1573                                         mmu_notifier_invalidate_range(mm,
1574                                                 address, address + PAGE_SIZE);
1575                                         dec_mm_counter(mm, MM_ANONPAGES);
1576                                         goto discard;
1577                                 }
1578
1579                                 /*
1580                                  * If the page was redirtied, it cannot be
1581                                  * discarded. Remap the page to page table.
1582                                  */
1583                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
1584                                 SetPageSwapBacked(page);
1585                                 ret = false;
1586                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1587                                 break;
1588                         }
1589
1590                         if (swap_duplicate(entry) < 0) {
1591                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
1592                                 ret = false;
1593                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1594                                 break;
1595                         }
1596                         if (arch_unmap_one(mm, vma, address, pteval) < 0) {
1597                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
1598                                 ret = false;
1599                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1600                                 break;
1601                         }
1602                         if (list_empty(&mm->mmlist)) {
1603                                 spin_lock(&mmlist_lock);
1604                                 if (list_empty(&mm->mmlist))
1605                                         list_add(&mm->mmlist, &init_mm.mmlist);
1606                                 spin_unlock(&mmlist_lock);
1607                         }
1608                         dec_mm_counter(mm, MM_ANONPAGES);
1609                         inc_mm_counter(mm, MM_SWAPENTS);
1610                         swp_pte = swp_entry_to_pte(entry);
1611                         if (pte_soft_dirty(pteval))
1612                                 swp_pte = pte_swp_mksoft_dirty(swp_pte);
1613                         if (pte_uffd_wp(pteval))
1614                                 swp_pte = pte_swp_mkuffd_wp(swp_pte);
1615                         set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, swp_pte);
1616                         /* Invalidate as we cleared the pte */
1617                         mmu_notifier_invalidate_range(mm, address,
1618                                                       address + PAGE_SIZE);
1619                 } else {
1620                         /*
1621                          * This is a locked file-backed page, thus it cannot
1622                          * be removed from the page cache and replaced by a new
1623                          * page before mmu_notifier_invalidate_range_end, so no
1624                          * concurrent thread might update its page table to
1625                          * point at new page while a device still is using this
1626                          * page.
1627                          *
1628                          * See Documentation/vm/mmu_notifier.rst
1629                          */
1630                         dec_mm_counter(mm, mm_counter_file(page));
1631                 }
1632 discard:
1633                 /*
1634                  * No need to call mmu_notifier_invalidate_range() it has be
1635                  * done above for all cases requiring it to happen under page
1636                  * table lock before mmu_notifier_invalidate_range_end()
1637                  *
1638                  * See Documentation/vm/mmu_notifier.rst
1639                  */
1640                 page_remove_rmap(subpage, PageHuge(page));
1641                 put_page(page);
1642         }
1643
1644         mmu_notifier_invalidate_range_end(&range);
1645
1646         return ret;
1647 }
1648
1649 static bool invalid_migration_vma(struct vm_area_struct *vma, void *arg)
1650 {
1651         return vma_is_temporary_stack(vma);
1652 }
1653
1654 static int page_not_mapped(struct page *page)
1655 {
1656         return !page_mapped(page);
1657 }
1658
1659 /**
1660  * try_to_unmap - try to remove all page table mappings to a page
1661  * @page: the page to get unmapped
1662  * @flags: action and flags
1663  *
1664  * Tries to remove all the page table entries which are mapping this
1665  * page, used in the pageout path.  Caller must hold the page lock.
1666  *
1667  * It is the caller's responsibility to check if the page is still
1668  * mapped when needed (use TTU_SYNC to prevent accounting races).
1669  */
1670 void try_to_unmap(struct page *page, enum ttu_flags flags)
1671 {
1672         struct rmap_walk_control rwc = {
1673                 .rmap_one = try_to_unmap_one,
1674                 .arg = (void *)flags,
1675                 .done = page_not_mapped,
1676                 .anon_lock = page_lock_anon_vma_read,
1677         };
1678
1679         if (flags & TTU_RMAP_LOCKED)
1680                 rmap_walk_locked(page, &rwc);
1681         else
1682                 rmap_walk(page, &rwc);
1683 }
1684
1685 /*
1686  * @arg: enum ttu_flags will be passed to this argument.
