OSDN Git Service

Merge tag 'write-page-prefaulting' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[uclinux-h8/linux.git] / fs / dax.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * fs/dax.c - Direct Access filesystem code
4  * Copyright (c) 2013-2014 Intel Corporation
5  * Author: Matthew Wilcox <matthew.r.wilcox@intel.com>
6  * Author: Ross Zwisler <ross.zwisler@linux.intel.com>
7  */
8
9 #include <linux/atomic.h>
10 #include <linux/blkdev.h>
11 #include <linux/buffer_head.h>
12 #include <linux/dax.h>
13 #include <linux/fs.h>
14 #include <linux/highmem.h>
15 #include <linux/memcontrol.h>
16 #include <linux/mm.h>
17 #include <linux/mutex.h>
18 #include <linux/pagevec.h>
19 #include <linux/sched.h>
20 #include <linux/sched/signal.h>
21 #include <linux/uio.h>
22 #include <linux/vmstat.h>
23 #include <linux/pfn_t.h>
24 #include <linux/sizes.h>
25 #include <linux/mmu_notifier.h>
26 #include <linux/iomap.h>
27 #include <asm/pgalloc.h>
28
29 #define CREATE_TRACE_POINTS
30 #include <trace/events/fs_dax.h>
31
32 static inline unsigned int pe_order(enum page_entry_size pe_size)
33 {
34         if (pe_size == PE_SIZE_PTE)
35                 return PAGE_SHIFT - PAGE_SHIFT;
36         if (pe_size == PE_SIZE_PMD)
37                 return PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT;
38         if (pe_size == PE_SIZE_PUD)
39                 return PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT;
40         return ~0;
41 }
42
43 /* We choose 4096 entries - same as per-zone page wait tables */
44 #define DAX_WAIT_TABLE_BITS 12
45 #define DAX_WAIT_TABLE_ENTRIES (1 << DAX_WAIT_TABLE_BITS)
46
47 /* The 'colour' (ie low bits) within a PMD of a page offset.  */
48 #define PG_PMD_COLOUR   ((PMD_SIZE >> PAGE_SHIFT) - 1)
49 #define PG_PMD_NR       (PMD_SIZE >> PAGE_SHIFT)
50
51 /* The order of a PMD entry */
52 #define PMD_ORDER       (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT)
53
54 static wait_queue_head_t wait_table[DAX_WAIT_TABLE_ENTRIES];
55
56 static int __init init_dax_wait_table(void)
57 {
58         int i;
59
60         for (i = 0; i < DAX_WAIT_TABLE_ENTRIES; i++)
61                 init_waitqueue_head(wait_table + i);
62         return 0;
63 }
64 fs_initcall(init_dax_wait_table);
65
66 /*
67  * DAX pagecache entries use XArray value entries so they can't be mistaken
68  * for pages.  We use one bit for locking, one bit for the entry size (PMD)
69  * and two more to tell us if the entry is a zero page or an empty entry that
70  * is just used for locking.  In total four special bits.
71  *
72  * If the PMD bit isn't set the entry has size PAGE_SIZE, and if the ZERO_PAGE
73  * and EMPTY bits aren't set the entry is a normal DAX entry with a filesystem
74  * block allocation.
75  */
76 #define DAX_SHIFT       (4)
77 #define DAX_LOCKED      (1UL << 0)
78 #define DAX_PMD         (1UL << 1)
79 #define DAX_ZERO_PAGE   (1UL << 2)
80 #define DAX_EMPTY       (1UL << 3)
81
82 static unsigned long dax_to_pfn(void *entry)
83 {
84         return xa_to_value(entry) >> DAX_SHIFT;
85 }
86
87 static void *dax_make_entry(pfn_t pfn, unsigned long flags)
88 {
89         return xa_mk_value(flags | (pfn_t_to_pfn(pfn) << DAX_SHIFT));
90 }
91
92 static bool dax_is_locked(void *entry)
93 {
94         return xa_to_value(entry) & DAX_LOCKED;
95 }
96
97 static unsigned int dax_entry_order(void *entry)
98 {
99         if (xa_to_value(entry) & DAX_PMD)
100                 return PMD_ORDER;
101         return 0;
102 }
103
104 static unsigned long dax_is_pmd_entry(void *entry)
105 {
106         return xa_to_value(entry) & DAX_PMD;
107 }
108
109 static bool dax_is_pte_entry(void *entry)
110 {
111         return !(xa_to_value(entry) & DAX_PMD);
112 }
113
114 static int dax_is_zero_entry(void *entry)
115 {
116         return xa_to_value(entry) & DAX_ZERO_PAGE;
117 }
118
119 static int dax_is_empty_entry(void *entry)
120 {
121         return xa_to_value(entry) & DAX_EMPTY;
122 }
123
124 /*
125  * true if the entry that was found is of a smaller order than the entry
126  * we were looking for
127  */
128 static bool dax_is_conflict(void *entry)
129 {
130         return entry == XA_RETRY_ENTRY;
131 }
132
133 /*
134  * DAX page cache entry locking
135  */
136 struct exceptional_entry_key {
137         struct xarray *xa;
138         pgoff_t entry_start;
139 };
140
141 struct wait_exceptional_entry_queue {
142         wait_queue_entry_t wait;
143         struct exceptional_entry_key key;
144 };
145
146 /**
147  * enum dax_wake_mode: waitqueue wakeup behaviour
148  * @WAKE_ALL: wake all waiters in the waitqueue
149  * @WAKE_NEXT: wake only the first waiter in the waitqueue
150  */
151 enum dax_wake_mode {
152         WAKE_ALL,
153         WAKE_NEXT,
154 };
155
156 static wait_queue_head_t *dax_entry_waitqueue(struct xa_state *xas,
157                 void *entry, struct exceptional_entry_key *key)
158 {
159         unsigned long hash;
160         unsigned long index = xas->xa_index;
161
162         /*
163          * If 'entry' is a PMD, align the 'index' that we use for the wait
164          * queue to the start of that PMD.  This ensures that all offsets in
165          * the range covered by the PMD map to the same bit lock.
166          */
167         if (dax_is_pmd_entry(entry))
168                 index &= ~PG_PMD_COLOUR;
169         key->xa = xas->xa;
170         key->entry_start = index;
171
172         hash = hash_long((unsigned long)xas->xa ^ index, DAX_WAIT_TABLE_BITS);
173         return wait_table + hash;
174 }
175
176 static int wake_exceptional_entry_func(wait_queue_entry_t *wait,
177                 unsigned int mode, int sync, void *keyp)
178 {
179         struct exceptional_entry_key *key = keyp;
180         struct wait_exceptional_entry_queue *ewait =
181                 container_of(wait, struct wait_exceptional_entry_queue, wait);
182
183         if (key->xa != ewait->key.xa ||
184             key->entry_start != ewait->key.entry_start)
185                 return 0;
186         return autoremove_wake_function(wait, mode, sync, NULL);
187 }
188
189 /*
190  * @entry may no longer be the entry at the index in the mapping.
191  * The important information it's conveying is whether the entry at
192  * this index used to be a PMD entry.
193  */
194 static void dax_wake_entry(struct xa_state *xas, void *entry,
195                            enum dax_wake_mode mode)
196 {
197         struct exceptional_entry_key key;
198         wait_queue_head_t *wq;
199
200         wq = dax_entry_waitqueue(xas, entry, &key);
201
202         /*
203          * Checking for locked entry and prepare_to_wait_exclusive() happens
204          * under the i_pages lock, ditto for entry handling in our callers.
205          * So at this point all tasks that could have seen our entry locked
206          * must be in the waitqueue and the following check will see them.
207          */
208         if (waitqueue_active(wq))
209                 __wake_up(wq, TASK_NORMAL, mode == WAKE_ALL ? 0 : 1, &key);
210 }
211
212 /*
213  * Look up entry in page cache, wait for it to become unlocked if it
214  * is a DAX entry and return it.  The caller must subsequently call
215  * put_unlocked_entry() if it did not lock the entry or dax_unlock_entry()
216  * if it did.  The entry returned may have a larger order than @order.
217  * If @order is larger than the order of the entry found in i_pages, this
218  * function returns a dax_is_conflict entry.
219  *
220  * Must be called with the i_pages lock held.
