Merge tag 'sched_ext-for-6.12' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/tj...
[linux.git] / mm / filemap.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *      linux/mm/filemap.c
4  *
5  * Copyright (C) 1994-1999  Linus Torvalds
6  */
7
8 /*
9  * This file handles the generic file mmap semantics used by
10  * most "normal" filesystems (but you don't /have/ to use this:
11  * the NFS filesystem used to do this differently, for example)
12  */
13 #include <linux/export.h>
14 #include <linux/compiler.h>
15 #include <linux/dax.h>
16 #include <linux/fs.h>
17 #include <linux/sched/signal.h>
18 #include <linux/uaccess.h>
19 #include <linux/capability.h>
20 #include <linux/kernel_stat.h>
21 #include <linux/gfp.h>
22 #include <linux/mm.h>
23 #include <linux/swap.h>
24 #include <linux/swapops.h>
25 #include <linux/syscalls.h>
26 #include <linux/mman.h>
27 #include <linux/pagemap.h>
28 #include <linux/file.h>
29 #include <linux/uio.h>
30 #include <linux/error-injection.h>
31 #include <linux/hash.h>
32 #include <linux/writeback.h>
33 #include <linux/backing-dev.h>
34 #include <linux/pagevec.h>
35 #include <linux/security.h>
36 #include <linux/cpuset.h>
37 #include <linux/hugetlb.h>
38 #include <linux/memcontrol.h>
39 #include <linux/shmem_fs.h>
40 #include <linux/rmap.h>
41 #include <linux/delayacct.h>
42 #include <linux/psi.h>
43 #include <linux/ramfs.h>
44 #include <linux/page_idle.h>
45 #include <linux/migrate.h>
46 #include <linux/pipe_fs_i.h>
47 #include <linux/splice.h>
48 #include <linux/rcupdate_wait.h>
49 #include <linux/sched/mm.h>
50 #include <asm/pgalloc.h>
51 #include <asm/tlbflush.h>
52 #include "internal.h"
53
54 #define CREATE_TRACE_POINTS
55 #include <trace/events/filemap.h>
56
57 /*
58  * FIXME: remove all knowledge of the buffer layer from the core VM
59  */
60 #include <linux/buffer_head.h> /* for try_to_free_buffers */
61
62 #include <asm/mman.h>
63
64 #include "swap.h"
65
66 /*
67  * Shared mappings implemented 30.11.1994. It's not fully working yet,
68  * though.
69  *
70  * Shared mappings now work. 15.8.1995  Bruno.
71  *
72  * finished 'unifying' the page and buffer cache and SMP-threaded the
73  * page-cache, 21.05.1999, Ingo Molnar <mingo@redhat.com>
74  *
75  * SMP-threaded pagemap-LRU 1999, Andrea Arcangeli <andrea@suse.de>
76  */
77
78 /*
79  * Lock ordering:
80  *
81  *  ->i_mmap_rwsem              (truncate_pagecache)
82  *    ->private_lock            (__free_pte->block_dirty_folio)
83  *      ->swap_lock             (exclusive_swap_page, others)
84  *        ->i_pages lock
85  *
86  *  ->i_rwsem
87  *    ->invalidate_lock         (acquired by fs in truncate path)
88  *      ->i_mmap_rwsem          (truncate->unmap_mapping_range)
89  *
90  *  ->mmap_lock
91  *    ->i_mmap_rwsem
92  *      ->page_table_lock or pte_lock   (various, mainly in memory.c)
93  *        ->i_pages lock        (arch-dependent flush_dcache_mmap_lock)
94  *
95  *  ->mmap_lock
96  *    ->invalidate_lock         (filemap_fault)
97  *      ->lock_page             (filemap_fault, access_process_vm)
98  *
99  *  ->i_rwsem                   (generic_perform_write)
100  *    ->mmap_lock               (fault_in_readable->do_page_fault)
101  *
102  *  bdi->wb.list_lock
103  *    sb_lock                   (fs/fs-writeback.c)
104  *    ->i_pages lock            (__sync_single_inode)
105  *
106  *  ->i_mmap_rwsem
107  *    ->anon_vma.lock           (vma_merge)
108  *
109  *  ->anon_vma.lock
110  *    ->page_table_lock or pte_lock     (anon_vma_prepare and various)
111  *
112  *  ->page_table_lock or pte_lock
113  *    ->swap_lock               (try_to_unmap_one)
114  *    ->private_lock            (try_to_unmap_one)
115  *    ->i_pages lock            (try_to_unmap_one)
116  *    ->lruvec->lru_lock        (follow_page_mask->mark_page_accessed)
117  *    ->lruvec->lru_lock        (check_pte_range->folio_isolate_lru)
118  *    ->private_lock            (folio_remove_rmap_pte->set_page_dirty)
119  *    ->i_pages lock            (folio_remove_rmap_pte->set_page_dirty)
120  *    bdi.wb->list_lock         (folio_remove_rmap_pte->set_page_dirty)
121  *    ->inode->i_lock           (folio_remove_rmap_pte->set_page_dirty)
122  *    ->memcg->move_lock        (folio_remove_rmap_pte->folio_memcg_lock)
123  *    bdi.wb->list_lock         (zap_pte_range->set_page_dirty)
124  *    ->inode->i_lock           (zap_pte_range->set_page_dirty)
125  *    ->private_lock            (zap_pte_range->block_dirty_folio)
126  */
127
128 static void mapping_set_update(struct xa_state *xas,
129                 struct address_space *mapping)
130 {
131         if (dax_mapping(mapping) || shmem_mapping(mapping))
132                 return;
133         xas_set_update(xas, workingset_update_node);
134         xas_set_lru(xas, &shadow_nodes);
135 }
136
137 static void page_cache_delete(struct address_space *mapping,
138                                    struct folio *folio, void *shadow)
139 {
140         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, folio->index);
141         long nr = 1;
142
143         mapping_set_update(&xas, mapping);
144
145         xas_set_order(&xas, folio->index, folio_order(folio));
146         nr = folio_nr_pages(folio);
147
148         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
149
150         xas_store(&xas, shadow);
151         xas_init_marks(&xas);
152
153         folio->mapping = NULL;
154         /* Leave page->index set: truncation lookup relies upon it */
155         mapping->nrpages -= nr;
156 }
157
158 static void filemap_unaccount_folio(struct address_space *mapping,
159                 struct folio *folio)
160 {
161         long nr;
162
163         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_mapped(folio), folio);
164         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM) && unlikely(folio_mapped(folio))) {
165                 pr_alert("BUG: Bad page cache in process %s  pfn:%05lx\n",
166                          current->comm, folio_pfn(folio));
167                 dump_page(&folio->page, "still mapped when deleted");
168                 dump_stack();
169                 add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
170
171                 if (mapping_exiting(mapping) && !folio_test_large(folio)) {
172                         int mapcount = folio_mapcount(folio);
173
174                         if (folio_ref_count(folio) >= mapcount + 2) {
175                                 /*
176                                  * All vmas have already been torn down, so it's
177                                  * a good bet that actually the page is unmapped
178                                  * and we'd rather not leak it: if we're wrong,
179                                  * another bad page check should catch it later.
180                                  */
181                                 atomic_set(&folio->_mapcount, -1);
182                                 folio_ref_sub(folio, mapcount);
183                         }
184                 }
185         }
186
187         /* hugetlb folios do not participate in page cache accounting. */
188         if (folio_test_hugetlb(folio))
189                 return;
190
191         nr = folio_nr_pages(folio);
192
193         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_PAGES, -nr);
194         if (folio_test_swapbacked(folio)) {
195                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_SHMEM, -nr);
196                 if (folio_test_pmd_mappable(folio))
197                         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_SHMEM_THPS, -nr);
198         } else if (folio_test_pmd_mappable(folio)) {
199                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_THPS, -nr);
200                 filemap_nr_thps_dec(mapping);
201         }
202
203         /*
204          * At this point folio must be either written or cleaned by
205          * truncate.  Dirty folio here signals a bug and loss of
206          * unwritten data - on ordinary filesystems.
207          *
208          * But it's harmless on in-memory filesystems like tmpfs; and can
209          * occur when a driver which did get_user_pages() sets page dirty
210          * before putting it, while the inode is being finally evicted.
211          *
212          * Below fixes dirty accounting after removing the folio entirely
213          * but leaves the dirty flag set: it has no effect for truncated
214          * folio and anyway will be cleared before returning folio to
215          * buddy allocator.
216          */
217         if (WARN_ON_ONCE(folio_test_dirty(folio) &&
218                          mapping_can_writeback(mapping)))
219                 folio_account_cleaned(folio, inode_to_wb(mapping->host));
220 }
221
222 /*
223  * Delete a page from the page cache and free it. Caller has to make
224  * sure the page is locked and that nobody else uses it - or that usage
225  * is safe.  The caller must hold the i_pages lock.
226  */
227 void __filemap_remove_folio(struct folio *folio, void *shadow)
228 {
229         struct address_space *mapping = folio->mapping;
230
231         trace_mm_filemap_delete_from_page_cache(folio);
232         filemap_unaccount_folio(mapping, folio);
233         page_cache_delete(mapping, folio, shadow);
234 }
235
236 void filemap_free_folio(struct address_space *mapping, struct folio *folio)
237 {
238         void (*free_folio)(struct folio *);
239         int refs = 1;
240
241         free_folio = mapping->a_ops->free_folio;
242         if (free_folio)
243                 free_folio(folio);
244
245         if (folio_test_large(folio))
246                 refs = folio_nr_pages(folio);
247         folio_put_refs(folio, refs);
248 }
249
250 /**
251  * filemap_remove_folio - Remove folio from page cache.
252  * @folio: The folio.
253  *
254  * This must be called only on folios that are locked and have been
255  * verified to be in the page cache.  It will never put the folio into
256  * the free list because the caller has a reference on the page.
257  */
258 void filemap_remove_folio(struct folio *folio)
259 {
260         struct address_space *mapping = folio->mapping;
261
262         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
263         spin_lock(&mapping->host->i_lock);
264         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
265         __filemap_remove_folio(folio, NULL);
266         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
267         if (mapping_shrinkable(mapping))
268                 inode_add_lru(mapping->host);
269         spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
270
271         filemap_free_folio(mapping, folio);
272 }
273
274 /*
275  * page_cache_delete_batch - delete several folios from page cache
276  * @mapping: the mapping to which folios belong
277  * @fbatch: batch of folios to delete
278  *
279  * The function walks over mapping->i_pages and removes folios passed in
280  * @fbatch from the mapping. The function expects @fbatch to be sorted
281  * by page index and is optimised for it to be dense.
282  * It tolerates holes in @fbatch (mapping entries at those indices are not
283  * modified).
284  *
285  * The function expects the i_pages lock to be held.
286  */
287 static void page_cache_delete_batch(struct address_space *mapping,
288                              struct folio_batch *fbatch)
289 {
290         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, fbatch->folios[0]->index);
291         long total_pages = 0;
292         int i = 0;
293         struct folio *folio;
294
295         mapping_set_update(&xas, mapping);
296         xas_for_each(&xas, folio, ULONG_MAX) {
297                 if (i >= folio_batch_count(fbatch))
298                         break;
299
300                 /* A swap/dax/shadow entry got inserted? Skip it. */
301                 if (xa_is_value(folio))
302                         continue;
303                 /*
304                  * A page got inserted in our range? Skip it. We have our
305                  * pages locked so they are protected from being removed.
306                  * If we see a page whose index is higher than ours, it
307                  * means our page has been removed, which shouldn't be
308                  * possible because we're holding the PageLock.
309                  */
310                 if (folio != fbatch->folios[i]) {
311                         VM_BUG_ON_FOLIO(folio->index >
312                                         fbatch->folios[i]->index, folio);
313                         continue;
314                 }
315
316                 WARN_ON_ONCE(!folio_test_locked(folio));
317
318                 folio->mapping = NULL;
319                 /* Leave folio->index set: truncation lookup relies on it */
320
321                 i++;
322                 xas_store(&xas, NULL);
323                 total_pages += folio_nr_pages(folio);
324         }
325         mapping->nrpages -= total_pages;
326 }
327
328 void delete_from_page_cache_batch(struct address_space *mapping,
329                                   struct folio_batch *fbatch)
330 {
331         int i;
332
333         if (!folio_batch_count(fbatch))
334                 return;
335
336         spin_lock(&mapping->host->i_lock);
337         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
338         for (i = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++) {
339                 struct folio *folio = fbatch->folios[i];
340
341                 trace_mm_filemap_delete_from_page_cache(folio);
342                 filemap_unaccount_folio(mapping, folio);
343         }
344         page_cache_delete_batch(mapping, fbatch);
345         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
346         if (mapping_shrinkable(mapping))
347                 inode_add_lru(mapping->host);
348         spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
349
350         for (i = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++)
351                 filemap_free_folio(mapping, fbatch->folios[i]);
352 }
353
354 int filemap_check_errors(struct address_space *mapping)
355 {
356         int ret = 0;
357         /* Check for outstanding write errors */
358         if (test_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags) &&
359             test_and_clear_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags))
360                 ret = -ENOSPC;
361         if (test_bit(AS_EIO, &mapping->flags) &&
362             test_and_clear_bit(AS_EIO, &mapping->flags))
363                 ret = -EIO;
364         return ret;
365 }
366 EXPORT_SYMBOL(filemap_check_errors);
367
368 static int filemap_check_and_keep_errors(struct address_space *mapping)
369 {
370         /* Check for outstanding write errors */
371         if (test_bit(AS_EIO, &mapping->flags))
372                 return -EIO;
373         if (test_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags))
374                 return -ENOSPC;
375         return 0;
376 }
377
378 /**
379  * filemap_fdatawrite_wbc - start writeback on mapping dirty pages in range
380  * @mapping:    address space structure to write
381  * @wbc:        the writeback_control controlling the writeout
382  *
383  * Call writepages on the mapping using the provided wbc to control the
384  * writeout.
385  *
386  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
387  */
388 int filemap_fdatawrite_wbc(struct address_space *mapping,
389                            struct writeback_control *wbc)
390 {
391         int ret;
392
393         if (!mapping_can_writeback(mapping) ||
394             !mapping_tagged(mapping, PAGECACHE_TAG_DIRTY))
395                 return 0;
396
397         wbc_attach_fdatawrite_inode(wbc, mapping->host);
398         ret = do_writepages(mapping, wbc);
399         wbc_detach_inode(wbc);
400         return ret;
401 }
402 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite_wbc);
403
404 /**
405  * __filemap_fdatawrite_range - start writeback on mapping dirty pages in range
406  * @mapping:    address space structure to write
407  * @start:      offset in bytes where the range starts
408  * @end:        offset in bytes where the range ends (inclusive)
409  * @sync_mode:  enable synchronous operation
410  *
411  * Start writeback against all of a mapping's dirty pages that lie
412  * within the byte offsets <start, end> inclusive.
413  *
414  * If sync_mode is WB_SYNC_ALL then this is a "data integrity" operation, as
415  * opposed to a regular memory cleansing writeback.  The difference between
416  * these two operations is that if a dirty page/buffer is encountered, it must
417  * be waited upon, and not just skipped over.
418  *
419  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
420  */
421 int __filemap_fdatawrite_range(struct address_space *mapping, loff_t start,
422                                 loff_t end, int sync_mode)
423 {
424         struct writeback_control wbc = {
425                 .sync_mode = sync_mode,
426                 .nr_to_write = LONG_MAX,
427                 .range_start = start,
428                 .range_end = end,
429         };
430
431         return filemap_fdatawrite_wbc(mapping, &wbc);
432 }
433
434 static inline int __filemap_fdatawrite(struct address_space *mapping,
435         int sync_mode)
436 {
437         return __filemap_fdatawrite_range(mapping, 0, LLONG_MAX, sync_mode);
438 }
439
440 int filemap_fdatawrite(struct address_space *mapping)
441 {
442         return __filemap_fdatawrite(mapping, WB_SYNC_ALL);
443 }
444 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite);
445
446 int filemap_fdatawrite_range(struct address_space *mapping, loff_t start,
447                                 loff_t end)
448 {
449         return __filemap_fdatawrite_range(mapping, start, end, WB_SYNC_ALL);
450 }
451 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite_range);
452
453 /**
454  * filemap_flush - mostly a non-blocking flush
455  * @mapping:    target address_space
456  *
457  * This is a mostly non-blocking flush.  Not suitable for data-integrity
458  * purposes - I/O may not be started against all dirty pages.
459  *
460  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
461  */
462 int filemap_flush(struct address_space *mapping)
463 {
464         return __filemap_fdatawrite(mapping, WB_SYNC_NONE);
465 }
466 EXPORT_SYMBOL(filemap_flush);
467
468 /**
469  * filemap_range_has_page - check if a page exists in range.
470  * @mapping:           address space within which to check
471  * @start_byte:        offset in bytes where the range starts
472  * @end_byte:          offset in bytes where the range ends (inclusive)
473  *
474  * Find at least one page in the range supplied, usually used to check if
475  * direct writing in this range will trigger a writeback.
476  *
477  * Return: %true if at least one page exists in the specified range,
478  * %false otherwise.
479  */
480 bool filemap_range_has_page(struct address_space *mapping,
481                            loff_t start_byte, loff_t end_byte)
482 {
483         struct folio *folio;
484         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_byte >> PAGE_SHIFT);
485         pgoff_t max = end_byte >> PAGE_SHIFT;
486
487         if (end_byte < start_byte)
488                 return false;
489
490         rcu_read_lock();
491         for (;;) {
492                 folio = xas_find(&xas, max);
493                 if (xas_retry(&xas, folio))
494                         continue;
495                 /* Shadow entries don't count */
496                 if (xa_is_value(folio))
497                         continue;
498                 /*
499                  * We don't need to try to pin this page; we're about to
500                  * release the RCU lock anyway.  It is enough to know that
501                  * there was a page here recently.
502                  */
503                 break;
504         }
505         rcu_read_unlock();
506
507         return folio != NULL;
508 }
509 EXPORT_SYMBOL(filemap_range_has_page);
510
511 static void __filemap_fdatawait_range(struct address_space *mapping,
512                                      loff_t start_byte, loff_t end_byte)
513 {
514         pgoff_t index = start_byte >> PAGE_SHIFT;
515         pgoff_t end = end_byte >> PAGE_SHIFT;
516         struct folio_batch fbatch;
517         unsigned nr_folios;
518
519         folio_batch_init(&fbatch);
520
521         while (index <= end) {
522                 unsigned i;
523
524                 nr_folios = filemap_get_folios_tag(mapping, &index, end,
525                                 PAGECACHE_TAG_WRITEBACK, &fbatch);
526
527                 if (!nr_folios)
528                         break;
529
530                 for (i = 0; i < nr_folios; i++) {
531                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
532
533                         folio_wait_writeback(folio);
534                 }
535                 folio_batch_release(&fbatch);
536                 cond_resched();
537         }
538 }
539
540 /**
541  * filemap_fdatawait_range - wait for writeback to complete
542  * @mapping:            address space structure to wait for
543  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
544  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
545  *
546  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space
547  * in the given range and wait for all of them.  Check error status of
548  * the address space and return it.
549  *
550  * Since the error status of the address space is cleared by this function,
551  * callers are responsible for checking the return value and handling and/or
552  * reporting the error.
553  *
554  * Return: error status of the address space.
555  */
556 int filemap_fdatawait_range(struct address_space *mapping, loff_t start_byte,
557                             loff_t end_byte)
558 {
559         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
560         return filemap_check_errors(mapping);
561 }
562 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_range);
563
564 /**
565  * filemap_fdatawait_range_keep_errors - wait for writeback to complete
566  * @mapping:            address space structure to wait for
567  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
568  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
569  *
570  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space in the
571  * given range and wait for all of them.  Unlike filemap_fdatawait_range(),
572  * this function does not clear error status of the address space.