1687  *
1688  * If TTU_SPLIT_HUGE_PMD is specified any PMD mappings will be split into PTEs
1689  * containing migration entries.
1690  */
1691 static bool try_to_migrate_one(struct page *page, struct vm_area_struct *vma,
1692                      unsigned long address, void *arg)
1693 {
1694         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
1695         struct page_vma_mapped_walk pvmw = {
1696                 .page = page,
1697                 .vma = vma,
1698                 .address = address,
1699         };
1700         pte_t pteval;
1701         struct page *subpage;
1702         bool ret = true;
1703         struct mmu_notifier_range range;
1704         enum ttu_flags flags = (enum ttu_flags)(long)arg;
1705
1706         /*
1707          * When racing against e.g. zap_pte_range() on another cpu,
1708          * in between its ptep_get_and_clear_full() and page_remove_rmap(),
1709          * try_to_migrate() may return before page_mapped() has become false,
1710          * if page table locking is skipped: use TTU_SYNC to wait for that.
1711          */
1712         if (flags & TTU_SYNC)
1713                 pvmw.flags = PVMW_SYNC;
1714
1715         /*
1716          * unmap_page() in mm/huge_memory.c is the only user of migration with
1717          * TTU_SPLIT_HUGE_PMD and it wants to freeze.
1718          */
1719         if (flags & TTU_SPLIT_HUGE_PMD)
1720                 split_huge_pmd_address(vma, address, true, page);
1721
1722         /*
1723          * For THP, we have to assume the worse case ie pmd for invalidation.
1724          * For hugetlb, it could be much worse if we need to do pud
1725          * invalidation in the case of pmd sharing.
1726          *
1727          * Note that the page can not be free in this function as call of
1728          * try_to_unmap() must hold a reference on the page.
1729          */
1730         range.end = PageKsm(page) ?
1731                         address + PAGE_SIZE : vma_address_end(page, vma);
1732         mmu_notifier_range_init(&range, MMU_NOTIFY_CLEAR, 0, vma, vma->vm_mm,
1733                                 address, range.end);
1734         if (PageHuge(page)) {
1735                 /*
1736                  * If sharing is possible, start and end will be adjusted
1737                  * accordingly.
1738                  */
1739                 adjust_range_if_pmd_sharing_possible(vma, &range.start,
1740                                                      &range.end);
1741         }
1742         mmu_notifier_invalidate_range_start(&range);
1743
1744         while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
1745 #ifdef CONFIG_ARCH_ENABLE_THP_MIGRATION
1746                 /* PMD-mapped THP migration entry */
1747                 if (!pvmw.pte) {
1748                         VM_BUG_ON_PAGE(PageHuge(page) ||
1749                                        !PageTransCompound(page), page);
1750
1751                         set_pmd_migration_entry(&pvmw, page);
1752                         continue;
1753                 }
1754 #endif
1755
1756                 /* Unexpected PMD-mapped THP? */
1757                 VM_BUG_ON_PAGE(!pvmw.pte, page);
1758
1759                 subpage = page - page_to_pfn(page) + pte_pfn(*pvmw.pte);
1760                 address = pvmw.address;
1761
1762                 if (PageHuge(page) && !PageAnon(page)) {
1763                         /*
1764                          * To call huge_pmd_unshare, i_mmap_rwsem must be
1765                          * held in write mode.  Caller needs to explicitly
1766                          * do this outside rmap routines.
1767                          */
1768                         VM_BUG_ON(!(flags & TTU_RMAP_LOCKED));
1769                         if (huge_pmd_unshare(mm, vma, &address, pvmw.pte)) {
1770                                 /*
1771                                  * huge_pmd_unshare unmapped an entire PMD
1772                                  * page.  There is no way of knowing exactly
1773                                  * which PMDs may be cached for this mm, so
1774                                  * we must flush them all.  start/end were
1775                                  * already adjusted above to cover this range.