221  */
222 static void *get_unlocked_entry(struct xa_state *xas, unsigned int order)
223 {
224         void *entry;
225         struct wait_exceptional_entry_queue ewait;
226         wait_queue_head_t *wq;
227
228         init_wait(&ewait.wait);
229         ewait.wait.func = wake_exceptional_entry_func;
230
231         for (;;) {
232                 entry = xas_find_conflict(xas);
233                 if (!entry || WARN_ON_ONCE(!xa_is_value(entry)))
234                         return entry;
235                 if (dax_entry_order(entry) < order)
236                         return XA_RETRY_ENTRY;
237                 if (!dax_is_locked(entry))
238                         return entry;
239
240                 wq = dax_entry_waitqueue(xas, entry, &ewait.key);
241                 prepare_to_wait_exclusive(wq, &ewait.wait,
242                                           TASK_UNINTERRUPTIBLE);
243                 xas_unlock_irq(xas);
244                 xas_reset(xas);
245                 schedule();
246                 finish_wait(wq, &ewait.wait);
247                 xas_lock_irq(xas);
248         }
249 }
250
251 /*
252  * The only thing keeping the address space around is the i_pages lock
253  * (it's cycled in clear_inode() after removing the entries from i_pages)
254  * After we call xas_unlock_irq(), we cannot touch xas->xa.
255  */
256 static void wait_entry_unlocked(struct xa_state *xas, void *entry)
257 {
258         struct wait_exceptional_entry_queue ewait;
259         wait_queue_head_t *wq;
260
261         init_wait(&ewait.wait);
262         ewait.wait.func = wake_exceptional_entry_func;
263
264         wq = dax_entry_waitqueue(xas, entry, &ewait.key);
265         /*
266          * Unlike get_unlocked_entry() there is no guarantee that this
267          * path ever successfully retrieves an unlocked entry before an
268          * inode dies. Perform a non-exclusive wait in case this path
269          * never successfully performs its own wake up.
270          */
271         prepare_to_wait(wq, &ewait.wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
272         xas_unlock_irq(xas);
273         schedule();
274         finish_wait(wq, &ewait.wait);
275 }
276
277 static void put_unlocked_entry(struct xa_state *xas, void *entry,
278                                enum dax_wake_mode mode)
279 {
280         if (entry && !dax_is_conflict(entry))
281                 dax_wake_entry(xas, entry, mode);
282 }
283
284 /*
285  * We used the xa_state to get the entry, but then we locked the entry and
286  * dropped the xa_lock, so we know the xa_state is stale and must be reset
287  * before use.
288  */
289 static void dax_unlock_entry(struct xa_state *xas, void *entry)
290 {
291         void *old;
292
293         BUG_ON(dax_is_locked(entry));
294         xas_reset(xas);
295         xas_lock_irq(xas);
296         old = xas_store(xas, entry);
297         xas_unlock_irq(xas);
298         BUG_ON(!dax_is_locked(old));
299         dax_wake_entry(xas, entry, WAKE_NEXT);
300 }
301
302 /*
303  * Return: The entry stored at this location before it was locked.
304  */
305 static void *dax_lock_entry(struct xa_state *xas, void *entry)
306 {
307         unsigned long v = xa_to_value(entry);
308         return xas_store(xas, xa_mk_value(v | DAX_LOCKED));
309 }
310
311 static unsigned long dax_entry_size(void *entry)
312 {
313         if (dax_is_zero_entry(entry))
314                 return 0;
315         else if (dax_is_empty_entry(entry))
316                 return 0;
317         else if (dax_is_pmd_entry(entry))
318                 return PMD_SIZE;
319         else
320                 return PAGE_SIZE;
321 }
322
323 static unsigned long dax_end_pfn(void *entry)
324 {
325         return dax_to_pfn(entry) + dax_entry_size(entry) / PAGE_SIZE;
326 }
327
328 /*
329  * Iterate through all mapped pfns represented by an entry, i.e. skip
330  * 'empty' and 'zero' entries.
331  */
332 #define for_each_mapped_pfn(entry, pfn) \
333         for (pfn = dax_to_pfn(entry); \
334                         pfn < dax_end_pfn(entry); pfn++)
335
336 /*
337  * TODO: for reflink+dax we need a way to associate a single page with
338  * multiple address_space instances at different linear_page_index()
339  * offsets.
340  */
341 static void dax_associate_entry(void *entry, struct address_space *mapping,
342                 struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
343 {
344         unsigned long size = dax_entry_size(entry), pfn, index;
345         int i = 0;
346
347         if (IS_ENABLED(CONFIG_FS_DAX_LIMITED))
348                 return;
349
350         index = linear_page_index(vma, address & ~(size - 1));
351         for_each_mapped_pfn(entry, pfn) {
352                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
353
354                 WARN_ON_ONCE(page->mapping);
355                 page->mapping = mapping;
356                 page->index = index + i++;
357         }
358 }
359
360 static void dax_disassociate_entry(void *entry, struct address_space *mapping,
361                 bool trunc)
362 {
363         unsigned long pfn;
364
365         if (IS_ENABLED(CONFIG_FS_DAX_LIMITED))
366                 return;
367
368         for_each_mapped_pfn(entry, pfn) {
369                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
370
371                 WARN_ON_ONCE(trunc && page_ref_count(page) > 1);
372                 WARN_ON_ONCE(page->mapping && page->mapping != mapping);
373                 page->mapping = NULL;
374                 page->index = 0;
375         }
376 }
377
378 static struct page *dax_busy_page(void *entry)
379 {
380         unsigned long pfn;
381
382         for_each_mapped_pfn(entry, pfn) {
383                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
384
385                 if (page_ref_count(page) > 1)
386                         return page;
387         }
388         return NULL;
389 }
390
391 /*
392  * dax_lock_page - Lock the DAX entry corresponding to a page
393  * @page: The page whose entry we want to lock
394  *
395  * Context: Process context.
396  * Return: A cookie to pass to dax_unlock_page() or 0 if the entry could
397  * not be locked.
398  */
399 dax_entry_t dax_lock_page(struct page *page)
400 {
401         XA_STATE(xas, NULL, 0);
402         void *entry;
403
404         /* Ensure page->mapping isn't freed while we look at it */
405         rcu_read_lock();
406         for (;;) {
407                 struct address_space *mapping = READ_ONCE(page->mapping);
408
409                 entry = NULL;
410                 if (!mapping || !dax_mapping(mapping))
411                         break;
412
413                 /*
414                  * In the device-dax case there's no need to lock, a
415                  * struct dev_pagemap pin is sufficient to keep the
416                  * inode alive, and we assume we have dev_pagemap pin
417                  * otherwise we would not have a valid pfn_to_page()
418                  * translation.
419                  */
420                 entry = (void *)~0UL;
421                 if (S_ISCHR(mapping->host->i_mode))
422                         break;
423
424                 xas.xa = &mapping->i_pages;
425                 xas_lock_irq(&xas);
426                 if (mapping != page->mapping) {
427                         xas_unlock_irq(&xas);
428                         continue;
429                 }
430                 xas_set(&xas, page->index);
431                 entry = xas_load(&xas);
432                 if (dax_is_locked(entry)) {
433                         rcu_read_unlock();
434                         wait_entry_unlocked(&xas, entry);
435                         rcu_read_lock();
436                         continue;
437                 }
438                 dax_lock_entry(&xas, entry);
439                 xas_unlock_irq(&xas);
440                 break;
441         }
442         rcu_read_unlock();
443         return (dax_entry_t)entry;
444 }
445
446 void dax_unlock_page(struct page *page, dax_entry_t cookie)
447 {
448         struct address_space *mapping = page->mapping;
449         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, page->index);
450
451         if (S_ISCHR(mapping->host->i_mode))
452                 return;
453
454         dax_unlock_entry(&xas, (void *)cookie);
455 }
456
457 /*
458  * Find page cache entry at given index. If it is a DAX entry, return it
459  * with the entry locked. If the page cache doesn't contain an entry at
460  * that index, add a locked empty entry.
461  *
462  * When requesting an entry with size DAX_PMD, grab_mapping_entry() will
463  * either return that locked entry or will return VM_FAULT_FALLBACK.
464  * This will happen if there are any PTE entries within the PMD range
465  * that we are requesting.
466  *
467  * We always favor PTE entries over PMD entries. There isn't a flow where we
468  * evict PTE entries in order to 'upgrade' them to a PMD entry.  A PMD
469  * insertion will fail if it finds any PTE entries already in the tree, and a
470  * PTE insertion will cause an existing PMD entry to be unmapped and
471  * downgraded to PTE entries.  This happens for both PMD zero pages as
472  * well as PMD empty entries.
473  *
474  * The exception to this downgrade path is for PMD entries that have
475  * real storage backing them.  We will leave these real PMD entries in
476  * the tree, and PTE writes will simply dirty the entire PMD entry.
