Merge tag 'block-5.17-2022-03-10' of git://git.kernel.dk/linux-block
[linux.git] / fs / dax.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * fs/dax.c - Direct Access filesystem code
4  * Copyright (c) 2013-2014 Intel Corporation
5  * Author: Matthew Wilcox <matthew.r.wilcox@intel.com>
6  * Author: Ross Zwisler <ross.zwisler@linux.intel.com>
7  */
8
9 #include <linux/atomic.h>
10 #include <linux/blkdev.h>
11 #include <linux/buffer_head.h>
12 #include <linux/dax.h>
13 #include <linux/fs.h>
14 #include <linux/genhd.h>
15 #include <linux/highmem.h>
16 #include <linux/memcontrol.h>
17 #include <linux/mm.h>
18 #include <linux/mutex.h>
19 #include <linux/pagevec.h>
20 #include <linux/sched.h>
21 #include <linux/sched/signal.h>
22 #include <linux/uio.h>
23 #include <linux/vmstat.h>
24 #include <linux/pfn_t.h>
25 #include <linux/sizes.h>
26 #include <linux/mmu_notifier.h>
27 #include <linux/iomap.h>
28 #include <asm/pgalloc.h>
29
30 #define CREATE_TRACE_POINTS
31 #include <trace/events/fs_dax.h>
32
33 static inline unsigned int pe_order(enum page_entry_size pe_size)
34 {
35         if (pe_size == PE_SIZE_PTE)
36                 return PAGE_SHIFT - PAGE_SHIFT;
37         if (pe_size == PE_SIZE_PMD)
38                 return PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT;
39         if (pe_size == PE_SIZE_PUD)
40                 return PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT;
41         return ~0;
42 }
43
44 /* We choose 4096 entries - same as per-zone page wait tables */
45 #define DAX_WAIT_TABLE_BITS 12
46 #define DAX_WAIT_TABLE_ENTRIES (1 << DAX_WAIT_TABLE_BITS)
47
48 /* The 'colour' (ie low bits) within a PMD of a page offset.  */
49 #define PG_PMD_COLOUR   ((PMD_SIZE >> PAGE_SHIFT) - 1)
50 #define PG_PMD_NR       (PMD_SIZE >> PAGE_SHIFT)
51
52 /* The order of a PMD entry */
53 #define PMD_ORDER       (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT)
54
55 static wait_queue_head_t wait_table[DAX_WAIT_TABLE_ENTRIES];
56
57 static int __init init_dax_wait_table(void)
58 {
59         int i;
60
61         for (i = 0; i < DAX_WAIT_TABLE_ENTRIES; i++)
62                 init_waitqueue_head(wait_table + i);
63         return 0;
64 }
65 fs_initcall(init_dax_wait_table);
66
67 /*
68  * DAX pagecache entries use XArray value entries so they can't be mistaken
69  * for pages.  We use one bit for locking, one bit for the entry size (PMD)
70  * and two more to tell us if the entry is a zero page or an empty entry that
71  * is just used for locking.  In total four special bits.
72  *
73  * If the PMD bit isn't set the entry has size PAGE_SIZE, and if the ZERO_PAGE
74  * and EMPTY bits aren't set the entry is a normal DAX entry with a filesystem
75  * block allocation.
76  */
77 #define DAX_SHIFT       (4)
78 #define DAX_LOCKED      (1UL << 0)
79 #define DAX_PMD         (1UL << 1)
80 #define DAX_ZERO_PAGE   (1UL << 2)
81 #define DAX_EMPTY       (1UL << 3)
82
83 static unsigned long dax_to_pfn(void *entry)
84 {
85         return xa_to_value(entry) >> DAX_SHIFT;
86 }
87
88 static void *dax_make_entry(pfn_t pfn, unsigned long flags)
89 {
90         return xa_mk_value(flags | (pfn_t_to_pfn(pfn) << DAX_SHIFT));
91 }
92
93 static bool dax_is_locked(void *entry)
94 {
95         return xa_to_value(entry) & DAX_LOCKED;
96 }
97
98 static unsigned int dax_entry_order(void *entry)
99 {
100         if (xa_to_value(entry) & DAX_PMD)
101                 return PMD_ORDER;
102         return 0;
103 }
104
105 static unsigned long dax_is_pmd_entry(void *entry)
106 {
107         return xa_to_value(entry) & DAX_PMD;
108 }
109
110 static bool dax_is_pte_entry(void *entry)
111 {
112         return !(xa_to_value(entry) & DAX_PMD);
113 }
114
115 static int dax_is_zero_entry(void *entry)
116 {
117         return xa_to_value(entry) & DAX_ZERO_PAGE;
118 }
119
120 static int dax_is_empty_entry(void *entry)
121 {
122         return xa_to_value(entry) & DAX_EMPTY;
123 }
124
125 /*
126  * true if the entry that was found is of a smaller order than the entry
127  * we were looking for
128  */
129 static bool dax_is_conflict(void *entry)
130 {
131         return entry == XA_RETRY_ENTRY;
132 }
133
134 /*
135  * DAX page cache entry locking
136  */
137 struct exceptional_entry_key {
138         struct xarray *xa;
139         pgoff_t entry_start;
140 };
141
142 struct wait_exceptional_entry_queue {
143         wait_queue_entry_t wait;
144         struct exceptional_entry_key key;
145 };
146
147 /**
148  * enum dax_wake_mode: waitqueue wakeup behaviour
149  * @WAKE_ALL: wake all waiters in the waitqueue
150  * @WAKE_NEXT: wake only the first waiter in the waitqueue
151  */
152 enum dax_wake_mode {
153         WAKE_ALL,
154         WAKE_NEXT,
155 };
156
157 static wait_queue_head_t *dax_entry_waitqueue(struct xa_state *xas,
158                 void *entry, struct exceptional_entry_key *key)
159 {
160         unsigned long hash;
161         unsigned long index = xas->xa_index;
162
163         /*
164          * If 'entry' is a PMD, align the 'index' that we use for the wait
165          * queue to the start of that PMD.  This ensures that all offsets in
166          * the range covered by the PMD map to the same bit lock.
167          */
168         if (dax_is_pmd_entry(entry))
169                 index &= ~PG_PMD_COLOUR;
170         key->xa = xas->xa;
171         key->entry_start = index;
172
173         hash = hash_long((unsigned long)xas->xa ^ index, DAX_WAIT_TABLE_BITS);
174         return wait_table + hash;
175 }
176
177 static int wake_exceptional_entry_func(wait_queue_entry_t *wait,
178                 unsigned int mode, int sync, void *keyp)
179 {
180         struct exceptional_entry_key *key = keyp;
181         struct wait_exceptional_entry_queue *ewait =
182                 container_of(wait, struct wait_exceptional_entry_queue, wait);
183
184         if (key->xa != ewait->key.xa ||
185             key->entry_start != ewait->key.entry_start)
186                 return 0;
187         return autoremove_wake_function(wait, mode, sync, NULL);
188 }
189
190 /*
191  * @entry may no longer be the entry at the index in the mapping.
192  * The important information it's conveying is whether the entry at
193  * this index used to be a PMD entry.
194  */
195 static void dax_wake_entry(struct xa_state *xas, void *entry,
196                            enum dax_wake_mode mode)
197 {
198         struct exceptional_entry_key key;
199         wait_queue_head_t *wq;
200
201         wq = dax_entry_waitqueue(xas, entry, &key);
202
203         /*
204          * Checking for locked entry and prepare_to_wait_exclusive() happens
205          * under the i_pages lock, ditto for entry handling in our callers.
206          * So at this point all tasks that could have seen our entry locked
207          * must be in the waitqueue and the following check will see them.
208          */
209         if (waitqueue_active(wq))
210                 __wake_up(wq, TASK_NORMAL, mode == WAKE_ALL ? 0 : 1, &key);
211 }
212
213 /*
214  * Look up entry in page cache, wait for it to become unlocked if it
215  * is a DAX entry and return it.  The caller must subsequently call
216  * put_unlocked_entry() if it did not lock the entry or dax_unlock_entry()
217  * if it did.  The entry returned may have a larger order than @order.
218  * If @order is larger than the order of the entry found in i_pages, this
219  * function returns a dax_is_conflict entry.
220  *
221  * Must be called with the i_pages lock held.