1776                                  */
1777                                 flush_cache_range(vma, range.start, range.end);
1778                                 flush_tlb_range(vma, range.start, range.end);
1779                                 mmu_notifier_invalidate_range(mm, range.start,
1780                                                               range.end);
1781
1782                                 /*
1783                                  * The ref count of the PMD page was dropped
1784                                  * which is part of the way map counting
1785                                  * is done for shared PMDs.  Return 'true'
1786                                  * here.  When there is no other sharing,
1787                                  * huge_pmd_unshare returns false and we will
1788                                  * unmap the actual page and drop map count
1789                                  * to zero.
1790                                  */
1791                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1792                                 break;
1793                         }
1794                 }
1795
1796                 /* Nuke the page table entry. */
1797                 flush_cache_page(vma, address, pte_pfn(*pvmw.pte));
1798                 pteval = ptep_clear_flush(vma, address, pvmw.pte);
1799
1800                 /* Move the dirty bit to the page. Now the pte is gone. */
1801                 if (pte_dirty(pteval))
1802                         set_page_dirty(page);
1803
1804                 /* Update high watermark before we lower rss */
1805                 update_hiwater_rss(mm);
1806
1807                 if (is_zone_device_page(page)) {
1808                         swp_entry_t entry;
1809                         pte_t swp_pte;
1810
1811                         /*
1812                          * Store the pfn of the page in a special migration
1813                          * pte. do_swap_page() will wait until the migration
1814                          * pte is removed and then restart fault handling.
1815                          */
1816                         entry = make_readable_migration_entry(
1817                                                         page_to_pfn(page));
1818                         swp_pte = swp_entry_to_pte(entry);
1819
1820                         /*
1821                          * pteval maps a zone device page and is therefore
1822                          * a swap pte.
1823                          */
1824                         if (pte_swp_soft_dirty(pteval))
1825                                 swp_pte = pte_swp_mksoft_dirty(swp_pte);
1826                         if (pte_swp_uffd_wp(pteval))
1827                                 swp_pte = pte_swp_mkuffd_wp(swp_pte);
1828                         set_pte_at(mm, pvmw.address, pvmw.pte, swp_pte);
1829                         /*
1830                          * No need to invalidate here it will synchronize on
1831                          * against the special swap migration pte.
1832                          *
1833                          * The assignment to subpage above was computed from a
1834                          * swap PTE which results in an invalid pointer.
1835                          * Since only PAGE_SIZE pages can currently be
1836                          * migrated, just set it to page. This will need to be
1837                          * changed when hugepage migrations to device private
1838                          * memory are supported.
1839                          */
1840                         subpage = page;
1841                 } else if (PageHWPoison(page)) {
1842                         pteval = swp_entry_to_pte(make_hwpoison_entry(subpage));
1843                         if (PageHuge(page)) {
1844                                 hugetlb_count_sub(compound_nr(page), mm);
1845                                 set_huge_swap_pte_at(mm, address,
1846                                                      pvmw.pte, pteval,
1847                                                      vma_mmu_pagesize(vma));
1848                         } else {
1849                                 dec_mm_counter(mm, mm_counter(page));
1850                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
1851                         }
1852
1853                 } else if (pte_unused(pteval) && !userfaultfd_armed(vma)) {
1854                         /*
1855                          * The guest indicated that the page content is of no
1856                          * interest anymore. Simply discard the pte, vmscan
1857                          * will take care of the rest.
1858                          * A future reference will then fault in a new zero
1859                          * page. When userfaultfd is active, we must not drop
1860                          * this page though, as its main user (postcopy
1861                          * migration) will not expect userfaults on already
1862                          * copied pages.
1863                          */
1864                         dec_mm_counter(mm, mm_counter(page));
1865                         /* We have to invalidate as we cleared the pte */
1866                         mmu_notifier_invalidate_range(mm, address,
1867                                                       address + PAGE_SIZE);
1868                 } else {
1869                         swp_entry_t entry;
1870                         pte_t swp_pte;
1871
1872                         if (arch_unmap_one(mm, vma, address, pteval) < 0) {
1873                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
1874                                 ret = false;
1875                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1876                                 break;
1877                         }
1878
1879                         /*
1880                          * Store the pfn of the page in a special migration
1881                          * pte. do_swap_page() will wait until the migration
1882                          * pte is removed and then restart fault handling.