477  *
478  * Note: Unlike filemap_fault() we don't honor FAULT_FLAG_RETRY flags. For
479  * persistent memory the benefit is doubtful. We can add that later if we can
480  * show it helps.
481  *
482  * On error, this function does not return an ERR_PTR.  Instead it returns
483  * a VM_FAULT code, encoded as an xarray internal entry.  The ERR_PTR values
484  * overlap with xarray value entries.
485  */
486 static void *grab_mapping_entry(struct xa_state *xas,
487                 struct address_space *mapping, unsigned int order)
488 {
489         unsigned long index = xas->xa_index;
490         bool pmd_downgrade;     /* splitting PMD entry into PTE entries? */
491         void *entry;
492
493 retry:
494         pmd_downgrade = false;
495         xas_lock_irq(xas);
496         entry = get_unlocked_entry(xas, order);
497
498         if (entry) {
499                 if (dax_is_conflict(entry))
500                         goto fallback;
501                 if (!xa_is_value(entry)) {
502                         xas_set_err(xas, -EIO);
503                         goto out_unlock;
504                 }
505
506                 if (order == 0) {
507                         if (dax_is_pmd_entry(entry) &&
508                             (dax_is_zero_entry(entry) ||
509                              dax_is_empty_entry(entry))) {
510                                 pmd_downgrade = true;
511                         }
512                 }
513         }
514
515         if (pmd_downgrade) {
516                 /*
517                  * Make sure 'entry' remains valid while we drop
518                  * the i_pages lock.
519                  */
520                 dax_lock_entry(xas, entry);
521
522                 /*
523                  * Besides huge zero pages the only other thing that gets
524                  * downgraded are empty entries which don't need to be
525                  * unmapped.
526                  */
527                 if (dax_is_zero_entry(entry)) {
528                         xas_unlock_irq(xas);
529                         unmap_mapping_pages(mapping,
530                                         xas->xa_index & ~PG_PMD_COLOUR,
531                                         PG_PMD_NR, false);
532                         xas_reset(xas);
533                         xas_lock_irq(xas);
534                 }
535
536                 dax_disassociate_entry(entry, mapping, false);
537                 xas_store(xas, NULL);   /* undo the PMD join */
538                 dax_wake_entry(xas, entry, WAKE_ALL);
539                 mapping->nrpages -= PG_PMD_NR;
540                 entry = NULL;
541                 xas_set(xas, index);
542         }
543
544         if (entry) {
545                 dax_lock_entry(xas, entry);
546         } else {
547                 unsigned long flags = DAX_EMPTY;
548
549                 if (order > 0)
550                         flags |= DAX_PMD;
551                 entry = dax_make_entry(pfn_to_pfn_t(0), flags);
552                 dax_lock_entry(xas, entry);
553                 if (xas_error(xas))
554                         goto out_unlock;
555                 mapping->nrpages += 1UL << order;
556         }
557
558 out_unlock:
559         xas_unlock_irq(xas);
560         if (xas_nomem(xas, mapping_gfp_mask(mapping) & ~__GFP_HIGHMEM))
561                 goto retry;
562         if (xas->xa_node == XA_ERROR(-ENOMEM))
563                 return xa_mk_internal(VM_FAULT_OOM);
564         if (xas_error(xas))
565                 return xa_mk_internal(VM_FAULT_SIGBUS);
566         return entry;
567 fallback:
568         xas_unlock_irq(xas);
569         return xa_mk_internal(VM_FAULT_FALLBACK);
570 }
571
572 /**
573  * dax_layout_busy_page_range - find first pinned page in @mapping
574  * @mapping: address space to scan for a page with ref count > 1
575  * @start: Starting offset. Page containing 'start' is included.
576  * @end: End offset. Page containing 'end' is included. If 'end' is LLONG_MAX,
577  *       pages from 'start' till the end of file are included.
578  *
579  * DAX requires ZONE_DEVICE mapped pages. These pages are never
580  * 'onlined' to the page allocator so they are considered idle when
581  * page->count == 1. A filesystem uses this interface to determine if
582  * any page in the mapping is busy, i.e. for DMA, or other
583  * get_user_pages() usages.
584  *
585  * It is expected that the filesystem is holding locks to block the
586  * establishment of new mappings in this address_space. I.e. it expects
587  * to be able to run unmap_mapping_range() and subsequently not race
588  * mapping_mapped() becoming true.
589  */
590 struct page *dax_layout_busy_page_range(struct address_space *mapping,
591                                         loff_t start, loff_t end)
592 {
593         void *entry;
594         unsigned int scanned = 0;
595         struct page *page = NULL;
596         pgoff_t start_idx = start >> PAGE_SHIFT;
597         pgoff_t end_idx;
598         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_idx);
599
600         /*
601          * In the 'limited' case get_user_pages() for dax is disabled.
602          */
603         if (IS_ENABLED(CONFIG_FS_DAX_LIMITED))
604                 return NULL;
605
606         if (!dax_mapping(mapping) || !mapping_mapped(mapping))
607                 return NULL;
608
609         /* If end == LLONG_MAX, all pages from start to till end of file */
610         if (end == LLONG_MAX)
611                 end_idx = ULONG_MAX;
612         else
613                 end_idx = end >> PAGE_SHIFT;
614         /*
615          * If we race get_user_pages_fast() here either we'll see the
616          * elevated page count in the iteration and wait, or
617          * get_user_pages_fast() will see that the page it took a reference
618          * against is no longer mapped in the page tables and bail to the
619          * get_user_pages() slow path.  The slow path is protected by
620          * pte_lock() and pmd_lock(). New references are not taken without
621          * holding those locks, and unmap_mapping_pages() will not zero the
622          * pte or pmd without holding the respective lock, so we are
623          * guaranteed to either see new references or prevent new
624          * references from being established.
625          */
626         unmap_mapping_pages(mapping, start_idx, end_idx - start_idx + 1, 0);
627
628         xas_lock_irq(&xas);
629         xas_for_each(&xas, entry, end_idx) {
630                 if (WARN_ON_ONCE(!xa_is_value(entry)))
631                         continue;
632                 if (unlikely(dax_is_locked(entry)))
633                         entry = get_unlocked_entry(&xas, 0);
634                 if (entry)
635                         page = dax_busy_page(entry);
636                 put_unlocked_entry(&xas, entry, WAKE_NEXT);
637                 if (page)
638                         break;
639                 if (++scanned % XA_CHECK_SCHED)
640                         continue;
641
642                 xas_pause(&xas);
643                 xas_unlock_irq(&xas);
644                 cond_resched();
645                 xas_lock_irq(&xas);
646         }
647         xas_unlock_irq(&xas);
648         return page;
649 }
650 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_layout_busy_page_range);
651
652 struct page *dax_layout_busy_page(struct address_space *mapping)
653 {
654         return dax_layout_busy_page_range(mapping, 0, LLONG_MAX);
655 }
656 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_layout_busy_page);
657
658 static int __dax_invalidate_entry(struct address_space *mapping,
659                                           pgoff_t index, bool trunc)
660 {
661         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
662         int ret = 0;
663         void *entry;
664
665         xas_lock_irq(&xas);
666         entry = get_unlocked_entry(&xas, 0);
667         if (!entry || WARN_ON_ONCE(!xa_is_value(entry)))
668                 goto out;
669         if (!trunc &&
670             (xas_get_mark(&xas, PAGECACHE_TAG_DIRTY) ||
671              xas_get_mark(&xas, PAGECACHE_TAG_TOWRITE)))
672                 goto out;
673         dax_disassociate_entry(entry, mapping, trunc);
674         xas_store(&xas, NULL);
675         mapping->nrpages -= 1UL << dax_entry_order(entry);
676         ret = 1;
677 out:
678         put_unlocked_entry(&xas, entry, WAKE_ALL);
679         xas_unlock_irq(&xas);
680         return ret;
681 }
682
683 /*
684  * Delete DAX entry at @index from @mapping.  Wait for it
685  * to be unlocked before deleting it.
686  */
687 int dax_delete_mapping_entry(struct address_space *mapping, pgoff_t index)
688 {
689         int ret = __dax_invalidate_entry(mapping, index, true);
690
691         /*
692          * This gets called from truncate / punch_hole path. As such, the caller
693          * must hold locks protecting against concurrent modifications of the
694          * page cache (usually fs-private i_mmap_sem for writing). Since the
695          * caller has seen a DAX entry for this index, we better find it
696          * at that index as well...