222  */
223 static void *get_unlocked_entry(struct xa_state *xas, unsigned int order)
224 {
225         void *entry;
226         struct wait_exceptional_entry_queue ewait;
227         wait_queue_head_t *wq;
228
229         init_wait(&ewait.wait);
230         ewait.wait.func = wake_exceptional_entry_func;
231
232         for (;;) {
233                 entry = xas_find_conflict(xas);
234                 if (!entry || WARN_ON_ONCE(!xa_is_value(entry)))
235                         return entry;
236                 if (dax_entry_order(entry) < order)
237                         return XA_RETRY_ENTRY;
238                 if (!dax_is_locked(entry))
239                         return entry;
240
241                 wq = dax_entry_waitqueue(xas, entry, &ewait.key);
242                 prepare_to_wait_exclusive(wq, &ewait.wait,
243                                           TASK_UNINTERRUPTIBLE);
244                 xas_unlock_irq(xas);
245                 xas_reset(xas);
246                 schedule();
247                 finish_wait(wq, &ewait.wait);
248                 xas_lock_irq(xas);
249         }
250 }
251
252 /*
253  * The only thing keeping the address space around is the i_pages lock
254  * (it's cycled in clear_inode() after removing the entries from i_pages)
255  * After we call xas_unlock_irq(), we cannot touch xas->xa.
256  */
257 static void wait_entry_unlocked(struct xa_state *xas, void *entry)
258 {
259         struct wait_exceptional_entry_queue ewait;
260         wait_queue_head_t *wq;
261
262         init_wait(&ewait.wait);
263         ewait.wait.func = wake_exceptional_entry_func;
264
265         wq = dax_entry_waitqueue(xas, entry, &ewait.key);
266         /*
267          * Unlike get_unlocked_entry() there is no guarantee that this
268          * path ever successfully retrieves an unlocked entry before an
269          * inode dies. Perform a non-exclusive wait in case this path
270          * never successfully performs its own wake up.
271          */
272         prepare_to_wait(wq, &ewait.wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
273         xas_unlock_irq(xas);
274         schedule();
275         finish_wait(wq, &ewait.wait);
276 }
277
278 static void put_unlocked_entry(struct xa_state *xas, void *entry,
279                                enum dax_wake_mode mode)
280 {
281         if (entry && !dax_is_conflict(entry))
282                 dax_wake_entry(xas, entry, mode);
283 }
284
285 /*
286  * We used the xa_state to get the entry, but then we locked the entry and
287  * dropped the xa_lock, so we know the xa_state is stale and must be reset
288  * before use.
289  */
290 static void dax_unlock_entry(struct xa_state *xas, void *entry)
291 {
292         void *old;
293
294         BUG_ON(dax_is_locked(entry));
295         xas_reset(xas);
296         xas_lock_irq(xas);
297         old = xas_store(xas, entry);
298         xas_unlock_irq(xas);
299         BUG_ON(!dax_is_locked(old));
300         dax_wake_entry(xas, entry, WAKE_NEXT);
301 }
302
303 /*
304  * Return: The entry stored at this location before it was locked.
305  */
306 static void *dax_lock_entry(struct xa_state *xas, void *entry)
307 {
308         unsigned long v = xa_to_value(entry);
309         return xas_store(xas, xa_mk_value(v | DAX_LOCKED));
310 }
311
312 static unsigned long dax_entry_size(void *entry)
313 {
314         if (dax_is_zero_entry(entry))
315                 return 0;
316         else if (dax_is_empty_entry(entry))
317                 return 0;
318         else if (dax_is_pmd_entry(entry))
319                 return PMD_SIZE;
320         else
321                 return PAGE_SIZE;
322 }
323
324 static unsigned long dax_end_pfn(void *entry)
325 {
326         return dax_to_pfn(entry) + dax_entry_size(entry) / PAGE_SIZE;
327 }
328
329 /*
330  * Iterate through all mapped pfns represented by an entry, i.e. skip
331  * 'empty' and 'zero' entries.
332  */
333 #define for_each_mapped_pfn(entry, pfn) \
334         for (pfn = dax_to_pfn(entry); \
335                         pfn < dax_end_pfn(entry); pfn++)
336
337 /*
338  * TODO: for reflink+dax we need a way to associate a single page with
339  * multiple address_space instances at different linear_page_index()
340  * offsets.
341  */
342 static void dax_associate_entry(void *entry, struct address_space *mapping,
343                 struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
344 {
345         unsigned long size = dax_entry_size(entry), pfn, index;
346         int i = 0;
347
348         if (IS_ENABLED(CONFIG_FS_DAX_LIMITED))
349                 return;
350
351         index = linear_page_index(vma, address & ~(size - 1));
352         for_each_mapped_pfn(entry, pfn) {
353                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
354
355                 WARN_ON_ONCE(page->mapping);
356                 page->mapping = mapping;
357                 page->index = index + i++;
358         }
359 }
360
361 static void dax_disassociate_entry(void *entry, struct address_space *mapping,
362                 bool trunc)
363 {
364         unsigned long pfn;
365
366         if (IS_ENABLED(CONFIG_FS_DAX_LIMITED))
367                 return;
368
369         for_each_mapped_pfn(entry, pfn) {
370                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
371
372                 WARN_ON_ONCE(trunc && page_ref_count(page) > 1);
373                 WARN_ON_ONCE(page->mapping && page->mapping != mapping);
374                 page->mapping = NULL;
375                 page->index = 0;
376         }
377 }
378
379 static struct page *dax_busy_page(void *entry)
380 {
381         unsigned long pfn;
382
383         for_each_mapped_pfn(entry, pfn) {
384                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
385
386                 if (page_ref_count(page) > 1)
387                         return page;
388         }
389         return NULL;
390 }
391
392 /*
393  * dax_lock_mapping_entry - Lock the DAX entry corresponding to a page
394  * @page: The page whose entry we want to lock
395  *
396  * Context: Process context.
397  * Return: A cookie to pass to dax_unlock_page() or 0 if the entry could
398  * not be locked.
399  */
400 dax_entry_t dax_lock_page(struct page *page)
401 {
402         XA_STATE(xas, NULL, 0);
403         void *entry;
404
405         /* Ensure page->mapping isn't freed while we look at it */
406         rcu_read_lock();
407         for (;;) {
408                 struct address_space *mapping = READ_ONCE(page->mapping);
409
410                 entry = NULL;
411                 if (!mapping || !dax_mapping(mapping))
412                         break;
413
414                 /*
415                  * In the device-dax case there's no need to lock, a
416                  * struct dev_pagemap pin is sufficient to keep the
417                  * inode alive, and we assume we have dev_pagemap pin
418                  * otherwise we would not have a valid pfn_to_page()
419                  * translation.
420                  */
421                 entry = (void *)~0UL;
422                 if (S_ISCHR(mapping->host->i_mode))
423                         break;
424
425                 xas.xa = &mapping->i_pages;
426                 xas_lock_irq(&xas);
427                 if (mapping != page->mapping) {
428                         xas_unlock_irq(&xas);
429                         continue;
430                 }
431                 xas_set(&xas, page->index);
432                 entry = xas_load(&xas);
433                 if (dax_is_locked(entry)) {
434                         rcu_read_unlock();
435                         wait_entry_unlocked(&xas, entry);
436                         rcu_read_lock();
437                         continue;
438                 }
439                 dax_lock_entry(&xas, entry);
440                 xas_unlock_irq(&xas);
441                 break;
442         }
443         rcu_read_unlock();
444         return (dax_entry_t)entry;
445 }
446
447 void dax_unlock_page(struct page *page, dax_entry_t cookie)
448 {
449         struct address_space *mapping = page->mapping;
450         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, page->index);
451
452         if (S_ISCHR(mapping->host->i_mode))
453                 return;
454
455         dax_unlock_entry(&xas, (void *)cookie);
456 }
457
458 /*
459  * Find page cache entry at given index. If it is a DAX entry, return it
460  * with the entry locked. If the page cache doesn't contain an entry at
461  * that index, add a locked empty entry.
462  *
463  * When requesting an entry with size DAX_PMD, grab_mapping_entry() will
464  * either return that locked entry or will return VM_FAULT_FALLBACK.
465  * This will happen if there are any PTE entries within the PMD range
466  * that we are requesting.
467  *
468  * We always favor PTE entries over PMD entries. There isn't a flow where we
469  * evict PTE entries in order to 'upgrade' them to a PMD entry.  A PMD
470  * insertion will fail if it finds any PTE entries already in the tree, and a
471  * PTE insertion will cause an existing PMD entry to be unmapped and
472  * downgraded to PTE entries.  This happens for both PMD zero pages as
473  * well as PMD empty entries.