1883                          */
1884                         if (pte_write(pteval))
1885                                 entry = make_writable_migration_entry(
1886                                                         page_to_pfn(subpage));
1887                         else
1888                                 entry = make_readable_migration_entry(
1889                                                         page_to_pfn(subpage));
1890
1891                         swp_pte = swp_entry_to_pte(entry);
1892                         if (pte_soft_dirty(pteval))
1893                                 swp_pte = pte_swp_mksoft_dirty(swp_pte);
1894                         if (pte_uffd_wp(pteval))
1895                                 swp_pte = pte_swp_mkuffd_wp(swp_pte);
1896                         set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, swp_pte);
1897                         /*
1898                          * No need to invalidate here it will synchronize on
1899                          * against the special swap migration pte.
1900                          */
1901                 }
1902
1903                 /*
1904                  * No need to call mmu_notifier_invalidate_range() it has be
1905                  * done above for all cases requiring it to happen under page
1906                  * table lock before mmu_notifier_invalidate_range_end()
1907                  *
1908                  * See Documentation/vm/mmu_notifier.rst
1909                  */
1910                 page_remove_rmap(subpage, PageHuge(page));
1911                 put_page(page);
1912         }
1913
1914         mmu_notifier_invalidate_range_end(&range);
1915
1916         return ret;
1917 }
1918
1919 /**
1920  * try_to_migrate - try to replace all page table mappings with swap entries
1921  * @page: the page to replace page table entries for
1922  * @flags: action and flags
1923  *
1924  * Tries to remove all the page table entries which are mapping this page and
1925  * replace them with special swap entries. Caller must hold the page lock.
1926  */
1927 void try_to_migrate(struct page *page, enum ttu_flags flags)
1928 {
1929         struct rmap_walk_control rwc = {
1930                 .rmap_one = try_to_migrate_one,
1931                 .arg = (void *)flags,
1932                 .done = page_not_mapped,
1933                 .anon_lock = page_lock_anon_vma_read,
1934         };
1935
1936         /*
1937          * Migration always ignores mlock and only supports TTU_RMAP_LOCKED and
1938          * TTU_SPLIT_HUGE_PMD and TTU_SYNC flags.
1939          */
1940         if (WARN_ON_ONCE(flags & ~(TTU_RMAP_LOCKED | TTU_SPLIT_HUGE_PMD |
1941                                         TTU_SYNC)))
1942                 return;
1943
1944         if (is_zone_device_page(page) && !is_device_private_page(page))
1945                 return;
1946
1947         /*
1948          * During exec, a temporary VMA is setup and later moved.
1949          * The VMA is moved under the anon_vma lock but not the
1950          * page tables leading to a race where migration cannot
1951          * find the migration ptes. Rather than increasing the
1952          * locking requirements of exec(), migration skips
1953          * temporary VMAs until after exec() completes.
1954          */
1955         if (!PageKsm(page) && PageAnon(page))
1956                 rwc.invalid_vma = invalid_migration_vma;
1957
1958         if (flags & TTU_RMAP_LOCKED)
1959                 rmap_walk_locked(page, &rwc);
1960         else
1961                 rmap_walk(page, &rwc);
1962 }
1963
1964 /*
1965  * Walks the vma's mapping a page and mlocks the page if any locked vma's are
1966  * found. Once one is found the page is locked and the scan can be terminated.
1967  */
1968 static bool page_mlock_one(struct page *page, struct vm_area_struct *vma,
1969                                  unsigned long address, void *unused)
1970 {
1971         struct page_vma_mapped_walk pvmw = {
1972                 .page = page,
1973                 .vma = vma,
1974                 .address = address,
1975         };
1976
1977         /* An un-locked vma doesn't have any pages to lock, continue the scan */
1978         if (!(vma->vm_flags & VM_LOCKED))
1979                 return true;
1980
1981         while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
1982                 /*
1983                  * Need to recheck under the ptl to serialise with
1984                  * __munlock_pagevec_fill() after VM_LOCKED is cleared in
1985                  * munlock_vma_pages_range().