697          */
698         WARN_ON_ONCE(!ret);
699         return ret;
700 }
701
702 /*
703  * Invalidate DAX entry if it is clean.
704  */
705 int dax_invalidate_mapping_entry_sync(struct address_space *mapping,
706                                       pgoff_t index)
707 {
708         return __dax_invalidate_entry(mapping, index, false);
709 }
710
711 static pgoff_t dax_iomap_pgoff(const struct iomap *iomap, loff_t pos)
712 {
713         return PHYS_PFN(iomap->addr + (pos & PAGE_MASK) - iomap->offset);
714 }
715
716 static int copy_cow_page_dax(struct vm_fault *vmf, const struct iomap_iter *iter)
717 {
718         pgoff_t pgoff = dax_iomap_pgoff(&iter->iomap, iter->pos);
719         void *vto, *kaddr;
720         long rc;
721         int id;
722
723         id = dax_read_lock();
724         rc = dax_direct_access(iter->iomap.dax_dev, pgoff, 1, &kaddr, NULL);
725         if (rc < 0) {
726                 dax_read_unlock(id);
727                 return rc;
728         }
729         vto = kmap_atomic(vmf->cow_page);
730         copy_user_page(vto, kaddr, vmf->address, vmf->cow_page);
731         kunmap_atomic(vto);
732         dax_read_unlock(id);
733         return 0;
734 }
735
736 /*
737  * By this point grab_mapping_entry() has ensured that we have a locked entry
738  * of the appropriate size so we don't have to worry about downgrading PMDs to
739  * PTEs.  If we happen to be trying to insert a PTE and there is a PMD
740  * already in the tree, we will skip the insertion and just dirty the PMD as
741  * appropriate.
742  */
743 static void *dax_insert_entry(struct xa_state *xas,
744                 struct address_space *mapping, struct vm_fault *vmf,
745                 void *entry, pfn_t pfn, unsigned long flags, bool dirty)
746 {
747         void *new_entry = dax_make_entry(pfn, flags);
748
749         if (dirty)
750                 __mark_inode_dirty(mapping->host, I_DIRTY_PAGES);
751
752         if (dax_is_zero_entry(entry) && !(flags & DAX_ZERO_PAGE)) {
753                 unsigned long index = xas->xa_index;
754                 /* we are replacing a zero page with block mapping */
755                 if (dax_is_pmd_entry(entry))
756                         unmap_mapping_pages(mapping, index & ~PG_PMD_COLOUR,
757                                         PG_PMD_NR, false);
758                 else /* pte entry */
759                         unmap_mapping_pages(mapping, index, 1, false);
760         }
761
762         xas_reset(xas);
763         xas_lock_irq(xas);
764         if (dax_is_zero_entry(entry) || dax_is_empty_entry(entry)) {
765                 void *old;
766
767                 dax_disassociate_entry(entry, mapping, false);
768                 dax_associate_entry(new_entry, mapping, vmf->vma, vmf->address);
769                 /*
770                  * Only swap our new entry into the page cache if the current
771                  * entry is a zero page or an empty entry.  If a normal PTE or
772                  * PMD entry is already in the cache, we leave it alone.  This
773                  * means that if we are trying to insert a PTE and the
774                  * existing entry is a PMD, we will just leave the PMD in the
775                  * tree and dirty it if necessary.
776                  */
777                 old = dax_lock_entry(xas, new_entry);
778                 WARN_ON_ONCE(old != xa_mk_value(xa_to_value(entry) |
779                                         DAX_LOCKED));
780                 entry = new_entry;
781         } else {
782                 xas_load(xas);  /* Walk the xa_state */
783         }
784
785         if (dirty)
786                 xas_set_mark(xas, PAGECACHE_TAG_DIRTY);
787
788         xas_unlock_irq(xas);
789         return entry;
790 }
791
792 static inline
793 unsigned long pgoff_address(pgoff_t pgoff, struct vm_area_struct *vma)
794 {
795         unsigned long address;
796
797         address = vma->vm_start + ((pgoff - vma->vm_pgoff) << PAGE_SHIFT);
798         VM_BUG_ON_VMA(address < vma->vm_start || address >= vma->vm_end, vma);
799         return address;
800 }
801
802 /* Walk all mappings of a given index of a file and writeprotect them */
803 static void dax_entry_mkclean(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
804                 unsigned long pfn)
805 {
806         struct vm_area_struct *vma;
807         pte_t pte, *ptep = NULL;
808         pmd_t *pmdp = NULL;
809         spinlock_t *ptl;
810
811         i_mmap_lock_read(mapping);
812         vma_interval_tree_foreach(vma, &mapping->i_mmap, index, index) {
813                 struct mmu_notifier_range range;
814                 unsigned long address;
815
816                 cond_resched();
817
818                 if (!(vma->vm_flags & VM_SHARED))
819                         continue;
820
821                 address = pgoff_address(index, vma);
822
823                 /*
824                  * follow_invalidate_pte() will use the range to call
825                  * mmu_notifier_invalidate_range_start() on our behalf before
826                  * taking any lock.
827                  */
828                 if (follow_invalidate_pte(vma->vm_mm, address, &range, &ptep,
829                                           &pmdp, &ptl))
830                         continue;
831
832                 /*
833                  * No need to call mmu_notifier_invalidate_range() as we are
834                  * downgrading page table protection not changing it to point
835                  * to a new page.
836                  *
837                  * See Documentation/vm/mmu_notifier.rst
838                  */
839                 if (pmdp) {
840 #ifdef CONFIG_FS_DAX_PMD
841                         pmd_t pmd;
842
843                         if (pfn != pmd_pfn(*pmdp))
844                                 goto unlock_pmd;
845                         if (!pmd_dirty(*pmdp) && !pmd_write(*pmdp))
846                                 goto unlock_pmd;
847
848                         flush_cache_page(vma, address, pfn);
849                         pmd = pmdp_invalidate(vma, address, pmdp);
850                         pmd = pmd_wrprotect(pmd);
851                         pmd = pmd_mkclean(pmd);
852                         set_pmd_at(vma->vm_mm, address, pmdp, pmd);
853 unlock_pmd:
854 #endif
855                         spin_unlock(ptl);
856                 } else {
857                         if (pfn != pte_pfn(*ptep))
858                                 goto unlock_pte;
859                         if (!pte_dirty(*ptep) && !pte_write(*ptep))
860                                 goto unlock_pte;
861
862                         flush_cache_page(vma, address, pfn);
863                         pte = ptep_clear_flush(vma, address, ptep);
864                         pte = pte_wrprotect(pte);
865                         pte = pte_mkclean(pte);
866                         set_pte_at(vma->vm_mm, address, ptep, pte);
867 unlock_pte:
868                         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
869                 }
870
871                 mmu_notifier_invalidate_range_end(&range);
872         }
873         i_mmap_unlock_read(mapping);
874 }
875
876 static int dax_writeback_one(struct xa_state *xas, struct dax_device *dax_dev,
877                 struct address_space *mapping, void *entry)
878 {
879         unsigned long pfn, index, count;
880         long ret = 0;
881
882         /*
883          * A page got tagged dirty in DAX mapping? Something is seriously
884          * wrong.
885          */
886         if (WARN_ON(!xa_is_value(entry)))
887                 return -EIO;
888
889         if (unlikely(dax_is_locked(entry))) {
890                 void *old_entry = entry;
891
892                 entry = get_unlocked_entry(xas, 0);
893
894                 /* Entry got punched out / reallocated? */
895                 if (!entry || WARN_ON_ONCE(!xa_is_value(entry)))
896                         goto put_unlocked;
897                 /*
898                  * Entry got reallocated elsewhere? No need to writeback.
899                  * We have to compare pfns as we must not bail out due to
900                  * difference in lockbit or entry type.
901                  */
902                 if (dax_to_pfn(old_entry) != dax_to_pfn(entry))
903                         goto put_unlocked;
904                 if (WARN_ON_ONCE(dax_is_empty_entry(entry) ||
905                                         dax_is_zero_entry(entry))) {
906                         ret = -EIO;
907                         goto put_unlocked;
908                 }
909
910                 /* Another fsync thread may have already done this entry */
911                 if (!xas_get_mark(xas, PAGECACHE_TAG_TOWRITE))
912                         goto put_unlocked;
913         }
914
915         /* Lock the entry to serialize with page faults */
916         dax_lock_entry(xas, entry);
917
918         /*
919          * We can clear the tag now but we have to be careful so that concurrent
920          * dax_writeback_one() calls for the same index cannot finish before we
921          * actually flush the caches. This is achieved as the calls will look
922          * at the entry only under the i_pages lock and once they do that
923          * they will see the entry locked and wait for it to unlock.