573  *
574  * Use this function if callers don't handle errors themselves.  Expected
575  * call sites are system-wide / filesystem-wide data flushers: e.g. sync(2),
576  * fsfreeze(8)
577  */
578 int filemap_fdatawait_range_keep_errors(struct address_space *mapping,
579                 loff_t start_byte, loff_t end_byte)
580 {
581         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
582         return filemap_check_and_keep_errors(mapping);
583 }
584 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_range_keep_errors);
585
586 /**
587  * file_fdatawait_range - wait for writeback to complete
588  * @file:               file pointing to address space structure to wait for
589  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
590  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
591  *
592  * Walk the list of under-writeback pages of the address space that file
593  * refers to, in the given range and wait for all of them.  Check error
594  * status of the address space vs. the file->f_wb_err cursor and return it.
595  *
596  * Since the error status of the file is advanced by this function,
597  * callers are responsible for checking the return value and handling and/or
598  * reporting the error.
599  *
600  * Return: error status of the address space vs. the file->f_wb_err cursor.
601  */
602 int file_fdatawait_range(struct file *file, loff_t start_byte, loff_t end_byte)
603 {
604         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
605
606         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
607         return file_check_and_advance_wb_err(file);
608 }
609 EXPORT_SYMBOL(file_fdatawait_range);
610
611 /**
612  * filemap_fdatawait_keep_errors - wait for writeback without clearing errors
613  * @mapping: address space structure to wait for
614  *
615  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space
616  * and wait for all of them.  Unlike filemap_fdatawait(), this function
617  * does not clear error status of the address space.
618  *
619  * Use this function if callers don't handle errors themselves.  Expected
620  * call sites are system-wide / filesystem-wide data flushers: e.g. sync(2),
621  * fsfreeze(8)
622  *
623  * Return: error status of the address space.
624  */
625 int filemap_fdatawait_keep_errors(struct address_space *mapping)
626 {
627         __filemap_fdatawait_range(mapping, 0, LLONG_MAX);
628         return filemap_check_and_keep_errors(mapping);
629 }
630 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_keep_errors);
631
632 /* Returns true if writeback might be needed or already in progress. */
633 static bool mapping_needs_writeback(struct address_space *mapping)
634 {
635         return mapping->nrpages;
636 }
637
638 bool filemap_range_has_writeback(struct address_space *mapping,
639                                  loff_t start_byte, loff_t end_byte)
640 {
641         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_byte >> PAGE_SHIFT);
642         pgoff_t max = end_byte >> PAGE_SHIFT;
643         struct folio *folio;
644
645         if (end_byte < start_byte)
646                 return false;
647
648         rcu_read_lock();
649         xas_for_each(&xas, folio, max) {
650                 if (xas_retry(&xas, folio))
651                         continue;
652                 if (xa_is_value(folio))
653                         continue;
654                 if (folio_test_dirty(folio) || folio_test_locked(folio) ||
655                                 folio_test_writeback(folio))
656                         break;
657         }
658         rcu_read_unlock();
659         return folio != NULL;
660 }
661 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_range_has_writeback);
662
663 /**
664  * filemap_write_and_wait_range - write out & wait on a file range
665  * @mapping:    the address_space for the pages
666  * @lstart:     offset in bytes where the range starts
667  * @lend:       offset in bytes where the range ends (inclusive)
668  *
669  * Write out and wait upon file offsets lstart->lend, inclusive.
670  *
671  * Note that @lend is inclusive (describes the last byte to be written) so
672  * that this function can be used to write to the very end-of-file (end = -1).
673  *
674  * Return: error status of the address space.
675  */
676 int filemap_write_and_wait_range(struct address_space *mapping,
677                                  loff_t lstart, loff_t lend)
678 {
679         int err = 0, err2;
680
681         if (lend < lstart)
682                 return 0;
683
684         if (mapping_needs_writeback(mapping)) {
685                 err = __filemap_fdatawrite_range(mapping, lstart, lend,
686                                                  WB_SYNC_ALL);
687                 /*
688                  * Even if the above returned error, the pages may be
689                  * written partially (e.g. -ENOSPC), so we wait for it.
690                  * But the -EIO is special case, it may indicate the worst
691                  * thing (e.g. bug) happened, so we avoid waiting for it.
692                  */
693                 if (err != -EIO)
694                         __filemap_fdatawait_range(mapping, lstart, lend);
695         }
696         err2 = filemap_check_errors(mapping);
697         if (!err)
698                 err = err2;
699         return err;
700 }
701 EXPORT_SYMBOL(filemap_write_and_wait_range);
702
703 void __filemap_set_wb_err(struct address_space *mapping, int err)
704 {
705         errseq_t eseq = errseq_set(&mapping->wb_err, err);
706
707         trace_filemap_set_wb_err(mapping, eseq);
708 }
709 EXPORT_SYMBOL(__filemap_set_wb_err);
710
711 /**
712  * file_check_and_advance_wb_err - report wb error (if any) that was previously
713  *                                 and advance wb_err to current one
714  * @file: struct file on which the error is being reported
715  *
716  * When userland calls fsync (or something like nfsd does the equivalent), we
717  * want to report any writeback errors that occurred since the last fsync (or
718  * since the file was opened if there haven't been any).
719  *
720  * Grab the wb_err from the mapping. If it matches what we have in the file,
721  * then just quickly return 0. The file is all caught up.
722  *
723  * If it doesn't match, then take the mapping value, set the "seen" flag in
724  * it and try to swap it into place. If it works, or another task beat us
725  * to it with the new value, then update the f_wb_err and return the error
726  * portion. The error at this point must be reported via proper channels
727  * (a'la fsync, or NFS COMMIT operation, etc.).
728  *
729  * While we handle mapping->wb_err with atomic operations, the f_wb_err
730  * value is protected by the f_lock since we must ensure that it reflects
731  * the latest value swapped in for this file descriptor.
732  *
733  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
734  */
735 int file_check_and_advance_wb_err(struct file *file)
736 {
737         int err = 0;
738         errseq_t old = READ_ONCE(file->f_wb_err);
739         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
740
741         /* Locklessly handle the common case where nothing has changed */
742         if (errseq_check(&mapping->wb_err, old)) {
743                 /* Something changed, must use slow path */
744                 spin_lock(&file->f_lock);
745                 old = file->f_wb_err;
746                 err = errseq_check_and_advance(&mapping->wb_err,
747                                                 &file->f_wb_err);
748                 trace_file_check_and_advance_wb_err(file, old);
749                 spin_unlock(&file->f_lock);
750         }
751
752         /*
753          * We're mostly using this function as a drop in replacement for
754          * filemap_check_errors. Clear AS_EIO/AS_ENOSPC to emulate the effect
755          * that the legacy code would have had on these flags.
756          */
757         clear_bit(AS_EIO, &mapping->flags);
758         clear_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags);
759         return err;
760 }
761 EXPORT_SYMBOL(file_check_and_advance_wb_err);
762
763 /**
764  * file_write_and_wait_range - write out & wait on a file range
765  * @file:       file pointing to address_space with pages
766  * @lstart:     offset in bytes where the range starts
767  * @lend:       offset in bytes where the range ends (inclusive)
768  *
769  * Write out and wait upon file offsets lstart->lend, inclusive.
770  *
771  * Note that @lend is inclusive (describes the last byte to be written) so
772  * that this function can be used to write to the very end-of-file (end = -1).
773  *
774  * After writing out and waiting on the data, we check and advance the
775  * f_wb_err cursor to the latest value, and return any errors detected there.
776  *
777  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
778  */
779 int file_write_and_wait_range(struct file *file, loff_t lstart, loff_t lend)
780 {
781         int err = 0, err2;
782         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
783
784         if (lend < lstart)
785                 return 0;
786
787         if (mapping_needs_writeback(mapping)) {
788                 err = __filemap_fdatawrite_range(mapping, lstart, lend,
789                                                  WB_SYNC_ALL);
790                 /* See comment of filemap_write_and_wait() */
791                 if (err != -EIO)
792                         __filemap_fdatawait_range(mapping, lstart, lend);
793         }
794         err2 = file_check_and_advance_wb_err(file);
795         if (!err)
796                 err = err2;
797         return err;
798 }
799 EXPORT_SYMBOL(file_write_and_wait_range);
800
801 /**
802  * replace_page_cache_folio - replace a pagecache folio with a new one
803  * @old:        folio to be replaced
804  * @new:        folio to replace with
805  *
806  * This function replaces a folio in the pagecache with a new one.  On
807  * success it acquires the pagecache reference for the new folio and
808  * drops it for the old folio.  Both the old and new folios must be
809  * locked.  This function does not add the new folio to the LRU, the
810  * caller must do that.
811  *
812  * The remove + add is atomic.  This function cannot fail.
813  */
814 void replace_page_cache_folio(struct folio *old, struct folio *new)
815 {
816         struct address_space *mapping = old->mapping;
817         void (*free_folio)(struct folio *) = mapping->a_ops->free_folio;
818         pgoff_t offset = old->index;
819         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, offset);
820
821         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(old), old);
822         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(new), new);
823         VM_BUG_ON_FOLIO(new->mapping, new);
824
825         folio_get(new);
826         new->mapping = mapping;
827         new->index = offset;
828
829         mem_cgroup_replace_folio(old, new);
830
831         xas_lock_irq(&xas);
832         xas_store(&xas, new);
833
834         old->mapping = NULL;
835         /* hugetlb pages do not participate in page cache accounting. */
836         if (!folio_test_hugetlb(old))
837                 __lruvec_stat_sub_folio(old, NR_FILE_PAGES);
838         if (!folio_test_hugetlb(new))
839                 __lruvec_stat_add_folio(new, NR_FILE_PAGES);
840         if (folio_test_swapbacked(old))
841                 __lruvec_stat_sub_folio(old, NR_SHMEM);
842         if (folio_test_swapbacked(new))
843                 __lruvec_stat_add_folio(new, NR_SHMEM);
844         xas_unlock_irq(&xas);
845         if (free_folio)
846                 free_folio(old);
847         folio_put(old);
848 }
849 EXPORT_SYMBOL_GPL(replace_page_cache_folio);
850
851 noinline int __filemap_add_folio(struct address_space *mapping,
852                 struct folio *folio, pgoff_t index, gfp_t gfp, void **shadowp)
853 {
854         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
855         void *alloced_shadow = NULL;
856         int alloced_order = 0;
857         bool huge;
858         long nr;
859
860         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
861         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_swapbacked(folio), folio);
862         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_order(folio) < mapping_min_folio_order(mapping),
863                         folio);
864         mapping_set_update(&xas, mapping);
865
866         VM_BUG_ON_FOLIO(index & (folio_nr_pages(folio) - 1), folio);
867         xas_set_order(&xas, index, folio_order(folio));
868         huge = folio_test_hugetlb(folio);
869         nr = folio_nr_pages(folio);
870
871         gfp &= GFP_RECLAIM_MASK;
872         folio_ref_add(folio, nr);
873         folio->mapping = mapping;
874         folio->index = xas.xa_index;
875
876         for (;;) {
877                 int order = -1, split_order = 0;
878                 void *entry, *old = NULL;
879
880                 xas_lock_irq(&xas);
881                 xas_for_each_conflict(&xas, entry) {
882                         old = entry;
883                         if (!xa_is_value(entry)) {
884                                 xas_set_err(&xas, -EEXIST);
885                                 goto unlock;
886                         }
887                         /*
888                          * If a larger entry exists,
889                          * it will be the first and only entry iterated.
890                          */
891                         if (order == -1)
892                                 order = xas_get_order(&xas);
893                 }
894
895                 /* entry may have changed before we re-acquire the lock */
896                 if (alloced_order && (old != alloced_shadow || order != alloced_order)) {
897                         xas_destroy(&xas);
898                         alloced_order = 0;
899                 }
900
901                 if (old) {
902                         if (order > 0 && order > folio_order(folio)) {
903                                 /* How to handle large swap entries? */
904                                 BUG_ON(shmem_mapping(mapping));
905                                 if (!alloced_order) {
906                                         split_order = order;
907                                         goto unlock;
908                                 }
909                                 xas_split(&xas, old, order);
910                                 xas_reset(&xas);
911                         }
912                         if (shadowp)
913                                 *shadowp = old;
914                 }
915
916                 xas_store(&xas, folio);
917                 if (xas_error(&xas))
918                         goto unlock;
919
920                 mapping->nrpages += nr;
921
922                 /* hugetlb pages do not participate in page cache accounting */
923                 if (!huge) {
924                         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_PAGES, nr);
925                         if (folio_test_pmd_mappable(folio))
926                                 __lruvec_stat_mod_folio(folio,
927                                                 NR_FILE_THPS, nr);
928                 }
929
930 unlock:
931                 xas_unlock_irq(&xas);
932
933                 /* split needed, alloc here and retry. */
934                 if (split_order) {
935                         xas_split_alloc(&xas, old, split_order, gfp);
936                         if (xas_error(&xas))
937                                 goto error;
938                         alloced_shadow = old;
939                         alloced_order = split_order;
940                         xas_reset(&xas);
941                         continue;
942                 }
943
944                 if (!xas_nomem(&xas, gfp))
945                         break;
946         }
947
948         if (xas_error(&xas))
949                 goto error;
950
951         trace_mm_filemap_add_to_page_cache(folio);
952         return 0;
953 error:
954         folio->mapping = NULL;
955         /* Leave page->index set: truncation relies upon it */
956         folio_put_refs(folio, nr);
957         return xas_error(&xas);
958 }
959 ALLOW_ERROR_INJECTION(__filemap_add_folio, ERRNO);
960
961 int filemap_add_folio(struct address_space *mapping, struct folio *folio,
962                                 pgoff_t index, gfp_t gfp)
963 {
964         void *shadow = NULL;
965         int ret;
966
967         ret = mem_cgroup_charge(folio, NULL, gfp);
968         if (ret)
969                 return ret;
970
971         __folio_set_locked(folio);
972         ret = __filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp, &shadow);
973         if (unlikely(ret)) {
974                 mem_cgroup_uncharge(folio);
975                 __folio_clear_locked(folio);
976         } else {
977                 /*
978                  * The folio might have been evicted from cache only
979                  * recently, in which case it should be activated like
980                  * any other repeatedly accessed folio.
981                  * The exception is folios getting rewritten; evicting other
982                  * data from the working set, only to cache data that will
983                  * get overwritten with something else, is a waste of memory.
984                  */
985                 WARN_ON_ONCE(folio_test_active(folio));
986                 if (!(gfp & __GFP_WRITE) && shadow)
987                         workingset_refault(folio, shadow);
988                 folio_add_lru(folio);
989         }
990         return ret;
991 }
992 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_add_folio);
993
994 #ifdef CONFIG_NUMA
995 struct folio *filemap_alloc_folio_noprof(gfp_t gfp, unsigned int order)
996 {
997         int n;
998         struct folio *folio;
999
1000         if (cpuset_do_page_mem_spread()) {
1001                 unsigned int cpuset_mems_cookie;
1002                 do {
1003                         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
1004                         n = cpuset_mem_spread_node();
1005                         folio = __folio_alloc_node_noprof(gfp, order, n);
1006                 } while (!folio && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
1007
1008                 return folio;
1009         }
1010         return folio_alloc_noprof(gfp, order);
1011 }
1012 EXPORT_SYMBOL(filemap_alloc_folio_noprof);
1013 #endif
1014
1015 /*
1016  * filemap_invalidate_lock_two - lock invalidate_lock for two mappings
1017  *
1018  * Lock exclusively invalidate_lock of any passed mapping that is not NULL.
1019  *
1020  * @mapping1: the first mapping to lock
1021  * @mapping2: the second mapping to lock
1022  */
1023 void filemap_invalidate_lock_two(struct address_space *mapping1,
1024                                  struct address_space *mapping2)
1025 {
1026         if (mapping1 > mapping2)
1027                 swap(mapping1, mapping2);
1028         if (mapping1)
1029                 down_write(&mapping1->invalidate_lock);
1030         if (mapping2 && mapping1 != mapping2)
1031                 down_write_nested(&mapping2->invalidate_lock, 1);
1032 }
1033 EXPORT_SYMBOL(filemap_invalidate_lock_two);
1034
1035 /*
1036  * filemap_invalidate_unlock_two - unlock invalidate_lock for two mappings
1037  *
1038  * Unlock exclusive invalidate_lock of any passed mapping that is not NULL.
1039  *
1040  * @mapping1: the first mapping to unlock
1041  * @mapping2: the second mapping to unlock
1042  */
1043 void filemap_invalidate_unlock_two(struct address_space *mapping1,
1044                                    struct address_space *mapping2)
1045 {
1046         if (mapping1)
1047                 up_write(&mapping1->invalidate_lock);
1048         if (mapping2 && mapping1 != mapping2)
1049                 up_write(&mapping2->invalidate_lock);
1050 }
1051 EXPORT_SYMBOL(filemap_invalidate_unlock_two);
1052
1053 /*
1054  * In order to wait for pages to become available there must be
1055  * waitqueues associated with pages. By using a hash table of
1056  * waitqueues where the bucket discipline is to maintain all
1057  * waiters on the same queue and wake all when any of the pages
1058  * become available, and for the woken contexts to check to be
1059  * sure the appropriate page became available, this saves space
1060  * at a cost of "thundering herd" phenomena during rare hash
1061  * collisions.
1062  */
1063 #define PAGE_WAIT_TABLE_BITS 8
1064 #define PAGE_WAIT_TABLE_SIZE (1 << PAGE_WAIT_TABLE_BITS)
1065 static wait_queue_head_t folio_wait_table[PAGE_WAIT_TABLE_SIZE] __cacheline_aligned;
1066
1067 static wait_queue_head_t *folio_waitqueue(struct folio *folio)
1068 {
1069         return &folio_wait_table[hash_ptr(folio, PAGE_WAIT_TABLE_BITS)];
1070 }
1071
1072 void __init pagecache_init(void)
1073 {
1074         int i;
1075
1076         for (i = 0; i < PAGE_WAIT_TABLE_SIZE; i++)
1077                 init_waitqueue_head(&folio_wait_table[i]);
1078
1079         page_writeback_init();
1080 }
1081
1082 /*
1083  * The page wait code treats the "wait->flags" somewhat unusually, because
1084  * we have multiple different kinds of waits, not just the usual "exclusive"
1085  * one.
1086  *
1087  * We have:
1088  *
1089  *  (a) no special bits set:
1090  *
1091  *      We're just waiting for the bit to be released, and when a waker
1092  *      calls the wakeup function, we set WQ_FLAG_WOKEN and wake it up,
1093  *      and remove it from the wait queue.
1094  *
1095  *      Simple and straightforward.
1096  *
1097  *  (b) WQ_FLAG_EXCLUSIVE:
1098  *
1099  *      The waiter is waiting to get the lock, and only one waiter should
1100  *      be woken up to avoid any thundering herd behavior. We'll set the
1101  *      WQ_FLAG_WOKEN bit, wake it up, and remove it from the wait queue.
1102  *
1103  *      This is the traditional exclusive wait.
1104  *
1105  *  (c) WQ_FLAG_EXCLUSIVE | WQ_FLAG_CUSTOM:
1106  *
1107  *      The waiter is waiting to get the bit, and additionally wants the
1108  *      lock to be transferred to it for fair lock behavior. If the lock
1109  *      cannot be taken, we stop walking the wait queue without waking
1110  *      the waiter.
1111  *
1112  *      This is the "fair lock handoff" case, and in addition to setting
1113  *      WQ_FLAG_WOKEN, we set WQ_FLAG_DONE to let the waiter easily see
1114  *      that it now has the lock.
1115  */
1116 static int wake_page_function(wait_queue_entry_t *wait, unsigned mode, int sync, void *arg)
1117 {
1118         unsigned int flags;
1119         struct wait_page_key *key = arg;
1120         struct wait_page_queue *wait_page
1121                 = container_of(wait, struct wait_page_queue, wait);
1122
1123         if (!wake_page_match(wait_page, key))
1124                 return 0;
1125
1126         /*
1127          * If it's a lock handoff wait, we get the bit for it, and
1128          * stop walking (and do not wake it up) if we can't.
1129          */
1130         flags = wait->flags;
1131         if (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) {
1132                 if (test_bit(key->bit_nr, &key->folio->flags))
1133                         return -1;
1134                 if (flags & WQ_FLAG_CUSTOM) {
1135                         if (test_and_set_bit(key->bit_nr, &key->folio->flags))
1136                                 return -1;
1137                         flags |= WQ_FLAG_DONE;
1138                 }
1139         }
1140
1141         /*
1142          * We are holding the wait-queue lock, but the waiter that
1143          * is waiting for this will be checking the flags without
1144          * any locking.