1986                  */
1987                 if (vma->vm_flags & VM_LOCKED) {
1988                         /*
1989                          * PTE-mapped THP are never marked as mlocked, but
1990                          * this function is never called when PageDoubleMap().
1991                          */
1992                         mlock_vma_page(page);
1993                         /*
1994                          * No need to scan further once the page is marked
1995                          * as mlocked.
1996                          */
1997                         page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1998                         return false;
1999                 }
2000         }
2001
2002         return true;
2003 }
2004
2005 /**
2006  * page_mlock - try to mlock a page
2007  * @page: the page to be mlocked
2008  *
2009  * Called from munlock code. Checks all of the VMAs mapping the page and mlocks
2010  * the page if any are found. The page will be returned with PG_mlocked cleared
2011  * if it is not mapped by any locked vmas.
2012  */
2013 void page_mlock(struct page *page)
2014 {
2015         struct rmap_walk_control rwc = {
2016                 .rmap_one = page_mlock_one,
2017                 .done = page_not_mapped,
2018                 .anon_lock = page_lock_anon_vma_read,
2019
2020         };
2021
2022         VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(page) || PageLRU(page), page);
2023         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page) && PageDoubleMap(page), page);
2024
2025         rmap_walk(page, &rwc);
2026 }
2027
2028 #ifdef CONFIG_DEVICE_PRIVATE
2029 struct make_exclusive_args {
2030         struct mm_struct *mm;
2031         unsigned long address;
2032         void *owner;
2033         bool valid;
2034 };
2035
2036 static bool page_make_device_exclusive_one(struct page *page,
2037                 struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, void *priv)
2038 {
2039         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
2040         struct page_vma_mapped_walk pvmw = {
2041                 .page = page,
2042                 .vma = vma,
2043                 .address = address,
2044         };
2045         struct make_exclusive_args *args = priv;
2046         pte_t pteval;
2047         struct page *subpage;
2048         bool ret = true;
2049         struct mmu_notifier_range range;
2050         swp_entry_t entry;
2051         pte_t swp_pte;
2052
2053         mmu_notifier_range_init_owner(&range, MMU_NOTIFY_EXCLUSIVE, 0, vma,
2054                                       vma->vm_mm, address, min(vma->vm_end,
2055                                       address + page_size(page)), args->owner);
2056         mmu_notifier_invalidate_range_start(&range);
2057
2058         while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
2059                 /* Unexpected PMD-mapped THP? */
2060                 VM_BUG_ON_PAGE(!pvmw.pte, page);
2061
2062                 if (!pte_present(*pvmw.pte)) {
2063                         ret = false;
2064                         page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
2065                         break;
2066                 }
2067
2068                 subpage = page - page_to_pfn(page) + pte_pfn(*pvmw.pte);
2069                 address = pvmw.address;
2070
2071                 /* Nuke the page table entry. */
2072                 flush_cache_page(vma, address, pte_pfn(*pvmw.pte));
2073                 pteval = ptep_clear_flush(vma, address, pvmw.pte);
2074
2075                 /* Move the dirty bit to the page. Now the pte is gone. */
2076                 if (pte_dirty(pteval))
2077                         set_page_dirty(page);
2078
2079                 /*
2080                  * Check that our target page is still mapped at the expected
2081                  * address.
2082                  */
2083                 if (args->mm == mm && args->address == address &&
2084                     pte_write(pteval))
2085                         args->valid = true;
2086
2087                 /*
2088                  * Store the pfn of the page in a special migration
2089                  * pte. do_swap_page() will wait until the migration
2090                  * pte is removed and then restart fault handling.