924          */
925         xas_clear_mark(xas, PAGECACHE_TAG_TOWRITE);
926         xas_unlock_irq(xas);
927
928         /*
929          * If dax_writeback_mapping_range() was given a wbc->range_start
930          * in the middle of a PMD, the 'index' we use needs to be
931          * aligned to the start of the PMD.
932          * This allows us to flush for PMD_SIZE and not have to worry about
933          * partial PMD writebacks.
934          */
935         pfn = dax_to_pfn(entry);
936         count = 1UL << dax_entry_order(entry);
937         index = xas->xa_index & ~(count - 1);
938
939         dax_entry_mkclean(mapping, index, pfn);
940         dax_flush(dax_dev, page_address(pfn_to_page(pfn)), count * PAGE_SIZE);
941         /*
942          * After we have flushed the cache, we can clear the dirty tag. There
943          * cannot be new dirty data in the pfn after the flush has completed as
944          * the pfn mappings are writeprotected and fault waits for mapping
945          * entry lock.
946          */
947         xas_reset(xas);
948         xas_lock_irq(xas);
949         xas_store(xas, entry);
950         xas_clear_mark(xas, PAGECACHE_TAG_DIRTY);
951         dax_wake_entry(xas, entry, WAKE_NEXT);
952
953         trace_dax_writeback_one(mapping->host, index, count);
954         return ret;
955
956  put_unlocked:
957         put_unlocked_entry(xas, entry, WAKE_NEXT);
958         return ret;
959 }
960
961 /*
962  * Flush the mapping to the persistent domain within the byte range of [start,
963  * end]. This is required by data integrity operations to ensure file data is
964  * on persistent storage prior to completion of the operation.
965  */
966 int dax_writeback_mapping_range(struct address_space *mapping,
967                 struct dax_device *dax_dev, struct writeback_control *wbc)
968 {
969         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, wbc->range_start >> PAGE_SHIFT);
970         struct inode *inode = mapping->host;
971         pgoff_t end_index = wbc->range_end >> PAGE_SHIFT;
972         void *entry;
973         int ret = 0;
974         unsigned int scanned = 0;
975
976         if (WARN_ON_ONCE(inode->i_blkbits != PAGE_SHIFT))
977                 return -EIO;
978
979         if (mapping_empty(mapping) || wbc->sync_mode != WB_SYNC_ALL)
980                 return 0;
981
982         trace_dax_writeback_range(inode, xas.xa_index, end_index);
983
984         tag_pages_for_writeback(mapping, xas.xa_index, end_index);
985
986         xas_lock_irq(&xas);
987         xas_for_each_marked(&xas, entry, end_index, PAGECACHE_TAG_TOWRITE) {
988                 ret = dax_writeback_one(&xas, dax_dev, mapping, entry);
989                 if (ret < 0) {
990                         mapping_set_error(mapping, ret);
991                         break;
992                 }
993                 if (++scanned % XA_CHECK_SCHED)
994                         continue;
995
996                 xas_pause(&xas);
997                 xas_unlock_irq(&xas);
998                 cond_resched();
999                 xas_lock_irq(&xas);
1000         }
1001         xas_unlock_irq(&xas);
1002         trace_dax_writeback_range_done(inode, xas.xa_index, end_index);
1003         return ret;
1004 }
1005 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_writeback_mapping_range);
1006
1007 static int dax_iomap_pfn(const struct iomap *iomap, loff_t pos, size_t size,
1008                          pfn_t *pfnp)
1009 {
1010         pgoff_t pgoff = dax_iomap_pgoff(iomap, pos);
1011         int id, rc;
1012         long length;
1013
1014         id = dax_read_lock();
1015         length = dax_direct_access(iomap->dax_dev, pgoff, PHYS_PFN(size),
1016                                    NULL, pfnp);
1017         if (length < 0) {
1018                 rc = length;
1019                 goto out;
1020         }
1021         rc = -EINVAL;
1022         if (PFN_PHYS(length) < size)
1023                 goto out;
1024         if (pfn_t_to_pfn(*pfnp) & (PHYS_PFN(size)-1))
1025                 goto out;
1026         /* For larger pages we need devmap */
1027         if (length > 1 && !pfn_t_devmap(*pfnp))
1028                 goto out;
1029         rc = 0;
1030 out:
1031         dax_read_unlock(id);
1032         return rc;
1033 }
1034
1035 /*
1036  * The user has performed a load from a hole in the file.  Allocating a new
1037  * page in the file would cause excessive storage usage for workloads with
1038  * sparse files.  Instead we insert a read-only mapping of the 4k zero page.
1039  * If this page is ever written to we will re-fault and change the mapping to
1040  * point to real DAX storage instead.
1041  */
1042 static vm_fault_t dax_load_hole(struct xa_state *xas,
1043                 struct address_space *mapping, void **entry,
1044                 struct vm_fault *vmf)
1045 {
1046         struct inode *inode = mapping->host;
1047         unsigned long vaddr = vmf->address;
1048         pfn_t pfn = pfn_to_pfn_t(my_zero_pfn(vaddr));
1049         vm_fault_t ret;
1050
1051         *entry = dax_insert_entry(xas, mapping, vmf, *entry, pfn,
1052                         DAX_ZERO_PAGE, false);
1053
1054         ret = vmf_insert_mixed(vmf->vma, vaddr, pfn);
1055         trace_dax_load_hole(inode, vmf, ret);
1056         return ret;
1057 }
1058
1059 #ifdef CONFIG_FS_DAX_PMD
1060 static vm_fault_t dax_pmd_load_hole(struct xa_state *xas, struct vm_fault *vmf,
1061                 const struct iomap *iomap, void **entry)
1062 {
1063         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
1064         unsigned long pmd_addr = vmf->address & PMD_MASK;
1065         struct vm_area_struct *vma = vmf->vma;
1066         struct inode *inode = mapping->host;
1067         pgtable_t pgtable = NULL;
1068         struct page *zero_page;
1069         spinlock_t *ptl;
1070         pmd_t pmd_entry;
1071         pfn_t pfn;
1072
1073         zero_page = mm_get_huge_zero_page(vmf->vma->vm_mm);
1074
1075         if (unlikely(!zero_page))
1076                 goto fallback;
1077
1078         pfn = page_to_pfn_t(zero_page);
1079         *entry = dax_insert_entry(xas, mapping, vmf, *entry, pfn,
1080                         DAX_PMD | DAX_ZERO_PAGE, false);
1081
1082         if (arch_needs_pgtable_deposit()) {
1083                 pgtable = pte_alloc_one(vma->vm_mm);
1084                 if (!pgtable)
1085                         return VM_FAULT_OOM;
1086         }
1087
1088         ptl = pmd_lock(vmf->vma->vm_mm, vmf->pmd);
1089         if (!pmd_none(*(vmf->pmd))) {
1090                 spin_unlock(ptl);
1091                 goto fallback;
1092         }
1093
1094         if (pgtable) {
1095                 pgtable_trans_huge_deposit(vma->vm_mm, vmf->pmd, pgtable);
1096                 mm_inc_nr_ptes(vma->vm_mm);
1097         }
1098         pmd_entry = mk_pmd(zero_page, vmf->vma->vm_page_prot);
1099         pmd_entry = pmd_mkhuge(pmd_entry);
1100         set_pmd_at(vmf->vma->vm_mm, pmd_addr, vmf->pmd, pmd_entry);
1101         spin_unlock(ptl);
1102         trace_dax_pmd_load_hole(inode, vmf, zero_page, *entry);
1103         return VM_FAULT_NOPAGE;
1104
1105 fallback:
1106         if (pgtable)
1107                 pte_free(vma->vm_mm, pgtable);
1108         trace_dax_pmd_load_hole_fallback(inode, vmf, zero_page, *entry);
1109         return VM_FAULT_FALLBACK;
1110 }
1111 #else
1112 static vm_fault_t dax_pmd_load_hole(struct xa_state *xas, struct vm_fault *vmf,
1113                 const struct iomap *iomap, void **entry)
1114 {
1115         return VM_FAULT_FALLBACK;
1116 }
1117 #endif /* CONFIG_FS_DAX_PMD */
1118
1119 static int dax_memzero(struct dax_device *dax_dev, pgoff_t pgoff,
1120                 unsigned int offset, size_t size)
1121 {
1122         void *kaddr;
1123         long ret;
1124
1125         ret = dax_direct_access(dax_dev, pgoff, 1, &kaddr, NULL);
1126         if (ret > 0) {
1127                 memset(kaddr + offset, 0, size);
1128                 dax_flush(dax_dev, kaddr + offset, size);
1129         }
1130         return ret;
1131 }
1132
1133 static s64 dax_zero_iter(struct iomap_iter *iter, bool *did_zero)
1134 {
1135         const struct iomap *iomap = &iter->iomap;
1136         const struct iomap *srcmap = iomap_iter_srcmap(iter);