474  *
475  * The exception to this downgrade path is for PMD entries that have
476  * real storage backing them.  We will leave these real PMD entries in
477  * the tree, and PTE writes will simply dirty the entire PMD entry.
478  *
479  * Note: Unlike filemap_fault() we don't honor FAULT_FLAG_RETRY flags. For
480  * persistent memory the benefit is doubtful. We can add that later if we can
481  * show it helps.
482  *
483  * On error, this function does not return an ERR_PTR.  Instead it returns
484  * a VM_FAULT code, encoded as an xarray internal entry.  The ERR_PTR values
485  * overlap with xarray value entries.
486  */
487 static void *grab_mapping_entry(struct xa_state *xas,
488                 struct address_space *mapping, unsigned int order)
489 {
490         unsigned long index = xas->xa_index;
491         bool pmd_downgrade;     /* splitting PMD entry into PTE entries? */
492         void *entry;
493
494 retry:
495         pmd_downgrade = false;
496         xas_lock_irq(xas);
497         entry = get_unlocked_entry(xas, order);
498
499         if (entry) {
500                 if (dax_is_conflict(entry))
501                         goto fallback;
502                 if (!xa_is_value(entry)) {
503                         xas_set_err(xas, -EIO);
504                         goto out_unlock;
505                 }
506
507                 if (order == 0) {
508                         if (dax_is_pmd_entry(entry) &&
509                             (dax_is_zero_entry(entry) ||
510                              dax_is_empty_entry(entry))) {
511                                 pmd_downgrade = true;
512                         }
513                 }
514         }
515
516         if (pmd_downgrade) {
517                 /*
518                  * Make sure 'entry' remains valid while we drop
519                  * the i_pages lock.
520                  */
521                 dax_lock_entry(xas, entry);
522
523                 /*
524                  * Besides huge zero pages the only other thing that gets
525                  * downgraded are empty entries which don't need to be
526                  * unmapped.
527                  */
528                 if (dax_is_zero_entry(entry)) {
529                         xas_unlock_irq(xas);
530                         unmap_mapping_pages(mapping,
531                                         xas->xa_index & ~PG_PMD_COLOUR,
532                                         PG_PMD_NR, false);
533                         xas_reset(xas);
534                         xas_lock_irq(xas);
535                 }
536
537                 dax_disassociate_entry(entry, mapping, false);
538                 xas_store(xas, NULL);   /* undo the PMD join */
539                 dax_wake_entry(xas, entry, WAKE_ALL);
540                 mapping->nrpages -= PG_PMD_NR;
541                 entry = NULL;
542                 xas_set(xas, index);
543         }
544
545         if (entry) {
546                 dax_lock_entry(xas, entry);
547         } else {
548                 unsigned long flags = DAX_EMPTY;
549
550                 if (order > 0)
551                         flags |= DAX_PMD;
552                 entry = dax_make_entry(pfn_to_pfn_t(0), flags);
553                 dax_lock_entry(xas, entry);
554                 if (xas_error(xas))
555                         goto out_unlock;
556                 mapping->nrpages += 1UL << order;
557         }
558
559 out_unlock:
560         xas_unlock_irq(xas);
561         if (xas_nomem(xas, mapping_gfp_mask(mapping) & ~__GFP_HIGHMEM))
562                 goto retry;
563         if (xas->xa_node == XA_ERROR(-ENOMEM))
564                 return xa_mk_internal(VM_FAULT_OOM);
565         if (xas_error(xas))
566                 return xa_mk_internal(VM_FAULT_SIGBUS);
567         return entry;
568 fallback:
569         xas_unlock_irq(xas);
570         return xa_mk_internal(VM_FAULT_FALLBACK);
571 }
572
573 /**
574  * dax_layout_busy_page_range - find first pinned page in @mapping
575  * @mapping: address space to scan for a page with ref count > 1
576  * @start: Starting offset. Page containing 'start' is included.
577  * @end: End offset. Page containing 'end' is included. If 'end' is LLONG_MAX,
578  *       pages from 'start' till the end of file are included.
579  *
580  * DAX requires ZONE_DEVICE mapped pages. These pages are never
581  * 'onlined' to the page allocator so they are considered idle when
582  * page->count == 1. A filesystem uses this interface to determine if
583  * any page in the mapping is busy, i.e. for DMA, or other
584  * get_user_pages() usages.
585  *
586  * It is expected that the filesystem is holding locks to block the
587  * establishment of new mappings in this address_space. I.e. it expects
588  * to be able to run unmap_mapping_range() and subsequently not race
589  * mapping_mapped() becoming true.
590  */
591 struct page *dax_layout_busy_page_range(struct address_space *mapping,
592                                         loff_t start, loff_t end)
593 {
594         void *entry;
595         unsigned int scanned = 0;
596         struct page *page = NULL;
597         pgoff_t start_idx = start >> PAGE_SHIFT;
598         pgoff_t end_idx;
599         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_idx);
600
601         /*
602          * In the 'limited' case get_user_pages() for dax is disabled.
603          */
604         if (IS_ENABLED(CONFIG_FS_DAX_LIMITED))
605                 return NULL;
606
607         if (!dax_mapping(mapping) || !mapping_mapped(mapping))
608                 return NULL;
609
610         /* If end == LLONG_MAX, all pages from start to till end of file */
611         if (end == LLONG_MAX)
612                 end_idx = ULONG_MAX;
613         else
614                 end_idx = end >> PAGE_SHIFT;
615         /*
616          * If we race get_user_pages_fast() here either we'll see the
617          * elevated page count in the iteration and wait, or
618          * get_user_pages_fast() will see that the page it took a reference
619          * against is no longer mapped in the page tables and bail to the
620          * get_user_pages() slow path.  The slow path is protected by
621          * pte_lock() and pmd_lock(). New references are not taken without
622          * holding those locks, and unmap_mapping_pages() will not zero the
623          * pte or pmd without holding the respective lock, so we are
624          * guaranteed to either see new references or prevent new
625          * references from being established.
626          */
627         unmap_mapping_pages(mapping, start_idx, end_idx - start_idx + 1, 0);
628
629         xas_lock_irq(&xas);
630         xas_for_each(&xas, entry, end_idx) {
631                 if (WARN_ON_ONCE(!xa_is_value(entry)))
632                         continue;
633                 if (unlikely(dax_is_locked(entry)))
634                         entry = get_unlocked_entry(&xas, 0);
635                 if (entry)
636                         page = dax_busy_page(entry);
637                 put_unlocked_entry(&xas, entry, WAKE_NEXT);
638                 if (page)
639                         break;
640                 if (++scanned % XA_CHECK_SCHED)
641                         continue;
642
643                 xas_pause(&xas);
644                 xas_unlock_irq(&xas);
645                 cond_resched();
646                 xas_lock_irq(&xas);
647         }
648         xas_unlock_irq(&xas);
649         return page;
650 }
651 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_layout_busy_page_range);
652
653 struct page *dax_layout_busy_page(struct address_space *mapping)
654 {
655         return dax_layout_busy_page_range(mapping, 0, LLONG_MAX);
656 }
657 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_layout_busy_page);
658
659 static int __dax_invalidate_entry(struct address_space *mapping,
660                                           pgoff_t index, bool trunc)
661 {
662         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
663         int ret = 0;
664         void *entry;
665
666         xas_lock_irq(&xas);
667         entry = get_unlocked_entry(&xas, 0);
668         if (!entry || WARN_ON_ONCE(!xa_is_value(entry)))
669                 goto out;
670         if (!trunc &&
671             (xas_get_mark(&xas, PAGECACHE_TAG_DIRTY) ||
672              xas_get_mark(&xas, PAGECACHE_TAG_TOWRITE)))
673                 goto out;
674         dax_disassociate_entry(entry, mapping, trunc);
675         xas_store(&xas, NULL);
676         mapping->nrpages -= 1UL << dax_entry_order(entry);
677         ret = 1;
678 out:
679         put_unlocked_entry(&xas, entry, WAKE_ALL);
680         xas_unlock_irq(&xas);
681         return ret;
682 }
683
684 /*
685  * Delete DAX entry at @index from @mapping.  Wait for it
686  * to be unlocked before deleting it.
687  */
688 int dax_delete_mapping_entry(struct address_space *mapping, pgoff_t index)
689 {
690         int ret = __dax_invalidate_entry(mapping, index, true);
691
692         /*
693          * This gets called from truncate / punch_hole path. As such, the caller
694          * must hold locks protecting against concurrent modifications of the
695          * page cache (usually fs-private i_mmap_sem for writing). Since the
696          * caller has seen a DAX entry for this index, we better find it
697          * at that index as well...
698          */
699         WARN_ON_ONCE(!ret);
700         return ret;
701 }
702
703 /*
704  * Invalidate DAX entry if it is clean.
705  */
706 int dax_invalidate_mapping_entry_sync(struct address_space *mapping,
707                                       pgoff_t index)
708 {
709         return __dax_invalidate_entry(mapping, index, false);
710 }
711
712 static pgoff_t dax_iomap_pgoff(const struct iomap *iomap, loff_t pos)
713 {
714         return PHYS_PFN(iomap->addr + (pos & PAGE_MASK) - iomap->offset);
715 }
716
717 static int copy_cow_page_dax(struct vm_fault *vmf, const struct iomap_iter *iter)
718 {
719         pgoff_t pgoff = dax_iomap_pgoff(&iter->iomap, iter->pos);
720         void *vto, *kaddr;
721         long rc;
722         int id;
723
724         id = dax_read_lock();
725         rc = dax_direct_access(iter->iomap.dax_dev, pgoff, 1, &kaddr, NULL);
726         if (rc < 0) {
727                 dax_read_unlock(id);
728                 return rc;
729         }
730         vto = kmap_atomic(vmf->cow_page);
731         copy_user_page(vto, kaddr, vmf->address, vmf->cow_page);
732         kunmap_atomic(vto);
733         dax_read_unlock(id);
734         return 0;
735 }
736
737 /*
738  * By this point grab_mapping_entry() has ensured that we have a locked entry
739  * of the appropriate size so we don't have to worry about downgrading PMDs to
740  * PTEs.  If we happen to be trying to insert a PTE and there is a PMD
741  * already in the tree, we will skip the insertion and just dirty the PMD as
742  * appropriate.
743  */
744 static void *dax_insert_entry(struct xa_state *xas,
745                 struct address_space *mapping, struct vm_fault *vmf,
746                 void *entry, pfn_t pfn, unsigned long flags, bool dirty)
747 {
748         void *new_entry = dax_make_entry(pfn, flags);
749
750         if (dirty)
751                 __mark_inode_dirty(mapping->host, I_DIRTY_PAGES);
752
753         if (dax_is_zero_entry(entry) && !(flags & DAX_ZERO_PAGE)) {
754                 unsigned long index = xas->xa_index;
755                 /* we are replacing a zero page with block mapping */
756                 if (dax_is_pmd_entry(entry))
757                         unmap_mapping_pages(mapping, index & ~PG_PMD_COLOUR,
758                                         PG_PMD_NR, false);
759                 else /* pte entry */
760                         unmap_mapping_pages(mapping, index, 1, false);
761         }
762
763         xas_reset(xas);
764         xas_lock_irq(xas);
765         if (dax_is_zero_entry(entry) || dax_is_empty_entry(entry)) {
766                 void *old;
767
768                 dax_disassociate_entry(entry, mapping, false);
769                 dax_associate_entry(new_entry, mapping, vmf->vma, vmf->address);
770                 /*
771                  * Only swap our new entry into the page cache if the current
772                  * entry is a zero page or an empty entry.  If a normal PTE or
773                  * PMD entry is already in the cache, we leave it alone.  This
774                  * means that if we are trying to insert a PTE and the
775                  * existing entry is a PMD, we will just leave the PMD in the
776                  * tree and dirty it if necessary.
777                  */
778                 old = dax_lock_entry(xas, new_entry);
779                 WARN_ON_ONCE(old != xa_mk_value(xa_to_value(entry) |
780                                         DAX_LOCKED));
781                 entry = new_entry;
782         } else {
783                 xas_load(xas);  /* Walk the xa_state */
784         }
785
786         if (dirty)
787                 xas_set_mark(xas, PAGECACHE_TAG_DIRTY);
788
789         xas_unlock_irq(xas);
790         return entry;
791 }
792
793 static inline
794 unsigned long pgoff_address(pgoff_t pgoff, struct vm_area_struct *vma)
795 {
796         unsigned long address;
797
798         address = vma->vm_start + ((pgoff - vma->vm_pgoff) << PAGE_SHIFT);
799         VM_BUG_ON_VMA(address < vma->vm_start || address >= vma->vm_end, vma);
800         return address;
801 }
802
803 /* Walk all mappings of a given index of a file and writeprotect them */
804 static void dax_entry_mkclean(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
805                 unsigned long pfn)
806 {
807         struct vm_area_struct *vma;
808         pte_t pte, *ptep = NULL;
809         pmd_t *pmdp = NULL;
810         spinlock_t *ptl;
811
812         i_mmap_lock_read(mapping);
813         vma_interval_tree_foreach(vma, &mapping->i_mmap, index, index) {
814                 struct mmu_notifier_range range;
815                 unsigned long address;
816
817                 cond_resched();
818
819                 if (!(vma->vm_flags & VM_SHARED))
820                         continue;
821
822                 address = pgoff_address(index, vma);
823
824                 /*
825                  * follow_invalidate_pte() will use the range to call
826                  * mmu_notifier_invalidate_range_start() on our behalf before
827                  * taking any lock.
828                  */
829                 if (follow_invalidate_pte(vma->vm_mm, address, &range, &ptep,
830                                           &pmdp, &ptl))
831                         continue;
832
833                 /*
834                  * No need to call mmu_notifier_invalidate_range() as we are
835                  * downgrading page table protection not changing it to point
836                  * to a new page.
837                  *
838                  * See Documentation/vm/mmu_notifier.rst
839                  */
840                 if (pmdp) {
841 #ifdef CONFIG_FS_DAX_PMD
842                         pmd_t pmd;
843
844                         if (pfn != pmd_pfn(*pmdp))
845                                 goto unlock_pmd;
846                         if (!pmd_dirty(*pmdp) && !pmd_write(*pmdp))
847                                 goto unlock_pmd;
848
849                         flush_cache_page(vma, address, pfn);
850                         pmd = pmdp_invalidate(vma, address, pmdp);
851                         pmd = pmd_wrprotect(pmd);
852                         pmd = pmd_mkclean(pmd);
853                         set_pmd_at(vma->vm_mm, address, pmdp, pmd);
854 unlock_pmd:
855 #endif
856                         spin_unlock(ptl);
857                 } else {
858                         if (pfn != pte_pfn(*ptep))
859                                 goto unlock_pte;
860                         if (!pte_dirty(*ptep) && !pte_write(*ptep))
861                                 goto unlock_pte;
862
863                         flush_cache_page(vma, address, pfn);
864                         pte = ptep_clear_flush(vma, address, ptep);
865                         pte = pte_wrprotect(pte);
866                         pte = pte_mkclean(pte);
867                         set_pte_at(vma->vm_mm, address, ptep, pte);
868 unlock_pte:
869                         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
870                 }
871
872                 mmu_notifier_invalidate_range_end(&range);
873         }
874         i_mmap_unlock_read(mapping);
875 }
876
877 static int dax_writeback_one(struct xa_state *xas, struct dax_device *dax_dev,
878                 struct address_space *mapping, void *entry)
879 {
880         unsigned long pfn, index, count;
881         long ret = 0;
882
883         /*
884          * A page got tagged dirty in DAX mapping? Something is seriously
885          * wrong.
886          */
887         if (WARN_ON(!xa_is_value(entry)))
888                 return -EIO;
889
890         if (unlikely(dax_is_locked(entry))) {
891                 void *old_entry = entry;
892
893                 entry = get_unlocked_entry(xas, 0);
894
895                 /* Entry got punched out / reallocated? */
896                 if (!entry || WARN_ON_ONCE(!xa_is_value(entry)))
897                         goto put_unlocked;
898                 /*
899                  * Entry got reallocated elsewhere? No need to writeback.
900                  * We have to compare pfns as we must not bail out due to
901                  * difference in lockbit or entry type.
902                  */
903                 if (dax_to_pfn(old_entry) != dax_to_pfn(entry))
904                         goto put_unlocked;
905                 if (WARN_ON_ONCE(dax_is_empty_entry(entry) ||
906                                         dax_is_zero_entry(entry))) {
907                         ret = -EIO;
908                         goto put_unlocked;
909                 }
910
911                 /* Another fsync thread may have already done this entry */
912                 if (!xas_get_mark(xas, PAGECACHE_TAG_TOWRITE))
913                         goto put_unlocked;
914         }
915
916         /* Lock the entry to serialize with page faults */
917         dax_lock_entry(xas, entry);
918
919         /*
920          * We can clear the tag now but we have to be careful so that concurrent
921          * dax_writeback_one() calls for the same index cannot finish before we
922          * actually flush the caches. This is achieved as the calls will look
923          * at the entry only under the i_pages lock and once they do that
924          * they will see the entry locked and wait for it to unlock.
925          */
926         xas_clear_mark(xas, PAGECACHE_TAG_TOWRITE);
927         xas_unlock_irq(xas);
928
929         /*
930          * If dax_writeback_mapping_range() was given a wbc->range_start
931          * in the middle of a PMD, the 'index' we use needs to be
932          * aligned to the start of the PMD.
933          * This allows us to flush for PMD_SIZE and not have to worry about
934          * partial PMD writebacks.
935          */
936         pfn = dax_to_pfn(entry);
937         count = 1UL << dax_entry_order(entry);
938         index = xas->xa_index & ~(count - 1);
939
940         dax_entry_mkclean(mapping, index, pfn);
941         dax_flush(dax_dev, page_address(pfn_to_page(pfn)), count * PAGE_SIZE);
942         /*
943          * After we have flushed the cache, we can clear the dirty tag. There
944          * cannot be new dirty data in the pfn after the flush has completed as
945          * the pfn mappings are writeprotected and fault waits for mapping
946          * entry lock.
947          */
948         xas_reset(xas);
949         xas_lock_irq(xas);
950         xas_store(xas, entry);
951         xas_clear_mark(xas, PAGECACHE_TAG_DIRTY);
952         dax_wake_entry(xas, entry, WAKE_NEXT);
953
954         trace_dax_writeback_one(mapping->host, index, count);
955         return ret;
956
957  put_unlocked:
958         put_unlocked_entry(xas, entry, WAKE_NEXT);
959         return ret;
960 }
961
962 /*
963  * Flush the mapping to the persistent domain within the byte range of [start,
964  * end]. This is required by data integrity operations to ensure file data is
965  * on persistent storage prior to completion of the operation.
966  */
967 int dax_writeback_mapping_range(struct address_space *mapping,
968                 struct dax_device *dax_dev, struct writeback_control *wbc)
969 {
970         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, wbc->range_start >> PAGE_SHIFT);
971         struct inode *inode = mapping->host;
972         pgoff_t end_index = wbc->range_end >> PAGE_SHIFT;
973         void *entry;
974         int ret = 0;
975         unsigned int scanned = 0;
976
977         if (WARN_ON_ONCE(inode->i_blkbits != PAGE_SHIFT))
978                 return -EIO;
979
980         if (mapping_empty(mapping) || wbc->sync_mode != WB_SYNC_ALL)
981                 return 0;
982
983         trace_dax_writeback_range(inode, xas.xa_index, end_index);
984
985         tag_pages_for_writeback(mapping, xas.xa_index, end_index);
986
987         xas_lock_irq(&xas);
988         xas_for_each_marked(&xas, entry, end_index, PAGECACHE_TAG_TOWRITE) {
989                 ret = dax_writeback_one(&xas, dax_dev, mapping, entry);
990                 if (ret < 0) {
991                         mapping_set_error(mapping, ret);
992                         break;
993                 }
994                 if (++scanned % XA_CHECK_SCHED)
995                         continue;
996
997                 xas_pause(&xas);
998                 xas_unlock_irq(&xas);
999                 cond_resched();
1000                 xas_lock_irq(&xas);
1001         }
1002         xas_unlock_irq(&xas);
1003         trace_dax_writeback_range_done(inode, xas.xa_index, end_index);
1004         return ret;
1005 }
1006 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_writeback_mapping_range);
1007
1008 static int dax_iomap_pfn(const struct iomap *iomap, loff_t pos, size_t size,
1009                          pfn_t *pfnp)
1010 {
1011         pgoff_t pgoff = dax_iomap_pgoff(iomap, pos);
1012         int id, rc;
1013         long length;
1014
1015         id = dax_read_lock();
1016         length = dax_direct_access(iomap->dax_dev, pgoff, PHYS_PFN(size),
1017                                    NULL, pfnp);
1018         if (length < 0) {
1019                 rc = length;
1020                 goto out;
1021         }
1022         rc = -EINVAL;
1023         if (PFN_PHYS(length) < size)
1024                 goto out;
1025         if (pfn_t_to_pfn(*pfnp) & (PHYS_PFN(size)-1))
1026                 goto out;
1027         /* For larger pages we need devmap */
1028         if (length > 1 && !pfn_t_devmap(*pfnp))
1029                 goto out;
1030         rc = 0;
1031 out:
1032         dax_read_unlock(id);
1033         return rc;
1034 }
1035
1036 /*
1037  * The user has performed a load from a hole in the file.  Allocating a new
1038  * page in the file would cause excessive storage usage for workloads with
1039  * sparse files.  Instead we insert a read-only mapping of the 4k zero page.
1040  * If this page is ever written to we will re-fault and change the mapping to
1041  * point to real DAX storage instead.
1042  */
1043 static vm_fault_t dax_load_hole(struct xa_state *xas,
1044                 struct address_space *mapping, void **entry,
1045                 struct vm_fault *vmf)
1046 {
1047         struct inode *inode = mapping->host;
1048         unsigned long vaddr = vmf->address;
1049         pfn_t pfn = pfn_to_pfn_t(my_zero_pfn(vaddr));
1050         vm_fault_t ret;
1051
1052         *entry = dax_insert_entry(xas, mapping, vmf, *entry, pfn,
1053                         DAX_ZERO_PAGE, false);
1054
1055         ret = vmf_insert_mixed(vmf->vma, vaddr, pfn);
1056         trace_dax_load_hole(inode, vmf, ret);
1057         return ret;
1058 }
1059
1060 #ifdef CONFIG_FS_DAX_PMD
1061 static vm_fault_t dax_pmd_load_hole(struct xa_state *xas, struct vm_fault *vmf,
1062                 const struct iomap *iomap, void **entry)
1063 {
1064         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
1065         unsigned long pmd_addr = vmf->address & PMD_MASK;
1066         struct vm_area_struct *vma = vmf->vma;
1067         struct inode *inode = mapping->host;
1068         pgtable_t pgtable = NULL;
1069         struct page *zero_page;
1070         spinlock_t *ptl;
1071         pmd_t pmd_entry;
1072         pfn_t pfn;
1073
1074         zero_page = mm_get_huge_zero_page(vmf->vma->vm_mm);
1075
1076         if (unlikely(!zero_page))
1077                 goto fallback;
1078
1079         pfn = page_to_pfn_t(zero_page);
1080         *entry = dax_insert_entry(xas, mapping, vmf, *entry, pfn,
1081                         DAX_PMD | DAX_ZERO_PAGE, false);
1082
1083         if (arch_needs_pgtable_deposit()) {
1084                 pgtable = pte_alloc_one(vma->vm_mm);
1085                 if (!pgtable)
1086                         return VM_FAULT_OOM;
1087         }
1088
1089         ptl = pmd_lock(vmf->vma->vm_mm, vmf->pmd);
1090         if (!pmd_none(*(vmf->pmd))) {
1091                 spin_unlock(ptl);
1092                 goto fallback;
1093         }
1094
1095         if (pgtable) {
1096                 pgtable_trans_huge_deposit(vma->vm_mm, vmf->pmd, pgtable);
1097                 mm_inc_nr_ptes(vma->vm_mm);
1098         }
1099         pmd_entry = mk_pmd(zero_page, vmf->vma->vm_page_prot);
1100         pmd_entry = pmd_mkhuge(pmd_entry);
1101         set_pmd_at(vmf->vma->vm_mm, pmd_addr, vmf->pmd, pmd_entry);
1102         spin_unlock(ptl);
1103         trace_dax_pmd_load_hole(inode, vmf, zero_page, *entry);
1104         return VM_FAULT_NOPAGE;
1105
1106 fallback:
1107         if (pgtable)
1108                 pte_free(vma->vm_mm, pgtable);
1109         trace_dax_pmd_load_hole_fallback(inode, vmf, zero_page, *entry);
1110         return VM_FAULT_FALLBACK;
1111 }
1112 #else
1113 static vm_fault_t dax_pmd_load_hole(struct xa_state *xas, struct vm_fault *vmf,
1114                 const struct iomap *iomap, void **entry)
1115 {
1116         return VM_FAULT_FALLBACK;
1117 }
1118 #endif /* CONFIG_FS_DAX_PMD */
1119
1120 static int dax_memzero(struct dax_device *dax_dev, pgoff_t pgoff,
1121                 unsigned int offset, size_t size)
1122 {
1123         void *kaddr;
1124         long ret;
1125
1126         ret = dax_direct_access(dax_dev, pgoff, 1, &kaddr, NULL);
1127         if (ret > 0) {
1128                 memset(kaddr + offset, 0, size);
1129                 dax_flush(dax_dev, kaddr + offset, size);
1130         }
1131         return ret;
1132 }
1133
1134 static s64 dax_zero_iter(struct iomap_iter *iter, bool *did_zero)
1135 {
1136         const struct iomap *iomap = &iter->iomap;
1137         const struct iomap *srcmap = iomap_iter_srcmap(iter);
1138         loff_t pos = iter->pos;
1139         u64 length = iomap_length(iter);
1140         s64 written = 0;
1141
1142         /* already zeroed?  we're done. */
1143         if (srcmap->type == IOMAP_HOLE || srcmap->type == IOMAP_UNWRITTEN)
1144                 return length;
1145
1146         do {
1147                 unsigned offset = offset_in_page(pos);
1148                 unsigned size = min_t(u64, PAGE_SIZE - offset, length);
1149                 pgoff_t pgoff = dax_iomap_pgoff(iomap, pos);
1150                 long rc;
1151                 int id;
1152
1153                 id = dax_read_lock();
1154                 if (IS_ALIGNED(pos, PAGE_SIZE) && size == PAGE_SIZE)
1155                         rc = dax_zero_page_range(iomap->dax_dev, pgoff, 1);
1156                 else
1157                         rc = dax_memzero(iomap->dax_dev, pgoff, offset, size);
1158                 dax_read_unlock(id);
1159
1160                 if (rc < 0)
1161                         return rc;
1162                 pos += size;
1163                 length -= size;
1164                 written += size;
1165                 if (did_zero)
1166                         *did_zero = true;
1167         } while (length > 0);
1168
1169         return written;
1170 }
1171
1172 int dax_zero_range(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t len, bool *did_zero,
1173                 const struct iomap_ops *ops)
1174 {
1175         struct iomap_iter iter = {
1176                 .inode          = inode,
1177                 .pos            = pos,
1178                 .len            = len,
1179                 .flags          = IOMAP_DAX | IOMAP_ZERO,
1180         };
1181         int ret;
1182
1183         while ((ret = iomap_iter(&iter, ops)) > 0)
1184                 iter.processed = dax_zero_iter(&iter, did_zero);
1185         return ret;
1186 }
1187 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_zero_range);
1188
1189 int dax_truncate_page(struct inode *inode, loff_t pos, bool *did_zero,
1190                 const struct iomap_ops *ops)
1191 {
1192         unsigned int blocksize = i_blocksize(inode);
1193         unsigned int off = pos & (blocksize - 1);
1194
1195         /* Block boundary? Nothing to do */
1196         if (!off)
1197                 return 0;
1198         return dax_zero_range(inode, pos, blocksize - off, did_zero, ops);
1199 }
1200 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_truncate_page);
1201
1202 static loff_t dax_iomap_iter(const struct iomap_iter *iomi,
1203                 struct iov_iter *iter)
1204 {
1205         const struct iomap *iomap = &iomi->iomap;
1206         loff_t length = iomap_length(iomi);
1207         loff_t pos = iomi->pos;
1208         struct dax_device *dax_dev = iomap->dax_dev;
1209         loff_t end = pos + length, done = 0;
1210         ssize_t ret = 0;
1211         size_t xfer;
1212         int id;
1213
1214         if (iov_iter_rw(iter) == READ) {
1215                 end = min(end, i_size_read(iomi->inode));
1216                 if (pos >= end)
1217                         return 0;
1218
1219                 if (iomap->type == IOMAP_HOLE || iomap->type == IOMAP_UNWRITTEN)
1220                         return iov_iter_zero(min(length, end - pos), iter);
1221         }
1222
1223         if (WARN_ON_ONCE(iomap->type != IOMAP_MAPPED))
1224                 return -EIO;
1225
1226         /*
1227          * Write can allocate block for an area which has a hole page mapped
1228          * into page tables. We have to tear down these mappings so that data
1229          * written by write(2) is visible in mmap.
1230          */
1231         if (iomap->flags & IOMAP_F_NEW) {
1232                 invalidate_inode_pages2_range(iomi->inode->i_mapping,
1233                                               pos >> PAGE_SHIFT,
1234                                               (end - 1) >> PAGE_SHIFT);
1235         }
1236
1237         id = dax_read_lock();
1238         while (pos < end) {
1239                 unsigned offset = pos & (PAGE_SIZE - 1);
1240                 const size_t size = ALIGN(length + offset, PAGE_SIZE);
1241                 pgoff_t pgoff = dax_iomap_pgoff(iomap, pos);
1242                 ssize_t map_len;
1243                 void *kaddr;
1244
1245                 if (fatal_signal_pending(current)) {
1246                         ret = -EINTR;
1247                         break;
1248                 }
1249
1250                 map_len = dax_direct_access(dax_dev, pgoff, PHYS_PFN(size),
1251                                 &kaddr, NULL);
1252                 if (map_len < 0) {
1253                         ret = map_len;
1254                         break;
1255                 }
1256
1257                 map_len = PFN_PHYS(map_len);
1258                 kaddr += offset;
1259                 map_len -= offset;
1260                 if (map_len > end - pos)
1261                         map_len = end - pos;
1262
1263                 if (iov_iter_rw(iter) == WRITE)
1264                         xfer = dax_copy_from_iter(dax_dev, pgoff, kaddr,
1265                                         map_len, iter);
1266                 else
1267                         xfer = dax_copy_to_iter(dax_dev, pgoff, kaddr,
1268                                         map_len, iter);
1269
1270                 pos += xfer;
1271                 length -= xfer;
1272                 done += xfer;
1273
1274                 if (xfer == 0)
1275                         ret = -EFAULT;
1276                 if (xfer < map_len)
1277                         break;
1278         }
1279         dax_read_unlock(id);
1280
1281         return done ? done : ret;
1282 }
1283
1284 /**
1285  * dax_iomap_rw - Perform I/O to a DAX file
1286  * @iocb:       The control block for this I/O
1287  * @iter:       The addresses to do I/O from or to
1288  * @ops:        iomap ops passed from the file system
1289  *
1290  * This function performs read and write operations to directly mapped
1291  * persistent memory.  The callers needs to take care of read/write exclusion
1292  * and evicting any page cache pages in the region under I/O.
1293  */
1294 ssize_t
1295 dax_iomap_rw(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter,
1296                 const struct iomap_ops *ops)
1297 {
1298         struct iomap_iter iomi = {
1299                 .inode          = iocb->ki_filp->f_mapping->host,
1300                 .pos            = iocb->ki_pos,
1301                 .len            = iov_iter_count(iter),
1302                 .flags          = IOMAP_DAX,
1303         };
1304         loff_t done = 0;
1305         int ret;
1306
1307         if (iov_iter_rw(iter) == WRITE) {
1308                 lockdep_assert_held_write(&iomi.inode->i_rwsem);
1309                 iomi.flags |= IOMAP_WRITE;
1310         } else {
1311                 lockdep_assert_held(&iomi.inode->i_rwsem);
1312         }
1313
1314         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT)
1315                 iomi.flags |= IOMAP_NOWAIT;
1316
1317         while ((ret = iomap_iter(&iomi, ops)) > 0)
1318                 iomi.processed = dax_iomap_iter(&iomi, iter);
1319
1320         done = iomi.pos - iocb->ki_pos;
1321         iocb->ki_pos = iomi.pos;
1322         return done ? done : ret;
1323 }
1324 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_iomap_rw);
1325
1326 static vm_fault_t dax_fault_return(int error)
1327 {
1328         if (error == 0)
1329                 return VM_FAULT_NOPAGE;
1330         return vmf_error(error);
1331 }
1332
1333 /*
1334  * MAP_SYNC on a dax mapping guarantees dirty metadata is
1335  * flushed on write-faults (non-cow), but not read-faults.
1336  */
1337 static bool dax_fault_is_synchronous(unsigned long flags,
1338                 struct vm_area_struct *vma, const struct iomap *iomap)
1339 {
1340         return (flags & IOMAP_WRITE) && (vma->vm_flags & VM_SYNC)
1341                 && (iomap->flags & IOMAP_F_DIRTY);
1342 }
1343
1344 /*
1345  * When handling a synchronous page fault and the inode need a fsync, we can
1346  * insert the PTE/PMD into page tables only after that fsync happened. Skip
1347  * insertion for now and return the pfn so that caller can insert it after the
1348  * fsync is done.