2091                  */
2092                 if (pte_write(pteval))
2093                         entry = make_writable_device_exclusive_entry(
2094                                                         page_to_pfn(subpage));
2095                 else
2096                         entry = make_readable_device_exclusive_entry(
2097                                                         page_to_pfn(subpage));
2098                 swp_pte = swp_entry_to_pte(entry);
2099                 if (pte_soft_dirty(pteval))
2100                         swp_pte = pte_swp_mksoft_dirty(swp_pte);
2101                 if (pte_uffd_wp(pteval))
2102                         swp_pte = pte_swp_mkuffd_wp(swp_pte);
2103
2104                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, swp_pte);
2105
2106                 /*
2107                  * There is a reference on the page for the swap entry which has
2108                  * been removed, so shouldn't take another.
2109                  */
2110                 page_remove_rmap(subpage, false);
2111         }
2112
2113         mmu_notifier_invalidate_range_end(&range);
2114
2115         return ret;
2116 }
2117
2118 /**
2119  * page_make_device_exclusive - mark the page exclusively owned by a device
2120  * @page: the page to replace page table entries for
2121  * @mm: the mm_struct where the page is expected to be mapped
2122  * @address: address where the page is expected to be mapped
2123  * @owner: passed to MMU_NOTIFY_EXCLUSIVE range notifier callbacks
2124  *
2125  * Tries to remove all the page table entries which are mapping this page and
2126  * replace them with special device exclusive swap entries to grant a device
2127  * exclusive access to the page. Caller must hold the page lock.
2128  *
2129  * Returns false if the page is still mapped, or if it could not be unmapped
2130  * from the expected address. Otherwise returns true (success).
2131  */
2132 static bool page_make_device_exclusive(struct page *page, struct mm_struct *mm,
2133                                 unsigned long address, void *owner)
2134 {
2135         struct make_exclusive_args args = {
2136                 .mm = mm,
2137                 .address = address,
2138                 .owner = owner,
2139                 .valid = false,
2140         };
2141         struct rmap_walk_control rwc = {
2142                 .rmap_one = page_make_device_exclusive_one,
2143                 .done = page_not_mapped,
2144                 .anon_lock = page_lock_anon_vma_read,
2145                 .arg = &args,
2146         };
2147
2148         /*
2149          * Restrict to anonymous pages for now to avoid potential writeback
2150          * issues. Also tail pages shouldn't be passed to rmap_walk so skip
2151          * those.
2152          */
2153         if (!PageAnon(page) || PageTail(page))
2154                 return false;
2155
2156         rmap_walk(page, &rwc);
2157
2158         return args.valid && !page_mapcount(page);
2159 }
2160
2161 /**
2162  * make_device_exclusive_range() - Mark a range for exclusive use by a device
2163  * @mm: mm_struct of assoicated target process
2164  * @start: start of the region to mark for exclusive device access
2165  * @end: end address of region
2166  * @pages: returns the pages which were successfully marked for exclusive access
2167  * @owner: passed to MMU_NOTIFY_EXCLUSIVE range notifier to allow filtering
2168  *
2169  * Returns: number of pages found in the range by GUP. A page is marked for
2170  * exclusive access only if the page pointer is non-NULL.
2171  *
2172  * This function finds ptes mapping page(s) to the given address range, locks
2173  * them and replaces mappings with special swap entries preventing userspace CPU
2174  * access. On fault these entries are replaced with the original mapping after
2175  * calling MMU notifiers.
2176  *
2177  * A driver using this to program access from a device must use a mmu notifier
2178  * critical section to hold a device specific lock during programming. Once
2179  * programming is complete it should drop the page lock and reference after
2180  * which point CPU access to the page will revoke the exclusive access.