1137         loff_t pos = iter->pos;
1138         u64 length = iomap_length(iter);
1139         s64 written = 0;
1140
1141         /* already zeroed?  we're done. */
1142         if (srcmap->type == IOMAP_HOLE || srcmap->type == IOMAP_UNWRITTEN)
1143                 return length;
1144
1145         do {
1146                 unsigned offset = offset_in_page(pos);
1147                 unsigned size = min_t(u64, PAGE_SIZE - offset, length);
1148                 pgoff_t pgoff = dax_iomap_pgoff(iomap, pos);
1149                 long rc;
1150                 int id;
1151
1152                 id = dax_read_lock();
1153                 if (IS_ALIGNED(pos, PAGE_SIZE) && size == PAGE_SIZE)
1154                         rc = dax_zero_page_range(iomap->dax_dev, pgoff, 1);
1155                 else
1156                         rc = dax_memzero(iomap->dax_dev, pgoff, offset, size);
1157                 dax_read_unlock(id);
1158
1159                 if (rc < 0)
1160                         return rc;
1161                 pos += size;
1162                 length -= size;
1163                 written += size;
1164                 if (did_zero)
1165                         *did_zero = true;
1166         } while (length > 0);
1167
1168         return written;
1169 }
1170
1171 int dax_zero_range(struct inode *inode, loff_t pos, loff_t len, bool *did_zero,
1172                 const struct iomap_ops *ops)
1173 {
1174         struct iomap_iter iter = {
1175                 .inode          = inode,
1176                 .pos            = pos,
1177                 .len            = len,
1178                 .flags          = IOMAP_DAX | IOMAP_ZERO,
1179         };
1180         int ret;
1181
1182         while ((ret = iomap_iter(&iter, ops)) > 0)
1183                 iter.processed = dax_zero_iter(&iter, did_zero);
1184         return ret;
1185 }
1186 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_zero_range);
1187
1188 int dax_truncate_page(struct inode *inode, loff_t pos, bool *did_zero,
1189                 const struct iomap_ops *ops)
1190 {
1191         unsigned int blocksize = i_blocksize(inode);
1192         unsigned int off = pos & (blocksize - 1);
1193
1194         /* Block boundary? Nothing to do */
1195         if (!off)
1196                 return 0;
1197         return dax_zero_range(inode, pos, blocksize - off, did_zero, ops);
1198 }
1199 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_truncate_page);
1200
1201 static loff_t dax_iomap_iter(const struct iomap_iter *iomi,
1202                 struct iov_iter *iter)
1203 {
1204         const struct iomap *iomap = &iomi->iomap;
1205         loff_t length = iomap_length(iomi);
1206         loff_t pos = iomi->pos;
1207         struct dax_device *dax_dev = iomap->dax_dev;
1208         loff_t end = pos + length, done = 0;
1209         ssize_t ret = 0;
1210         size_t xfer;
1211         int id;
1212
1213         if (iov_iter_rw(iter) == READ) {
1214                 end = min(end, i_size_read(iomi->inode));
1215                 if (pos >= end)
1216                         return 0;
1217
1218                 if (iomap->type == IOMAP_HOLE || iomap->type == IOMAP_UNWRITTEN)
1219                         return iov_iter_zero(min(length, end - pos), iter);
1220         }
1221
1222         if (WARN_ON_ONCE(iomap->type != IOMAP_MAPPED))
1223                 return -EIO;
1224
1225         /*
1226          * Write can allocate block for an area which has a hole page mapped
1227          * into page tables. We have to tear down these mappings so that data
1228          * written by write(2) is visible in mmap.
1229          */
1230         if (iomap->flags & IOMAP_F_NEW) {
1231                 invalidate_inode_pages2_range(iomi->inode->i_mapping,
1232                                               pos >> PAGE_SHIFT,
1233                                               (end - 1) >> PAGE_SHIFT);
1234         }
1235
1236         id = dax_read_lock();
1237         while (pos < end) {
1238                 unsigned offset = pos & (PAGE_SIZE - 1);
1239                 const size_t size = ALIGN(length + offset, PAGE_SIZE);
1240                 pgoff_t pgoff = dax_iomap_pgoff(iomap, pos);
1241                 ssize_t map_len;
1242                 void *kaddr;
1243
1244                 if (fatal_signal_pending(current)) {
1245                         ret = -EINTR;
1246                         break;
1247                 }
1248
1249                 map_len = dax_direct_access(dax_dev, pgoff, PHYS_PFN(size),
1250                                 &kaddr, NULL);
1251                 if (map_len < 0) {
1252                         ret = map_len;
1253                         break;
1254                 }
1255
1256                 map_len = PFN_PHYS(map_len);
1257                 kaddr += offset;
1258                 map_len -= offset;
1259                 if (map_len > end - pos)
1260                         map_len = end - pos;
1261
1262                 if (iov_iter_rw(iter) == WRITE)
1263                         xfer = dax_copy_from_iter(dax_dev, pgoff, kaddr,
1264                                         map_len, iter);
1265                 else
1266                         xfer = dax_copy_to_iter(dax_dev, pgoff, kaddr,
1267                                         map_len, iter);
1268
1269                 pos += xfer;
1270                 length -= xfer;
1271                 done += xfer;
1272
1273                 if (xfer == 0)
1274                         ret = -EFAULT;
1275                 if (xfer < map_len)
1276                         break;
1277         }
1278         dax_read_unlock(id);
1279
1280         return done ? done : ret;
1281 }
1282
1283 /**
1284  * dax_iomap_rw - Perform I/O to a DAX file
1285  * @iocb:       The control block for this I/O
1286  * @iter:       The addresses to do I/O from or to
1287  * @ops:        iomap ops passed from the file system
1288  *
1289  * This function performs read and write operations to directly mapped
1290  * persistent memory.  The callers needs to take care of read/write exclusion
1291  * and evicting any page cache pages in the region under I/O.
1292  */
1293 ssize_t
1294 dax_iomap_rw(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter,
1295                 const struct iomap_ops *ops)
1296 {
1297         struct iomap_iter iomi = {
1298                 .inode          = iocb->ki_filp->f_mapping->host,
1299                 .pos            = iocb->ki_pos,
1300                 .len            = iov_iter_count(iter),
1301                 .flags          = IOMAP_DAX,
1302         };
1303         loff_t done = 0;
1304         int ret;
1305
1306         if (iov_iter_rw(iter) == WRITE) {
1307                 lockdep_assert_held_write(&iomi.inode->i_rwsem);
1308                 iomi.flags |= IOMAP_WRITE;
1309         } else {
1310                 lockdep_assert_held(&iomi.inode->i_rwsem);
1311         }
1312
1313         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT)
1314                 iomi.flags |= IOMAP_NOWAIT;
1315
1316         while ((ret = iomap_iter(&iomi, ops)) > 0)
1317                 iomi.processed = dax_iomap_iter(&iomi, iter);
1318
1319         done = iomi.pos - iocb->ki_pos;
1320         iocb->ki_pos = iomi.pos;
1321         return done ? done : ret;
1322 }
1323 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_iomap_rw);
1324
1325 static vm_fault_t dax_fault_return(int error)
1326 {
1327         if (error == 0)
1328                 return VM_FAULT_NOPAGE;
1329         return vmf_error(error);
1330 }
1331
1332 /*
1333  * MAP_SYNC on a dax mapping guarantees dirty metadata is
1334  * flushed on write-faults (non-cow), but not read-faults.
1335  */
1336 static bool dax_fault_is_synchronous(unsigned long flags,
1337                 struct vm_area_struct *vma, const struct iomap *iomap)
1338 {
1339         return (flags & IOMAP_WRITE) && (vma->vm_flags & VM_SYNC)
1340                 && (iomap->flags & IOMAP_F_DIRTY);
1341 }
1342
1343 /*
1344  * When handling a synchronous page fault and the inode need a fsync, we can
1345  * insert the PTE/PMD into page tables only after that fsync happened. Skip
1346  * insertion for now and return the pfn so that caller can insert it after the
1347  * fsync is done.
1348  */
1349 static vm_fault_t dax_fault_synchronous_pfnp(pfn_t *pfnp, pfn_t pfn)
1350 {
1351         if (WARN_ON_ONCE(!pfnp))
1352                 return VM_FAULT_SIGBUS;
1353         *pfnp = pfn;
1354         return VM_FAULT_NEEDDSYNC;
1355 }
1356
1357 static vm_fault_t dax_fault_cow_page(struct vm_fault *vmf,
1358                 const struct iomap_iter *iter)
1359 {
1360         vm_fault_t ret;
1361         int error = 0;
1362
1363         switch (iter->iomap.type) {
1364         case IOMAP_HOLE:
1365         case IOMAP_UNWRITTEN:
1366                 clear_user_highpage(vmf->cow_page, vmf->address);
1367                 break;
1368         case IOMAP_MAPPED:
1369                 error = copy_cow_page_dax(vmf, iter);
1370                 break;
1371         default:
1372                 WARN_ON_ONCE(1);
1373                 error = -EIO;
1374                 break;
1375         }
1376
1377         if (error)
1378                 return dax_fault_return(error);
1379
1380         __SetPageUptodate(vmf->cow_page);
1381         ret = finish_fault(vmf);
1382         if (!ret)
1383                 return VM_FAULT_DONE_COW;
1384         return ret;
1385 }
1386
1387 /**
1388  * dax_fault_iter - Common actor to handle pfn insertion in PTE/PMD fault.
1389  * @vmf:        vm fault instance
1390  * @iter:       iomap iter
1391  * @pfnp:       pfn to be returned
1392  * @xas:        the dax mapping tree of a file
1393  * @entry:      an unlocked dax entry to be inserted
1394  * @pmd:        distinguish whether it is a pmd fault
1395  */
1396 static vm_fault_t dax_fault_iter(struct vm_fault *vmf,
1397                 const struct iomap_iter *iter, pfn_t *pfnp,
1398                 struct xa_state *xas, void **entry, bool pmd)
1399 {
1400         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
1401         const struct iomap *iomap = &iter->iomap;
1402         size_t size = pmd ? PMD_SIZE : PAGE_SIZE;
1403         loff_t pos = (loff_t)xas->xa_index << PAGE_SHIFT;
1404         bool write = vmf->flags & FAULT_FLAG_WRITE;
1405         bool sync = dax_fault_is_synchronous(iter->flags, vmf->vma, iomap);
1406         unsigned long entry_flags = pmd ? DAX_PMD : 0;
1407         int err = 0;
1408         pfn_t pfn;
1409
1410         if (!pmd && vmf->cow_page)
1411                 return dax_fault_cow_page(vmf, iter);
1412
1413         /* if we are reading UNWRITTEN and HOLE, return a hole. */
1414         if (!write &&
1415             (iomap->type == IOMAP_UNWRITTEN || iomap->type == IOMAP_HOLE)) {
1416                 if (!pmd)
1417                         return dax_load_hole(xas, mapping, entry, vmf);
1418                 return dax_pmd_load_hole(xas, vmf, iomap, entry);
1419         }
1420
1421         if (iomap->type != IOMAP_MAPPED) {
1422                 WARN_ON_ONCE(1);
1423                 return pmd ? VM_FAULT_FALLBACK : VM_FAULT_SIGBUS;
1424         }
1425
1426         err = dax_iomap_pfn(&iter->iomap, pos, size, &pfn);
1427         if (err)
1428                 return pmd ? VM_FAULT_FALLBACK : dax_fault_return(err);
1429
1430         *entry = dax_insert_entry(xas, mapping, vmf, *entry, pfn, entry_flags,
1431                                   write && !sync);
1432
1433         if (sync)
1434                 return dax_fault_synchronous_pfnp(pfnp, pfn);
1435
1436         /* insert PMD pfn */
1437         if (pmd)
1438                 return vmf_insert_pfn_pmd(vmf, pfn, write);
1439
1440         /* insert PTE pfn */
1441         if (write)
1442                 return vmf_insert_mixed_mkwrite(vmf->vma, vmf->address, pfn);
1443         return vmf_insert_mixed(vmf->vma, vmf->address, pfn);
1444 }
1445
1446 static vm_fault_t dax_iomap_pte_fault(struct vm_fault *vmf, pfn_t *pfnp,
1447                                int *iomap_errp, const struct iomap_ops *ops)
1448 {
1449         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
1450         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, vmf->pgoff);
1451         struct iomap_iter iter = {
1452                 .inode          = mapping->host,
1453                 .pos            = (loff_t)vmf->pgoff << PAGE_SHIFT,
1454                 .len            = PAGE_SIZE,
1455                 .flags          = IOMAP_DAX | IOMAP_FAULT,
1456         };
1457         vm_fault_t ret = 0;
1458         void *entry;
1459         int error;
1460
1461         trace_dax_pte_fault(iter.inode, vmf, ret);
1462         /*
1463          * Check whether offset isn't beyond end of file now. Caller is supposed
1464          * to hold locks serializing us with truncate / punch hole so this is
1465          * a reliable test.
1466          */
1467         if (iter.pos >= i_size_read(iter.inode)) {
1468                 ret = VM_FAULT_SIGBUS;
1469                 goto out;
1470         }
1471
1472         if ((vmf->flags & FAULT_FLAG_WRITE) && !vmf->cow_page)
1473                 iter.flags |= IOMAP_WRITE;
1474
1475         entry = grab_mapping_entry(&xas, mapping, 0);
1476         if (xa_is_internal(entry)) {
1477                 ret = xa_to_internal(entry);
1478                 goto out;
1479         }
1480
1481         /*
1482          * It is possible, particularly with mixed reads & writes to private
1483          * mappings, that we have raced with a PMD fault that overlaps with
1484          * the PTE we need to set up.  If so just return and the fault will be
1485          * retried.
1486          */
1487         if (pmd_trans_huge(*vmf->pmd) || pmd_devmap(*vmf->pmd)) {
1488                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
1489                 goto unlock_entry;
1490         }
1491
1492         while ((error = iomap_iter(&iter, ops)) > 0) {
1493                 if (WARN_ON_ONCE(iomap_length(&iter) < PAGE_SIZE)) {
1494                         iter.processed = -EIO;  /* fs corruption? */
1495                         continue;
1496                 }
1497
1498                 ret = dax_fault_iter(vmf, &iter, pfnp, &xas, &entry, false);
1499                 if (ret != VM_FAULT_SIGBUS &&
1500                     (iter.iomap.flags & IOMAP_F_NEW)) {
1501                         count_vm_event(PGMAJFAULT);
1502                         count_memcg_event_mm(vmf->vma->vm_mm, PGMAJFAULT);
1503                         ret |= VM_FAULT_MAJOR;
1504                 }
1505
1506                 if (!(ret & VM_FAULT_ERROR))
1507                         iter.processed = PAGE_SIZE;
1508         }
1509
1510         if (iomap_errp)
1511                 *iomap_errp = error;
1512         if (!ret && error)
1513                 ret = dax_fault_return(error);
1514
1515 unlock_entry:
1516         dax_unlock_entry(&xas, entry);
1517 out:
1518         trace_dax_pte_fault_done(iter.inode, vmf, ret);
1519         return ret;
1520 }
1521
1522 #ifdef CONFIG_FS_DAX_PMD
1523 static bool dax_fault_check_fallback(struct vm_fault *vmf, struct xa_state *xas,
1524                 pgoff_t max_pgoff)
1525 {
1526         unsigned long pmd_addr = vmf->address & PMD_MASK;
1527         bool write = vmf->flags & FAULT_FLAG_WRITE;
1528
1529         /*
1530          * Make sure that the faulting address's PMD offset (color) matches
1531          * the PMD offset from the start of the file.  This is necessary so
1532          * that a PMD range in the page table overlaps exactly with a PMD
1533          * range in the page cache.