1349  */
1350 static vm_fault_t dax_fault_synchronous_pfnp(pfn_t *pfnp, pfn_t pfn)
1351 {
1352         if (WARN_ON_ONCE(!pfnp))
1353                 return VM_FAULT_SIGBUS;
1354         *pfnp = pfn;
1355         return VM_FAULT_NEEDDSYNC;
1356 }
1357
1358 static vm_fault_t dax_fault_cow_page(struct vm_fault *vmf,
1359                 const struct iomap_iter *iter)
1360 {
1361         vm_fault_t ret;
1362         int error = 0;
1363
1364         switch (iter->iomap.type) {
1365         case IOMAP_HOLE:
1366         case IOMAP_UNWRITTEN:
1367                 clear_user_highpage(vmf->cow_page, vmf->address);
1368                 break;
1369         case IOMAP_MAPPED:
1370                 error = copy_cow_page_dax(vmf, iter);
1371                 break;
1372         default:
1373                 WARN_ON_ONCE(1);
1374                 error = -EIO;
1375                 break;
1376         }
1377
1378         if (error)
1379                 return dax_fault_return(error);
1380
1381         __SetPageUptodate(vmf->cow_page);
1382         ret = finish_fault(vmf);
1383         if (!ret)
1384                 return VM_FAULT_DONE_COW;
1385         return ret;
1386 }
1387
1388 /**
1389  * dax_fault_iter - Common actor to handle pfn insertion in PTE/PMD fault.
1390  * @vmf:        vm fault instance
1391  * @iter:       iomap iter
1392  * @pfnp:       pfn to be returned
1393  * @xas:        the dax mapping tree of a file
1394  * @entry:      an unlocked dax entry to be inserted
1395  * @pmd:        distinguish whether it is a pmd fault
1396  */
1397 static vm_fault_t dax_fault_iter(struct vm_fault *vmf,
1398                 const struct iomap_iter *iter, pfn_t *pfnp,
1399                 struct xa_state *xas, void **entry, bool pmd)
1400 {
1401         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
1402         const struct iomap *iomap = &iter->iomap;
1403         size_t size = pmd ? PMD_SIZE : PAGE_SIZE;
1404         loff_t pos = (loff_t)xas->xa_index << PAGE_SHIFT;
1405         bool write = vmf->flags & FAULT_FLAG_WRITE;
1406         bool sync = dax_fault_is_synchronous(iter->flags, vmf->vma, iomap);
1407         unsigned long entry_flags = pmd ? DAX_PMD : 0;
1408         int err = 0;
1409         pfn_t pfn;
1410
1411         if (!pmd && vmf->cow_page)
1412                 return dax_fault_cow_page(vmf, iter);
1413
1414         /* if we are reading UNWRITTEN and HOLE, return a hole. */
1415         if (!write &&
1416             (iomap->type == IOMAP_UNWRITTEN || iomap->type == IOMAP_HOLE)) {
1417                 if (!pmd)
1418                         return dax_load_hole(xas, mapping, entry, vmf);
1419                 return dax_pmd_load_hole(xas, vmf, iomap, entry);
1420         }
1421
1422         if (iomap->type != IOMAP_MAPPED) {
1423                 WARN_ON_ONCE(1);
1424                 return pmd ? VM_FAULT_FALLBACK : VM_FAULT_SIGBUS;
1425         }
1426
1427         err = dax_iomap_pfn(&iter->iomap, pos, size, &pfn);
1428         if (err)
1429                 return pmd ? VM_FAULT_FALLBACK : dax_fault_return(err);
1430
1431         *entry = dax_insert_entry(xas, mapping, vmf, *entry, pfn, entry_flags,
1432                                   write && !sync);
1433
1434         if (sync)
1435                 return dax_fault_synchronous_pfnp(pfnp, pfn);
1436
1437         /* insert PMD pfn */
1438         if (pmd)
1439                 return vmf_insert_pfn_pmd(vmf, pfn, write);
1440
1441         /* insert PTE pfn */
1442         if (write)
1443                 return vmf_insert_mixed_mkwrite(vmf->vma, vmf->address, pfn);
1444         return vmf_insert_mixed(vmf->vma, vmf->address, pfn);
1445 }
1446
1447 static vm_fault_t dax_iomap_pte_fault(struct vm_fault *vmf, pfn_t *pfnp,
1448                                int *iomap_errp, const struct iomap_ops *ops)
1449 {
1450         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
1451         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, vmf->pgoff);
1452         struct iomap_iter iter = {
1453                 .inode          = mapping->host,
1454                 .pos            = (loff_t)vmf->pgoff << PAGE_SHIFT,
1455                 .len            = PAGE_SIZE,
1456                 .flags          = IOMAP_DAX | IOMAP_FAULT,
1457         };
1458         vm_fault_t ret = 0;
1459         void *entry;
1460         int error;
1461
1462         trace_dax_pte_fault(iter.inode, vmf, ret);
1463         /*
1464          * Check whether offset isn't beyond end of file now. Caller is supposed
1465          * to hold locks serializing us with truncate / punch hole so this is
1466          * a reliable test.
1467          */
1468         if (iter.pos >= i_size_read(iter.inode)) {
1469                 ret = VM_FAULT_SIGBUS;
1470                 goto out;
1471         }
1472
1473         if ((vmf->flags & FAULT_FLAG_WRITE) && !vmf->cow_page)
1474                 iter.flags |= IOMAP_WRITE;
1475
1476         entry = grab_mapping_entry(&xas, mapping, 0);
1477         if (xa_is_internal(entry)) {
1478                 ret = xa_to_internal(entry);
1479                 goto out;
1480         }
1481
1482         /*
1483          * It is possible, particularly with mixed reads & writes to private
1484          * mappings, that we have raced with a PMD fault that overlaps with
1485          * the PTE we need to set up.  If so just return and the fault will be
1486          * retried.
1487          */
1488         if (pmd_trans_huge(*vmf->pmd) || pmd_devmap(*vmf->pmd)) {
1489                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
1490                 goto unlock_entry;
1491         }
1492
1493         while ((error = iomap_iter(&iter, ops)) > 0) {
1494                 if (WARN_ON_ONCE(iomap_length(&iter) < PAGE_SIZE)) {
1495                         iter.processed = -EIO;  /* fs corruption? */
1496                         continue;
1497                 }
1498
1499                 ret = dax_fault_iter(vmf, &iter, pfnp, &xas, &entry, false);
1500                 if (ret != VM_FAULT_SIGBUS &&
1501                     (iter.iomap.flags & IOMAP_F_NEW)) {
1502                         count_vm_event(PGMAJFAULT);
1503                         count_memcg_event_mm(vmf->vma->vm_mm, PGMAJFAULT);
1504                         ret |= VM_FAULT_MAJOR;
1505                 }
1506
1507                 if (!(ret & VM_FAULT_ERROR))
1508                         iter.processed = PAGE_SIZE;
1509         }
1510
1511         if (iomap_errp)
1512                 *iomap_errp = error;
1513         if (!ret && error)
1514                 ret = dax_fault_return(error);
1515
1516 unlock_entry:
1517         dax_unlock_entry(&xas, entry);
1518 out:
1519         trace_dax_pte_fault_done(iter.inode, vmf, ret);
1520         return ret;
1521 }
1522
1523 #ifdef CONFIG_FS_DAX_PMD
1524 static bool dax_fault_check_fallback(struct vm_fault *vmf, struct xa_state *xas,
1525                 pgoff_t max_pgoff)
1526 {
1527         unsigned long pmd_addr = vmf->address & PMD_MASK;
1528         bool write = vmf->flags & FAULT_FLAG_WRITE;
1529
1530         /*
1531          * Make sure that the faulting address's PMD offset (color) matches
1532          * the PMD offset from the start of the file.  This is necessary so
1533          * that a PMD range in the page table overlaps exactly with a PMD
1534          * range in the page cache.