2181  */
2182 int make_device_exclusive_range(struct mm_struct *mm, unsigned long start,
2183                                 unsigned long end, struct page **pages,
2184                                 void *owner)
2185 {
2186         long npages = (end - start) >> PAGE_SHIFT;
2187         long i;
2188
2189         npages = get_user_pages_remote(mm, start, npages,
2190                                        FOLL_GET | FOLL_WRITE | FOLL_SPLIT_PMD,
2191                                        pages, NULL, NULL);
2192         if (npages < 0)
2193                 return npages;
2194
2195         for (i = 0; i < npages; i++, start += PAGE_SIZE) {
2196                 if (!trylock_page(pages[i])) {
2197                         put_page(pages[i]);
2198                         pages[i] = NULL;
2199                         continue;
2200                 }
2201
2202                 if (!page_make_device_exclusive(pages[i], mm, start, owner)) {
2203                         unlock_page(pages[i]);
2204                         put_page(pages[i]);
2205                         pages[i] = NULL;
2206                 }
2207         }
2208
2209         return npages;
2210 }
2211 EXPORT_SYMBOL_GPL(make_device_exclusive_range);
2212 #endif
2213
2214 void __put_anon_vma(struct anon_vma *anon_vma)
2215 {
2216         struct anon_vma *root = anon_vma->root;
2217
2218         anon_vma_free(anon_vma);
2219         if (root != anon_vma && atomic_dec_and_test(&root->refcount))
2220                 anon_vma_free(root);
2221 }
2222
2223 static struct anon_vma *rmap_walk_anon_lock(struct page *page,
2224                                         struct rmap_walk_control *rwc)
2225 {
2226         struct anon_vma *anon_vma;
2227
2228         if (rwc->anon_lock)
2229                 return rwc->anon_lock(page);
2230
2231         /*
2232          * Note: remove_migration_ptes() cannot use page_lock_anon_vma_read()
2233          * because that depends on page_mapped(); but not all its usages
2234          * are holding mmap_lock. Users without mmap_lock are required to
2235          * take a reference count to prevent the anon_vma disappearing
2236          */
2237         anon_vma = page_anon_vma(page);
2238         if (!anon_vma)
2239                 return NULL;
2240
2241         anon_vma_lock_read(anon_vma);
2242         return anon_vma;
2243 }
2244
2245 /*
2246  * rmap_walk_anon - do something to anonymous page using the object-based
2247  * rmap method
2248  * @page: the page to be handled
2249  * @rwc: control variable according to each walk type
2250  *
2251  * Find all the mappings of a page using the mapping pointer and the vma chains
2252  * contained in the anon_vma struct it points to.
2253  *
2254  * When called from page_mlock(), the mmap_lock of the mm containing the vma
2255  * where the page was found will be held for write.  So, we won't recheck
2256  * vm_flags for that VMA.  That should be OK, because that vma shouldn't be
2257  * LOCKED.
2258  */
2259 static void rmap_walk_anon(struct page *page, struct rmap_walk_control *rwc,
2260                 bool locked)
2261 {
2262         struct anon_vma *anon_vma;
2263         pgoff_t pgoff_start, pgoff_end;
2264         struct anon_vma_chain *avc;
2265
2266         if (locked) {
2267                 anon_vma = page_anon_vma(page);
2268                 /* anon_vma disappear under us? */
2269                 VM_BUG_ON_PAGE(!anon_vma, page);
2270         } else {
2271                 anon_vma = rmap_walk_anon_lock(page, rwc);
2272         }
2273         if (!anon_vma)
2274                 return;
2275
2276         pgoff_start = page_to_pgoff(page);
2277         pgoff_end = pgoff_start + thp_nr_pages(page) - 1;
2278         anon_vma_interval_tree_foreach(avc, &anon_vma->rb_root,
2279                         pgoff_start, pgoff_end) {
2280                 struct vm_area_struct *vma = avc->vma;
2281                 unsigned long address = vma_address(page, vma);
2282
2283                 VM_BUG_ON_VMA(address == -EFAULT, vma);
2284                 cond_resched();
2285
2286                 if (rwc->invalid_vma && rwc->invalid_vma(vma, rwc->arg))
2287                         continue;
2288
2289                 if (!rwc->rmap_one(page, vma, address, rwc->arg))
2290                         break;
2291                 if (rwc->done && rwc->done(page))
2292                         break;
2293         }
2294
2295         if (!locked)
2296                 anon_vma_unlock_read(anon_vma);
2297 }
2298
2299 /*
2300  * rmap_walk_file - do something to file page using the object-based rmap method
2301  * @page: the page to be handled
2302  * @rwc: control variable according to each walk type
2303  *
2304  * Find all the mappings of a page using the mapping pointer and the vma chains
2305  * contained in the address_space struct it points to.