1534          */
1535         if ((vmf->pgoff & PG_PMD_COLOUR) !=
1536             ((vmf->address >> PAGE_SHIFT) & PG_PMD_COLOUR))
1537                 return true;
1538
1539         /* Fall back to PTEs if we're going to COW */
1540         if (write && !(vmf->vma->vm_flags & VM_SHARED))
1541                 return true;
1542
1543         /* If the PMD would extend outside the VMA */
1544         if (pmd_addr < vmf->vma->vm_start)
1545                 return true;
1546         if ((pmd_addr + PMD_SIZE) > vmf->vma->vm_end)
1547                 return true;
1548
1549         /* If the PMD would extend beyond the file size */
1550         if ((xas->xa_index | PG_PMD_COLOUR) >= max_pgoff)
1551                 return true;
1552
1553         return false;
1554 }
1555
1556 static vm_fault_t dax_iomap_pmd_fault(struct vm_fault *vmf, pfn_t *pfnp,
1557                                const struct iomap_ops *ops)
1558 {
1559         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
1560         XA_STATE_ORDER(xas, &mapping->i_pages, vmf->pgoff, PMD_ORDER);
1561         struct iomap_iter iter = {
1562                 .inode          = mapping->host,
1563                 .len            = PMD_SIZE,
1564                 .flags          = IOMAP_DAX | IOMAP_FAULT,
1565         };
1566         vm_fault_t ret = VM_FAULT_FALLBACK;
1567         pgoff_t max_pgoff;
1568         void *entry;
1569         int error;
1570
1571         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_WRITE)
1572                 iter.flags |= IOMAP_WRITE;
1573
1574         /*
1575          * Check whether offset isn't beyond end of file now. Caller is
1576          * supposed to hold locks serializing us with truncate / punch hole so
1577          * this is a reliable test.
1578          */
1579         max_pgoff = DIV_ROUND_UP(i_size_read(iter.inode), PAGE_SIZE);
1580
1581         trace_dax_pmd_fault(iter.inode, vmf, max_pgoff, 0);
1582
1583         if (xas.xa_index >= max_pgoff) {
1584                 ret = VM_FAULT_SIGBUS;
1585                 goto out;
1586         }
1587
1588         if (dax_fault_check_fallback(vmf, &xas, max_pgoff))
1589                 goto fallback;
1590
1591         /*
1592          * grab_mapping_entry() will make sure we get an empty PMD entry,
1593          * a zero PMD entry or a DAX PMD.  If it can't (because a PTE
1594          * entry is already in the array, for instance), it will return
1595          * VM_FAULT_FALLBACK.
1596          */
1597         entry = grab_mapping_entry(&xas, mapping, PMD_ORDER);
1598         if (xa_is_internal(entry)) {
1599                 ret = xa_to_internal(entry);
1600                 goto fallback;
1601         }
1602
1603         /*
1604          * It is possible, particularly with mixed reads & writes to private
1605          * mappings, that we have raced with a PTE fault that overlaps with
1606          * the PMD we need to set up.  If so just return and the fault will be
1607          * retried.
1608          */
1609         if (!pmd_none(*vmf->pmd) && !pmd_trans_huge(*vmf->pmd) &&
1610                         !pmd_devmap(*vmf->pmd)) {
1611                 ret = 0;
1612                 goto unlock_entry;
1613         }
1614
1615         iter.pos = (loff_t)xas.xa_index << PAGE_SHIFT;
1616         while ((error = iomap_iter(&iter, ops)) > 0) {
1617                 if (iomap_length(&iter) < PMD_SIZE)
1618                         continue; /* actually breaks out of the loop */
1619
1620                 ret = dax_fault_iter(vmf, &iter, pfnp, &xas, &entry, true);
1621                 if (ret != VM_FAULT_FALLBACK)
1622                         iter.processed = PMD_SIZE;
1623         }
1624
1625 unlock_entry:
1626         dax_unlock_entry(&xas, entry);
1627 fallback:
1628         if (ret == VM_FAULT_FALLBACK) {
1629                 split_huge_pmd(vmf->vma, vmf->pmd, vmf->address);
1630                 count_vm_event(THP_FAULT_FALLBACK);
1631         }
1632 out:
1633         trace_dax_pmd_fault_done(iter.inode, vmf, max_pgoff, ret);
1634         return ret;
1635 }
1636 #else
1637 static vm_fault_t dax_iomap_pmd_fault(struct vm_fault *vmf, pfn_t *pfnp,
1638                                const struct iomap_ops *ops)
1639 {
1640         return VM_FAULT_FALLBACK;
1641 }
1642 #endif /* CONFIG_FS_DAX_PMD */
1643
1644 /**
1645  * dax_iomap_fault - handle a page fault on a DAX file
1646  * @vmf: The description of the fault
1647  * @pe_size: Size of the page to fault in
1648  * @pfnp: PFN to insert for synchronous faults if fsync is required
1649  * @iomap_errp: Storage for detailed error code in case of error
1650  * @ops: Iomap ops passed from the file system
1651  *
1652  * When a page fault occurs, filesystems may call this helper in
1653  * their fault handler for DAX files. dax_iomap_fault() assumes the caller
1654  * has done all the necessary locking for page fault to proceed
1655  * successfully.
1656  */
1657 vm_fault_t dax_iomap_fault(struct vm_fault *vmf, enum page_entry_size pe_size,
1658                     pfn_t *pfnp, int *iomap_errp, const struct iomap_ops *ops)
1659 {
1660         switch (pe_size) {
1661         case PE_SIZE_PTE:
1662                 return dax_iomap_pte_fault(vmf, pfnp, iomap_errp, ops);
1663         case PE_SIZE_PMD:
1664                 return dax_iomap_pmd_fault(vmf, pfnp, ops);
1665         default:
1666                 return VM_FAULT_FALLBACK;
1667         }
1668 }
1669 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_iomap_fault);
1670
1671 /*
1672  * dax_insert_pfn_mkwrite - insert PTE or PMD entry into page tables
1673  * @vmf: The description of the fault
1674  * @pfn: PFN to insert
1675  * @order: Order of entry to insert.
1676  *
1677  * This function inserts a writeable PTE or PMD entry into the page tables
1678  * for an mmaped DAX file.  It also marks the page cache entry as dirty.
1679  */
1680 static vm_fault_t
1681 dax_insert_pfn_mkwrite(struct vm_fault *vmf, pfn_t pfn, unsigned int order)
1682 {
1683         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
1684         XA_STATE_ORDER(xas, &mapping->i_pages, vmf->pgoff, order);
1685         void *entry;
1686         vm_fault_t ret;
1687
1688         xas_lock_irq(&xas);
1689         entry = get_unlocked_entry(&xas, order);
1690         /* Did we race with someone splitting entry or so? */
1691         if (!entry || dax_is_conflict(entry) ||
1692             (order == 0 && !dax_is_pte_entry(entry))) {
1693                 put_unlocked_entry(&xas, entry, WAKE_NEXT);
1694                 xas_unlock_irq(&xas);
1695                 trace_dax_insert_pfn_mkwrite_no_entry(mapping->host, vmf,
1696                                                       VM_FAULT_NOPAGE);
1697                 return VM_FAULT_NOPAGE;
1698         }
1699         xas_set_mark(&xas, PAGECACHE_TAG_DIRTY);
1700         dax_lock_entry(&xas, entry);
1701         xas_unlock_irq(&xas);
1702         if (order == 0)
1703                 ret = vmf_insert_mixed_mkwrite(vmf->vma, vmf->address, pfn);
1704 #ifdef CONFIG_FS_DAX_PMD
1705         else if (order == PMD_ORDER)
1706                 ret = vmf_insert_pfn_pmd(vmf, pfn, FAULT_FLAG_WRITE);
1707 #endif
1708         else
1709                 ret = VM_FAULT_FALLBACK;
1710         dax_unlock_entry(&xas, entry);
1711         trace_dax_insert_pfn_mkwrite(mapping->host, vmf, ret);
1712         return ret;
1713 }
1714
1715 /**
1716  * dax_finish_sync_fault - finish synchronous page fault
1717  * @vmf: The description of the fault
1718  * @pe_size: Size of entry to be inserted
1719  * @pfn: PFN to insert
1720  *
1721  * This function ensures that the file range touched by the page fault is
1722  * stored persistently on the media and handles inserting of appropriate page
1723  * table entry.
1724  */
1725 vm_fault_t dax_finish_sync_fault(struct vm_fault *vmf,
1726                 enum page_entry_size pe_size, pfn_t pfn)
1727 {
1728         int err;
1729         loff_t start = ((loff_t)vmf->pgoff) << PAGE_SHIFT;
1730         unsigned int order = pe_order(pe_size);
1731         size_t len = PAGE_SIZE << order;
1732
1733         err = vfs_fsync_range(vmf->vma->vm_file, start, start + len - 1, 1);
1734         if (err)
1735                 return VM_FAULT_SIGBUS;
1736         return dax_insert_pfn_mkwrite(vmf, pfn, order);
1737 }
1738 EXPORT_SYMBOL_GPL(dax_finish_sync_fault);