1535          */
1536         if ((vmf->pgoff & PG_PMD_COLOUR) !=
1537             ((vmf->address >> PAGE_SHIFT) & PG_PMD_COLOUR))
1538                 return true;
1539
1540         /* Fall back to PTEs if we're going to COW */
1541         if (write && !(vmf->vma->vm_flags & VM_SHARED))
1542                 return true;
1543
1544         /* If the PMD would extend outside the VMA */
1545         if (pmd_addr < vmf->vma->vm_start)
1546                 return true;
1547         if ((pmd_addr + PMD_SIZE) > vmf->vma->vm_end)
1548                 return true;
1549
1550         /* If the PMD would extend beyond the file size */
1551         if ((xas->xa_index | PG_PMD_COLOUR) >= max_pgoff)
1552                 return true;
1553
1554         return false;
1555 }
1556
1557 static vm_fault_t dax_iomap_pmd_fault(struct vm_fault *vmf, pfn_t *pfnp,
1558                                const struct iomap_ops *ops)
1559 {
1560         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
1561         XA_STATE_ORDER(xas, &mapping->i_pages, vmf->pgoff, PMD_ORDER);
1562         struct iomap_iter iter = {
1563                 .inode          = mapping->host,
1564                 .len            = PMD_SIZE,
1565                 .flags          = IOMAP_DAX | IOMAP_FAULT,
1566         };
1567         vm_fault_t ret = VM_FAULT_FALLBACK;
1568         pgoff_t max_pgoff;
1569         void *entry;
1570         int error;
1571
1572         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_WRITE)
1573                 iter.flags |= IOMAP_WRITE;
1574
1575         /*
1576          * Check whether offset isn't beyond end of file now. Caller is
1577          * supposed to hold locks serializing us with truncate / punch hole so
1578          * this is a reliable test.
1579          */
1580         max_pgoff = DIV_ROUND_UP(i_size_read(iter.inode), PAGE_SIZE);
1581
1582         trace_dax_pmd_fault(iter.inode, vmf, max_pgoff, 0);
1583
1584         if (xas.xa_index >= max_pgoff) {
1585                 ret = VM_FAULT_SIGBUS;
1586                 goto out;
1587         }
1588
1589         if (dax_fault_check_fallback(vmf, &xas, max_pgoff))
1590                 goto fallback;
1591
1592         /*
1593          * grab_mapping_entry() will make sure we get an empty PMD entry,
1594          * a zero PMD entry or a DAX PMD.  If it can't (because a PTE
1595          * entry is already in the array, for instance), it will return
1596          * VM_FAULT_FALLBACK.
1597          */
1598         entry = grab_mapping_entry(&xas, mapping, PMD_ORDER);
1599         if (xa_is_internal(entry)) {
1600                 ret = xa_to_internal(entry);
1601                 goto fallback;
1602         }
1603
1604         /*
1605          * It is possible, particularly with mixed reads & writes to private
1606          * mappings, that we have raced with a PTE fault that overlaps with
1607          * the PMD we need to set up.  If so just return and the fault will be
1608          * retried.
1609          */
1610         if (!pmd_none(*vmf->pmd) && !pmd_trans_huge(*vmf->pmd) &&
1611                         !pmd_devmap(*vmf->pmd)) {
1612                 ret = 0;
1613                 goto unlock_entry;
1614         }
1615
1616         iter.pos = (loff_t)xas.xa_index << PAGE_SHIFT;
1617         while ((error = iomap_iter(&iter, ops)) > 0) {
1618                 if (iomap_length(&iter) < PMD_SIZE)
1619                         continue; /* actually breaks out of the loop */
1620
1621                 ret = dax_fault_iter(vmf, &iter, pfnp, &xas, &entry, true);
1622                 if (ret != VM_FAULT_FALLBACK)
1623                         iter.processed = PMD_SIZE;
1624         }
1625
1626 unlock_entry:
1627         dax_unlock_entry(&xas, entry);
1628 fallback:
1629         if (ret == VM_FAULT_FALLBACK) {
1630                 split_huge_pmd(vmf->vma, vmf->pmd, vmf->address);
1631                 count_vm_event(THP_FAULT_FALLBACK);
1632         }
1633 out:
1634         trace_dax_pmd_fault_done(iter.inode, vmf, max_pgoff, ret);
1635         return ret;
1636 }
1637 #else
1638 static vm_fault_t dax_iomap_pmd_fault(struct vm_fault *vmf, pfn_t *pfnp,
1639                                const struct iomap_ops *ops)
1640 {
1641         return VM_FAULT_FALLBACK;
1642 }
1643 #endif /* CONFIG_FS_DAX_PMD */
1644
1645 /**
1646  * dax_iomap_fault - handle a page fault on a DAX file
1647  * @vmf: The description of the fault
1648  * @pe_size: Size of the page to fault in
1649  * @pfnp: PFN to insert for synchronous faults if fsync is required
1650  * @iomap_errp: Storage for detailed error code in case of error
1651  * @ops: Iomap ops passed from the file system
1652  *
1653  * When a page fault occurs, filesystems may call this helper in
1654  * their fault handler for DAX files. dax_iomap_fault() assumes the caller
1655  * has done all the necessary locking for page fault to proceed
1656  * successfully.
1657  */
1658 vm_fault_t dax_iomap_fault(struct vm_fault *vmf, enum page_entry_size pe_size,
1659                     pfn_t *pfnp, int *iomap_errp, const struct iomap_ops *ops)
1660 {
1661         switch (pe_size) {
1662         case PE_SIZE_PTE:
1663                 return dax_iomap_pte_fault(vmf, pfnp, iomap_errp, ops);
1664         case PE_SIZE_PMD:
1665                 return dax_iomap_pmd_fault(vmf, pfnp, ops);
1666         default:
1667                 return VM_FAULT_FALLBACK;
1668         }
1669 }
1670 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_iomap_fault);
1671
1672 /*
1673  * dax_insert_pfn_mkwrite - insert PTE or PMD entry into page tables
1674  * @vmf: The description of the fault
1675  * @pfn: PFN to insert
1676  * @order: Order of entry to insert.
1677  *
1678  * This function inserts a writeable PTE or PMD entry into the page tables
1679  * for an mmaped DAX file.  It also marks the page cache entry as dirty.
1680  */
1681 static vm_fault_t
1682 dax_insert_pfn_mkwrite(struct vm_fault *vmf, pfn_t pfn, unsigned int order)
1683 {
1684         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
1685         XA_STATE_ORDER(xas, &mapping->i_pages, vmf->pgoff, order);
1686         void *entry;
1687         vm_fault_t ret;
1688
1689         xas_lock_irq(&xas);
1690         entry = get_unlocked_entry(&xas, order);
1691         /* Did we race with someone splitting entry or so? */
1692         if (!entry || dax_is_conflict(entry) ||
1693             (order == 0 && !dax_is_pte_entry(entry))) {
1694                 put_unlocked_entry(&xas, entry, WAKE_NEXT);
1695                 xas_unlock_irq(&xas);
1696                 trace_dax_insert_pfn_mkwrite_no_entry(mapping->host, vmf,
1697                                                       VM_FAULT_NOPAGE);
1698                 return VM_FAULT_NOPAGE;
1699         }
1700         xas_set_mark(&xas, PAGECACHE_TAG_DIRTY);
1701         dax_lock_entry(&xas, entry);
1702         xas_unlock_irq(&xas);
1703         if (order == 0)
1704                 ret = vmf_insert_mixed_mkwrite(vmf->vma, vmf->address, pfn);
1705 #ifdef CONFIG_FS_DAX_PMD
1706         else if (order == PMD_ORDER)
1707                 ret = vmf_insert_pfn_pmd(vmf, pfn, FAULT_FLAG_WRITE);
1708 #endif
1709         else
1710                 ret = VM_FAULT_FALLBACK;
1711         dax_unlock_entry(&xas, entry);
1712         trace_dax_insert_pfn_mkwrite(mapping->host, vmf, ret);
1713         return ret;
1714 }
1715
1716 /**
1717  * dax_finish_sync_fault - finish synchronous page fault
1718  * @vmf: The description of the fault
1719  * @pe_size: Size of entry to be inserted
1720  * @pfn: PFN to insert
1721  *
1722  * This function ensures that the file range touched by the page fault is
1723  * stored persistently on the media and handles inserting of appropriate page
1724  * table entry.
1725  */
1726 vm_fault_t dax_finish_sync_fault(struct vm_fault *vmf,
1727                 enum page_entry_size pe_size, pfn_t pfn)
1728 {
1729         int err;
1730         loff_t start = ((loff_t)vmf->pgoff) << PAGE_SHIFT;
1731         unsigned int order = pe_order(pe_size);
1732         size_t len = PAGE_SIZE << order;
1733
1734         err = vfs_fsync_range(vmf->vma->vm_file, start, start + len - 1, 1);
1735         if (err)
1736                 return VM_FAULT_SIGBUS;
1737         return dax_insert_pfn_mkwrite(vmf, pfn, order);
1738 }
1739 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_finish_sync_fault);