2306  *
2307  * When called from page_mlock(), the mmap_lock of the mm containing the vma
2308  * where the page was found will be held for write.  So, we won't recheck
2309  * vm_flags for that VMA.  That should be OK, because that vma shouldn't be
2310  * LOCKED.
2311  */
2312 static void rmap_walk_file(struct page *page, struct rmap_walk_control *rwc,
2313                 bool locked)
2314 {
2315         struct address_space *mapping = page_mapping(page);
2316         pgoff_t pgoff_start, pgoff_end;
2317         struct vm_area_struct *vma;
2318
2319         /*
2320          * The page lock not only makes sure that page->mapping cannot
2321          * suddenly be NULLified by truncation, it makes sure that the
2322          * structure at mapping cannot be freed and reused yet,
2323          * so we can safely take mapping->i_mmap_rwsem.
2324          */
2325         VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(page), page);
2326
2327         if (!mapping)
2328                 return;
2329
2330         pgoff_start = page_to_pgoff(page);
2331         pgoff_end = pgoff_start + thp_nr_pages(page) - 1;
2332         if (!locked)
2333                 i_mmap_lock_read(mapping);
2334         vma_interval_tree_foreach(vma, &mapping->i_mmap,
2335                         pgoff_start, pgoff_end) {
2336                 unsigned long address = vma_address(page, vma);
2337
2338                 VM_BUG_ON_VMA(address == -EFAULT, vma);
2339                 cond_resched();
2340
2341                 if (rwc->invalid_vma && rwc->invalid_vma(vma, rwc->arg))
2342                         continue;
2343
2344                 if (!rwc->rmap_one(page, vma, address, rwc->arg))
2345                         goto done;
2346                 if (rwc->done && rwc->done(page))
2347                         goto done;
2348         }
2349
2350 done:
2351         if (!locked)
2352                 i_mmap_unlock_read(mapping);
2353 }
2354
2355 void rmap_walk(struct page *page, struct rmap_walk_control *rwc)
2356 {
2357         if (unlikely(PageKsm(page)))
2358                 rmap_walk_ksm(page, rwc);
2359         else if (PageAnon(page))
2360                 rmap_walk_anon(page, rwc, false);
2361         else
2362                 rmap_walk_file(page, rwc, false);
2363 }
2364
2365 /* Like rmap_walk, but caller holds relevant rmap lock */
2366 void rmap_walk_locked(struct page *page, struct rmap_walk_control *rwc)
2367 {
2368         /* no ksm support for now */
2369         VM_BUG_ON_PAGE(PageKsm(page), page);
2370         if (PageAnon(page))
2371                 rmap_walk_anon(page, rwc, true);
2372         else
2373                 rmap_walk_file(page, rwc, true);
2374 }
2375
2376 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
2377 /*
2378  * The following two functions are for anonymous (private mapped) hugepages.
2379  * Unlike common anonymous pages, anonymous hugepages have no accounting code
2380  * and no lru code, because we handle hugepages differently from common pages.
2381  */
2382 void hugepage_add_anon_rmap(struct page *page,
2383                             struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
2384 {
2385         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
2386         int first;
2387
2388         BUG_ON(!PageLocked(page));
2389         BUG_ON(!anon_vma);
2390         /* address might be in next vma when migration races vma_adjust */
2391         first = atomic_inc_and_test(compound_mapcount_ptr(page));
2392         if (first)
2393                 __page_set_anon_rmap(page, vma, address, 0);
2394 }
2395
2396 void hugepage_add_new_anon_rmap(struct page *page,
2397                         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
2398 {
2399         BUG_ON(address < vma->vm_start || address >= vma->vm_end);
2400         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), 0);
2401         if (hpage_pincount_available(page))
2402                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
2403
2404         __page_set_anon_rmap(page, vma, address, 1);
2405 }
2406 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE */