mm/userfaultfd.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  *  mm/userfaultfd.c
   4  *
   5  *  Copyright (C) 2015  Red Hat, Inc.
   6  */
   7
   8 #include <linux/mm.h>
   9 #include <linux/sched/signal.h>
  10 #include <linux/pagemap.h>
  11 #include <linux/rmap.h>
  12 #include <linux/swap.h>
  13 #include <linux/swapops.h>
  14 #include <linux/userfaultfd_k.h>
  15 #include <linux/mmu_notifier.h>
  16 #include <linux/hugetlb.h>
  17 #include <linux/shmem_fs.h>
  18 #include <asm/tlbflush.h>
  19 #include <asm/tlb.h>
  20 #include "internal.h"
  21
  22 static __always_inline
  23 bool validate_dst_vma(struct vm_area_struct *dst_vma, unsigned long dst_end)
  24 {
  25         /* Make sure that the dst range is fully within dst_vma. */
  26         if (dst_end > dst_vma->vm_end)
  27                 return false;
  28
  29         /*
  30          * Check the vma is registered in uffd, this is required to
  31          * enforce the VM_MAYWRITE check done at uffd registration
  32          * time.
  33          */
  34         if (!dst_vma->vm_userfaultfd_ctx.ctx)
  35                 return false;
  36
  37         return true;
  38 }
  39
  40 static __always_inline
  41 struct vm_area_struct *find_vma_and_prepare_anon(struct mm_struct *mm,
  42                                                  unsigned long addr)
  43 {
  44         struct vm_area_struct *vma;
  45
  46         mmap_assert_locked(mm);
  47         vma = vma_lookup(mm, addr);
  48         if (!vma)
  49                 vma = ERR_PTR(-ENOENT);
  50         else if (!(vma->vm_flags & VM_SHARED) &&
  51                  unlikely(anon_vma_prepare(vma)))
  52                 vma = ERR_PTR(-ENOMEM);
  53
  54         return vma;
  55 }
  56
  57 #ifdef CONFIG_PER_VMA_LOCK
  58 /*
  59  * lock_vma() - Lookup and lock vma corresponding to @address.
  60  * @mm: mm to search vma in.
  61  * @address: address that the vma should contain.
  62  *
  63  * Should be called without holding mmap_lock. vma should be unlocked after use
  64  * with unlock_vma().
  65  *
  66  * Return: A locked vma containing @address, -ENOENT if no vma is found, or
  67  * -ENOMEM if anon_vma couldn't be allocated.
  68  */
  69 static struct vm_area_struct *lock_vma(struct mm_struct *mm,
  70                                        unsigned long address)
  71 {
  72         struct vm_area_struct *vma;
  73
  74         vma = lock_vma_under_rcu(mm, address);
  75         if (vma) {
  76                 /*
  77                  * lock_vma_under_rcu() only checks anon_vma for private
  78                  * anonymous mappings. But we need to ensure it is assigned in
  79                  * private file-backed vmas as well.
  80                  */
  81                 if (!(vma->vm_flags & VM_SHARED) && unlikely(!vma->anon_vma))
  82                         vma_end_read(vma);
  83                 else
  84                         return vma;
  85         }
  86
  87         mmap_read_lock(mm);
  88         vma = find_vma_and_prepare_anon(mm, address);
  89         if (!IS_ERR(vma)) {
  90                 /*
  91                  * We cannot use vma_start_read() as it may fail due to
  92                  * false locked (see comment in vma_start_read()). We
  93                  * can avoid that by directly locking vm_lock under
  94                  * mmap_lock, which guarantees that nobody can lock the
  95                  * vma for write (vma_start_write()) under us.
  96                  */
  97                 down_read(&vma->vm_lock->lock);
  98         }
  99
 100         mmap_read_unlock(mm);
 101         return vma;
 102 }
 103
 104 static struct vm_area_struct *uffd_mfill_lock(struct mm_struct *dst_mm,
 105                                               unsigned long dst_start,
 106                                               unsigned long len)
 107 {
 108         struct vm_area_struct *dst_vma;
 109
 110         dst_vma = lock_vma(dst_mm, dst_start);
 111         if (IS_ERR(dst_vma) || validate_dst_vma(dst_vma, dst_start + len))
 112                 return dst_vma;
 113
 114         vma_end_read(dst_vma);
 115         return ERR_PTR(-ENOENT);
 116 }
 117
 118 static void uffd_mfill_unlock(struct vm_area_struct *vma)
 119 {
 120         vma_end_read(vma);
 121 }
 122
 123 #else
 124
 125 static struct vm_area_struct *uffd_mfill_lock(struct mm_struct *dst_mm,
 126                                               unsigned long dst_start,
 127                                               unsigned long len)
 128 {
 129         struct vm_area_struct *dst_vma;
 130
 131         mmap_read_lock(dst_mm);
 132         dst_vma = find_vma_and_prepare_anon(dst_mm, dst_start);
 133         if (IS_ERR(dst_vma))
 134                 goto out_unlock;
 135
 136         if (validate_dst_vma(dst_vma, dst_start + len))
 137                 return dst_vma;
 138
 139         dst_vma = ERR_PTR(-ENOENT);
 140 out_unlock:
 141         mmap_read_unlock(dst_mm);
 142         return dst_vma;
 143 }
 144
 145 static void uffd_mfill_unlock(struct vm_area_struct *vma)
 146 {
 147         mmap_read_unlock(vma->vm_mm);
 148 }
 149 #endif
 150
 151 /* Check if dst_addr is outside of file's size. Must be called with ptl held. */
 152 static bool mfill_file_over_size(struct vm_area_struct *dst_vma,
 153                                  unsigned long dst_addr)
 154 {
 155         struct inode *inode;
 156         pgoff_t offset, max_off;
 157
 158         if (!dst_vma->vm_file)
 159                 return false;
 160
 161         inode = dst_vma->vm_file->f_inode;
 162         offset = linear_page_index(dst_vma, dst_addr);
 163         max_off = DIV_ROUND_UP(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
 164         return offset >= max_off;
 165 }
 166
 167 /*
 168  * Install PTEs, to map dst_addr (within dst_vma) to page.
 169  *
 170  * This function handles both MCOPY_ATOMIC_NORMAL and _CONTINUE for both shmem
 171  * and anon, and for both shared and private VMAs.
 172  */
 173 int mfill_atomic_install_pte(pmd_t *dst_pmd,
 174                              struct vm_area_struct *dst_vma,
 175                              unsigned long dst_addr, struct page *page,
 176                              bool newly_allocated, uffd_flags_t flags)
 177 {
 178         int ret;
 179         struct mm_struct *dst_mm = dst_vma->vm_mm;
 180         pte_t _dst_pte, *dst_pte;
 181         bool writable = dst_vma->vm_flags & VM_WRITE;
 182         bool vm_shared = dst_vma->vm_flags & VM_SHARED;
 183         bool page_in_cache = page_mapping(page);
 184         spinlock_t *ptl;
 185         struct folio *folio;
 186
 187         _dst_pte = mk_pte(page, dst_vma->vm_page_prot);
 188         _dst_pte = pte_mkdirty(_dst_pte);
 189         if (page_in_cache && !vm_shared)
 190                 writable = false;
 191         if (writable)
 192                 _dst_pte = pte_mkwrite(_dst_pte, dst_vma);
 193         if (flags & MFILL_ATOMIC_WP)
 194                 _dst_pte = pte_mkuffd_wp(_dst_pte);
 195
 196         ret = -EAGAIN;
 197         dst_pte = pte_offset_map_lock(dst_mm, dst_pmd, dst_addr, &ptl);
 198         if (!dst_pte)
 199                 goto out;
 200
 201         if (mfill_file_over_size(dst_vma, dst_addr)) {
 202                 ret = -EFAULT;
 203                 goto out_unlock;
 204         }
 205
 206         ret = -EEXIST;
 207         /*
 208          * We allow to overwrite a pte marker: consider when both MISSING|WP
 209          * registered, we firstly wr-protect a none pte which has no page cache
 210          * page backing it, then access the page.
 211          */
 212         if (!pte_none_mostly(ptep_get(dst_pte)))
 213                 goto out_unlock;
 214
 215         folio = page_folio(page);
 216         if (page_in_cache) {
 217                 /* Usually, cache pages are already added to LRU */
 218                 if (newly_allocated)
 219                         folio_add_lru(folio);
 220                 folio_add_file_rmap_pte(folio, page, dst_vma);
 221         } else {
 222                 folio_add_new_anon_rmap(folio, dst_vma, dst_addr);
 223                 folio_add_lru_vma(folio, dst_vma);
 224         }
 225
 226         /*
 227          * Must happen after rmap, as mm_counter() checks mapping (via
 228          * PageAnon()), which is set by __page_set_anon_rmap().
 229          */
 230         inc_mm_counter(dst_mm, mm_counter(folio));
 231
 232         set_pte_at(dst_mm, dst_addr, dst_pte, _dst_pte);
 233
 234         /* No need to invalidate - it was non-present before */
 235         update_mmu_cache(dst_vma, dst_addr, dst_pte);
 236         ret = 0;
 237 out_unlock:
 238         pte_unmap_unlock(dst_pte, ptl);
 239 out:
 240         return ret;
 241 }
 242
 243 static int mfill_atomic_pte_copy(pmd_t *dst_pmd,
 244                                  struct vm_area_struct *dst_vma,
 245                                  unsigned long dst_addr,
 246                                  unsigned long src_addr,
 247                                  uffd_flags_t flags,
 248                                  struct folio **foliop)
 249 {
 250         void *kaddr;
 251         int ret;
 252         struct folio *folio;
 253
 254         if (!*foliop) {
 255                 ret = -ENOMEM;
 256                 folio = vma_alloc_folio(GFP_HIGHUSER_MOVABLE, 0, dst_vma,
 257                                         dst_addr, false);
 258                 if (!folio)
 259                         goto out;
 260
 261                 kaddr = kmap_local_folio(folio, 0);
 262                 /*
 263                  * The read mmap_lock is held here.  Despite the
 264                  * mmap_lock being read recursive a deadlock is still
 265                  * possible if a writer has taken a lock.  For example:
 266                  *
 267                  * process A thread 1 takes read lock on own mmap_lock
 268                  * process A thread 2 calls mmap, blocks taking write lock
 269                  * process B thread 1 takes page fault, read lock on own mmap lock
 270                  * process B thread 2 calls mmap, blocks taking write lock
 271                  * process A thread 1 blocks taking read lock on process B
 272                  * process B thread 1 blocks taking read lock on process A
 273                  *
 274                  * Disable page faults to prevent potential deadlock
 275                  * and retry the copy outside the mmap_lock.
 276                  */
 277                 pagefault_disable();
 278                 ret = copy_from_user(kaddr, (const void __user *) src_addr,
 279                                      PAGE_SIZE);
 280                 pagefault_enable();
 281                 kunmap_local(kaddr);
 282
 283                 /* fallback to copy_from_user outside mmap_lock */
 284                 if (unlikely(ret)) {
 285                         ret = -ENOENT;
 286                         *foliop = folio;
 287                         /* don't free the page */
 288                         goto out;
 289                 }
 290
 291                 flush_dcache_folio(folio);
 292         } else {
 293                 folio = *foliop;
 294                 *foliop = NULL;
 295         }
 296
 297         /*
 298          * The memory barrier inside __folio_mark_uptodate makes sure that
 299          * preceding stores to the page contents become visible before
 300          * the set_pte_at() write.
 301          */
 302         __folio_mark_uptodate(folio);
 303
 304         ret = -ENOMEM;
 305         if (mem_cgroup_charge(folio, dst_vma->vm_mm, GFP_KERNEL))
 306                 goto out_release;
 307
 308         ret = mfill_atomic_install_pte(dst_pmd, dst_vma, dst_addr,
 309                                        &folio->page, true, flags);
 310         if (ret)
 311                 goto out_release;
 312 out:
 313         return ret;
 314 out_release:
 315         folio_put(folio);
 316         goto out;
 317 }
 318
 319 static int mfill_atomic_pte_zeropage(pmd_t *dst_pmd,
 320                                      struct vm_area_struct *dst_vma,
 321                                      unsigned long dst_addr)
 322 {
 323         pte_t _dst_pte, *dst_pte;
 324         spinlock_t *ptl;
 325         int ret;
 326
 327         _dst_pte = pte_mkspecial(pfn_pte(my_zero_pfn(dst_addr),
 328                                          dst_vma->vm_page_prot));
 329         ret = -EAGAIN;
 330         dst_pte = pte_offset_map_lock(dst_vma->vm_mm, dst_pmd, dst_addr, &ptl);
 331         if (!dst_pte)
 332                 goto out;
 333         if (mfill_file_over_size(dst_vma, dst_addr)) {
 334                 ret = -EFAULT;
 335                 goto out_unlock;
 336         }
 337         ret = -EEXIST;
 338         if (!pte_none(ptep_get(dst_pte)))
 339                 goto out_unlock;
 340         set_pte_at(dst_vma->vm_mm, dst_addr, dst_pte, _dst_pte);
 341         /* No need to invalidate - it was non-present before */
 342         update_mmu_cache(dst_vma, dst_addr, dst_pte);
 343         ret = 0;
 344 out_unlock:
 345         pte_unmap_unlock(dst_pte, ptl);
 346 out:
 347         return ret;
 348 }
 349
 350 /* Handles UFFDIO_CONTINUE for all shmem VMAs (shared or private). */
 351 static int mfill_atomic_pte_continue(pmd_t *dst_pmd,
 352                                      struct vm_area_struct *dst_vma,
 353                                      unsigned long dst_addr,
 354                                      uffd_flags_t flags)
 355 {
 356         struct inode *inode = file_inode(dst_vma->vm_file);
 357         pgoff_t pgoff = linear_page_index(dst_vma, dst_addr);
 358         struct folio *folio;
 359         struct page *page;
 360         int ret;
 361
 362         ret = shmem_get_folio(inode, pgoff, &folio, SGP_NOALLOC);
 363         /* Our caller expects us to return -EFAULT if we failed to find folio */
 364         if (ret == -ENOENT)
 365                 ret = -EFAULT;
 366         if (ret)
 367                 goto out;
 368         if (!folio) {
 369                 ret = -EFAULT;
 370                 goto out;
 371         }
 372
 373         page = folio_file_page(folio, pgoff);
 374         if (PageHWPoison(page)) {
 375                 ret = -EIO;
 376                 goto out_release;
 377         }
 378
 379         ret = mfill_atomic_install_pte(dst_pmd, dst_vma, dst_addr,
 380                                        page, false, flags);
 381         if (ret)
 382                 goto out_release;
 383
 384         folio_unlock(folio);
 385         ret = 0;
 386 out:
 387         return ret;
 388 out_release:
 389         folio_unlock(folio);
 390         folio_put(folio);
 391         goto out;
 392 }
 393
 394 /* Handles UFFDIO_POISON for all non-hugetlb VMAs. */
 395 static int mfill_atomic_pte_poison(pmd_t *dst_pmd,
 396                                    struct vm_area_struct *dst_vma,
 397                                    unsigned long dst_addr,
 398                                    uffd_flags_t flags)
 399 {
 400         int ret;
 401         struct mm_struct *dst_mm = dst_vma->vm_mm;
 402         pte_t _dst_pte, *dst_pte;
 403         spinlock_t *ptl;
 404
 405         _dst_pte = make_pte_marker(PTE_MARKER_POISONED);
 406         ret = -EAGAIN;
 407         dst_pte = pte_offset_map_lock(dst_mm, dst_pmd, dst_addr, &ptl);
 408         if (!dst_pte)
 409                 goto out;
 410
 411         if (mfill_file_over_size(dst_vma, dst_addr)) {
 412                 ret = -EFAULT;
 413                 goto out_unlock;
 414         }
 415
 416         ret = -EEXIST;
 417         /* Refuse to overwrite any PTE, even a PTE marker (e.g. UFFD WP). */
 418         if (!pte_none(ptep_get(dst_pte)))
 419                 goto out_unlock;
 420
 421         set_pte_at(dst_mm, dst_addr, dst_pte, _dst_pte);
 422
 423         /* No need to invalidate - it was non-present before */
 424         update_mmu_cache(dst_vma, dst_addr, dst_pte);
 425         ret = 0;
 426 out_unlock:
 427         pte_unmap_unlock(dst_pte, ptl);
 428 out:
 429         return ret;
 430 }
 431
 432 static pmd_t *mm_alloc_pmd(struct mm_struct *mm, unsigned long address)
 433 {
 434         pgd_t *pgd;
 435         p4d_t *p4d;
 436         pud_t *pud;
 437
 438         pgd = pgd_offset(mm, address);
 439         p4d = p4d_alloc(mm, pgd, address);
 440         if (!p4d)
 441                 return NULL;
 442         pud = pud_alloc(mm, p4d, address);
 443         if (!pud)
 444                 return NULL;
 445         /*
 446          * Note that we didn't run this because the pmd was
 447          * missing, the *pmd may be already established and in
 448          * turn it may also be a trans_huge_pmd.
 449          */
 450         return pmd_alloc(mm, pud, address);
 451 }
 452
 453 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 454 /*
 455  * mfill_atomic processing for HUGETLB vmas.  Note that this routine is
 456  * called with either vma-lock or mmap_lock held, it will release the lock
 457  * before returning.
 458  */
 459 static __always_inline ssize_t mfill_atomic_hugetlb(
 460                                               struct userfaultfd_ctx *ctx,
 461                                               struct vm_area_struct *dst_vma,
 462                                               unsigned long dst_start,
 463                                               unsigned long src_start,
 464                                               unsigned long len,
 465                                               uffd_flags_t flags)
 466 {
 467         struct mm_struct *dst_mm = dst_vma->vm_mm;
 468         ssize_t err;
 469         pte_t *dst_pte;
 470         unsigned long src_addr, dst_addr;
 471         long copied;
 472         struct folio *folio;
 473         unsigned long vma_hpagesize;
 474         pgoff_t idx;
 475         u32 hash;
 476         struct address_space *mapping;
 477
 478         /*
 479          * There is no default zero huge page for all huge page sizes as
 480          * supported by hugetlb.  A PMD_SIZE huge pages may exist as used
 481          * by THP.  Since we can not reliably insert a zero page, this
 482          * feature is not supported.
 483          */
 484         if (uffd_flags_mode_is(flags, MFILL_ATOMIC_ZEROPAGE)) {
 485                 up_read(&ctx->map_changing_lock);
 486                 uffd_mfill_unlock(dst_vma);
 487                 return -EINVAL;
 488         }
 489
 490         src_addr = src_start;
 491         dst_addr = dst_start;
 492         copied = 0;
 493         folio = NULL;
 494         vma_hpagesize = vma_kernel_pagesize(dst_vma);
 495
 496         /*
 497          * Validate alignment based on huge page size
 498          */
 499         err = -EINVAL;
 500         if (dst_start & (vma_hpagesize - 1) || len & (vma_hpagesize - 1))
 501                 goto out_unlock;
 502
 503 retry:
 504         /*
 505          * On routine entry dst_vma is set.  If we had to drop mmap_lock and
 506          * retry, dst_vma will be set to NULL and we must lookup again.
 507          */
 508         if (!dst_vma) {
 509                 dst_vma = uffd_mfill_lock(dst_mm, dst_start, len);
 510                 if (IS_ERR(dst_vma)) {
 511                         err = PTR_ERR(dst_vma);
 512                         goto out;
 513                 }
 514
 515                 err = -ENOENT;
 516                 if (!is_vm_hugetlb_page(dst_vma))
 517                         goto out_unlock_vma;
 518
 519                 err = -EINVAL;
 520                 if (vma_hpagesize != vma_kernel_pagesize(dst_vma))
 521                         goto out_unlock_vma;
 522
 523                 /*
 524                  * If memory mappings are changing because of non-cooperative
 525                  * operation (e.g. mremap) running in parallel, bail out and
 526                  * request the user to retry later
 527                  */
 528                 down_read(&ctx->map_changing_lock);
 529                 err = -EAGAIN;
 530                 if (atomic_read(&ctx->mmap_changing))
 531                         goto out_unlock;
 532         }
 533
 534         while (src_addr < src_start + len) {
 535                 BUG_ON(dst_addr >= dst_start + len);
 536
 537                 /*
 538                  * Serialize via vma_lock and hugetlb_fault_mutex.
 539                  * vma_lock ensures the dst_pte remains valid even
 540                  * in the case of shared pmds.  fault mutex prevents
 541                  * races with other faulting threads.
 542                  */
 543                 idx = linear_page_index(dst_vma, dst_addr);
 544                 mapping = dst_vma->vm_file->f_mapping;
 545                 hash = hugetlb_fault_mutex_hash(mapping, idx);
 546                 mutex_lock(&hugetlb_fault_mutex_table[hash]);
 547                 hugetlb_vma_lock_read(dst_vma);
 548
 549                 err = -ENOMEM;
 550                 dst_pte = huge_pte_alloc(dst_mm, dst_vma, dst_addr, vma_hpagesize);
 551                 if (!dst_pte) {
 552                         hugetlb_vma_unlock_read(dst_vma);
 553                         mutex_unlock(&hugetlb_fault_mutex_table[hash]);
 554                         goto out_unlock;
 555                 }
 556
 557                 if (!uffd_flags_mode_is(flags, MFILL_ATOMIC_CONTINUE) &&
 558                     !huge_pte_none_mostly(huge_ptep_get(dst_pte))) {
 559                         err = -EEXIST;
 560                         hugetlb_vma_unlock_read(dst_vma);
 561                         mutex_unlock(&hugetlb_fault_mutex_table[hash]);
 562                         goto out_unlock;
 563                 }
 564
 565                 err = hugetlb_mfill_atomic_pte(dst_pte, dst_vma, dst_addr,
 566                                                src_addr, flags, &folio);
 567
 568                 hugetlb_vma_unlock_read(dst_vma);
 569                 mutex_unlock(&hugetlb_fault_mutex_table[hash]);
 570
 571                 cond_resched();
 572
 573                 if (unlikely(err == -ENOENT)) {
 574                         up_read(&ctx->map_changing_lock);
 575                         uffd_mfill_unlock(dst_vma);
 576                         BUG_ON(!folio);
 577
 578                         err = copy_folio_from_user(folio,
 579                                                    (const void __user *)src_addr, true);
 580                         if (unlikely(err)) {
 581                                 err = -EFAULT;
 582                                 goto out;
 583                         }
 584
 585                         dst_vma = NULL;
 586                         goto retry;
 587                 } else
 588                         BUG_ON(folio);
 589
 590                 if (!err) {
 591                         dst_addr += vma_hpagesize;
 592                         src_addr += vma_hpagesize;
 593                         copied += vma_hpagesize;
 594
 595                         if (fatal_signal_pending(current))
 596                                 err = -EINTR;
 597                 }
 598                 if (err)
 599                         break;
 600         }
 601
 602 out_unlock:
 603         up_read(&ctx->map_changing_lock);
 604 out_unlock_vma:
 605         uffd_mfill_unlock(dst_vma);
 606 out:
 607         if (folio)
 608                 folio_put(folio);
 609         BUG_ON(copied < 0);
 610         BUG_ON(err > 0);
 611         BUG_ON(!copied && !err);
 612         return copied ? copied : err;
 613 }
 614 #else /* !CONFIG_HUGETLB_PAGE */
 615 /* fail at build time if gcc attempts to use this */
 616 extern ssize_t mfill_atomic_hugetlb(struct userfaultfd_ctx *ctx,
 617                                     struct vm_area_struct *dst_vma,
 618                                     unsigned long dst_start,
 619                                     unsigned long src_start,
 620                                     unsigned long len,
 621                                     uffd_flags_t flags);
 622 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE */
 623
 624 static __always_inline ssize_t mfill_atomic_pte(pmd_t *dst_pmd,
 625                                                 struct vm_area_struct *dst_vma,
 626                                                 unsigned long dst_addr,
 627                                                 unsigned long src_addr,
 628                                                 uffd_flags_t flags,
 629                                                 struct folio **foliop)
 630 {
 631         ssize_t err;
 632
 633         if (uffd_flags_mode_is(flags, MFILL_ATOMIC_CONTINUE)) {
 634                 return mfill_atomic_pte_continue(dst_pmd, dst_vma,
 635                                                  dst_addr, flags);
 636         } else if (uffd_flags_mode_is(flags, MFILL_ATOMIC_POISON)) {
 637                 return mfill_atomic_pte_poison(dst_pmd, dst_vma,
 638                                                dst_addr, flags);
 639         }
 640
 641         /*
 642          * The normal page fault path for a shmem will invoke the
 643          * fault, fill the hole in the file and COW it right away. The
 644          * result generates plain anonymous memory. So when we are
 645          * asked to fill an hole in a MAP_PRIVATE shmem mapping, we'll
 646          * generate anonymous memory directly without actually filling
 647          * the hole. For the MAP_PRIVATE case the robustness check
 648          * only happens in the pagetable (to verify it's still none)
 649          * and not in the radix tree.
 650          */
 651         if (!(dst_vma->vm_flags & VM_SHARED)) {
 652                 if (uffd_flags_mode_is(flags, MFILL_ATOMIC_COPY))
 653                         err = mfill_atomic_pte_copy(dst_pmd, dst_vma,
 654                                                     dst_addr, src_addr,
 655                                                     flags, foliop);
 656                 else
 657                         err = mfill_atomic_pte_zeropage(dst_pmd,
 658                                                  dst_vma, dst_addr);
 659         } else {
 660                 err = shmem_mfill_atomic_pte(dst_pmd, dst_vma,
 661                                              dst_addr, src_addr,
 662                                              flags, foliop);
 663         }
 664
 665         return err;
 666 }
 667
 668 static __always_inline ssize_t mfill_atomic(struct userfaultfd_ctx *ctx,
 669                                             unsigned long dst_start,
 670                                             unsigned long src_start,
 671                                             unsigned long len,
 672                                             uffd_flags_t flags)
 673 {
 674         struct mm_struct *dst_mm = ctx->mm;
 675         struct vm_area_struct *dst_vma;
 676         ssize_t err;
 677         pmd_t *dst_pmd;
 678         unsigned long src_addr, dst_addr;
 679         long copied;
 680         struct folio *folio;
 681
 682         /*
 683          * Sanitize the command parameters:
 684          */
 685         BUG_ON(dst_start & ~PAGE_MASK);
 686         BUG_ON(len & ~PAGE_MASK);
 687
 688         /* Does the address range wrap, or is the span zero-sized? */
 689         BUG_ON(src_start + len <= src_start);
 690         BUG_ON(dst_start + len <= dst_start);
 691
 692         src_addr = src_start;
 693         dst_addr = dst_start;
 694         copied = 0;
 695         folio = NULL;
 696 retry:
 697         /*
 698          * Make sure the vma is not shared, that the dst range is
 699          * both valid and fully within a single existing vma.
 700          */
 701         dst_vma = uffd_mfill_lock(dst_mm, dst_start, len);
 702         if (IS_ERR(dst_vma)) {
 703                 err = PTR_ERR(dst_vma);
 704                 goto out;
 705         }
 706
 707         /*
 708          * If memory mappings are changing because of non-cooperative
 709          * operation (e.g. mremap) running in parallel, bail out and
 710          * request the user to retry later
 711          */
 712         down_read(&ctx->map_changing_lock);
 713         err = -EAGAIN;
 714         if (atomic_read(&ctx->mmap_changing))
 715                 goto out_unlock;
 716
 717         err = -EINVAL;
 718         /*
 719          * shmem_zero_setup is invoked in mmap for MAP_ANONYMOUS|MAP_SHARED but
 720          * it will overwrite vm_ops, so vma_is_anonymous must return false.
 721          */
 722         if (WARN_ON_ONCE(vma_is_anonymous(dst_vma) &&
 723             dst_vma->vm_flags & VM_SHARED))
 724                 goto out_unlock;
 725
 726         /*
 727          * validate 'mode' now that we know the dst_vma: don't allow
 728          * a wrprotect copy if the userfaultfd didn't register as WP.
 729          */
 730         if ((flags & MFILL_ATOMIC_WP) && !(dst_vma->vm_flags & VM_UFFD_WP))
 731                 goto out_unlock;
 732
 733         /*
 734          * If this is a HUGETLB vma, pass off to appropriate routine
 735          */
 736         if (is_vm_hugetlb_page(dst_vma))
 737                 return  mfill_atomic_hugetlb(ctx, dst_vma, dst_start,
 738                                              src_start, len, flags);
 739
 740         if (!vma_is_anonymous(dst_vma) && !vma_is_shmem(dst_vma))
 741                 goto out_unlock;
 742         if (!vma_is_shmem(dst_vma) &&
 743             uffd_flags_mode_is(flags, MFILL_ATOMIC_CONTINUE))
 744                 goto out_unlock;
 745
 746         while (src_addr < src_start + len) {
 747                 pmd_t dst_pmdval;
 748
 749                 BUG_ON(dst_addr >= dst_start + len);
 750
 751                 dst_pmd = mm_alloc_pmd(dst_mm, dst_addr);
 752                 if (unlikely(!dst_pmd)) {
 753                         err = -ENOMEM;
 754                         break;
 755                 }
 756
 757                 dst_pmdval = pmdp_get_lockless(dst_pmd);
 758                 /*
 759                  * If the dst_pmd is mapped as THP don't
 760                  * override it and just be strict.
 761                  */
 762                 if (unlikely(pmd_trans_huge(dst_pmdval))) {
 763                         err = -EEXIST;
 764                         break;
 765                 }
 766                 if (unlikely(pmd_none(dst_pmdval)) &&
 767                     unlikely(__pte_alloc(dst_mm, dst_pmd))) {
 768                         err = -ENOMEM;
 769                         break;
 770                 }
 771                 /* If an huge pmd materialized from under us fail */
 772                 if (unlikely(pmd_trans_huge(*dst_pmd))) {
 773                         err = -EFAULT;
 774                         break;
 775                 }
 776
 777                 BUG_ON(pmd_none(*dst_pmd));
 778                 BUG_ON(pmd_trans_huge(*dst_pmd));
 779
 780                 err = mfill_atomic_pte(dst_pmd, dst_vma, dst_addr,
 781                                        src_addr, flags, &folio);
 782                 cond_resched();
 783
 784                 if (unlikely(err == -ENOENT)) {
 785                         void *kaddr;
 786
 787                         up_read(&ctx->map_changing_lock);
 788                         uffd_mfill_unlock(dst_vma);
 789                         BUG_ON(!folio);
 790
 791                         kaddr = kmap_local_folio(folio, 0);
 792                         err = copy_from_user(kaddr,
 793                                              (const void __user *) src_addr,
 794                                              PAGE_SIZE);
 795                         kunmap_local(kaddr);
 796                         if (unlikely(err)) {
 797                                 err = -EFAULT;
 798                                 goto out;
 799                         }
 800                         flush_dcache_folio(folio);
 801                         goto retry;
 802                 } else
 803                         BUG_ON(folio);
 804
 805                 if (!err) {
 806                         dst_addr += PAGE_SIZE;
 807                         src_addr += PAGE_SIZE;
 808                         copied += PAGE_SIZE;
 809
 810                         if (fatal_signal_pending(current))
 811                                 err = -EINTR;
 812                 }
 813                 if (err)
 814                         break;
 815         }
 816
 817 out_unlock:
 818         up_read(&ctx->map_changing_lock);
 819         uffd_mfill_unlock(dst_vma);
 820 out:
 821         if (folio)
 822                 folio_put(folio);
 823         BUG_ON(copied < 0);
 824         BUG_ON(err > 0);
 825         BUG_ON(!copied && !err);
 826         return copied ? copied : err;
 827 }
 828
 829 ssize_t mfill_atomic_copy(struct userfaultfd_ctx *ctx, unsigned long dst_start,
 830                           unsigned long src_start, unsigned long len,
 831                           uffd_flags_t flags)
 832 {
 833         return mfill_atomic(ctx, dst_start, src_start, len,
 834                             uffd_flags_set_mode(flags, MFILL_ATOMIC_COPY));
 835 }
 836
 837 ssize_t mfill_atomic_zeropage(struct userfaultfd_ctx *ctx,
 838                               unsigned long start,
 839                               unsigned long len)
 840 {
 841         return mfill_atomic(ctx, start, 0, len,
 842                             uffd_flags_set_mode(0, MFILL_ATOMIC_ZEROPAGE));
 843 }
 844
 845 ssize_t mfill_atomic_continue(struct userfaultfd_ctx *ctx, unsigned long start,
 846                               unsigned long len, uffd_flags_t flags)
 847 {
 848
 849         /*
 850          * A caller might reasonably assume that UFFDIO_CONTINUE contains an
 851          * smp_wmb() to ensure that any writes to the about-to-be-mapped page by
 852          * the thread doing the UFFDIO_CONTINUE are guaranteed to be visible to
 853          * subsequent loads from the page through the newly mapped address range.
 854          */
 855         smp_wmb();
 856
 857         return mfill_atomic(ctx, start, 0, len,
 858                             uffd_flags_set_mode(flags, MFILL_ATOMIC_CONTINUE));
 859 }
 860
 861 ssize_t mfill_atomic_poison(struct userfaultfd_ctx *ctx, unsigned long start,
 862                             unsigned long len, uffd_flags_t flags)
 863 {
 864         return mfill_atomic(ctx, start, 0, len,
 865                             uffd_flags_set_mode(flags, MFILL_ATOMIC_POISON));
 866 }
 867
 868 long uffd_wp_range(struct vm_area_struct *dst_vma,
 869                    unsigned long start, unsigned long len, bool enable_wp)
 870 {
 871         unsigned int mm_cp_flags;
 872         struct mmu_gather tlb;
 873         long ret;
 874
 875         VM_WARN_ONCE(start < dst_vma->vm_start || start + len > dst_vma->vm_end,
 876                         "The address range exceeds VMA boundary.\n");
 877         if (enable_wp)
 878                 mm_cp_flags = MM_CP_UFFD_WP;
 879         else
 880                 mm_cp_flags = MM_CP_UFFD_WP_RESOLVE;
 881
 882         /*
 883          * vma->vm_page_prot already reflects that uffd-wp is enabled for this
 884          * VMA (see userfaultfd_set_vm_flags()) and that all PTEs are supposed
 885          * to be write-protected as default whenever protection changes.
 886          * Try upgrading write permissions manually.
 887          */
 888         if (!enable_wp && vma_wants_manual_pte_write_upgrade(dst_vma))
 889                 mm_cp_flags |= MM_CP_TRY_CHANGE_WRITABLE;
 890         tlb_gather_mmu(&tlb, dst_vma->vm_mm);
 891         ret = change_protection(&tlb, dst_vma, start, start + len, mm_cp_flags);
 892         tlb_finish_mmu(&tlb);
 893
 894         return ret;
 895 }
 896
 897 int mwriteprotect_range(struct userfaultfd_ctx *ctx, unsigned long start,
 898                         unsigned long len, bool enable_wp)
 899 {
 900         struct mm_struct *dst_mm = ctx->mm;
 901         unsigned long end = start + len;
 902         unsigned long _start, _end;
 903         struct vm_area_struct *dst_vma;
 904         unsigned long page_mask;
 905         long err;
 906         VMA_ITERATOR(vmi, dst_mm, start);
 907
 908         /*
 909          * Sanitize the command parameters:
 910          */
 911         BUG_ON(start & ~PAGE_MASK);
 912         BUG_ON(len & ~PAGE_MASK);
 913
 914         /* Does the address range wrap, or is the span zero-sized? */
 915         BUG_ON(start + len <= start);
 916
 917         mmap_read_lock(dst_mm);
 918
 919         /*
 920          * If memory mappings are changing because of non-cooperative
 921          * operation (e.g. mremap) running in parallel, bail out and
 922          * request the user to retry later
 923          */
 924         down_read(&ctx->map_changing_lock);
 925         err = -EAGAIN;
 926         if (atomic_read(&ctx->mmap_changing))
 927                 goto out_unlock;
 928
 929         err = -ENOENT;
 930         for_each_vma_range(vmi, dst_vma, end) {
 931
 932                 if (!userfaultfd_wp(dst_vma)) {
 933                         err = -ENOENT;
 934                         break;
 935                 }
 936
 937                 if (is_vm_hugetlb_page(dst_vma)) {
 938                         err = -EINVAL;
 939                         page_mask = vma_kernel_pagesize(dst_vma) - 1;
 940                         if ((start & page_mask) || (len & page_mask))
 941                                 break;
 942                 }
 943
 944                 _start = max(dst_vma->vm_start, start);
 945                 _end = min(dst_vma->vm_end, end);
 946
 947                 err = uffd_wp_range(dst_vma, _start, _end - _start, enable_wp);
 948
 949                 /* Return 0 on success, <0 on failures */
 950                 if (err < 0)
 951                         break;
 952                 err = 0;
 953         }
 954 out_unlock:
 955         up_read(&ctx->map_changing_lock);
 956         mmap_read_unlock(dst_mm);
 957         return err;
 958 }
 959
 960
 961 void double_pt_lock(spinlock_t *ptl1,
 962                     spinlock_t *ptl2)
 963         __acquires(ptl1)
 964         __acquires(ptl2)
 965 {
 966         spinlock_t *ptl_tmp;
 967
 968         if (ptl1 > ptl2) {
 969                 /* exchange ptl1 and ptl2 */
 970                 ptl_tmp = ptl1;
 971                 ptl1 = ptl2;
 972                 ptl2 = ptl_tmp;
 973         }
 974         /* lock in virtual address order to avoid lock inversion */
 975         spin_lock(ptl1);
 976         if (ptl1 != ptl2)
 977                 spin_lock_nested(ptl2, SINGLE_DEPTH_NESTING);
 978         else
 979                 __acquire(ptl2);
 980 }
 981
 982 void double_pt_unlock(spinlock_t *ptl1,
 983                       spinlock_t *ptl2)
 984         __releases(ptl1)
 985         __releases(ptl2)
 986 {
 987         spin_unlock(ptl1);
 988         if (ptl1 != ptl2)
 989                 spin_unlock(ptl2);
 990         else
 991                 __release(ptl2);
 992 }
 993
 994
 995 static int move_present_pte(struct mm_struct *mm,
 996                             struct vm_area_struct *dst_vma,
 997                             struct vm_area_struct *src_vma,
 998                             unsigned long dst_addr, unsigned long src_addr,
 999                             pte_t *dst_pte, pte_t *src_pte,
1000                             pte_t orig_dst_pte, pte_t orig_src_pte,
1001                             spinlock_t *dst_ptl, spinlock_t *src_ptl,
1002                             struct folio *src_folio)
1003 {
1004         int err = 0;
1005
1006         double_pt_lock(dst_ptl, src_ptl);
1007
1008         if (!pte_same(ptep_get(src_pte), orig_src_pte) ||
1009             !pte_same(ptep_get(dst_pte), orig_dst_pte)) {
1010                 err = -EAGAIN;
1011                 goto out;
1012         }
1013         if (folio_test_large(src_folio) ||
1014             folio_maybe_dma_pinned(src_folio) ||
1015             !PageAnonExclusive(&src_folio->page)) {
1016                 err = -EBUSY;
1017                 goto out;
1018         }
1019
1020         orig_src_pte = ptep_clear_flush(src_vma, src_addr, src_pte);
1021         /* Folio got pinned from under us. Put it back and fail the move. */
1022         if (folio_maybe_dma_pinned(src_folio)) {
1023                 set_pte_at(mm, src_addr, src_pte, orig_src_pte);
1024                 err = -EBUSY;
1025                 goto out;
1026         }
1027
1028         folio_move_anon_rmap(src_folio, dst_vma);
1029         WRITE_ONCE(src_folio->index, linear_page_index(dst_vma, dst_addr));
1030
1031         orig_dst_pte = mk_pte(&src_folio->page, dst_vma->vm_page_prot);
1032         /* Follow mremap() behavior and treat the entry dirty after the move */
1033         orig_dst_pte = pte_mkwrite(pte_mkdirty(orig_dst_pte), dst_vma);
1034
1035         set_pte_at(mm, dst_addr, dst_pte, orig_dst_pte);
1036 out:
1037         double_pt_unlock(dst_ptl, src_ptl);
1038         return err;
1039 }
1040
1041 static int move_swap_pte(struct mm_struct *mm,
1042                          unsigned long dst_addr, unsigned long src_addr,
1043                          pte_t *dst_pte, pte_t *src_pte,
1044                          pte_t orig_dst_pte, pte_t orig_src_pte,
1045                          spinlock_t *dst_ptl, spinlock_t *src_ptl)
1046 {
1047         if (!pte_swp_exclusive(orig_src_pte))
1048                 return -EBUSY;
1049
1050         double_pt_lock(dst_ptl, src_ptl);
1051
1052         if (!pte_same(ptep_get(src_pte), orig_src_pte) ||
1053             !pte_same(ptep_get(dst_pte), orig_dst_pte)) {
1054                 double_pt_unlock(dst_ptl, src_ptl);
1055                 return -EAGAIN;
1056         }
1057
1058         orig_src_pte = ptep_get_and_clear(mm, src_addr, src_pte);
1059         set_pte_at(mm, dst_addr, dst_pte, orig_src_pte);
1060         double_pt_unlock(dst_ptl, src_ptl);
1061
1062         return 0;
1063 }
1064
1065 static int move_zeropage_pte(struct mm_struct *mm,
1066                              struct vm_area_struct *dst_vma,
1067                              struct vm_area_struct *src_vma,
1068                              unsigned long dst_addr, unsigned long src_addr,
1069                              pte_t *dst_pte, pte_t *src_pte,
1070                              pte_t orig_dst_pte, pte_t orig_src_pte,
1071                              spinlock_t *dst_ptl, spinlock_t *src_ptl)
1072 {
1073         pte_t zero_pte;
1074
1075         double_pt_lock(dst_ptl, src_ptl);
1076         if (!pte_same(ptep_get(src_pte), orig_src_pte) ||
1077             !pte_same(ptep_get(dst_pte), orig_dst_pte)) {
1078                 double_pt_unlock(dst_ptl, src_ptl);
1079                 return -EAGAIN;
1080         }
1081
1082         zero_pte = pte_mkspecial(pfn_pte(my_zero_pfn(dst_addr),
1083                                          dst_vma->vm_page_prot));
1084         ptep_clear_flush(src_vma, src_addr, src_pte);
1085         set_pte_at(mm, dst_addr, dst_pte, zero_pte);
1086         double_pt_unlock(dst_ptl, src_ptl);
1087
1088         return 0;
1089 }
1090
1091
1092 /*
1093  * The mmap_lock for reading is held by the caller. Just move the page
1094  * from src_pmd to dst_pmd if possible, and return true if succeeded
1095  * in moving the page.
1096  */
1097 static int move_pages_pte(struct mm_struct *mm, pmd_t *dst_pmd, pmd_t *src_pmd,
1098                           struct vm_area_struct *dst_vma,
1099                           struct vm_area_struct *src_vma,
1100                           unsigned long dst_addr, unsigned long src_addr,
1101                           __u64 mode)
1102 {
1103         swp_entry_t entry;
1104         pte_t orig_src_pte, orig_dst_pte;
1105         pte_t src_folio_pte;
1106         spinlock_t *src_ptl, *dst_ptl;
1107         pte_t *src_pte = NULL;
1108         pte_t *dst_pte = NULL;
1109
1110         struct folio *src_folio = NULL;
1111         struct anon_vma *src_anon_vma = NULL;
1112         struct mmu_notifier_range range;
1113         int err = 0;
1114
1115         flush_cache_range(src_vma, src_addr, src_addr + PAGE_SIZE);
1116         mmu_notifier_range_init(&range, MMU_NOTIFY_CLEAR, 0, mm,
1117                                 src_addr, src_addr + PAGE_SIZE);
1118         mmu_notifier_invalidate_range_start(&range);
1119 retry:
1120         dst_pte = pte_offset_map_nolock(mm, dst_pmd, dst_addr, &dst_ptl);
1121
1122         /* Retry if a huge pmd materialized from under us */
1123         if (unlikely(!dst_pte)) {
1124                 err = -EAGAIN;
1125                 goto out;
1126         }
1127
1128         src_pte = pte_offset_map_nolock(mm, src_pmd, src_addr, &src_ptl);
1129
1130         /*
1131          * We held the mmap_lock for reading so MADV_DONTNEED
1132          * can zap transparent huge pages under us, or the
1133          * transparent huge page fault can establish new
1134          * transparent huge pages under us.
1135          */
1136         if (unlikely(!src_pte)) {
1137                 err = -EAGAIN;
1138                 goto out;
1139         }
1140
1141         /* Sanity checks before the operation */
1142         if (WARN_ON_ONCE(pmd_none(*dst_pmd)) || WARN_ON_ONCE(pmd_none(*src_pmd)) ||
1143             WARN_ON_ONCE(pmd_trans_huge(*dst_pmd)) || WARN_ON_ONCE(pmd_trans_huge(*src_pmd))) {
1144                 err = -EINVAL;
1145                 goto out;
1146         }
1147
1148         spin_lock(dst_ptl);
1149         orig_dst_pte = ptep_get(dst_pte);
1150         spin_unlock(dst_ptl);
1151         if (!pte_none(orig_dst_pte)) {
1152                 err = -EEXIST;
1153                 goto out;
1154         }
1155
1156         spin_lock(src_ptl);
1157         orig_src_pte = ptep_get(src_pte);
1158         spin_unlock(src_ptl);
1159         if (pte_none(orig_src_pte)) {
1160                 if (!(mode & UFFDIO_MOVE_MODE_ALLOW_SRC_HOLES))
1161                         err = -ENOENT;
1162                 else /* nothing to do to move a hole */
1163                         err = 0;
1164                 goto out;
1165         }
1166
1167         /* If PTE changed after we locked the folio them start over */
1168         if (src_folio && unlikely(!pte_same(src_folio_pte, orig_src_pte))) {
1169                 err = -EAGAIN;
1170                 goto out;
1171         }
1172
1173         if (pte_present(orig_src_pte)) {
1174                 if (is_zero_pfn(pte_pfn(orig_src_pte))) {
1175                         err = move_zeropage_pte(mm, dst_vma, src_vma,
1176                                                dst_addr, src_addr, dst_pte, src_pte,
1177                                                orig_dst_pte, orig_src_pte,
1178                                                dst_ptl, src_ptl);
1179                         goto out;
1180                 }
1181
1182                 /*
1183                  * Pin and lock both source folio and anon_vma. Since we are in
1184                  * RCU read section, we can't block, so on contention have to
1185                  * unmap the ptes, obtain the lock and retry.
1186                  */
1187                 if (!src_folio) {
1188                         struct folio *folio;
1189
1190                         /*
1191                          * Pin the page while holding the lock to be sure the
1192                          * page isn't freed under us
1193                          */
1194                         spin_lock(src_ptl);
1195                         if (!pte_same(orig_src_pte, ptep_get(src_pte))) {
1196                                 spin_unlock(src_ptl);
1197                                 err = -EAGAIN;
1198                                 goto out;
1199                         }
1200
1201                         folio = vm_normal_folio(src_vma, src_addr, orig_src_pte);
1202                         if (!folio || !PageAnonExclusive(&folio->page)) {
1203                                 spin_unlock(src_ptl);
1204                                 err = -EBUSY;
1205                                 goto out;
1206                         }
1207
1208                         folio_get(folio);
1209                         src_folio = folio;
1210                         src_folio_pte = orig_src_pte;
1211                         spin_unlock(src_ptl);
1212
1213                         if (!folio_trylock(src_folio)) {
1214                                 pte_unmap(&orig_src_pte);
1215                                 pte_unmap(&orig_dst_pte);
1216                                 src_pte = dst_pte = NULL;
1217                                 /* now we can block and wait */
1218                                 folio_lock(src_folio);
1219                                 goto retry;
1220                         }
1221
1222                         if (WARN_ON_ONCE(!folio_test_anon(src_folio))) {
1223                                 err = -EBUSY;
1224                                 goto out;
1225                         }
1226                 }
1227
1228                 /* at this point we have src_folio locked */
1229                 if (folio_test_large(src_folio)) {
1230                         /* split_folio() can block */
1231                         pte_unmap(&orig_src_pte);
1232                         pte_unmap(&orig_dst_pte);
1233                         src_pte = dst_pte = NULL;
1234                         err = split_folio(src_folio);
1235                         if (err)
1236                                 goto out;
1237                         /* have to reacquire the folio after it got split */
1238                         folio_unlock(src_folio);
1239                         folio_put(src_folio);
1240                         src_folio = NULL;
1241                         goto retry;
1242                 }
1243
1244                 if (!src_anon_vma) {
1245                         /*
1246                          * folio_referenced walks the anon_vma chain
1247                          * without the folio lock. Serialize against it with
1248                          * the anon_vma lock, the folio lock is not enough.
1249                          */
1250                         src_anon_vma = folio_get_anon_vma(src_folio);
1251                         if (!src_anon_vma) {
1252                                 /* page was unmapped from under us */
1253                                 err = -EAGAIN;
1254                                 goto out;
1255                         }
1256                         if (!anon_vma_trylock_write(src_anon_vma)) {
1257                                 pte_unmap(&orig_src_pte);
1258                                 pte_unmap(&orig_dst_pte);
1259                                 src_pte = dst_pte = NULL;
1260                                 /* now we can block and wait */
1261                                 anon_vma_lock_write(src_anon_vma);
1262                                 goto retry;
1263                         }
1264                 }
1265
1266                 err = move_present_pte(mm,  dst_vma, src_vma,
1267                                        dst_addr, src_addr, dst_pte, src_pte,
1268                                        orig_dst_pte, orig_src_pte,
1269                                        dst_ptl, src_ptl, src_folio);
1270         } else {
1271                 entry = pte_to_swp_entry(orig_src_pte);
1272                 if (non_swap_entry(entry)) {
1273                         if (is_migration_entry(entry)) {
1274                                 pte_unmap(&orig_src_pte);
1275                                 pte_unmap(&orig_dst_pte);
1276                                 src_pte = dst_pte = NULL;
1277                                 migration_entry_wait(mm, src_pmd, src_addr);
1278                                 err = -EAGAIN;
1279                         } else
1280                                 err = -EFAULT;
1281                         goto out;
1282                 }
1283
1284                 err = move_swap_pte(mm, dst_addr, src_addr,
1285                                     dst_pte, src_pte,
1286                                     orig_dst_pte, orig_src_pte,
1287                                     dst_ptl, src_ptl);
1288         }
1289
1290 out:
1291         if (src_anon_vma) {
1292                 anon_vma_unlock_write(src_anon_vma);
1293                 put_anon_vma(src_anon_vma);
1294         }
1295         if (src_folio) {
1296                 folio_unlock(src_folio);
1297                 folio_put(src_folio);
1298         }
1299         if (dst_pte)
1300                 pte_unmap(dst_pte);
1301         if (src_pte)
1302                 pte_unmap(src_pte);
1303         mmu_notifier_invalidate_range_end(&range);
1304
1305         return err;
1306 }
1307
1308 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1309 static inline bool move_splits_huge_pmd(unsigned long dst_addr,
1310                                         unsigned long src_addr,
1311                                         unsigned long src_end)
1312 {
1313         return (src_addr & ~HPAGE_PMD_MASK) || (dst_addr & ~HPAGE_PMD_MASK) ||
1314                 src_end - src_addr < HPAGE_PMD_SIZE;
1315 }
1316 #else
1317 static inline bool move_splits_huge_pmd(unsigned long dst_addr,
1318                                         unsigned long src_addr,
1319                                         unsigned long src_end)
1320 {
1321         /* This is unreachable anyway, just to avoid warnings when HPAGE_PMD_SIZE==0 */
1322         return false;
1323 }
1324 #endif
1325
1326 static inline bool vma_move_compatible(struct vm_area_struct *vma)
1327 {
1328         return !(vma->vm_flags & (VM_PFNMAP | VM_IO |  VM_HUGETLB |
1329                                   VM_MIXEDMAP | VM_SHADOW_STACK));
1330 }
1331
1332 static int validate_move_areas(struct userfaultfd_ctx *ctx,
1333                                struct vm_area_struct *src_vma,
1334                                struct vm_area_struct *dst_vma)
1335 {
1336         /* Only allow moving if both have the same access and protection */
1337         if ((src_vma->vm_flags & VM_ACCESS_FLAGS) != (dst_vma->vm_flags & VM_ACCESS_FLAGS) ||
1338             pgprot_val(src_vma->vm_page_prot) != pgprot_val(dst_vma->vm_page_prot))
1339                 return -EINVAL;
1340
1341         /* Only allow moving if both are mlocked or both aren't */
1342         if ((src_vma->vm_flags & VM_LOCKED) != (dst_vma->vm_flags & VM_LOCKED))
1343                 return -EINVAL;
1344
1345         /*
1346          * For now, we keep it simple and only move between writable VMAs.
1347          * Access flags are equal, therefore cheching only the source is enough.
1348          */
1349         if (!(src_vma->vm_flags & VM_WRITE))
1350                 return -EINVAL;
1351
1352         /* Check if vma flags indicate content which can be moved */
1353         if (!vma_move_compatible(src_vma) || !vma_move_compatible(dst_vma))
1354                 return -EINVAL;
1355
1356         /* Ensure dst_vma is registered in uffd we are operating on */
1357         if (!dst_vma->vm_userfaultfd_ctx.ctx ||
1358             dst_vma->vm_userfaultfd_ctx.ctx != ctx)
1359                 return -EINVAL;
1360
1361         /* Only allow moving across anonymous vmas */
1362         if (!vma_is_anonymous(src_vma) || !vma_is_anonymous(dst_vma))
1363                 return -EINVAL;
1364
1365         return 0;
1366 }
1367
1368 static __always_inline
1369 int find_vmas_mm_locked(struct mm_struct *mm,
1370                         unsigned long dst_start,
1371                         unsigned long src_start,
1372                         struct vm_area_struct **dst_vmap,
1373                         struct vm_area_struct **src_vmap)
1374 {
1375         struct vm_area_struct *vma;
1376
1377         mmap_assert_locked(mm);
1378         vma = find_vma_and_prepare_anon(mm, dst_start);
1379         if (IS_ERR(vma))
1380                 return PTR_ERR(vma);
1381
1382         *dst_vmap = vma;
1383         /* Skip finding src_vma if src_start is in dst_vma */
1384         if (src_start >= vma->vm_start && src_start < vma->vm_end)
1385                 goto out_success;
1386
1387         vma = vma_lookup(mm, src_start);
1388         if (!vma)
1389                 return -ENOENT;
1390 out_success:
1391         *src_vmap = vma;
1392         return 0;
1393 }
1394
1395 #ifdef CONFIG_PER_VMA_LOCK
1396 static int uffd_move_lock(struct mm_struct *mm,
1397                           unsigned long dst_start,
1398                           unsigned long src_start,
1399                           struct vm_area_struct **dst_vmap,
1400                           struct vm_area_struct **src_vmap)
1401 {
1402         struct vm_area_struct *vma;
1403         int err;
1404
1405         vma = lock_vma(mm, dst_start);
1406         if (IS_ERR(vma))
1407                 return PTR_ERR(vma);
1408
1409         *dst_vmap = vma;
1410         /*
1411          * Skip finding src_vma if src_start is in dst_vma. This also ensures
1412          * that we don't lock the same vma twice.
1413          */
1414         if (src_start >= vma->vm_start && src_start < vma->vm_end) {
1415                 *src_vmap = vma;
1416                 return 0;
1417         }
1418
1419         /*
1420          * Using lock_vma() to get src_vma can lead to following deadlock:
1421          *
1422          * Thread1                              Thread2
1423          * -------                              -------
1424          * vma_start_read(dst_vma)
1425          *                                      mmap_write_lock(mm)
1426          *                                      vma_start_write(src_vma)
1427          * vma_start_read(src_vma)
1428          * mmap_read_lock(mm)
1429          *                                      vma_start_write(dst_vma)
1430          */
1431         *src_vmap = lock_vma_under_rcu(mm, src_start);
1432         if (likely(*src_vmap))
1433                 return 0;
1434
1435         /* Undo any locking and retry in mmap_lock critical section */
1436         vma_end_read(*dst_vmap);
1437
1438         mmap_read_lock(mm);
1439         err = find_vmas_mm_locked(mm, dst_start, src_start, dst_vmap, src_vmap);
1440         if (!err) {
1441                 /*
1442                  * See comment in lock_vma() as to why not using
1443                  * vma_start_read() here.
1444                  */
1445                 down_read(&(*dst_vmap)->vm_lock->lock);
1446                 if (*dst_vmap != *src_vmap)
1447                         down_read(&(*src_vmap)->vm_lock->lock);
1448         }
1449         mmap_read_unlock(mm);
1450         return err;
1451 }
1452
1453 static void uffd_move_unlock(struct vm_area_struct *dst_vma,
1454                              struct vm_area_struct *src_vma)
1455 {
1456         vma_end_read(src_vma);
1457         if (src_vma != dst_vma)
1458                 vma_end_read(dst_vma);
1459 }
1460
1461 #else
1462
1463 static int uffd_move_lock(struct mm_struct *mm,
1464                           unsigned long dst_start,
1465                           unsigned long src_start,
1466                           struct vm_area_struct **dst_vmap,
1467                           struct vm_area_struct **src_vmap)
1468 {
1469         int err;
1470
1471         mmap_read_lock(mm);
1472         err = find_vmas_mm_locked(mm, dst_start, src_start, dst_vmap, src_vmap);
1473         if (err)
1474                 mmap_read_unlock(mm);
1475         return err;
1476 }
1477
1478 static void uffd_move_unlock(struct vm_area_struct *dst_vma,
1479                              struct vm_area_struct *src_vma)
1480 {
1481         mmap_assert_locked(src_vma->vm_mm);
1482         mmap_read_unlock(dst_vma->vm_mm);
1483 }
1484 #endif
1485
1486 /**
1487  * move_pages - move arbitrary anonymous pages of an existing vma
1488  * @ctx: pointer to the userfaultfd context
1489  * @dst_start: start of the destination virtual memory range
1490  * @src_start: start of the source virtual memory range
1491  * @len: length of the virtual memory range
1492  * @mode: flags from uffdio_move.mode
1493  *
1494  * It will either use the mmap_lock in read mode or per-vma locks
1495  *
1496  * move_pages() remaps arbitrary anonymous pages atomically in zero
1497  * copy. It only works on non shared anonymous pages because those can
1498  * be relocated without generating non linear anon_vmas in the rmap
1499  * code.
1500  *
1501  * It provides a zero copy mechanism to handle userspace page faults.
1502  * The source vma pages should have mapcount == 1, which can be
1503  * enforced by using madvise(MADV_DONTFORK) on src vma.
1504  *
1505  * The thread receiving the page during the userland page fault
1506  * will receive the faulting page in the source vma through the network,
1507  * storage or any other I/O device (MADV_DONTFORK in the source vma
1508  * avoids move_pages() to fail with -EBUSY if the process forks before
1509  * move_pages() is called), then it will call move_pages() to map the
1510  * page in the faulting address in the destination vma.
1511  *
1512  * This userfaultfd command works purely via pagetables, so it's the
1513  * most efficient way to move physical non shared anonymous pages
1514  * across different virtual addresses. Unlike mremap()/mmap()/munmap()
1515  * it does not create any new vmas. The mapping in the destination
1516  * address is atomic.
1517  *
1518  * It only works if the vma protection bits are identical from the
1519  * source and destination vma.
1520  *
1521  * It can remap non shared anonymous pages within the same vma too.
1522  *
1523  * If the source virtual memory range has any unmapped holes, or if
1524  * the destination virtual memory range is not a whole unmapped hole,
1525  * move_pages() will fail respectively with -ENOENT or -EEXIST. This
1526  * provides a very strict behavior to avoid any chance of memory
1527  * corruption going unnoticed if there are userland race conditions.
1528  * Only one thread should resolve the userland page fault at any given
1529  * time for any given faulting address. This means that if two threads
1530  * try to both call move_pages() on the same destination address at the
1531  * same time, the second thread will get an explicit error from this
1532  * command.
1533  *
1534  * The command retval will return "len" is successful. The command
1535  * however can be interrupted by fatal signals or errors. If
1536  * interrupted it will return the number of bytes successfully
1537  * remapped before the interruption if any, or the negative error if
1538  * none. It will never return zero. Either it will return an error or
1539  * an amount of bytes successfully moved. If the retval reports a
1540  * "short" remap, the move_pages() command should be repeated by
1541  * userland with src+retval, dst+reval, len-retval if it wants to know
1542  * about the error that interrupted it.
1543  *
1544  * The UFFDIO_MOVE_MODE_ALLOW_SRC_HOLES flag can be specified to
1545  * prevent -ENOENT errors to materialize if there are holes in the
1546  * source virtual range that is being remapped. The holes will be
1547  * accounted as successfully remapped in the retval of the
1548  * command. This is mostly useful to remap hugepage naturally aligned
1549  * virtual regions without knowing if there are transparent hugepage
1550  * in the regions or not, but preventing the risk of having to split
1551  * the hugepmd during the remap.
1552  *
1553  * If there's any rmap walk that is taking the anon_vma locks without
1554  * first obtaining the folio lock (the only current instance is
1555  * folio_referenced), they will have to verify if the folio->mapping
1556  * has changed after taking the anon_vma lock. If it changed they
1557  * should release the lock and retry obtaining a new anon_vma, because
1558  * it means the anon_vma was changed by move_pages() before the lock
1559  * could be obtained. This is the only additional complexity added to
1560  * the rmap code to provide this anonymous page remapping functionality.
1561  */
1562 ssize_t move_pages(struct userfaultfd_ctx *ctx, unsigned long dst_start,
1563                    unsigned long src_start, unsigned long len, __u64 mode)
1564 {
1565         struct mm_struct *mm = ctx->mm;
1566         struct vm_area_struct *src_vma, *dst_vma;
1567         unsigned long src_addr, dst_addr;
1568         pmd_t *src_pmd, *dst_pmd;
1569         long err = -EINVAL;
1570         ssize_t moved = 0;
1571
1572         /* Sanitize the command parameters. */
1573         if (WARN_ON_ONCE(src_start & ~PAGE_MASK) ||
1574             WARN_ON_ONCE(dst_start & ~PAGE_MASK) ||
1575             WARN_ON_ONCE(len & ~PAGE_MASK))
1576                 goto out;
1577
1578         /* Does the address range wrap, or is the span zero-sized? */
1579         if (WARN_ON_ONCE(src_start + len <= src_start) ||
1580             WARN_ON_ONCE(dst_start + len <= dst_start))
1581                 goto out;
1582
1583         err = uffd_move_lock(mm, dst_start, src_start, &dst_vma, &src_vma);
1584         if (err)
1585                 goto out;
1586
1587         /* Re-check after taking map_changing_lock */
1588         err = -EAGAIN;
1589         down_read(&ctx->map_changing_lock);
1590         if (likely(atomic_read(&ctx->mmap_changing)))
1591                 goto out_unlock;
1592         /*
1593          * Make sure the vma is not shared, that the src and dst remap
1594          * ranges are both valid and fully within a single existing
1595          * vma.
1596          */
1597         err = -EINVAL;
1598         if (src_vma->vm_flags & VM_SHARED)
1599                 goto out_unlock;
1600         if (src_start + len > src_vma->vm_end)
1601                 goto out_unlock;
1602
1603         if (dst_vma->vm_flags & VM_SHARED)
1604                 goto out_unlock;
1605         if (dst_start + len > dst_vma->vm_end)
1606                 goto out_unlock;
1607
1608         err = validate_move_areas(ctx, src_vma, dst_vma);
1609         if (err)
1610                 goto out_unlock;
1611
1612         for (src_addr = src_start, dst_addr = dst_start;
1613              src_addr < src_start + len;) {
1614                 spinlock_t *ptl;
1615                 pmd_t dst_pmdval;
1616                 unsigned long step_size;
1617
1618                 /*
1619                  * Below works because anonymous area would not have a
1620                  * transparent huge PUD. If file-backed support is added,
1621                  * that case would need to be handled here.
1622                  */
1623                 src_pmd = mm_find_pmd(mm, src_addr);
1624                 if (unlikely(!src_pmd)) {
1625                         if (!(mode & UFFDIO_MOVE_MODE_ALLOW_SRC_HOLES)) {
1626                                 err = -ENOENT;
1627                                 break;
1628                         }
1629                         src_pmd = mm_alloc_pmd(mm, src_addr);
1630                         if (unlikely(!src_pmd)) {
1631                                 err = -ENOMEM;
1632                                 break;
1633                         }
1634                 }
1635                 dst_pmd = mm_alloc_pmd(mm, dst_addr);
1636                 if (unlikely(!dst_pmd)) {
1637                         err = -ENOMEM;
1638                         break;
1639                 }
1640
1641                 dst_pmdval = pmdp_get_lockless(dst_pmd);
1642                 /*
1643                  * If the dst_pmd is mapped as THP don't override it and just
1644                  * be strict. If dst_pmd changes into TPH after this check, the
1645                  * move_pages_huge_pmd() will detect the change and retry
1646                  * while move_pages_pte() will detect the change and fail.
1647                  */
1648                 if (unlikely(pmd_trans_huge(dst_pmdval))) {
1649                         err = -EEXIST;
1650                         break;
1651                 }
1652
1653                 ptl = pmd_trans_huge_lock(src_pmd, src_vma);
1654                 if (ptl) {
1655                         if (pmd_devmap(*src_pmd)) {
1656                                 spin_unlock(ptl);
1657                                 err = -ENOENT;
1658                                 break;
1659                         }
1660
1661                         /* Check if we can move the pmd without splitting it. */
1662                         if (move_splits_huge_pmd(dst_addr, src_addr, src_start + len) ||
1663                             !pmd_none(dst_pmdval)) {
1664                                 struct folio *folio = pfn_folio(pmd_pfn(*src_pmd));
1665
1666                                 if (!folio || (!is_huge_zero_page(&folio->page) &&
1667                                                !PageAnonExclusive(&folio->page))) {
1668                                         spin_unlock(ptl);
1669                                         err = -EBUSY;
1670                                         break;
1671                                 }
1672
1673                                 spin_unlock(ptl);
1674                                 split_huge_pmd(src_vma, src_pmd, src_addr);
1675                                 /* The folio will be split by move_pages_pte() */
1676                                 continue;
1677                         }
1678
1679                         err = move_pages_huge_pmd(mm, dst_pmd, src_pmd,
1680                                                   dst_pmdval, dst_vma, src_vma,
1681                                                   dst_addr, src_addr);
1682                         step_size = HPAGE_PMD_SIZE;
1683                 } else {
1684                         if (pmd_none(*src_pmd)) {
1685                                 if (!(mode & UFFDIO_MOVE_MODE_ALLOW_SRC_HOLES)) {
1686                                         err = -ENOENT;
1687                                         break;
1688                                 }
1689                                 if (unlikely(__pte_alloc(mm, src_pmd))) {
1690                                         err = -ENOMEM;
1691                                         break;
1692                                 }
1693                         }
1694
1695                         if (unlikely(pte_alloc(mm, dst_pmd))) {
1696                                 err = -ENOMEM;
1697                                 break;
1698                         }
1699
1700                         err = move_pages_pte(mm, dst_pmd, src_pmd,
1701                                              dst_vma, src_vma,
1702                                              dst_addr, src_addr, mode);
1703                         step_size = PAGE_SIZE;
1704                 }
1705
1706                 cond_resched();
1707
1708                 if (fatal_signal_pending(current)) {
1709                         /* Do not override an error */
1710                         if (!err || err == -EAGAIN)
1711                                 err = -EINTR;
1712                         break;
1713                 }
1714
1715                 if (err) {
1716                         if (err == -EAGAIN)
1717                                 continue;
1718                         break;
1719                 }
1720
1721                 /* Proceed to the next page */
1722                 dst_addr += step_size;
1723                 src_addr += step_size;
1724                 moved += step_size;
1725         }
1726
1727 out_unlock:
1728         up_read(&ctx->map_changing_lock);
1729         uffd_move_unlock(dst_vma, src_vma);
1730 out:
1731         VM_WARN_ON(moved < 0);
1732         VM_WARN_ON(err > 0);
1733         VM_WARN_ON(!moved && !err);
1734         return moved ? moved : err;
1735 }