1145          *
1146          * So update the flags atomically, and wake up the waiter
1147          * afterwards to avoid any races. This store-release pairs
1148          * with the load-acquire in folio_wait_bit_common().
1149          */
1150         smp_store_release(&wait->flags, flags | WQ_FLAG_WOKEN);
1151         wake_up_state(wait->private, mode);
1152
1153         /*
1154          * Ok, we have successfully done what we're waiting for,
1155          * and we can unconditionally remove the wait entry.
1156          *
1157          * Note that this pairs with the "finish_wait()" in the
1158          * waiter, and has to be the absolute last thing we do.
1159          * After this list_del_init(&wait->entry) the wait entry
1160          * might be de-allocated and the process might even have
1161          * exited.
1162          */
1163         list_del_init_careful(&wait->entry);
1164         return (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) != 0;
1165 }
1166
1167 static void folio_wake_bit(struct folio *folio, int bit_nr)
1168 {
1169         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1170         struct wait_page_key key;
1171         unsigned long flags;
1172
1173         key.folio = folio;
1174         key.bit_nr = bit_nr;
1175         key.page_match = 0;
1176
1177         spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1178         __wake_up_locked_key(q, TASK_NORMAL, &key);
1179
1180         /*
1181          * It's possible to miss clearing waiters here, when we woke our page
1182          * waiters, but the hashed waitqueue has waiters for other pages on it.
1183          * That's okay, it's a rare case. The next waker will clear it.
1184          *
1185          * Note that, depending on the page pool (buddy, hugetlb, ZONE_DEVICE,
1186          * other), the flag may be cleared in the course of freeing the page;
1187          * but that is not required for correctness.
1188          */
1189         if (!waitqueue_active(q) || !key.page_match)
1190                 folio_clear_waiters(folio);
1191
1192         spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1193 }
1194
1195 /*
1196  * A choice of three behaviors for folio_wait_bit_common():
1197  */
1198 enum behavior {
1199         EXCLUSIVE,      /* Hold ref to page and take the bit when woken, like
1200                          * __folio_lock() waiting on then setting PG_locked.
1201                          */
1202         SHARED,         /* Hold ref to page and check the bit when woken, like
1203                          * folio_wait_writeback() waiting on PG_writeback.
1204                          */
1205         DROP,           /* Drop ref to page before wait, no check when woken,
1206                          * like folio_put_wait_locked() on PG_locked.
1207                          */
1208 };
1209
1210 /*
1211  * Attempt to check (or get) the folio flag, and mark us done
1212  * if successful.
1213  */
1214 static inline bool folio_trylock_flag(struct folio *folio, int bit_nr,
1215                                         struct wait_queue_entry *wait)
1216 {
1217         if (wait->flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) {
1218                 if (test_and_set_bit(bit_nr, &folio->flags))
1219                         return false;
1220         } else if (test_bit(bit_nr, &folio->flags))
1221                 return false;
1222
1223         wait->flags |= WQ_FLAG_WOKEN | WQ_FLAG_DONE;
1224         return true;
1225 }
1226
1227 /* How many times do we accept lock stealing from under a waiter? */
1228 int sysctl_page_lock_unfairness = 5;
1229
1230 static inline int folio_wait_bit_common(struct folio *folio, int bit_nr,
1231                 int state, enum behavior behavior)
1232 {
1233         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1234         int unfairness = sysctl_page_lock_unfairness;
1235         struct wait_page_queue wait_page;
1236         wait_queue_entry_t *wait = &wait_page.wait;
1237         bool thrashing = false;
1238         unsigned long pflags;
1239         bool in_thrashing;
1240
1241         if (bit_nr == PG_locked &&
1242             !folio_test_uptodate(folio) && folio_test_workingset(folio)) {
1243                 delayacct_thrashing_start(&in_thrashing);
1244                 psi_memstall_enter(&pflags);
1245                 thrashing = true;
1246         }
1247
1248         init_wait(wait);
1249         wait->func = wake_page_function;
1250         wait_page.folio = folio;
1251         wait_page.bit_nr = bit_nr;
1252
1253 repeat:
1254         wait->flags = 0;
1255         if (behavior == EXCLUSIVE) {
1256                 wait->flags = WQ_FLAG_EXCLUSIVE;
1257                 if (--unfairness < 0)
1258                         wait->flags |= WQ_FLAG_CUSTOM;
1259         }
1260
1261         /*
1262          * Do one last check whether we can get the
1263          * page bit synchronously.
1264          *
1265          * Do the folio_set_waiters() marking before that
1266          * to let any waker we _just_ missed know they
1267          * need to wake us up (otherwise they'll never
1268          * even go to the slow case that looks at the
1269          * page queue), and add ourselves to the wait
1270          * queue if we need to sleep.
1271          *
1272          * This part needs to be done under the queue
1273          * lock to avoid races.
1274          */
1275         spin_lock_irq(&q->lock);
1276         folio_set_waiters(folio);
1277         if (!folio_trylock_flag(folio, bit_nr, wait))
1278                 __add_wait_queue_entry_tail(q, wait);
1279         spin_unlock_irq(&q->lock);
1280
1281         /*
1282          * From now on, all the logic will be based on
1283          * the WQ_FLAG_WOKEN and WQ_FLAG_DONE flag, to
1284          * see whether the page bit testing has already
1285          * been done by the wake function.
1286          *
1287          * We can drop our reference to the folio.
1288          */
1289         if (behavior == DROP)
1290                 folio_put(folio);
1291
1292         /*
1293          * Note that until the "finish_wait()", or until
1294          * we see the WQ_FLAG_WOKEN flag, we need to
1295          * be very careful with the 'wait->flags', because
1296          * we may race with a waker that sets them.
1297          */
1298         for (;;) {
1299                 unsigned int flags;
1300
1301                 set_current_state(state);
1302
1303                 /* Loop until we've been woken or interrupted */
1304                 flags = smp_load_acquire(&wait->flags);
1305                 if (!(flags & WQ_FLAG_WOKEN)) {
1306                         if (signal_pending_state(state, current))
1307                                 break;
1308
1309                         io_schedule();
1310                         continue;
1311                 }
1312
1313                 /* If we were non-exclusive, we're done */
1314                 if (behavior != EXCLUSIVE)
1315                         break;
1316
1317                 /* If the waker got the lock for us, we're done */
1318                 if (flags & WQ_FLAG_DONE)
1319                         break;
1320
1321                 /*
1322                  * Otherwise, if we're getting the lock, we need to
1323                  * try to get it ourselves.
1324                  *
1325                  * And if that fails, we'll have to retry this all.
1326                  */
1327                 if (unlikely(test_and_set_bit(bit_nr, folio_flags(folio, 0))))
1328                         goto repeat;
1329
1330                 wait->flags |= WQ_FLAG_DONE;
1331                 break;
1332         }
1333
1334         /*
1335          * If a signal happened, this 'finish_wait()' may remove the last
1336          * waiter from the wait-queues, but the folio waiters bit will remain
1337          * set. That's ok. The next wakeup will take care of it, and trying
1338          * to do it here would be difficult and prone to races.
1339          */
1340         finish_wait(q, wait);
1341
1342         if (thrashing) {
1343                 delayacct_thrashing_end(&in_thrashing);
1344                 psi_memstall_leave(&pflags);
1345         }
1346
1347         /*
1348          * NOTE! The wait->flags weren't stable until we've done the
1349          * 'finish_wait()', and we could have exited the loop above due
1350          * to a signal, and had a wakeup event happen after the signal
1351          * test but before the 'finish_wait()'.
1352          *
1353          * So only after the finish_wait() can we reliably determine
1354          * if we got woken up or not, so we can now figure out the final
1355          * return value based on that state without races.
1356          *
1357          * Also note that WQ_FLAG_WOKEN is sufficient for a non-exclusive
1358          * waiter, but an exclusive one requires WQ_FLAG_DONE.
1359          */
1360         if (behavior == EXCLUSIVE)
1361                 return wait->flags & WQ_FLAG_DONE ? 0 : -EINTR;
1362
1363         return wait->flags & WQ_FLAG_WOKEN ? 0 : -EINTR;
1364 }
1365
1366 #ifdef CONFIG_MIGRATION
1367 /**
1368  * migration_entry_wait_on_locked - Wait for a migration entry to be removed
1369  * @entry: migration swap entry.
1370  * @ptl: already locked ptl. This function will drop the lock.
1371  *
1372  * Wait for a migration entry referencing the given page to be removed. This is
1373  * equivalent to put_and_wait_on_page_locked(page, TASK_UNINTERRUPTIBLE) except
1374  * this can be called without taking a reference on the page. Instead this
1375  * should be called while holding the ptl for the migration entry referencing
1376  * the page.
1377  *
1378  * Returns after unlocking the ptl.
1379  *
1380  * This follows the same logic as folio_wait_bit_common() so see the comments
1381  * there.
1382  */
1383 void migration_entry_wait_on_locked(swp_entry_t entry, spinlock_t *ptl)
1384         __releases(ptl)
1385 {
1386         struct wait_page_queue wait_page;
1387         wait_queue_entry_t *wait = &wait_page.wait;
1388         bool thrashing = false;
1389         unsigned long pflags;
1390         bool in_thrashing;
1391         wait_queue_head_t *q;
1392         struct folio *folio = pfn_swap_entry_folio(entry);
1393
1394         q = folio_waitqueue(folio);
1395         if (!folio_test_uptodate(folio) && folio_test_workingset(folio)) {
1396                 delayacct_thrashing_start(&in_thrashing);
1397                 psi_memstall_enter(&pflags);
1398                 thrashing = true;
1399         }
1400
1401         init_wait(wait);
1402         wait->func = wake_page_function;
1403         wait_page.folio = folio;
1404         wait_page.bit_nr = PG_locked;
1405         wait->flags = 0;
1406
1407         spin_lock_irq(&q->lock);
1408         folio_set_waiters(folio);
1409         if (!folio_trylock_flag(folio, PG_locked, wait))
1410                 __add_wait_queue_entry_tail(q, wait);
1411         spin_unlock_irq(&q->lock);
1412
1413         /*
1414          * If a migration entry exists for the page the migration path must hold
1415          * a valid reference to the page, and it must take the ptl to remove the
1416          * migration entry. So the page is valid until the ptl is dropped.
1417          */
1418         spin_unlock(ptl);
1419
1420         for (;;) {
1421                 unsigned int flags;
1422
1423                 set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
1424
1425                 /* Loop until we've been woken or interrupted */
1426                 flags = smp_load_acquire(&wait->flags);
1427                 if (!(flags & WQ_FLAG_WOKEN)) {
1428                         if (signal_pending_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE, current))
1429                                 break;
1430
1431                         io_schedule();
1432                         continue;
1433                 }
1434                 break;
1435         }
1436
1437         finish_wait(q, wait);
1438
1439         if (thrashing) {
1440                 delayacct_thrashing_end(&in_thrashing);
1441                 psi_memstall_leave(&pflags);
1442         }
1443 }
1444 #endif
1445
1446 void folio_wait_bit(struct folio *folio, int bit_nr)
1447 {
1448         folio_wait_bit_common(folio, bit_nr, TASK_UNINTERRUPTIBLE, SHARED);
1449 }
1450 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_bit);
1451
1452 int folio_wait_bit_killable(struct folio *folio, int bit_nr)
1453 {
1454         return folio_wait_bit_common(folio, bit_nr, TASK_KILLABLE, SHARED);
1455 }
1456 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_bit_killable);
1457
1458 /**
1459  * folio_put_wait_locked - Drop a reference and wait for it to be unlocked
1460  * @folio: The folio to wait for.
1461  * @state: The sleep state (TASK_KILLABLE, TASK_UNINTERRUPTIBLE, etc).
1462  *
1463  * The caller should hold a reference on @folio.  They expect the page to
1464  * become unlocked relatively soon, but do not wish to hold up migration
1465  * (for example) by holding the reference while waiting for the folio to
1466  * come unlocked.  After this function returns, the caller should not
1467  * dereference @folio.
1468  *
1469  * Return: 0 if the folio was unlocked or -EINTR if interrupted by a signal.
1470  */
1471 static int folio_put_wait_locked(struct folio *folio, int state)
1472 {
1473         return folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, state, DROP);
1474 }
1475
1476 /**
1477  * folio_add_wait_queue - Add an arbitrary waiter to a folio's wait queue
1478  * @folio: Folio defining the wait queue of interest
1479  * @waiter: Waiter to add to the queue
1480  *
1481  * Add an arbitrary @waiter to the wait queue for the nominated @folio.
1482  */
1483 void folio_add_wait_queue(struct folio *folio, wait_queue_entry_t *waiter)
1484 {
1485         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1486         unsigned long flags;
1487
1488         spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1489         __add_wait_queue_entry_tail(q, waiter);
1490         folio_set_waiters(folio);
1491         spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1492 }
1493 EXPORT_SYMBOL_GPL(folio_add_wait_queue);
1494
1495 /**
1496  * folio_unlock - Unlock a locked folio.
1497  * @folio: The folio.
1498  *
1499  * Unlocks the folio and wakes up any thread sleeping on the page lock.
1500  *
1501  * Context: May be called from interrupt or process context.  May not be
1502  * called from NMI context.
1503  */
1504 void folio_unlock(struct folio *folio)
1505 {
1506         /* Bit 7 allows x86 to check the byte's sign bit */
1507         BUILD_BUG_ON(PG_waiters != 7);
1508         BUILD_BUG_ON(PG_locked > 7);
1509         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
1510         if (folio_xor_flags_has_waiters(folio, 1 << PG_locked))
1511                 folio_wake_bit(folio, PG_locked);
1512 }
1513 EXPORT_SYMBOL(folio_unlock);
1514
1515 /**
1516  * folio_end_read - End read on a folio.
1517  * @folio: The folio.
1518  * @success: True if all reads completed successfully.
1519  *
1520  * When all reads against a folio have completed, filesystems should
1521  * call this function to let the pagecache know that no more reads
1522  * are outstanding.  This will unlock the folio and wake up any thread
1523  * sleeping on the lock.  The folio will also be marked uptodate if all
1524  * reads succeeded.
1525  *
1526  * Context: May be called from interrupt or process context.  May not be
1527  * called from NMI context.
1528  */
1529 void folio_end_read(struct folio *folio, bool success)
1530 {
1531         unsigned long mask = 1 << PG_locked;
1532
1533         /* Must be in bottom byte for x86 to work */
1534         BUILD_BUG_ON(PG_uptodate > 7);
1535         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
1536         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_uptodate(folio), folio);
1537
1538         if (likely(success))
1539                 mask |= 1 << PG_uptodate;
1540         if (folio_xor_flags_has_waiters(folio, mask))
1541                 folio_wake_bit(folio, PG_locked);
1542 }
1543 EXPORT_SYMBOL(folio_end_read);
1544
1545 /**
1546  * folio_end_private_2 - Clear PG_private_2 and wake any waiters.
1547  * @folio: The folio.
1548  *
1549  * Clear the PG_private_2 bit on a folio and wake up any sleepers waiting for
1550  * it.  The folio reference held for PG_private_2 being set is released.
1551  *
1552  * This is, for example, used when a netfs folio is being written to a local
1553  * disk cache, thereby allowing writes to the cache for the same folio to be
1554  * serialised.
1555  */
1556 void folio_end_private_2(struct folio *folio)
1557 {
1558         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_private_2(folio), folio);
1559         clear_bit_unlock(PG_private_2, folio_flags(folio, 0));
1560         folio_wake_bit(folio, PG_private_2);
1561         folio_put(folio);
1562 }
1563 EXPORT_SYMBOL(folio_end_private_2);
1564
1565 /**
1566  * folio_wait_private_2 - Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio.
1567  * @folio: The folio to wait on.
1568  *
1569  * Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio.
1570  */
1571 void folio_wait_private_2(struct folio *folio)
1572 {
1573         while (folio_test_private_2(folio))
1574                 folio_wait_bit(folio, PG_private_2);
1575 }
1576 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_private_2);
1577
1578 /**
1579  * folio_wait_private_2_killable - Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio.
1580  * @folio: The folio to wait on.
1581  *
1582  * Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio or until a fatal signal is
1583  * received by the calling task.
1584  *
1585  * Return:
1586  * - 0 if successful.
1587  * - -EINTR if a fatal signal was encountered.
1588  */
1589 int folio_wait_private_2_killable(struct folio *folio)
1590 {
1591         int ret = 0;
1592
1593         while (folio_test_private_2(folio)) {
1594                 ret = folio_wait_bit_killable(folio, PG_private_2);
1595                 if (ret < 0)
1596                         break;
1597         }
1598
1599         return ret;
1600 }
1601 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_private_2_killable);
1602
1603 /**
1604  * folio_end_writeback - End writeback against a folio.
1605  * @folio: The folio.
1606  *
1607  * The folio must actually be under writeback.
1608  *
1609  * Context: May be called from process or interrupt context.
1610  */
1611 void folio_end_writeback(struct folio *folio)
1612 {
1613         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_writeback(folio), folio);
1614
1615         /*
1616          * folio_test_clear_reclaim() could be used here but it is an
1617          * atomic operation and overkill in this particular case. Failing
1618          * to shuffle a folio marked for immediate reclaim is too mild
1619          * a gain to justify taking an atomic operation penalty at the
1620          * end of every folio writeback.
1621          */
1622         if (folio_test_reclaim(folio)) {
1623                 folio_clear_reclaim(folio);
1624                 folio_rotate_reclaimable(folio);
1625         }
1626
1627         /*
1628          * Writeback does not hold a folio reference of its own, relying
1629          * on truncation to wait for the clearing of PG_writeback.
1630          * But here we must make sure that the folio is not freed and
1631          * reused before the folio_wake_bit().
1632          */
1633         folio_get(folio);
1634         if (__folio_end_writeback(folio))
1635                 folio_wake_bit(folio, PG_writeback);
1636         acct_reclaim_writeback(folio);
1637         folio_put(folio);
1638 }
1639 EXPORT_SYMBOL(folio_end_writeback);
1640
1641 /**
1642  * __folio_lock - Get a lock on the folio, assuming we need to sleep to get it.
1643  * @folio: The folio to lock
1644  */
1645 void __folio_lock(struct folio *folio)
1646 {
1647         folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, TASK_UNINTERRUPTIBLE,
1648                                 EXCLUSIVE);
1649 }
1650 EXPORT_SYMBOL(__folio_lock);
1651
1652 int __folio_lock_killable(struct folio *folio)
1653 {
1654         return folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, TASK_KILLABLE,
1655                                         EXCLUSIVE);
1656 }
1657 EXPORT_SYMBOL_GPL(__folio_lock_killable);
1658
1659 static int __folio_lock_async(struct folio *folio, struct wait_page_queue *wait)
1660 {
1661         struct wait_queue_head *q = folio_waitqueue(folio);
1662         int ret;
1663
1664         wait->folio = folio;
1665         wait->bit_nr = PG_locked;
1666
1667         spin_lock_irq(&q->lock);
1668         __add_wait_queue_entry_tail(q, &wait->wait);
1669         folio_set_waiters(folio);
1670         ret = !folio_trylock(folio);
1671         /*
1672          * If we were successful now, we know we're still on the
1673          * waitqueue as we're still under the lock. This means it's
1674          * safe to remove and return success, we know the callback
1675          * isn't going to trigger.
1676          */
1677         if (!ret)
1678                 __remove_wait_queue(q, &wait->wait);
1679         else
1680                 ret = -EIOCBQUEUED;
1681         spin_unlock_irq(&q->lock);
1682         return ret;
1683 }
1684
1685 /*
1686  * Return values:
1687  * 0 - folio is locked.
1688  * non-zero - folio is not locked.
1689  *     mmap_lock or per-VMA lock has been released (mmap_read_unlock() or
1690  *     vma_end_read()), unless flags had both FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY and
1691  *     FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT set, in which case the lock is still held.
1692  *
1693  * If neither ALLOW_RETRY nor KILLABLE are set, will always return 0
1694  * with the folio locked and the mmap_lock/per-VMA lock is left unperturbed.
1695  */
1696 vm_fault_t __folio_lock_or_retry(struct folio *folio, struct vm_fault *vmf)
1697 {
1698         unsigned int flags = vmf->flags;
1699
1700         if (fault_flag_allow_retry_first(flags)) {
1701                 /*
1702                  * CAUTION! In this case, mmap_lock/per-VMA lock is not
1703                  * released even though returning VM_FAULT_RETRY.
1704                  */
1705                 if (flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT)
1706                         return VM_FAULT_RETRY;
1707
1708                 release_fault_lock(vmf);
1709                 if (flags & FAULT_FLAG_KILLABLE)
1710                         folio_wait_locked_killable(folio);
1711                 else
1712                         folio_wait_locked(folio);
1713                 return VM_FAULT_RETRY;
1714         }
1715         if (flags & FAULT_FLAG_KILLABLE) {
1716                 bool ret;
1717
1718                 ret = __folio_lock_killable(folio);
1719                 if (ret) {
1720                         release_fault_lock(vmf);
1721                         return VM_FAULT_RETRY;
1722                 }
1723         } else {
1724                 __folio_lock(folio);
1725         }
1726
1727         return 0;
1728 }
1729
1730 /**
1731  * page_cache_next_miss() - Find the next gap in the page cache.
1732  * @mapping: Mapping.
1733  * @index: Index.
1734  * @max_scan: Maximum range to search.
1735  *
1736  * Search the range [index, min(index + max_scan - 1, ULONG_MAX)] for the
1737  * gap with the lowest index.
1738  *
1739  * This function may be called under the rcu_read_lock.  However, this will
1740  * not atomically search a snapshot of the cache at a single point in time.
1741  * For example, if a gap is created at index 5, then subsequently a gap is
1742  * created at index 10, page_cache_next_miss covering both indices may
1743  * return 10 if called under the rcu_read_lock.
1744  *
1745  * Return: The index of the gap if found, otherwise an index outside the
1746  * range specified (in which case 'return - index >= max_scan' will be true).
1747  * In the rare case of index wrap-around, 0 will be returned.
1748  */
1749 pgoff_t page_cache_next_miss(struct address_space *mapping,
1750                              pgoff_t index, unsigned long max_scan)
1751 {
1752         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1753
1754         while (max_scan--) {
1755                 void *entry = xas_next(&xas);
1756                 if (!entry || xa_is_value(entry))
1757                         return xas.xa_index;
1758                 if (xas.xa_index == 0)
1759                         return 0;
1760         }
1761
1762         return index + max_scan;
1763 }
1764 EXPORT_SYMBOL(page_cache_next_miss);
1765
1766 /**
1767  * page_cache_prev_miss() - Find the previous gap in the page cache.
1768  * @mapping: Mapping.
1769  * @index: Index.
1770  * @max_scan: Maximum range to search.
1771  *
1772  * Search the range [max(index - max_scan + 1, 0), index] for the
1773  * gap with the highest index.
1774  *
1775  * This function may be called under the rcu_read_lock.  However, this will
1776  * not atomically search a snapshot of the cache at a single point in time.
1777  * For example, if a gap is created at index 10, then subsequently a gap is
1778  * created at index 5, page_cache_prev_miss() covering both indices may
1779  * return 5 if called under the rcu_read_lock.
1780  *
1781  * Return: The index of the gap if found, otherwise an index outside the
1782  * range specified (in which case 'index - return >= max_scan' will be true).
1783  * In the rare case of wrap-around, ULONG_MAX will be returned.
1784  */
1785 pgoff_t page_cache_prev_miss(struct address_space *mapping,
1786                              pgoff_t index, unsigned long max_scan)
1787 {
1788         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1789
1790         while (max_scan--) {
1791                 void *entry = xas_prev(&xas);
1792                 if (!entry || xa_is_value(entry))
1793                         break;
1794                 if (xas.xa_index == ULONG_MAX)
1795                         break;
1796         }
1797
1798         return xas.xa_index;
1799 }
1800 EXPORT_SYMBOL(page_cache_prev_miss);
1801
1802 /*
1803  * Lockless page cache protocol:
1804  * On the lookup side:
1805  * 1. Load the folio from i_pages
1806  * 2. Increment the refcount if it's not zero
1807  * 3. If the folio is not found by xas_reload(), put the refcount and retry
1808  *
1809  * On the removal side:
1810  * A. Freeze the page (by zeroing the refcount if nobody else has a reference)
1811  * B. Remove the page from i_pages
1812  * C. Return the page to the page allocator
1813  *
1814  * This means that any page may have its reference count temporarily
1815  * increased by a speculative page cache (or GUP-fast) lookup as it can
1816  * be allocated by another user before the RCU grace period expires.
1817  * Because the refcount temporarily acquired here may end up being the
1818  * last refcount on the page, any page allocation must be freeable by
1819  * folio_put().
1820  */
1821
1822 /*
1823  * filemap_get_entry - Get a page cache entry.
1824  * @mapping: the address_space to search
1825  * @index: The page cache index.
1826  *
1827  * Looks up the page cache entry at @mapping & @index.  If it is a folio,
1828  * it is returned with an increased refcount.  If it is a shadow entry
1829  * of a previously evicted folio, or a swap entry from shmem/tmpfs,
1830  * it is returned without further action.
1831  *
1832  * Return: The folio, swap or shadow entry, %NULL if nothing is found.
1833  */
1834 void *filemap_get_entry(struct address_space *mapping, pgoff_t index)
1835 {
1836         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1837         struct folio *folio;
1838
1839         rcu_read_lock();
1840 repeat:
1841         xas_reset(&xas);
1842         folio = xas_load(&xas);
1843         if (xas_retry(&xas, folio))
1844                 goto repeat;
1845         /*
1846          * A shadow entry of a recently evicted page, or a swap entry from
1847          * shmem/tmpfs.  Return it without attempting to raise page count.
1848          */
1849         if (!folio || xa_is_value(folio))
1850                 goto out;
1851
1852         if (!folio_try_get(folio))
1853                 goto repeat;
1854
1855         if (unlikely(folio != xas_reload(&xas))) {
1856                 folio_put(folio);
1857                 goto repeat;
1858         }
1859 out:
1860         rcu_read_unlock();
1861
1862         return folio;
1863 }
1864
1865 /**
1866  * __filemap_get_folio - Find and get a reference to a folio.
1867  * @mapping: The address_space to search.
1868  * @index: The page index.
1869  * @fgp_flags: %FGP flags modify how the folio is returned.
1870  * @gfp: Memory allocation flags to use if %FGP_CREAT is specified.
1871  *
1872  * Looks up the page cache entry at @mapping & @index.
1873  *
1874  * If %FGP_LOCK or %FGP_CREAT are specified then the function may sleep even
1875  * if the %GFP flags specified for %FGP_CREAT are atomic.
1876  *
1877  * If this function returns a folio, it is returned with an increased refcount.
1878  *
1879  * Return: The found folio or an ERR_PTR() otherwise.
1880  */
1881 struct folio *__filemap_get_folio(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
1882                 fgf_t fgp_flags, gfp_t gfp)
1883 {
1884         struct folio *folio;
1885
1886 repeat:
1887         folio = filemap_get_entry(mapping, index);
1888         if (xa_is_value(folio))
1889                 folio = NULL;
1890         if (!folio)
1891                 goto no_page;
1892
1893         if (fgp_flags & FGP_LOCK) {
1894                 if (fgp_flags & FGP_NOWAIT) {
1895                         if (!folio_trylock(folio)) {
1896                                 folio_put(folio);
1897                                 return ERR_PTR(-EAGAIN);
1898                         }
1899                 } else {
1900                         folio_lock(folio);
1901                 }
1902
1903                 /* Has the page been truncated? */
1904                 if (unlikely(folio->mapping != mapping)) {
1905                         folio_unlock(folio);
1906                         folio_put(folio);
1907                         goto repeat;
1908                 }
1909                 VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, index), folio);
1910         }
1911
1912         if (fgp_flags & FGP_ACCESSED)
1913                 folio_mark_accessed(folio);
1914         else if (fgp_flags & FGP_WRITE) {
1915                 /* Clear idle flag for buffer write */
1916                 if (folio_test_idle(folio))
1917                         folio_clear_idle(folio);
1918         }
1919
1920         if (fgp_flags & FGP_STABLE)
1921                 folio_wait_stable(folio);
1922 no_page:
1923         if (!folio && (fgp_flags & FGP_CREAT)) {
1924                 unsigned int min_order = mapping_min_folio_order(mapping);
1925                 unsigned int order = max(min_order, FGF_GET_ORDER(fgp_flags));
1926                 int err;
1927                 index = mapping_align_index(mapping, index);
1928
1929                 if ((fgp_flags & FGP_WRITE) && mapping_can_writeback(mapping))
1930                         gfp |= __GFP_WRITE;
1931                 if (fgp_flags & FGP_NOFS)
1932                         gfp &= ~__GFP_FS;
1933                 if (fgp_flags & FGP_NOWAIT) {
1934                         gfp &= ~GFP_KERNEL;
1935                         gfp |= GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN;
1936                 }
1937                 if (WARN_ON_ONCE(!(fgp_flags & (FGP_LOCK | FGP_FOR_MMAP))))
1938                         fgp_flags |= FGP_LOCK;
1939
1940                 if (order > mapping_max_folio_order(mapping))
1941                         order = mapping_max_folio_order(mapping);
1942                 /* If we're not aligned, allocate a smaller folio */
1943                 if (index & ((1UL << order) - 1))
1944                         order = __ffs(index);
1945
1946                 do {
1947                         gfp_t alloc_gfp = gfp;
1948
1949                         err = -ENOMEM;
1950                         if (order > min_order)
1951                                 alloc_gfp |= __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN;
1952                         folio = filemap_alloc_folio(alloc_gfp, order);
1953                         if (!folio)
1954                                 continue;
1955
1956                         /* Init accessed so avoid atomic mark_page_accessed later */
1957                         if (fgp_flags & FGP_ACCESSED)
1958                                 __folio_set_referenced(folio);
1959
1960                         err = filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp);
1961                         if (!err)
1962                                 break;
1963                         folio_put(folio);
1964                         folio = NULL;
1965                 } while (order-- > min_order);
1966
1967                 if (err == -EEXIST)
1968                         goto repeat;
1969                 if (err)
1970                         return ERR_PTR(err);
1971                 /*
1972                  * filemap_add_folio locks the page, and for mmap
1973                  * we expect an unlocked page.
1974                  */
1975                 if (folio && (fgp_flags & FGP_FOR_MMAP))
1976                         folio_unlock(folio);
1977         }
1978
1979         if (!folio)
1980                 return ERR_PTR(-ENOENT);
1981         return folio;
1982 }
1983 EXPORT_SYMBOL(__filemap_get_folio);
1984
1985 static inline struct folio *find_get_entry(struct xa_state *xas, pgoff_t max,
1986                 xa_mark_t mark)
1987 {
1988         struct folio *folio;
1989
1990 retry:
1991         if (mark == XA_PRESENT)
1992                 folio = xas_find(xas, max);
1993         else
1994                 folio = xas_find_marked(xas, max, mark);
1995
1996         if (xas_retry(xas, folio))
1997                 goto retry;
1998         /*
1999          * A shadow entry of a recently evicted page, a swap
2000          * entry from shmem/tmpfs or a DAX entry.  Return it
2001          * without attempting to raise page count.
2002          */
2003         if (!folio || xa_is_value(folio))
2004                 return folio;
2005
2006         if (!folio_try_get(folio))
2007                 goto reset;
2008
2009         if (unlikely(folio != xas_reload(xas))) {
2010                 folio_put(folio);
2011                 goto reset;
2012         }
2013
2014         return folio;
2015 reset:
2016         xas_reset(xas);
2017         goto retry;
2018 }
2019
2020 /**
2021  * find_get_entries - gang pagecache lookup
2022  * @mapping:    The address_space to search
2023  * @start:      The starting page cache index
2024  * @end:        The final page index (inclusive).
2025  * @fbatch:     Where the resulting entries are placed.
2026  * @indices:    The cache indices corresponding to the entries in @entries
2027  *
2028  * find_get_entries() will search for and return a batch of entries in
2029  * the mapping.  The entries are placed in @fbatch.  find_get_entries()
2030  * takes a reference on any actual folios it returns.
2031  *
2032  * The entries have ascending indexes.  The indices may not be consecutive
2033  * due to not-present entries or large folios.
2034  *
2035  * Any shadow entries of evicted folios, or swap entries from
2036  * shmem/tmpfs, are included in the returned array.
2037  *
2038  * Return: The number of entries which were found.
2039  */
2040 unsigned find_get_entries(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2041                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch, pgoff_t *indices)
2042 {
2043         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2044         struct folio *folio;
2045
2046         rcu_read_lock();
2047         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT)) != NULL) {
2048                 indices[fbatch->nr] = xas.xa_index;
2049                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2050                         break;
2051         }
2052
2053         if (folio_batch_count(fbatch)) {
2054                 unsigned long nr;
2055                 int idx = folio_batch_count(fbatch) - 1;
2056
2057                 folio = fbatch->folios[idx];
2058                 if (!xa_is_value(folio))
2059                         nr = folio_nr_pages(folio);
2060                 else
2061                         nr = 1 << xa_get_order(&mapping->i_pages, indices[idx]);
2062                 *start = round_down(indices[idx] + nr, nr);
2063         }
2064         rcu_read_unlock();
2065
2066         return folio_batch_count(fbatch);
2067 }
2068
2069 /**
2070  * find_lock_entries - Find a batch of pagecache entries.
2071  * @mapping:    The address_space to search.
2072  * @start:      The starting page cache index.
2073  * @end:        The final page index (inclusive).
2074  * @fbatch:     Where the resulting entries are placed.
2075  * @indices:    The cache indices of the entries in @fbatch.
2076  *
2077  * find_lock_entries() will return a batch of entries from @mapping.
2078  * Swap, shadow and DAX entries are included.  Folios are returned
2079  * locked and with an incremented refcount.  Folios which are locked
2080  * by somebody else or under writeback are skipped.  Folios which are
2081  * partially outside the range are not returned.
2082  *
2083  * The entries have ascending indexes.  The indices may not be consecutive
2084  * due to not-present entries, large folios, folios which could not be
2085  * locked or folios under writeback.
2086  *
2087  * Return: The number of entries which were found.
2088  */
2089 unsigned find_lock_entries(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2090                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch, pgoff_t *indices)
2091 {
2092         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2093         struct folio *folio;
2094
2095         rcu_read_lock();
2096         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT))) {
2097                 unsigned long base;
2098                 unsigned long nr;
2099
2100                 if (!xa_is_value(folio)) {
2101                         nr = folio_nr_pages(folio);
2102                         base = folio->index;
2103                         /* Omit large folio which begins before the start */
2104                         if (base < *start)
2105                                 goto put;
2106                         /* Omit large folio which extends beyond the end */
2107                         if (base + nr - 1 > end)
2108                                 goto put;
2109                         if (!folio_trylock(folio))
2110                                 goto put;
2111                         if (folio->mapping != mapping ||
2112                             folio_test_writeback(folio))
2113                                 goto unlock;
2114                         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, xas.xa_index),
2115                                         folio);
2116                 } else {
2117                         nr = 1 << xas_get_order(&xas);
2118                         base = xas.xa_index & ~(nr - 1);
2119                         /* Omit order>0 value which begins before the start */
2120                         if (base < *start)
2121                                 continue;
2122                         /* Omit order>0 value which extends beyond the end */
2123                         if (base + nr - 1 > end)
2124                                 break;
2125                 }
2126
2127                 /* Update start now so that last update is correct on return */
2128                 *start = base + nr;
2129                 indices[fbatch->nr] = xas.xa_index;
2130                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2131                         break;
2132                 continue;
2133 unlock:
2134                 folio_unlock(folio);
2135 put:
2136                 folio_put(folio);
2137         }
2138         rcu_read_unlock();
2139
2140         return folio_batch_count(fbatch);
2141 }
2142
2143 /**
2144  * filemap_get_folios - Get a batch of folios
2145  * @mapping:    The address_space to search
2146  * @start:      The starting page index
2147  * @end:        The final page index (inclusive)
2148  * @fbatch:     The batch to fill.
2149  *
2150  * Search for and return a batch of folios in the mapping starting at
2151  * index @start and up to index @end (inclusive).  The folios are returned
2152  * in @fbatch with an elevated reference count.
2153  *
2154  * Return: The number of folios which were found.
2155  * We also update @start to index the next folio for the traversal.
2156  */
2157 unsigned filemap_get_folios(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2158                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch)
2159 {
2160         return filemap_get_folios_tag(mapping, start, end, XA_PRESENT, fbatch);
2161 }
2162 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios);
2163
2164 /**
2165  * filemap_get_folios_contig - Get a batch of contiguous folios
2166  * @mapping:    The address_space to search
2167  * @start:      The starting page index
2168  * @end:        The final page index (inclusive)
2169  * @fbatch:     The batch to fill
2170  *
2171  * filemap_get_folios_contig() works exactly like filemap_get_folios(),
2172  * except the returned folios are guaranteed to be contiguous. This may
2173  * not return all contiguous folios if the batch gets filled up.
2174  *
2175  * Return: The number of folios found.
2176  * Also update @start to be positioned for traversal of the next folio.
2177  */
2178
2179 unsigned filemap_get_folios_contig(struct address_space *mapping,
2180                 pgoff_t *start, pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch)
2181 {
2182         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2183         unsigned long nr;
2184         struct folio *folio;
2185
2186         rcu_read_lock();
2187
2188         for (folio = xas_load(&xas); folio && xas.xa_index <= end;
2189                         folio = xas_next(&xas)) {
2190                 if (xas_retry(&xas, folio))
2191                         continue;
2192                 /*
2193                  * If the entry has been swapped out, we can stop looking.
2194                  * No current caller is looking for DAX entries.
2195                  */
2196                 if (xa_is_value(folio))
2197                         goto update_start;
2198
2199                 if (!folio_try_get(folio))
2200                         goto retry;
2201
2202                 if (unlikely(folio != xas_reload(&xas)))
2203                         goto put_folio;
2204
2205                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio)) {
2206                         nr = folio_nr_pages(folio);
2207                         *start = folio->index + nr;
2208                         goto out;
2209                 }
2210                 continue;
2211 put_folio:
2212                 folio_put(folio);
2213
2214 retry:
2215                 xas_reset(&xas);
2216         }
2217
2218 update_start:
2219         nr = folio_batch_count(fbatch);
2220
2221         if (nr) {
2222                 folio = fbatch->folios[nr - 1];
2223                 *start = folio_next_index(folio);
2224         }
2225 out:
2226         rcu_read_unlock();
2227         return folio_batch_count(fbatch);
2228 }
2229 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios_contig);
2230
2231 /**
2232  * filemap_get_folios_tag - Get a batch of folios matching @tag
2233  * @mapping:    The address_space to search
2234  * @start:      The starting page index
2235  * @end:        The final page index (inclusive)
2236  * @tag:        The tag index
2237  * @fbatch:     The batch to fill
2238  *
2239  * The first folio may start before @start; if it does, it will contain
2240  * @start.  The final folio may extend beyond @end; if it does, it will
2241  * contain @end.  The folios have ascending indices.  There may be gaps
2242  * between the folios if there are indices which have no folio in the
2243  * page cache.  If folios are added to or removed from the page cache
2244  * while this is running, they may or may not be found by this call.
2245  * Only returns folios that are tagged with @tag.
2246  *
2247  * Return: The number of folios found.
2248  * Also update @start to index the next folio for traversal.
2249  */
2250 unsigned filemap_get_folios_tag(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2251                         pgoff_t end, xa_mark_t tag, struct folio_batch *fbatch)
2252 {
2253         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2254         struct folio *folio;
2255
2256         rcu_read_lock();
2257         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, tag)) != NULL) {
2258                 /*
2259                  * Shadow entries should never be tagged, but this iteration
2260                  * is lockless so there is a window for page reclaim to evict
2261                  * a page we saw tagged. Skip over it.
2262                  */
2263                 if (xa_is_value(folio))
2264                         continue;
2265                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio)) {
2266                         unsigned long nr = folio_nr_pages(folio);
2267                         *start = folio->index + nr;
2268                         goto out;
2269                 }
2270         }
2271         /*
2272          * We come here when there is no page beyond @end. We take care to not
2273          * overflow the index @start as it confuses some of the callers. This
2274          * breaks the iteration when there is a page at index -1 but that is
2275          * already broke anyway.
2276          */
2277         if (end == (pgoff_t)-1)
2278                 *start = (pgoff_t)-1;
2279         else
2280                 *start = end + 1;
2281 out:
2282         rcu_read_unlock();
2283
2284         return folio_batch_count(fbatch);
2285 }
2286 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios_tag);
2287
2288 /*
2289  * CD/DVDs are error prone. When a medium error occurs, the driver may fail
2290  * a _large_ part of the i/o request. Imagine the worst scenario:
2291  *
2292  *      ---R__________________________________________B__________
2293  *         ^ reading here                             ^ bad block(assume 4k)
2294  *
2295  * read(R) => miss => readahead(R...B) => media error => frustrating retries
2296  * => failing the whole request => read(R) => read(R+1) =>
2297  * readahead(R+1...B+1) => bang => read(R+2) => read(R+3) =>
2298  * readahead(R+3...B+2) => bang => read(R+3) => read(R+4) =>
2299  * readahead(R+4...B+3) => bang => read(R+4) => read(R+5) => ......
2300  *
2301  * It is going insane. Fix it by quickly scaling down the readahead size.
2302  */
2303 static void shrink_readahead_size_eio(struct file_ra_state *ra)
2304 {
2305         ra->ra_pages /= 4;
2306 }
2307
2308 /*
2309  * filemap_get_read_batch - Get a batch of folios for read
2310  *
2311  * Get a batch of folios which represent a contiguous range of bytes in
2312  * the file.  No exceptional entries will be returned.  If @index is in
2313  * the middle of a folio, the entire folio will be returned.  The last
2314  * folio in the batch may have the readahead flag set or the uptodate flag
2315  * clear so that the caller can take the appropriate action.
2316  */
2317 static void filemap_get_read_batch(struct address_space *mapping,
2318                 pgoff_t index, pgoff_t max, struct folio_batch *fbatch)
2319 {
2320         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
2321         struct folio *folio;
2322
2323         rcu_read_lock();
2324         for (folio = xas_load(&xas); folio; folio = xas_next(&xas)) {
2325                 if (xas_retry(&xas, folio))
2326                         continue;
2327                 if (xas.xa_index > max || xa_is_value(folio))
2328                         break;
2329                 if (xa_is_sibling(folio))
2330                         break;
2331                 if (!folio_try_get(folio))
2332                         goto retry;
2333
2334                 if (unlikely(folio != xas_reload(&xas)))
2335                         goto put_folio;
2336
2337                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2338                         break;
2339                 if (!folio_test_uptodate(folio))
2340                         break;
2341                 if (folio_test_readahead(folio))
2342                         break;
2343                 xas_advance(&xas, folio_next_index(folio) - 1);
2344                 continue;
2345 put_folio:
2346                 folio_put(folio);
2347 retry:
2348                 xas_reset(&xas);
2349         }
2350         rcu_read_unlock();
2351 }
2352
2353 static int filemap_read_folio(struct file *file, filler_t filler,
2354                 struct folio *folio)
2355 {
2356         bool workingset = folio_test_workingset(folio);
2357         unsigned long pflags;
2358         int error;
2359
2360         /* Start the actual read. The read will unlock the page. */
2361         if (unlikely(workingset))
2362                 psi_memstall_enter(&pflags);
2363         error = filler(file, folio);
2364         if (unlikely(workingset))
2365                 psi_memstall_leave(&pflags);
2366         if (error)
2367                 return error;
2368
2369         error = folio_wait_locked_killable(folio);
2370         if (error)
2371                 return error;
2372         if (folio_test_uptodate(folio))
2373                 return 0;
2374         if (file)
2375                 shrink_readahead_size_eio(&file->f_ra);
2376         return -EIO;
2377 }
2378
2379 static bool filemap_range_uptodate(struct address_space *mapping,
2380                 loff_t pos, size_t count, struct folio *folio,
2381                 bool need_uptodate)
2382 {
2383         if (folio_test_uptodate(folio))
2384                 return true;
2385         /* pipes can't handle partially uptodate pages */
2386         if (need_uptodate)
2387                 return false;
2388         if (!mapping->a_ops->is_partially_uptodate)
2389                 return false;
2390         if (mapping->host->i_blkbits >= folio_shift(folio))
2391                 return false;
2392
2393         if (folio_pos(folio) > pos) {
2394                 count -= folio_pos(folio) - pos;
2395                 pos = 0;
2396         } else {
2397                 pos -= folio_pos(folio);
2398         }
2399
2400         return mapping->a_ops->is_partially_uptodate(folio, pos, count);
2401 }
2402
2403 static int filemap_update_page(struct kiocb *iocb,
2404                 struct address_space *mapping, size_t count,
2405                 struct folio *folio, bool need_uptodate)
2406 {
2407         int error;
2408
2409         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2410                 if (!filemap_invalidate_trylock_shared(mapping))
2411                         return -EAGAIN;
2412         } else {
2413                 filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
2414         }
2415
2416         if (!folio_trylock(folio)) {
2417                 error = -EAGAIN;
2418                 if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOWAIT | IOCB_NOIO))
2419                         goto unlock_mapping;
2420                 if (!(iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ)) {
2421                         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2422                         /*
2423                          * This is where we usually end up waiting for a
2424                          * previously submitted readahead to finish.
2425                          */
2426                         folio_put_wait_locked(folio, TASK_KILLABLE);
2427                         return AOP_TRUNCATED_PAGE;
2428                 }
2429                 error = __folio_lock_async(folio, iocb->ki_waitq);
2430                 if (error)
2431                         goto unlock_mapping;
2432         }
2433
2434         error = AOP_TRUNCATED_PAGE;
2435         if (!folio->mapping)
2436                 goto unlock;
2437
2438         error = 0;
2439         if (filemap_range_uptodate(mapping, iocb->ki_pos, count, folio,
2440                                    need_uptodate))
2441                 goto unlock;
2442
2443         error = -EAGAIN;
2444         if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOIO | IOCB_NOWAIT | IOCB_WAITQ))
2445                 goto unlock;
2446
2447         error = filemap_read_folio(iocb->ki_filp, mapping->a_ops->read_folio,
2448                         folio);
2449         goto unlock_mapping;
2450 unlock:
2451         folio_unlock(folio);
2452 unlock_mapping:
2453         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2454         if (error == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2455                 folio_put(folio);
2456         return error;
2457 }
2458
2459 static int filemap_create_folio(struct file *file,
2460                 struct address_space *mapping, loff_t pos,
2461                 struct folio_batch *fbatch)
2462 {
2463         struct folio *folio;
2464         int error;
2465         unsigned int min_order = mapping_min_folio_order(mapping);
2466         pgoff_t index;
2467
2468         folio = filemap_alloc_folio(mapping_gfp_mask(mapping), min_order);
2469         if (!folio)
2470                 return -ENOMEM;
2471
2472         /*
2473          * Protect against truncate / hole punch. Grabbing invalidate_lock
2474          * here assures we cannot instantiate and bring uptodate new
2475          * pagecache folios after evicting page cache during truncate
2476          * and before actually freeing blocks.  Note that we could
2477          * release invalidate_lock after inserting the folio into
2478          * the page cache as the locked folio would then be enough to
2479          * synchronize with hole punching. But there are code paths
2480          * such as filemap_update_page() filling in partially uptodate
2481          * pages or ->readahead() that need to hold invalidate_lock
2482          * while mapping blocks for IO so let's hold the lock here as
2483          * well to keep locking rules simple.
2484          */
2485         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
2486         index = (pos >> (PAGE_SHIFT + min_order)) << min_order;
2487         error = filemap_add_folio(mapping, folio, index,
2488                         mapping_gfp_constraint(mapping, GFP_KERNEL));
2489         if (error == -EEXIST)
2490                 error = AOP_TRUNCATED_PAGE;
2491         if (error)
2492                 goto error;
2493
2494         error = filemap_read_folio(file, mapping->a_ops->read_folio, folio);
2495         if (error)
2496                 goto error;
2497
2498         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2499         folio_batch_add(fbatch, folio);
2500         return 0;
2501 error:
2502         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2503         folio_put(folio);
2504         return error;
2505 }
2506
2507 static int filemap_readahead(struct kiocb *iocb, struct file *file,
2508                 struct address_space *mapping, struct folio *folio,
2509                 pgoff_t last_index)
2510 {
2511         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, &file->f_ra, mapping, folio->index);
2512
2513         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOIO)
2514                 return -EAGAIN;
2515         page_cache_async_ra(&ractl, folio, last_index - folio->index);
2516         return 0;
2517 }
2518
2519 static int filemap_get_pages(struct kiocb *iocb, size_t count,
2520                 struct folio_batch *fbatch, bool need_uptodate)
2521 {
2522         struct file *filp = iocb->ki_filp;
2523         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
2524         struct file_ra_state *ra = &filp->f_ra;
2525         pgoff_t index = iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT;
2526         pgoff_t last_index;
2527         struct folio *folio;
2528         unsigned int flags;
2529         int err = 0;
2530
2531         /* "last_index" is the index of the page beyond the end of the read */
2532         last_index = DIV_ROUND_UP(iocb->ki_pos + count, PAGE_SIZE);
2533 retry:
2534         if (fatal_signal_pending(current))
2535                 return -EINTR;
2536
2537         filemap_get_read_batch(mapping, index, last_index - 1, fbatch);
2538         if (!folio_batch_count(fbatch)) {
2539                 if (iocb->ki_flags & IOCB_NOIO)
2540                         return -EAGAIN;
2541                 if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT)
2542                         flags = memalloc_noio_save();
2543                 page_cache_sync_readahead(mapping, ra, filp, index,
2544                                 last_index - index);
2545                 if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT)
2546                         memalloc_noio_restore(flags);
2547                 filemap_get_read_batch(mapping, index, last_index - 1, fbatch);
2548         }
2549         if (!folio_batch_count(fbatch)) {
2550                 if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOWAIT | IOCB_WAITQ))
2551                         return -EAGAIN;
2552                 err = filemap_create_folio(filp, mapping, iocb->ki_pos, fbatch);
2553                 if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2554                         goto retry;
2555                 return err;
2556         }
2557
2558         folio = fbatch->folios[folio_batch_count(fbatch) - 1];
2559         if (folio_test_readahead(folio)) {
2560                 err = filemap_readahead(iocb, filp, mapping, folio, last_index);
2561                 if (err)
2562                         goto err;
2563         }
2564         if (!folio_test_uptodate(folio)) {
2565                 if ((iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ) &&
2566                     folio_batch_count(fbatch) > 1)
2567                         iocb->ki_flags |= IOCB_NOWAIT;
2568                 err = filemap_update_page(iocb, mapping, count, folio,
2569                                           need_uptodate);
2570                 if (err)
2571                         goto err;
2572         }
2573
2574         trace_mm_filemap_get_pages(mapping, index, last_index - 1);
2575         return 0;
2576 err:
2577         if (err < 0)
2578                 folio_put(folio);
2579         if (likely(--fbatch->nr))
2580                 return 0;
2581         if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2582                 goto retry;
2583         return err;
2584 }
2585
2586 static inline bool pos_same_folio(loff_t pos1, loff_t pos2, struct folio *folio)
2587 {
2588         unsigned int shift = folio_shift(folio);
2589
2590         return (pos1 >> shift == pos2 >> shift);
2591 }
2592
2593 /**
2594  * filemap_read - Read data from the page cache.
2595  * @iocb: The iocb to read.
2596  * @iter: Destination for the data.
2597  * @already_read: Number of bytes already read by the caller.
2598  *
2599  * Copies data from the page cache.  If the data is not currently present,
2600  * uses the readahead and read_folio address_space operations to fetch it.
2601  *
2602  * Return: Total number of bytes copied, including those already read by
2603  * the caller.  If an error happens before any bytes are copied, returns
2604  * a negative error number.
2605  */
2606 ssize_t filemap_read(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter,
2607                 ssize_t already_read)
2608 {
2609         struct file *filp = iocb->ki_filp;
2610         struct file_ra_state *ra = &filp->f_ra;
2611         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
2612         struct inode *inode = mapping->host;
2613         struct folio_batch fbatch;
2614         int i, error = 0;
2615         bool writably_mapped;
2616         loff_t isize, end_offset;
2617         loff_t last_pos = ra->prev_pos;
2618
2619         if (unlikely(iocb->ki_pos >= inode->i_sb->s_maxbytes))
2620                 return 0;
2621         if (unlikely(!iov_iter_count(iter)))
2622                 return 0;
2623
2624         iov_iter_truncate(iter, inode->i_sb->s_maxbytes);
2625         folio_batch_init(&fbatch);
2626
2627         do {
2628                 cond_resched();
2629
2630                 /*
2631                  * If we've already successfully copied some data, then we
2632                  * can no longer safely return -EIOCBQUEUED. Hence mark
2633                  * an async read NOWAIT at that point.
2634                  */
2635                 if ((iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ) && already_read)
2636                         iocb->ki_flags |= IOCB_NOWAIT;
2637
2638                 if (unlikely(iocb->ki_pos >= i_size_read(inode)))
2639                         break;
2640
2641                 error = filemap_get_pages(iocb, iter->count, &fbatch, false);
2642                 if (error < 0)
2643                         break;
2644
2645                 /*
2646                  * i_size must be checked after we know the pages are Uptodate.
2647                  *
2648                  * Checking i_size after the check allows us to calculate
2649                  * the correct value for "nr", which means the zero-filled
2650                  * part of the page is not copied back to userspace (unless
2651                  * another truncate extends the file - this is desired though).
2652                  */
2653                 isize = i_size_read(inode);
2654                 if (unlikely(iocb->ki_pos >= isize))
2655                         goto put_folios;
2656                 end_offset = min_t(loff_t, isize, iocb->ki_pos + iter->count);
2657
2658                 /*
2659                  * Once we start copying data, we don't want to be touching any
2660                  * cachelines that might be contended:
2661                  */
2662                 writably_mapped = mapping_writably_mapped(mapping);
2663
2664                 /*
2665                  * When a read accesses the same folio several times, only
2666                  * mark it as accessed the first time.
2667                  */
2668                 if (!pos_same_folio(iocb->ki_pos, last_pos - 1,
2669                                     fbatch.folios[0]))
2670                         folio_mark_accessed(fbatch.folios[0]);
2671
2672                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++) {
2673                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
2674                         size_t fsize = folio_size(folio);
2675                         size_t offset = iocb->ki_pos & (fsize - 1);
2676                         size_t bytes = min_t(loff_t, end_offset - iocb->ki_pos,
2677                                              fsize - offset);
2678                         size_t copied;
2679
2680                         if (end_offset < folio_pos(folio))
2681                                 break;
2682                         if (i > 0)
2683                                 folio_mark_accessed(folio);
2684                         /*
2685                          * If users can be writing to this folio using arbitrary
2686                          * virtual addresses, take care of potential aliasing
2687                          * before reading the folio on the kernel side.
2688                          */
2689                         if (writably_mapped)
2690                                 flush_dcache_folio(folio);
2691
2692                         copied = copy_folio_to_iter(folio, offset, bytes, iter);
2693
2694                         already_read += copied;
2695                         iocb->ki_pos += copied;
2696                         last_pos = iocb->ki_pos;
2697
2698                         if (copied < bytes) {
2699                                 error = -EFAULT;
2700                                 break;
2701                         }
2702                 }
2703 put_folios:
2704                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++)
2705                         folio_put(fbatch.folios[i]);
2706                 folio_batch_init(&fbatch);
2707         } while (iov_iter_count(iter) && iocb->ki_pos < isize && !error);
2708
2709         file_accessed(filp);
2710         ra->prev_pos = last_pos;
2711         return already_read ? already_read : error;
2712 }
2713 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_read);
2714
2715 int kiocb_write_and_wait(struct kiocb *iocb, size_t count)
2716 {
2717         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
2718         loff_t pos = iocb->ki_pos;
2719         loff_t end = pos + count - 1;
2720
2721         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2722                 if (filemap_range_needs_writeback(mapping, pos, end))
2723                         return -EAGAIN;
2724                 return 0;
2725         }
2726
2727         return filemap_write_and_wait_range(mapping, pos, end);
2728 }
2729 EXPORT_SYMBOL_GPL(kiocb_write_and_wait);
2730
2731 int filemap_invalidate_pages(struct address_space *mapping,
2732                              loff_t pos, loff_t end, bool nowait)
2733 {
2734         int ret;
2735
2736         if (nowait) {
2737                 /* we could block if there are any pages in the range */
2738                 if (filemap_range_has_page(mapping, pos, end))
2739                         return -EAGAIN;
2740         } else {
2741                 ret = filemap_write_and_wait_range(mapping, pos, end);
2742                 if (ret)
2743                         return ret;
2744         }
2745
2746         /*
2747          * After a write we want buffered reads to be sure to go to disk to get
2748          * the new data.  We invalidate clean cached page from the region we're
2749          * about to write.  We do this *before* the write so that we can return
2750          * without clobbering -EIOCBQUEUED from ->direct_IO().
2751          */
2752         return invalidate_inode_pages2_range(mapping, pos >> PAGE_SHIFT,
2753                                              end >> PAGE_SHIFT);
2754 }
2755
2756 int kiocb_invalidate_pages(struct kiocb *iocb, size_t count)
2757 {
2758         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
2759
2760         return filemap_invalidate_pages(mapping, iocb->ki_pos,
2761                                         iocb->ki_pos + count - 1,
2762                                         iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT);
2763 }
2764 EXPORT_SYMBOL_GPL(kiocb_invalidate_pages);
2765
2766 /**
2767  * generic_file_read_iter - generic filesystem read routine
2768  * @iocb:       kernel I/O control block
2769  * @iter:       destination for the data read
2770  *
2771  * This is the "read_iter()" routine for all filesystems
2772  * that can use the page cache directly.
2773  *
2774  * The IOCB_NOWAIT flag in iocb->ki_flags indicates that -EAGAIN shall
2775  * be returned when no data can be read without waiting for I/O requests
2776  * to complete; it doesn't prevent readahead.
2777  *
2778  * The IOCB_NOIO flag in iocb->ki_flags indicates that no new I/O
2779  * requests shall be made for the read or for readahead.  When no data
2780  * can be read, -EAGAIN shall be returned.  When readahead would be
2781  * triggered, a partial, possibly empty read shall be returned.
2782  *
2783  * Return:
2784  * * number of bytes copied, even for partial reads
2785  * * negative error code (or 0 if IOCB_NOIO) if nothing was read
2786  */
2787 ssize_t
2788 generic_file_read_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter)
2789 {
2790         size_t count = iov_iter_count(iter);
2791         ssize_t retval = 0;
2792
2793         if (!count)
2794                 return 0; /* skip atime */
2795
2796         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
2797                 struct file *file = iocb->ki_filp;
2798                 struct address_space *mapping = file->f_mapping;
2799                 struct inode *inode = mapping->host;
2800
2801                 retval = kiocb_write_and_wait(iocb, count);
2802                 if (retval < 0)
2803                         return retval;
2804                 file_accessed(file);
2805
2806                 retval = mapping->a_ops->direct_IO(iocb, iter);
2807                 if (retval >= 0) {
2808                         iocb->ki_pos += retval;
2809                         count -= retval;
2810                 }
2811                 if (retval != -EIOCBQUEUED)
2812                         iov_iter_revert(iter, count - iov_iter_count(iter));
2813
2814                 /*
2815                  * Btrfs can have a short DIO read if we encounter
2816                  * compressed extents, so if there was an error, or if
2817                  * we've already read everything we wanted to, or if
2818                  * there was a short read because we hit EOF, go ahead
2819                  * and return.  Otherwise fallthrough to buffered io for
2820                  * the rest of the read.  Buffered reads will not work for
2821                  * DAX files, so don't bother trying.
2822                  */
2823                 if (retval < 0 || !count || IS_DAX(inode))
2824                         return retval;
2825                 if (iocb->ki_pos >= i_size_read(inode))
2826                         return retval;
2827         }
2828
2829         return filemap_read(iocb, iter, retval);
2830 }
2831 EXPORT_SYMBOL(generic_file_read_iter);
2832
2833 /*
2834  * Splice subpages from a folio into a pipe.
2835  */
2836 size_t splice_folio_into_pipe(struct pipe_inode_info *pipe,
2837                               struct folio *folio, loff_t fpos, size_t size)
2838 {
2839         struct page *page;
2840         size_t spliced = 0, offset = offset_in_folio(folio, fpos);
2841
2842         page = folio_page(folio, offset / PAGE_SIZE);
2843         size = min(size, folio_size(folio) - offset);
2844         offset %= PAGE_SIZE;
2845
2846         while (spliced < size &&
2847                !pipe_full(pipe->head, pipe->tail, pipe->max_usage)) {
2848                 struct pipe_buffer *buf = pipe_head_buf(pipe);
2849                 size_t part = min_t(size_t, PAGE_SIZE - offset, size - spliced);
2850
2851                 *buf = (struct pipe_buffer) {
2852                         .ops    = &page_cache_pipe_buf_ops,
2853                         .page   = page,
2854                         .offset = offset,
2855                         .len    = part,
2856                 };
2857                 folio_get(folio);
2858                 pipe->head++;
2859                 page++;
2860                 spliced += part;
2861                 offset = 0;
2862         }
2863
2864         return spliced;
2865 }
2866
2867 /**
2868  * filemap_splice_read -  Splice data from a file's pagecache into a pipe
2869  * @in: The file to read from
2870  * @ppos: Pointer to the file position to read from
2871  * @pipe: The pipe to splice into
2872  * @len: The amount to splice
2873  * @flags: The SPLICE_F_* flags
2874  *
2875  * This function gets folios from a file's pagecache and splices them into the
2876  * pipe.  Readahead will be called as necessary to fill more folios.  This may
2877  * be used for blockdevs also.
2878  *
2879  * Return: On success, the number of bytes read will be returned and *@ppos
2880  * will be updated if appropriate; 0 will be returned if there is no more data
2881  * to be read; -EAGAIN will be returned if the pipe had no space, and some
2882  * other negative error code will be returned on error.  A short read may occur
2883  * if the pipe has insufficient space, we reach the end of the data or we hit a
2884  * hole.
2885  */
2886 ssize_t filemap_splice_read(struct file *in, loff_t *ppos,
2887                             struct pipe_inode_info *pipe,
2888                             size_t len, unsigned int flags)
2889 {
2890         struct folio_batch fbatch;
2891         struct kiocb iocb;
2892         size_t total_spliced = 0, used, npages;
2893         loff_t isize, end_offset;
2894         bool writably_mapped;
2895         int i, error = 0;
2896
2897         if (unlikely(*ppos >= in->f_mapping->host->i_sb->s_maxbytes))
2898                 return 0;
2899
2900         init_sync_kiocb(&iocb, in);
2901         iocb.ki_pos = *ppos;
2902
2903         /* Work out how much data we can actually add into the pipe */
2904         used = pipe_occupancy(pipe->head, pipe->tail);
2905         npages = max_t(ssize_t, pipe->max_usage - used, 0);
2906         len = min_t(size_t, len, npages * PAGE_SIZE);
2907
2908         folio_batch_init(&fbatch);
2909
2910         do {
2911                 cond_resched();
2912
2913                 if (*ppos >= i_size_read(in->f_mapping->host))
2914                         break;
2915
2916                 iocb.ki_pos = *ppos;
2917                 error = filemap_get_pages(&iocb, len, &fbatch, true);
2918                 if (error < 0)
2919                         break;
2920
2921                 /*
2922                  * i_size must be checked after we know the pages are Uptodate.
2923                  *
2924                  * Checking i_size after the check allows us to calculate
2925                  * the correct value for "nr", which means the zero-filled
2926                  * part of the page is not copied back to userspace (unless
2927                  * another truncate extends the file - this is desired though).
2928                  */
2929                 isize = i_size_read(in->f_mapping->host);
2930                 if (unlikely(*ppos >= isize))
2931                         break;
2932                 end_offset = min_t(loff_t, isize, *ppos + len);
2933
2934                 /*
2935                  * Once we start copying data, we don't want to be touching any
2936                  * cachelines that might be contended:
2937                  */
2938                 writably_mapped = mapping_writably_mapped(in->f_mapping);
2939
2940                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++) {
2941                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
2942                         size_t n;
2943
2944                         if (folio_pos(folio) >= end_offset)
2945                                 goto out;
2946                         folio_mark_accessed(folio);
2947
2948                         /*
2949                          * If users can be writing to this folio using arbitrary
2950                          * virtual addresses, take care of potential aliasing
2951                          * before reading the folio on the kernel side.
2952                          */
2953                         if (writably_mapped)
2954                                 flush_dcache_folio(folio);
2955
2956                         n = min_t(loff_t, len, isize - *ppos);
2957                         n = splice_folio_into_pipe(pipe, folio, *ppos, n);
2958                         if (!n)
2959                                 goto out;
2960                         len -= n;
2961                         total_spliced += n;
2962                         *ppos += n;
2963                         in->f_ra.prev_pos = *ppos;
2964                         if (pipe_full(pipe->head, pipe->tail, pipe->max_usage))
2965                                 goto out;
2966                 }
2967
2968                 folio_batch_release(&fbatch);
2969         } while (len);
2970
2971 out:
2972         folio_batch_release(&fbatch);
2973         file_accessed(in);
2974
2975         return total_spliced ? total_spliced : error;
2976 }
2977 EXPORT_SYMBOL(filemap_splice_read);
2978
2979 static inline loff_t folio_seek_hole_data(struct xa_state *xas,
2980                 struct address_space *mapping, struct folio *folio,
2981                 loff_t start, loff_t end, bool seek_data)
2982 {
2983         const struct address_space_operations *ops = mapping->a_ops;
2984         size_t offset, bsz = i_blocksize(mapping->host);
2985
2986         if (xa_is_value(folio) || folio_test_uptodate(folio))
2987                 return seek_data ? start : end;
2988         if (!ops->is_partially_uptodate)
2989                 return seek_data ? end : start;
2990
2991         xas_pause(xas);
2992         rcu_read_unlock();
2993         folio_lock(folio);
2994         if (unlikely(folio->mapping != mapping))
2995                 goto unlock;
2996
2997         offset = offset_in_folio(folio, start) & ~(bsz - 1);
2998
2999         do {
3000                 if (ops->is_partially_uptodate(folio, offset, bsz) ==
3001                                                         seek_data)
3002                         break;
3003                 start = (start + bsz) & ~(bsz - 1);
3004                 offset += bsz;
3005         } while (offset < folio_size(folio));
3006 unlock:
3007         folio_unlock(folio);
3008         rcu_read_lock();
3009         return start;
3010 }
3011
3012 static inline size_t seek_folio_size(struct xa_state *xas, struct folio *folio)
3013 {
3014         if (xa_is_value(folio))
3015                 return PAGE_SIZE << xas_get_order(xas);
3016         return folio_size(folio);
3017 }
3018
3019 /**
3020  * mapping_seek_hole_data - Seek for SEEK_DATA / SEEK_HOLE in the page cache.
3021  * @mapping: Address space to search.
3022  * @start: First byte to consider.
3023  * @end: Limit of search (exclusive).
3024  * @whence: Either SEEK_HOLE or SEEK_DATA.
3025  *
3026  * If the page cache knows which blocks contain holes and which blocks
3027  * contain data, your filesystem can use this function to implement
3028  * SEEK_HOLE and SEEK_DATA.  This is useful for filesystems which are
3029  * entirely memory-based such as tmpfs, and filesystems which support
3030  * unwritten extents.
3031  *
3032  * Return: The requested offset on success, or -ENXIO if @whence specifies
3033  * SEEK_DATA and there is no data after @start.  There is an implicit hole
3034  * after @end - 1, so SEEK_HOLE returns @end if all the bytes between @start
3035  * and @end contain data.
3036  */
3037 loff_t mapping_seek_hole_data(struct address_space *mapping, loff_t start,
3038                 loff_t end, int whence)
3039 {
3040         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start >> PAGE_SHIFT);
3041         pgoff_t max = (end - 1) >> PAGE_SHIFT;
3042         bool seek_data = (whence == SEEK_DATA);
3043         struct folio *folio;
3044
3045         if (end <= start)
3046                 return -ENXIO;
3047
3048         rcu_read_lock();
3049         while ((folio = find_get_entry(&xas, max, XA_PRESENT))) {
3050                 loff_t pos = (u64)xas.xa_index << PAGE_SHIFT;
3051                 size_t seek_size;
3052
3053                 if (start < pos) {
3054                         if (!seek_data)
3055                                 goto unlock;
3056                         start = pos;
3057                 }
3058
3059                 seek_size = seek_folio_size(&xas, folio);
3060                 pos = round_up((u64)pos + 1, seek_size);
3061                 start = folio_seek_hole_data(&xas, mapping, folio, start, pos,
3062                                 seek_data);
3063                 if (start < pos)
3064                         goto unlock;
3065                 if (start >= end)
3066                         break;
3067                 if (seek_size > PAGE_SIZE)
3068                         xas_set(&xas, pos >> PAGE_SHIFT);
3069                 if (!xa_is_value(folio))
3070                         folio_put(folio);
3071         }
3072         if (seek_data)
3073                 start = -ENXIO;
3074 unlock:
3075         rcu_read_unlock();
3076         if (folio && !xa_is_value(folio))
3077                 folio_put(folio);
3078         if (start > end)
3079                 return end;
3080         return start;
3081 }
3082
3083 #ifdef CONFIG_MMU
3084 #define MMAP_LOTSAMISS  (100)
3085 /*
3086  * lock_folio_maybe_drop_mmap - lock the page, possibly dropping the mmap_lock
3087  * @vmf - the vm_fault for this fault.
3088  * @folio - the folio to lock.
3089  * @fpin - the pointer to the file we may pin (or is already pinned).
3090  *
3091  * This works similar to lock_folio_or_retry in that it can drop the
3092  * mmap_lock.  It differs in that it actually returns the folio locked
3093  * if it returns 1 and 0 if it couldn't lock the folio.  If we did have
3094  * to drop the mmap_lock then fpin will point to the pinned file and
3095  * needs to be fput()'ed at a later point.
3096  */
3097 static int lock_folio_maybe_drop_mmap(struct vm_fault *vmf, struct folio *folio,
3098                                      struct file **fpin)
3099 {
3100         if (folio_trylock(folio))
3101                 return 1;
3102
3103         /*
3104          * NOTE! This will make us return with VM_FAULT_RETRY, but with
3105          * the fault lock still held. That's how FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT
3106          * is supposed to work. We have way too many special cases..
3107          */
3108         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT)
3109                 return 0;
3110
3111         *fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, *fpin);
3112         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_KILLABLE) {
3113                 if (__folio_lock_killable(folio)) {
3114                         /*
3115                          * We didn't have the right flags to drop the
3116                          * fault lock, but all fault_handlers only check
3117                          * for fatal signals if we return VM_FAULT_RETRY,
3118                          * so we need to drop the fault lock here and
3119                          * return 0 if we don't have a fpin.
3120                          */
3121                         if (*fpin == NULL)
3122                                 release_fault_lock(vmf);
3123                         return 0;
3124                 }
3125         } else
3126                 __folio_lock(folio);
3127
3128         return 1;
3129 }
3130
3131 /*
3132  * Synchronous readahead happens when we don't even find a page in the page
3133  * cache at all.  We don't want to perform IO under the mmap sem, so if we have
3134  * to drop the mmap sem we return the file that was pinned in order for us to do
3135  * that.  If we didn't pin a file then we return NULL.  The file that is
3136  * returned needs to be fput()'ed when we're done with it.
3137  */
3138 static struct file *do_sync_mmap_readahead(struct vm_fault *vmf)
3139 {
3140         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3141         struct file_ra_state *ra = &file->f_ra;
3142         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3143         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, ra, mapping, vmf->pgoff);
3144         struct file *fpin = NULL;
3145         unsigned long vm_flags = vmf->vma->vm_flags;
3146         unsigned int mmap_miss;
3147
3148 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
3149         /* Use the readahead code, even if readahead is disabled */
3150         if ((vm_flags & VM_HUGEPAGE) && HPAGE_PMD_ORDER <= MAX_PAGECACHE_ORDER) {
3151                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3152                 ractl._index &= ~((unsigned long)HPAGE_PMD_NR - 1);
3153                 ra->size = HPAGE_PMD_NR;
3154                 /*
3155                  * Fetch two PMD folios, so we get the chance to actually
3156                  * readahead, unless we've been told not to.
3157                  */
3158                 if (!(vm_flags & VM_RAND_READ))
3159                         ra->size *= 2;
3160                 ra->async_size = HPAGE_PMD_NR;
3161                 page_cache_ra_order(&ractl, ra, HPAGE_PMD_ORDER);
3162                 return fpin;
3163         }
3164 #endif
3165
3166         /* If we don't want any read-ahead, don't bother */
3167         if (vm_flags & VM_RAND_READ)
3168                 return fpin;
3169         if (!ra->ra_pages)
3170                 return fpin;
3171
3172         if (vm_flags & VM_SEQ_READ) {
3173                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3174                 page_cache_sync_ra(&ractl, ra->ra_pages);
3175                 return fpin;
3176         }
3177
3178         /* Avoid banging the cache line if not needed */
3179         mmap_miss = READ_ONCE(ra->mmap_miss);
3180         if (mmap_miss < MMAP_LOTSAMISS * 10)
3181                 WRITE_ONCE(ra->mmap_miss, ++mmap_miss);
3182
3183         /*
3184          * Do we miss much more than hit in this file? If so,
3185          * stop bothering with read-ahead. It will only hurt.
3186          */
3187         if (mmap_miss > MMAP_LOTSAMISS)
3188                 return fpin;
3189
3190         /*
3191          * mmap read-around
3192          */
3193         fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3194         ra->start = max_t(long, 0, vmf->pgoff - ra->ra_pages / 2);
3195         ra->size = ra->ra_pages;
3196         ra->async_size = ra->ra_pages / 4;
3197         ractl._index = ra->start;
3198         page_cache_ra_order(&ractl, ra, 0);
3199         return fpin;
3200 }
3201
3202 /*
3203  * Asynchronous readahead happens when we find the page and PG_readahead,
3204  * so we want to possibly extend the readahead further.  We return the file that
3205  * was pinned if we have to drop the mmap_lock in order to do IO.
3206  */
3207 static struct file *do_async_mmap_readahead(struct vm_fault *vmf,
3208                                             struct folio *folio)
3209 {
3210         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3211         struct file_ra_state *ra = &file->f_ra;
3212         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, ra, file->f_mapping, vmf->pgoff);
3213         struct file *fpin = NULL;
3214         unsigned int mmap_miss;
3215
3216         /* If we don't want any read-ahead, don't bother */
3217         if (vmf->vma->vm_flags & VM_RAND_READ || !ra->ra_pages)
3218                 return fpin;
3219
3220         mmap_miss = READ_ONCE(ra->mmap_miss);
3221         if (mmap_miss)
3222                 WRITE_ONCE(ra->mmap_miss, --mmap_miss);
3223
3224         if (folio_test_readahead(folio)) {
3225                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3226                 page_cache_async_ra(&ractl, folio, ra->ra_pages);
3227         }
3228         return fpin;
3229 }
3230
3231 static vm_fault_t filemap_fault_recheck_pte_none(struct vm_fault *vmf)
3232 {
3233         struct vm_area_struct *vma = vmf->vma;
3234         vm_fault_t ret = 0;
3235         pte_t *ptep;
3236
3237         /*
3238          * We might have COW'ed a pagecache folio and might now have an mlocked
3239          * anon folio mapped. The original pagecache folio is not mlocked and
3240          * might have been evicted. During a read+clear/modify/write update of
3241          * the PTE, such as done in do_numa_page()/change_pte_range(), we
3242          * temporarily clear the PTE under PT lock and might detect it here as
3243          * "none" when not holding the PT lock.
3244          *
3245          * Not rechecking the PTE under PT lock could result in an unexpected
3246          * major fault in an mlock'ed region. Recheck only for this special
3247          * scenario while holding the PT lock, to not degrade non-mlocked
3248          * scenarios. Recheck the PTE without PT lock firstly, thereby reducing
3249          * the number of times we hold PT lock.
3250          */
3251         if (!(vma->vm_flags & VM_LOCKED))
3252                 return 0;
3253
3254         if (!(vmf->flags & FAULT_FLAG_ORIG_PTE_VALID))
3255                 return 0;
3256
3257         ptep = pte_offset_map_nolock(vma->vm_mm, vmf->pmd, vmf->address,
3258                                      &vmf->ptl);
3259         if (unlikely(!ptep))
3260                 return VM_FAULT_NOPAGE;
3261
3262         if (unlikely(!pte_none(ptep_get_lockless(ptep)))) {
3263                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3264         } else {
3265                 spin_lock(vmf->ptl);
3266                 if (unlikely(!pte_none(ptep_get(ptep))))
3267                         ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3268                 spin_unlock(vmf->ptl);
3269         }
3270         pte_unmap(ptep);
3271         return ret;
3272 }
3273
3274 /**
3275  * filemap_fault - read in file data for page fault handling
3276  * @vmf:        struct vm_fault containing details of the fault
3277  *
3278  * filemap_fault() is invoked via the vma operations vector for a
3279  * mapped memory region to read in file data during a page fault.
3280  *
3281  * The goto's are kind of ugly, but this streamlines the normal case of having
3282  * it in the page cache, and handles the special cases reasonably without
3283  * having a lot of duplicated code.
3284  *
3285  * vma->vm_mm->mmap_lock must be held on entry.
3286  *
3287  * If our return value has VM_FAULT_RETRY set, it's because the mmap_lock
3288  * may be dropped before doing I/O or by lock_folio_maybe_drop_mmap().
3289  *
3290  * If our return value does not have VM_FAULT_RETRY set, the mmap_lock
3291  * has not been released.
3292  *
3293  * We never return with VM_FAULT_RETRY and a bit from VM_FAULT_ERROR set.
3294  *
3295  * Return: bitwise-OR of %VM_FAULT_ codes.
3296  */
3297 vm_fault_t filemap_fault(struct vm_fault *vmf)
3298 {
3299         int error;
3300         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3301         struct file *fpin = NULL;
3302         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3303         struct inode *inode = mapping->host;
3304         pgoff_t max_idx, index = vmf->pgoff;
3305         struct folio *folio;
3306         vm_fault_t ret = 0;
3307         bool mapping_locked = false;
3308
3309         max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
3310         if (unlikely(index >= max_idx))
3311                 return VM_FAULT_SIGBUS;
3312
3313         trace_mm_filemap_fault(mapping, index);
3314
3315         /*
3316          * Do we have something in the page cache already?
3317          */
3318         folio = filemap_get_folio(mapping, index);
3319         if (likely(!IS_ERR(folio))) {
3320                 /*
3321                  * We found the page, so try async readahead before waiting for
3322                  * the lock.
3323                  */
3324                 if (!(vmf->flags & FAULT_FLAG_TRIED))
3325                         fpin = do_async_mmap_readahead(vmf, folio);
3326                 if (unlikely(!folio_test_uptodate(folio))) {
3327                         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
3328                         mapping_locked = true;
3329                 }
3330         } else {
3331                 ret = filemap_fault_recheck_pte_none(vmf);
3332                 if (unlikely(ret))
3333                         return ret;
3334
3335                 /* No page in the page cache at all */
3336                 count_vm_event(PGMAJFAULT);
3337                 count_memcg_event_mm(vmf->vma->vm_mm, PGMAJFAULT);
3338                 ret = VM_FAULT_MAJOR;
3339                 fpin = do_sync_mmap_readahead(vmf);
3340 retry_find:
3341                 /*
3342                  * See comment in filemap_create_folio() why we need
3343                  * invalidate_lock
3344                  */
3345                 if (!mapping_locked) {
3346                         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
3347                         mapping_locked = true;
3348                 }
3349                 folio = __filemap_get_folio(mapping, index,
3350                                           FGP_CREAT|FGP_FOR_MMAP,
3351                                           vmf->gfp_mask);
3352                 if (IS_ERR(folio)) {
3353                         if (fpin)
3354                                 goto out_retry;
3355                         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3356                         return VM_FAULT_OOM;
3357                 }
3358         }
3359
3360         if (!lock_folio_maybe_drop_mmap(vmf, folio, &fpin))
3361                 goto out_retry;
3362
3363         /* Did it get truncated? */
3364         if (unlikely(folio->mapping != mapping)) {
3365                 folio_unlock(folio);
3366                 folio_put(folio);
3367                 goto retry_find;
3368         }
3369         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, index), folio);
3370
3371         /*
3372          * We have a locked folio in the page cache, now we need to check
3373          * that it's up-to-date. If not, it is going to be due to an error,
3374          * or because readahead was otherwise unable to retrieve it.
3375          */
3376         if (unlikely(!folio_test_uptodate(folio))) {
3377                 /*
3378                  * If the invalidate lock is not held, the folio was in cache
3379                  * and uptodate and now it is not. Strange but possible since we
3380                  * didn't hold the page lock all the time. Let's drop
3381                  * everything, get the invalidate lock and try again.
3382                  */
3383                 if (!mapping_locked) {
3384                         folio_unlock(folio);
3385                         folio_put(folio);
3386                         goto retry_find;
3387                 }
3388
3389                 /*
3390                  * OK, the folio is really not uptodate. This can be because the
3391                  * VMA has the VM_RAND_READ flag set, or because an error
3392                  * arose. Let's read it in directly.
3393                  */
3394                 goto page_not_uptodate;
3395         }
3396
3397         /*
3398          * We've made it this far and we had to drop our mmap_lock, now is the
3399          * time to return to the upper layer and have it re-find the vma and
3400          * redo the fault.
3401          */
3402         if (fpin) {
3403                 folio_unlock(folio);
3404                 goto out_retry;
3405         }
3406         if (mapping_locked)
3407                 filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3408
3409         /*
3410          * Found the page and have a reference on it.
3411          * We must recheck i_size under page lock.
3412          */
3413         max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
3414         if (unlikely(index >= max_idx)) {
3415                 folio_unlock(folio);
3416                 folio_put(folio);
3417                 return VM_FAULT_SIGBUS;
3418         }
3419
3420         vmf->page = folio_file_page(folio, index);
3421         return ret | VM_FAULT_LOCKED;
3422
3423 page_not_uptodate:
3424         /*
3425          * Umm, take care of errors if the page isn't up-to-date.
3426          * Try to re-read it _once_. We do this synchronously,
3427          * because there really aren't any performance issues here
3428          * and we need to check for errors.
3429          */
3430         fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3431         error = filemap_read_folio(file, mapping->a_ops->read_folio, folio);
3432         if (fpin)
3433                 goto out_retry;
3434         folio_put(folio);
3435
3436         if (!error || error == AOP_TRUNCATED_PAGE)
3437                 goto retry_find;
3438         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3439
3440         return VM_FAULT_SIGBUS;
3441
3442 out_retry:
3443         /*
3444          * We dropped the mmap_lock, we need to return to the fault handler to
3445          * re-find the vma and come back and find our hopefully still populated
3446          * page.
3447          */
3448         if (!IS_ERR(folio))
3449                 folio_put(folio);
3450         if (mapping_locked)
3451                 filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3452         if (fpin)
3453                 fput(fpin);
3454         return ret | VM_FAULT_RETRY;
3455 }
3456 EXPORT_SYMBOL(filemap_fault);
3457
3458 static bool filemap_map_pmd(struct vm_fault *vmf, struct folio *folio,
3459                 pgoff_t start)
3460 {
3461         struct mm_struct *mm = vmf->vma->vm_mm;
3462
3463         /* Huge page is mapped? No need to proceed. */
3464         if (pmd_trans_huge(*vmf->pmd)) {
3465                 folio_unlock(folio);
3466                 folio_put(folio);
3467                 return true;
3468         }
3469
3470         if (pmd_none(*vmf->pmd) && folio_test_pmd_mappable(folio)) {
3471                 struct page *page = folio_file_page(folio, start);
3472                 vm_fault_t ret = do_set_pmd(vmf, page);
3473                 if (!ret) {
3474                         /* The page is mapped successfully, reference consumed. */
3475                         folio_unlock(folio);
3476                         return true;
3477                 }
3478         }
3479
3480         if (pmd_none(*vmf->pmd) && vmf->prealloc_pte)
3481                 pmd_install(mm, vmf->pmd, &vmf->prealloc_pte);
3482
3483         return false;
3484 }
3485
3486 static struct folio *next_uptodate_folio(struct xa_state *xas,
3487                 struct address_space *mapping, pgoff_t end_pgoff)
3488 {
3489         struct folio *folio = xas_next_entry(xas, end_pgoff);
3490         unsigned long max_idx;
3491
3492         do {
3493                 if (!folio)
3494                         return NULL;
3495                 if (xas_retry(xas, folio))
3496                         continue;
3497                 if (xa_is_value(folio))
3498                         continue;
3499                 if (folio_test_locked(folio))
3500                         continue;
3501                 if (!folio_try_get(folio))
3502                         continue;
3503                 /* Has the page moved or been split? */
3504                 if (unlikely(folio != xas_reload(xas)))
3505                         goto skip;
3506                 if (!folio_test_uptodate(folio) || folio_test_readahead(folio))
3507                         goto skip;
3508                 if (!folio_trylock(folio))
3509                         goto skip;
3510                 if (folio->mapping != mapping)
3511                         goto unlock;
3512                 if (!folio_test_uptodate(folio))
3513                         goto unlock;
3514                 max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(mapping->host), PAGE_SIZE);
3515                 if (xas->xa_index >= max_idx)
3516                         goto unlock;
3517                 return folio;
3518 unlock:
3519                 folio_unlock(folio);
3520 skip:
3521                 folio_put(folio);
3522         } while ((folio = xas_next_entry(xas, end_pgoff)) != NULL);
3523
3524         return NULL;
3525 }
3526
3527 /*
3528  * Map page range [start_page, start_page + nr_pages) of folio.
3529  * start_page is gotten from start by folio_page(folio, start)
3530  */
3531 static vm_fault_t filemap_map_folio_range(struct vm_fault *vmf,
3532                         struct folio *folio, unsigned long start,
3533                         unsigned long addr, unsigned int nr_pages,
3534                         unsigned long *rss, unsigned int *mmap_miss)
3535 {
3536         vm_fault_t ret = 0;
3537         struct page *page = folio_page(folio, start);
3538         unsigned int count = 0;
3539         pte_t *old_ptep = vmf->pte;
3540
3541         do {
3542                 if (PageHWPoison(page + count))
3543                         goto skip;
3544
3545                 /*
3546                  * If there are too many folios that are recently evicted
3547                  * in a file, they will probably continue to be evicted.
3548                  * In such situation, read-ahead is only a waste of IO.
3549                  * Don't decrease mmap_miss in this scenario to make sure
3550                  * we can stop read-ahead.
3551                  */
3552                 if (!folio_test_workingset(folio))
3553                         (*mmap_miss)++;
3554
3555                 /*
3556                  * NOTE: If there're PTE markers, we'll leave them to be
3557                  * handled in the specific fault path, and it'll prohibit the
3558                  * fault-around logic.
3559                  */
3560                 if (!pte_none(ptep_get(&vmf->pte[count])))
3561                         goto skip;
3562
3563                 count++;
3564                 continue;
3565 skip:
3566                 if (count) {
3567                         set_pte_range(vmf, folio, page, count, addr);
3568                         *rss += count;
3569                         folio_ref_add(folio, count);
3570                         if (in_range(vmf->address, addr, count * PAGE_SIZE))
3571                                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3572                 }
3573
3574                 count++;
3575                 page += count;
3576                 vmf->pte += count;
3577                 addr += count * PAGE_SIZE;
3578                 count = 0;
3579         } while (--nr_pages > 0);
3580
3581         if (count) {
3582                 set_pte_range(vmf, folio, page, count, addr);
3583                 *rss += count;
3584                 folio_ref_add(folio, count);
3585                 if (in_range(vmf->address, addr, count * PAGE_SIZE))
3586                         ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3587         }
3588
3589         vmf->pte = old_ptep;
3590
3591         return ret;
3592 }
3593
3594 static vm_fault_t filemap_map_order0_folio(struct vm_fault *vmf,
3595                 struct folio *folio, unsigned long addr,
3596                 unsigned long *rss, unsigned int *mmap_miss)
3597 {
3598         vm_fault_t ret = 0;
3599         struct page *page = &folio->page;
3600
3601         if (PageHWPoison(page))
3602                 return ret;
3603
3604         /* See comment of filemap_map_folio_range() */
3605         if (!folio_test_workingset(folio))
3606                 (*mmap_miss)++;
3607
3608         /*
3609          * NOTE: If there're PTE markers, we'll leave them to be
3610          * handled in the specific fault path, and it'll prohibit
3611          * the fault-around logic.
3612          */
3613         if (!pte_none(ptep_get(vmf->pte)))
3614                 return ret;
3615
3616         if (vmf->address == addr)
3617                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3618
3619         set_pte_range(vmf, folio, page, 1, addr);
3620         (*rss)++;
3621         folio_ref_inc(folio);
3622
3623         return ret;
3624 }
3625
3626 vm_fault_t filemap_map_pages(struct vm_fault *vmf,
3627                              pgoff_t start_pgoff, pgoff_t end_pgoff)
3628 {
3629         struct vm_area_struct *vma = vmf->vma;
3630         struct file *file = vma->vm_file;
3631         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3632         pgoff_t file_end, last_pgoff = start_pgoff;
3633         unsigned long addr;
3634         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_pgoff);
3635         struct folio *folio;
3636         vm_fault_t ret = 0;
3637         unsigned long rss = 0;
3638         unsigned int nr_pages = 0, mmap_miss = 0, mmap_miss_saved, folio_type;
3639
3640         rcu_read_lock();
3641         folio = next_uptodate_folio(&xas, mapping, end_pgoff);
3642         if (!folio)
3643                 goto out;
3644
3645         if (filemap_map_pmd(vmf, folio, start_pgoff)) {
3646                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3647                 goto out;
3648         }
3649
3650         addr = vma->vm_start + ((start_pgoff - vma->vm_pgoff) << PAGE_SHIFT);
3651         vmf->pte = pte_offset_map_lock(vma->vm_mm, vmf->pmd, addr, &vmf->ptl);
3652         if (!vmf->pte) {
3653                 folio_unlock(folio);
3654                 folio_put(folio);
3655                 goto out;
3656         }
3657
3658         file_end = DIV_ROUND_UP(i_size_read(mapping->host), PAGE_SIZE) - 1;
3659         if (end_pgoff > file_end)
3660                 end_pgoff = file_end;
3661
3662         folio_type = mm_counter_file(folio);
3663         do {
3664                 unsigned long end;
3665
3666                 addr += (xas.xa_index - last_pgoff) << PAGE_SHIFT;
3667                 vmf->pte += xas.xa_index - last_pgoff;
3668                 last_pgoff = xas.xa_index;
3669                 end = folio_next_index(folio) - 1;
3670                 nr_pages = min(end, end_pgoff) - xas.xa_index + 1;
3671
3672                 if (!folio_test_large(folio))
3673                         ret |= filemap_map_order0_folio(vmf,
3674                                         folio, addr, &rss, &mmap_miss);
3675                 else
3676                         ret |= filemap_map_folio_range(vmf, folio,
3677                                         xas.xa_index - folio->index, addr,
3678                                         nr_pages, &rss, &mmap_miss);
3679
3680                 folio_unlock(folio);
3681                 folio_put(folio);
3682         } while ((folio = next_uptodate_folio(&xas, mapping, end_pgoff)) != NULL);
3683         add_mm_counter(vma->vm_mm, folio_type, rss);
3684         pte_unmap_unlock(vmf->pte, vmf->ptl);
3685         trace_mm_filemap_map_pages(mapping, start_pgoff, end_pgoff);
3686 out:
3687         rcu_read_unlock();
3688
3689         mmap_miss_saved = READ_ONCE(file->f_ra.mmap_miss);
3690         if (mmap_miss >= mmap_miss_saved)
3691                 WRITE_ONCE(file->f_ra.mmap_miss, 0);
3692         else
3693                 WRITE_ONCE(file->f_ra.mmap_miss, mmap_miss_saved - mmap_miss);
3694
3695         return ret;
3696 }
3697 EXPORT_SYMBOL(filemap_map_pages);
3698
3699 vm_fault_t filemap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf)
3700 {
3701         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
3702         struct folio *folio = page_folio(vmf->page);
3703         vm_fault_t ret = VM_FAULT_LOCKED;
3704
3705         sb_start_pagefault(mapping->host->i_sb);
3706         file_update_time(vmf->vma->vm_file);
3707         folio_lock(folio);
3708         if (folio->mapping != mapping) {
3709                 folio_unlock(folio);
3710                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3711                 goto out;
3712         }
3713         /*
3714          * We mark the folio dirty already here so that when freeze is in
3715          * progress, we are guaranteed that writeback during freezing will
3716          * see the dirty folio and writeprotect it again.
3717          */
3718         folio_mark_dirty(folio);
3719         folio_wait_stable(folio);
3720 out:
3721         sb_end_pagefault(mapping->host->i_sb);
3722         return ret;
3723 }
3724
3725 const struct vm_operations_struct generic_file_vm_ops = {
3726         .fault          = filemap_fault,
3727         .map_pages      = filemap_map_pages,
3728         .page_mkwrite   = filemap_page_mkwrite,
3729 };
3730
3731 /* This is used for a general mmap of a disk file */
3732
3733 int generic_file_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3734 {
3735         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3736
3737         if (!mapping->a_ops->read_folio)
3738                 return -ENOEXEC;
3739         file_accessed(file);
3740         vma->vm_ops = &generic_file_vm_ops;
3741         return 0;
3742 }
3743
3744 /*
3745  * This is for filesystems which do not implement ->writepage.
3746  */
3747 int generic_file_readonly_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3748 {
3749         if (vma_is_shared_maywrite(vma))
3750                 return -EINVAL;
3751         return generic_file_mmap(file, vma);
3752 }
3753 #else
3754 vm_fault_t filemap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf)
3755 {
3756         return VM_FAULT_SIGBUS;
3757 }
3758 int generic_file_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3759 {
3760         return -ENOSYS;
3761 }
3762 int generic_file_readonly_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3763 {
3764         return -ENOSYS;
3765 }
3766 #endif /* CONFIG_MMU */
3767
3768 EXPORT_SYMBOL(filemap_page_mkwrite);
3769 EXPORT_SYMBOL(generic_file_mmap);
3770 EXPORT_SYMBOL(generic_file_readonly_mmap);
3771
3772 static struct folio *do_read_cache_folio(struct address_space *mapping,
3773                 pgoff_t index, filler_t filler, struct file *file, gfp_t gfp)
3774 {
3775         struct folio *folio;
3776         int err;
3777
3778         if (!filler)
3779                 filler = mapping->a_ops->read_folio;
3780 repeat:
3781         folio = filemap_get_folio(mapping, index);
3782         if (IS_ERR(folio)) {
3783                 folio = filemap_alloc_folio(gfp,
3784                                             mapping_min_folio_order(mapping));
3785                 if (!folio)
3786                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
3787                 index = mapping_align_index(mapping, index);
3788                 err = filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp);
3789                 if (unlikely(err)) {
3790                         folio_put(folio);
3791                         if (err == -EEXIST)
3792                                 goto repeat;
3793                         /* Presumably ENOMEM for xarray node */
3794                         return ERR_PTR(err);
3795                 }
3796
3797                 goto filler;
3798         }
3799         if (folio_test_uptodate(folio))
3800                 goto out;
3801
3802         if (!folio_trylock(folio)) {
3803                 folio_put_wait_locked(folio, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
3804                 goto repeat;
3805         }
3806
3807         /* Folio was truncated from mapping */
3808         if (!folio->mapping) {
3809                 folio_unlock(folio);
3810                 folio_put(folio);
3811                 goto repeat;
3812         }
3813
3814         /* Someone else locked and filled the page in a very small window */
3815         if (folio_test_uptodate(folio)) {
3816                 folio_unlock(folio);
3817                 goto out;
3818         }
3819
3820 filler:
3821         err = filemap_read_folio(file, filler, folio);
3822         if (err) {
3823                 folio_put(folio);
3824                 if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
3825                         goto repeat;
3826                 return ERR_PTR(err);
3827         }
3828
3829 out:
3830         folio_mark_accessed(folio);
3831         return folio;
3832 }
3833
3834 /**
3835  * read_cache_folio - Read into page cache, fill it if needed.
3836  * @mapping: The address_space to read from.
3837  * @index: The index to read.
3838  * @filler: Function to perform the read, or NULL to use aops->read_folio().
3839  * @file: Passed to filler function, may be NULL if not required.
3840  *
3841  * Read one page into the page cache.  If it succeeds, the folio returned
3842  * will contain @index, but it may not be the first page of the folio.
3843  *
3844  * If the filler function returns an error, it will be returned to the
3845  * caller.
3846  *
3847  * Context: May sleep.  Expects mapping->invalidate_lock to be held.
3848  * Return: An uptodate folio on success, ERR_PTR() on failure.
3849  */
3850 struct folio *read_cache_folio(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
3851                 filler_t filler, struct file *file)
3852 {
3853         return do_read_cache_folio(mapping, index, filler, file,
3854                         mapping_gfp_mask(mapping));
3855 }
3856 EXPORT_SYMBOL(read_cache_folio);
3857
3858 /**
3859  * mapping_read_folio_gfp - Read into page cache, using specified allocation flags.
3860  * @mapping:    The address_space for the folio.
3861  * @index:      The index that the allocated folio will contain.
3862  * @gfp:        The page allocator flags to use if allocating.
3863  *
3864  * This is the same as "read_cache_folio(mapping, index, NULL, NULL)", but with
3865  * any new memory allocations done using the specified allocation flags.
3866  *
3867  * The most likely error from this function is EIO, but ENOMEM is
3868  * possible and so is EINTR.  If ->read_folio returns another error,
3869  * that will be returned to the caller.
3870  *
3871  * The function expects mapping->invalidate_lock to be already held.
3872  *
3873  * Return: Uptodate folio on success, ERR_PTR() on failure.
3874  */
3875 struct folio *mapping_read_folio_gfp(struct address_space *mapping,
3876                 pgoff_t index, gfp_t gfp)
3877 {
3878         return do_read_cache_folio(mapping, index, NULL, NULL, gfp);
3879 }
3880 EXPORT_SYMBOL(mapping_read_folio_gfp);
3881
3882 static struct page *do_read_cache_page(struct address_space *mapping,
3883                 pgoff_t index, filler_t *filler, struct file *file, gfp_t gfp)
3884 {
3885         struct folio *folio;
3886
3887         folio = do_read_cache_folio(mapping, index, filler, file, gfp);
3888         if (IS_ERR(folio))
3889                 return &folio->page;
3890         return folio_file_page(folio, index);
3891 }
3892
3893 struct page *read_cache_page(struct address_space *mapping,
3894                         pgoff_t index, filler_t *filler, struct file *file)
3895 {
3896         return do_read_cache_page(mapping, index, filler, file,
3897                         mapping_gfp_mask(mapping));
3898 }
3899 EXPORT_SYMBOL(read_cache_page);
3900
3901 /**
3902  * read_cache_page_gfp - read into page cache, using specified page allocation flags.
3903  * @mapping:    the page's address_space
3904  * @index:      the page index
3905  * @gfp:        the page allocator flags to use if allocating
3906  *
3907  * This is the same as "read_mapping_page(mapping, index, NULL)", but with
3908  * any new page allocations done using the specified allocation flags.
3909  *
3910  * If the page does not get brought uptodate, return -EIO.
3911  *
3912  * The function expects mapping->invalidate_lock to be already held.
3913  *
3914  * Return: up to date page on success, ERR_PTR() on failure.
3915  */
3916 struct page *read_cache_page_gfp(struct address_space *mapping,
3917                                 pgoff_t index,
3918                                 gfp_t gfp)
3919 {
3920         return do_read_cache_page(mapping, index, NULL, NULL, gfp);
3921 }
3922 EXPORT_SYMBOL(read_cache_page_gfp);
3923
3924 /*
3925  * Warn about a page cache invalidation failure during a direct I/O write.
3926  */
3927 static void dio_warn_stale_pagecache(struct file *filp)
3928 {
3929         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(_rs, 86400 * HZ, DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3930         char pathname[128];
3931         char *path;
3932
3933         errseq_set(&filp->f_mapping->wb_err, -EIO);
3934         if (__ratelimit(&_rs)) {
3935                 path = file_path(filp, pathname, sizeof(pathname));
3936                 if (IS_ERR(path))
3937                         path = "(unknown)";
3938                 pr_crit("Page cache invalidation failure on direct I/O.  Possible data corruption due to collision with buffered I/O!\n");
3939                 pr_crit("File: %s PID: %d Comm: %.20s\n", path, current->pid,
3940                         current->comm);
3941         }
3942 }
3943
3944 void kiocb_invalidate_post_direct_write(struct kiocb *iocb, size_t count)
3945 {
3946         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
3947
3948         if (mapping->nrpages &&
3949             invalidate_inode_pages2_range(mapping,
3950                         iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT,
3951                         (iocb->ki_pos + count - 1) >> PAGE_SHIFT))
3952                 dio_warn_stale_pagecache(iocb->ki_filp);
3953 }
3954
3955 ssize_t
3956 generic_file_direct_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
3957 {
3958         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
3959         size_t write_len = iov_iter_count(from);
3960         ssize_t written;
3961
3962         /*
3963          * If a page can not be invalidated, return 0 to fall back
3964          * to buffered write.
3965          */
3966         written = kiocb_invalidate_pages(iocb, write_len);
3967         if (written) {
3968                 if (written == -EBUSY)
3969                         return 0;
3970                 return written;
3971         }
3972
3973         written = mapping->a_ops->direct_IO(iocb, from);
3974
3975         /*
3976          * Finally, try again to invalidate clean pages which might have been
3977          * cached by non-direct readahead, or faulted in by get_user_pages()
3978          * if the source of the write was an mmap'ed region of the file
3979          * we're writing.  Either one is a pretty crazy thing to do,
3980          * so we don't support it 100%.  If this invalidation
3981          * fails, tough, the write still worked...
3982          *
3983          * Most of the time we do not need this since dio_complete() will do
3984          * the invalidation for us. However there are some file systems that
3985          * do not end up with dio_complete() being called, so let's not break
3986          * them by removing it completely.
3987          *
3988          * Noticeable example is a blkdev_direct_IO().
3989          *
3990          * Skip invalidation for async writes or if mapping has no pages.
3991          */
3992         if (written > 0) {
3993                 struct inode *inode = mapping->host;
3994                 loff_t pos = iocb->ki_pos;
3995
3996                 kiocb_invalidate_post_direct_write(iocb, written);
3997                 pos += written;
3998                 write_len -= written;
3999                 if (pos > i_size_read(inode) && !S_ISBLK(inode->i_mode)) {
4000                         i_size_write(inode, pos);
4001                         mark_inode_dirty(inode);
4002                 }
4003                 iocb->ki_pos = pos;
4004         }
4005         if (written != -EIOCBQUEUED)
4006                 iov_iter_revert(from, write_len - iov_iter_count(from));
4007         return written;
4008 }
4009 EXPORT_SYMBOL(generic_file_direct_write);
4010
4011 ssize_t generic_perform_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *i)
4012 {
4013         struct file *file = iocb->ki_filp;
4014         loff_t pos = iocb->ki_pos;
4015         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
4016         const struct address_space_operations *a_ops = mapping->a_ops;
4017         size_t chunk = mapping_max_folio_size(mapping);
4018         long status = 0;
4019         ssize_t written = 0;
4020
4021         do {
4022                 struct folio *folio;
4023                 size_t offset;          /* Offset into folio */
4024                 size_t bytes;           /* Bytes to write to folio */
4025                 size_t copied;          /* Bytes copied from user */
4026                 void *fsdata = NULL;
4027
4028                 bytes = iov_iter_count(i);
4029 retry:
4030                 offset = pos & (chunk - 1);
4031                 bytes = min(chunk - offset, bytes);
4032                 balance_dirty_pages_ratelimited(mapping);
4033
4034                 /*
4035                  * Bring in the user page that we will copy from _first_.
4036                  * Otherwise there's a nasty deadlock on copying from the
4037                  * same page as we're writing to, without it being marked
4038                  * up-to-date.
4039                  */
4040                 if (unlikely(fault_in_iov_iter_readable(i, bytes) == bytes)) {
4041                         status = -EFAULT;
4042                         break;
4043                 }
4044
4045                 if (fatal_signal_pending(current)) {
4046                         status = -EINTR;
4047                         break;
4048                 }
4049
4050                 status = a_ops->write_begin(file, mapping, pos, bytes,
4051                                                 &folio, &fsdata);
4052                 if (unlikely(status < 0))
4053                         break;
4054
4055                 offset = offset_in_folio(folio, pos);
4056                 if (bytes > folio_size(folio) - offset)
4057                         bytes = folio_size(folio) - offset;
4058
4059                 if (mapping_writably_mapped(mapping))
4060                         flush_dcache_folio(folio);
4061
4062                 copied = copy_folio_from_iter_atomic(folio, offset, bytes, i);
4063                 flush_dcache_folio(folio);
4064
4065                 status = a_ops->write_end(file, mapping, pos, bytes, copied,
4066                                                 folio, fsdata);
4067                 if (unlikely(status != copied)) {
4068                         iov_iter_revert(i, copied - max(status, 0L));
4069                         if (unlikely(status < 0))
4070                                 break;
4071                 }
4072                 cond_resched();
4073
4074                 if (unlikely(status == 0)) {
4075                         /*
4076                          * A short copy made ->write_end() reject the
4077                          * thing entirely.  Might be memory poisoning
4078                          * halfway through, might be a race with munmap,
4079                          * might be severe memory pressure.
4080                          */
4081                         if (chunk > PAGE_SIZE)
4082                                 chunk /= 2;
4083                         if (copied) {
4084                                 bytes = copied;
4085                                 goto retry;
4086                         }
4087                 } else {
4088                         pos += status;
4089                         written += status;
4090                 }
4091         } while (iov_iter_count(i));
4092
4093         if (!written)
4094                 return status;
4095         iocb->ki_pos += written;
4096         return written;
4097 }
4098 EXPORT_SYMBOL(generic_perform_write);
4099
4100 /**
4101  * __generic_file_write_iter - write data to a file
4102  * @iocb:       IO state structure (file, offset, etc.)
4103  * @from:       iov_iter with data to write
4104  *
4105  * This function does all the work needed for actually writing data to a
4106  * file. It does all basic checks, removes SUID from the file, updates
4107  * modification times and calls proper subroutines depending on whether we
4108  * do direct IO or a standard buffered write.
4109  *
4110  * It expects i_rwsem to be grabbed unless we work on a block device or similar
4111  * object which does not need locking at all.
4112  *
4113  * This function does *not* take care of syncing data in case of O_SYNC write.
4114  * A caller has to handle it. This is mainly due to the fact that we want to
4115  * avoid syncing under i_rwsem.
4116  *
4117  * Return:
4118  * * number of bytes written, even for truncated writes
4119  * * negative error code if no data has been written at all
4120  */
4121 ssize_t __generic_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
4122 {
4123         struct file *file = iocb->ki_filp;
4124         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
4125         struct inode *inode = mapping->host;
4126         ssize_t ret;
4127
4128         ret = file_remove_privs(file);
4129         if (ret)
4130                 return ret;
4131
4132         ret = file_update_time(file);
4133         if (ret)
4134                 return ret;
4135
4136         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
4137                 ret = generic_file_direct_write(iocb, from);
4138                 /*
4139                  * If the write stopped short of completing, fall back to
4140                  * buffered writes.  Some filesystems do this for writes to
4141                  * holes, for example.  For DAX files, a buffered write will
4142                  * not succeed (even if it did, DAX does not handle dirty
4143                  * page-cache pages correctly).
4144                  */
4145                 if (ret < 0 || !iov_iter_count(from) || IS_DAX(inode))
4146                         return ret;
4147                 return direct_write_fallback(iocb, from, ret,
4148                                 generic_perform_write(iocb, from));
4149         }
4150
4151         return generic_perform_write(iocb, from);
4152 }
4153 EXPORT_SYMBOL(__generic_file_write_iter);
4154
4155 /**
4156  * generic_file_write_iter - write data to a file
4157  * @iocb:       IO state structure
4158  * @from:       iov_iter with data to write
4159  *
4160  * This is a wrapper around __generic_file_write_iter() to be used by most
4161  * filesystems. It takes care of syncing the file in case of O_SYNC file
4162  * and acquires i_rwsem as needed.
4163  * Return:
4164  * * negative error code if no data has been written at all of
4165  *   vfs_fsync_range() failed for a synchronous write
4166  * * number of bytes written, even for truncated writes
4167  */
4168 ssize_t generic_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
4169 {
4170         struct file *file = iocb->ki_filp;
4171         struct inode *inode = file->f_mapping->host;
4172         ssize_t ret;
4173
4174         inode_lock(inode);
4175         ret = generic_write_checks(iocb, from);
4176         if (ret > 0)
4177                 ret = __generic_file_write_iter(iocb, from);
4178         inode_unlock(inode);
4179
4180         if (ret > 0)
4181                 ret = generic_write_sync(iocb, ret);
4182         return ret;
4183 }
4184 EXPORT_SYMBOL(generic_file_write_iter);
4185
4186 /**
4187  * filemap_release_folio() - Release fs-specific metadata on a folio.
4188  * @folio: The folio which the kernel is trying to free.
4189  * @gfp: Memory allocation flags (and I/O mode).
4190  *
4191  * The address_space is trying to release any data attached to a folio
4192  * (presumably at folio->private).
4193  *
4194  * This will also be called if the private_2 flag is set on a page,
4195  * indicating that the folio has other metadata associated with it.
4196  *
4197  * The @gfp argument specifies whether I/O may be performed to release
4198  * this page (__GFP_IO), and whether the call may block
4199  * (__GFP_RECLAIM & __GFP_FS).
4200  *
4201  * Return: %true if the release was successful, otherwise %false.
4202  */
4203 bool filemap_release_folio(struct folio *folio, gfp_t gfp)
4204 {
4205         struct address_space * const mapping = folio->mapping;
4206
4207         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
4208         if (!folio_needs_release(folio))
4209                 return true;
4210         if (folio_test_writeback(folio))
4211                 return false;
4212
4213         if (mapping && mapping->a_ops->release_folio)
4214                 return mapping->a_ops->release_folio(folio, gfp);
4215         return try_to_free_buffers(folio);
4216 }
4217 EXPORT_SYMBOL(filemap_release_folio);
4218
4219 /**
4220  * filemap_invalidate_inode - Invalidate/forcibly write back a range of an inode's pagecache
4221  * @inode: The inode to flush
4222  * @flush: Set to write back rather than simply invalidate.
4223  * @start: First byte to in range.
4224  * @end: Last byte in range (inclusive), or LLONG_MAX for everything from start
4225  *       onwards.
4226  *
4227  * Invalidate all the folios on an inode that contribute to the specified
4228  * range, possibly writing them back first.  Whilst the operation is
4229  * undertaken, the invalidate lock is held to prevent new folios from being
4230  * installed.
4231  */
4232 int filemap_invalidate_inode(struct inode *inode, bool flush,
4233                              loff_t start, loff_t end)
4234 {
4235         struct address_space *mapping = inode->i_mapping;
4236         pgoff_t first = start >> PAGE_SHIFT;
4237         pgoff_t last = end >> PAGE_SHIFT;
4238         pgoff_t nr = end == LLONG_MAX ? ULONG_MAX : last - first + 1;
4239
4240         if (!mapping || !mapping->nrpages || end < start)
4241                 goto out;
4242
4243         /* Prevent new folios from being added to the inode. */
4244         filemap_invalidate_lock(mapping);
4245
4246         if (!mapping->nrpages)
4247                 goto unlock;
4248
4249         unmap_mapping_pages(mapping, first, nr, false);
4250
4251         /* Write back the data if we're asked to. */
4252         if (flush) {
4253                 struct writeback_control wbc = {
4254                         .sync_mode      = WB_SYNC_ALL,
4255                         .nr_to_write    = LONG_MAX,
4256                         .range_start    = start,
4257                         .range_end      = end,
4258                 };
4259
4260                 filemap_fdatawrite_wbc(mapping, &wbc);
4261         }
4262
4263         /* Wait for writeback to complete on all folios and discard. */
4264         invalidate_inode_pages2_range(mapping, start / PAGE_SIZE, end / PAGE_SIZE);
4265
4266 unlock:
4267         filemap_invalidate_unlock(mapping);
4268 out:
4269         return filemap_check_errors(mapping);
4270 }
4271 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_invalidate_inode);
4272
4273 #ifdef CONFIG_CACHESTAT_SYSCALL
4274 /**
4275  * filemap_cachestat() - compute the page cache statistics of a mapping
4276  * @mapping:    The mapping to compute the statistics for.
4277  * @first_index:        The starting page cache index.
4278  * @last_index: The final page index (inclusive).
4279  * @cs: the cachestat struct to write the result to.
4280  *
4281  * This will query the page cache statistics of a mapping in the
4282  * page range of [first_index, last_index] (inclusive). The statistics
4283  * queried include: number of dirty pages, number of pages marked for
4284  * writeback, and the number of (recently) evicted pages.
4285  */
4286 static void filemap_cachestat(struct address_space *mapping,
4287                 pgoff_t first_index, pgoff_t last_index, struct cachestat *cs)
4288 {
4289         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, first_index);
4290         struct folio *folio;
4291
4292         /* Flush stats (and potentially sleep) outside the RCU read section. */
4293         mem_cgroup_flush_stats_ratelimited(NULL);
4294
4295         rcu_read_lock();
4296         xas_for_each(&xas, folio, last_index) {
4297                 int order;
4298                 unsigned long nr_pages;
4299                 pgoff_t folio_first_index, folio_last_index;
4300
4301                 /*
4302                  * Don't deref the folio. It is not pinned, and might
4303                  * get freed (and reused) underneath us.
4304                  *
4305                  * We *could* pin it, but that would be expensive for
4306                  * what should be a fast and lightweight syscall.
4307                  *
4308                  * Instead, derive all information of interest from
4309                  * the rcu-protected xarray.
4310                  */
4311
4312                 if (xas_retry(&xas, folio))
4313                         continue;
4314
4315                 order = xas_get_order(&xas);
4316                 nr_pages = 1 << order;
4317                 folio_first_index = round_down(xas.xa_index, 1 << order);
4318                 folio_last_index = folio_first_index + nr_pages - 1;
4319
4320                 /* Folios might straddle the range boundaries, only count covered pages */
4321                 if (folio_first_index < first_index)
4322                         nr_pages -= first_index - folio_first_index;
4323
4324                 if (folio_last_index > last_index)
4325                         nr_pages -= folio_last_index - last_index;
4326
4327                 if (xa_is_value(folio)) {
4328                         /* page is evicted */
4329                         void *shadow = (void *)folio;
4330                         bool workingset; /* not used */
4331
4332                         cs->nr_evicted += nr_pages;
4333
4334 #ifdef CONFIG_SWAP /* implies CONFIG_MMU */
4335                         if (shmem_mapping(mapping)) {
4336                                 /* shmem file - in swap cache */
4337                                 swp_entry_t swp = radix_to_swp_entry(folio);
4338
4339                                 /* swapin error results in poisoned entry */
4340                                 if (non_swap_entry(swp))
4341                                         goto resched;
4342
4343                                 /*
4344                                  * Getting a swap entry from the shmem
4345                                  * inode means we beat
4346                                  * shmem_unuse(). rcu_read_lock()
4347                                  * ensures swapoff waits for us before
4348                                  * freeing the swapper space. However,
4349                                  * we can race with swapping and
4350                                  * invalidation, so there might not be
4351                                  * a shadow in the swapcache (yet).
4352                                  */
4353                                 shadow = get_shadow_from_swap_cache(swp);
4354                                 if (!shadow)
4355                                         goto resched;
4356                         }
4357 #endif
4358                         if (workingset_test_recent(shadow, true, &workingset, false))
4359                                 cs->nr_recently_evicted += nr_pages;
4360
4361                         goto resched;
4362                 }
4363
4364                 /* page is in cache */
4365                 cs->nr_cache += nr_pages;
4366
4367                 if (xas_get_mark(&xas, PAGECACHE_TAG_DIRTY))
4368                         cs->nr_dirty += nr_pages;
4369
4370                 if (xas_get_mark(&xas, PAGECACHE_TAG_WRITEBACK))
4371                         cs->nr_writeback += nr_pages;
4372
4373 resched:
4374                 if (need_resched()) {
4375                         xas_pause(&xas);
4376                         cond_resched_rcu();
4377                 }
4378         }
4379         rcu_read_unlock();
4380 }
4381
4382 /*
4383  * The cachestat(2) system call.
4384  *
4385  * cachestat() returns the page cache statistics of a file in the
4386  * bytes range specified by `off` and `len`: number of cached pages,
4387  * number of dirty pages, number of pages marked for writeback,
4388  * number of evicted pages, and number of recently evicted pages.
4389  *
4390  * An evicted page is a page that is previously in the page cache
4391  * but has been evicted since. A page is recently evicted if its last
4392  * eviction was recent enough that its reentry to the cache would
4393  * indicate that it is actively being used by the system, and that
4394  * there is memory pressure on the system.
4395  *
4396  * `off` and `len` must be non-negative integers. If `len` > 0,
4397  * the queried range is [`off`, `off` + `len`]. If `len` == 0,
4398  * we will query in the range from `off` to the end of the file.
4399  *
4400  * The `flags` argument is unused for now, but is included for future
4401  * extensibility. User should pass 0 (i.e no flag specified).
4402  *
4403  * Currently, hugetlbfs is not supported.
4404  *
4405  * Because the status of a page can change after cachestat() checks it
4406  * but before it returns to the application, the returned values may
4407  * contain stale information.
4408  *
4409  * return values:
4410  *  zero        - success
4411  *  -EFAULT     - cstat or cstat_range points to an illegal address
4412  *  -EINVAL     - invalid flags
4413  *  -EBADF      - invalid file descriptor
4414  *  -EOPNOTSUPP - file descriptor is of a hugetlbfs file
4415  */
4416 SYSCALL_DEFINE4(cachestat, unsigned int, fd,
4417                 struct cachestat_range __user *, cstat_range,
4418                 struct cachestat __user *, cstat, unsigned int, flags)
4419 {
4420         struct fd f = fdget(fd);
4421         struct address_space *mapping;
4422         struct cachestat_range csr;
4423         struct cachestat cs;
4424         pgoff_t first_index, last_index;
4425
4426         if (!f.file)
4427                 return -EBADF;
4428
4429         if (copy_from_user(&csr, cstat_range,
4430                         sizeof(struct cachestat_range))) {
4431                 fdput(f);
4432                 return -EFAULT;
4433         }
4434
4435         /* hugetlbfs is not supported */
4436         if (is_file_hugepages(f.file)) {
4437                 fdput(f);
4438                 return -EOPNOTSUPP;
4439         }
4440
4441         if (flags != 0) {
4442                 fdput(f);
4443                 return -EINVAL;
4444         }
4445
4446         first_index = csr.off >> PAGE_SHIFT;
4447         last_index =
4448                 csr.len == 0 ? ULONG_MAX : (csr.off + csr.len - 1) >> PAGE_SHIFT;
4449         memset(&cs, 0, sizeof(struct cachestat));
4450         mapping = f.file->f_mapping;
4451         filemap_cachestat(mapping, first_index, last_index, &cs);
4452         fdput(f);
4453
4454         if (copy_to_user(cstat, &cs, sizeof(struct cachestat)))
4455                 return -EFAULT;
4456
4457         return 0;
4458 }
4459 #endif /* CONFIG_CACHESTAT_SYSCALL */