OSDN Git Service

perf/x86/uncore: Correct the number of CHAs on EMR
[tomoyo/tomoyo-test1.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 <asm/pgalloc.h>
49 #include <asm/tlbflush.h>
50 #include "internal.h"
51
52 #define CREATE_TRACE_POINTS
53 #include <trace/events/filemap.h>
54
55 /*
56  * FIXME: remove all knowledge of the buffer layer from the core VM
57  */
58 #include <linux/buffer_head.h> /* for try_to_free_buffers */
59
60 #include <asm/mman.h>
61
62 #include "swap.h"
63
64 /*
65  * Shared mappings implemented 30.11.1994. It's not fully working yet,
66  * though.
67  *
68  * Shared mappings now work. 15.8.1995  Bruno.
69  *
70  * finished 'unifying' the page and buffer cache and SMP-threaded the
71  * page-cache, 21.05.1999, Ingo Molnar <mingo@redhat.com>
72  *
73  * SMP-threaded pagemap-LRU 1999, Andrea Arcangeli <andrea@suse.de>
74  */
75
76 /*
77  * Lock ordering:
78  *
79  *  ->i_mmap_rwsem              (truncate_pagecache)
80  *    ->private_lock            (__free_pte->block_dirty_folio)
81  *      ->swap_lock             (exclusive_swap_page, others)
82  *        ->i_pages lock
83  *
84  *  ->i_rwsem
85  *    ->invalidate_lock         (acquired by fs in truncate path)
86  *      ->i_mmap_rwsem          (truncate->unmap_mapping_range)
87  *
88  *  ->mmap_lock
89  *    ->i_mmap_rwsem
90  *      ->page_table_lock or pte_lock   (various, mainly in memory.c)
91  *        ->i_pages lock        (arch-dependent flush_dcache_mmap_lock)
92  *
93  *  ->mmap_lock
94  *    ->invalidate_lock         (filemap_fault)
95  *      ->lock_page             (filemap_fault, access_process_vm)
96  *
97  *  ->i_rwsem                   (generic_perform_write)
98  *    ->mmap_lock               (fault_in_readable->do_page_fault)
99  *
100  *  bdi->wb.list_lock
101  *    sb_lock                   (fs/fs-writeback.c)
102  *    ->i_pages lock            (__sync_single_inode)
103  *
104  *  ->i_mmap_rwsem
105  *    ->anon_vma.lock           (vma_merge)
106  *
107  *  ->anon_vma.lock
108  *    ->page_table_lock or pte_lock     (anon_vma_prepare and various)
109  *
110  *  ->page_table_lock or pte_lock
111  *    ->swap_lock               (try_to_unmap_one)
112  *    ->private_lock            (try_to_unmap_one)
113  *    ->i_pages lock            (try_to_unmap_one)
114  *    ->lruvec->lru_lock        (follow_page->mark_page_accessed)
115  *    ->lruvec->lru_lock        (check_pte_range->isolate_lru_page)
116  *    ->private_lock            (page_remove_rmap->set_page_dirty)
117  *    ->i_pages lock            (page_remove_rmap->set_page_dirty)
118  *    bdi.wb->list_lock         (page_remove_rmap->set_page_dirty)
119  *    ->inode->i_lock           (page_remove_rmap->set_page_dirty)
120  *    ->memcg->move_lock        (page_remove_rmap->folio_memcg_lock)
121  *    bdi.wb->list_lock         (zap_pte_range->set_page_dirty)
122  *    ->inode->i_lock           (zap_pte_range->set_page_dirty)
123  *    ->private_lock            (zap_pte_range->block_dirty_folio)
124  *
125  * ->i_mmap_rwsem
126  *   ->tasklist_lock            (memory_failure, collect_procs_ao)
127  */
128
129 static void page_cache_delete(struct address_space *mapping,
130                                    struct folio *folio, void *shadow)
131 {
132         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, folio->index);
133         long nr = 1;
134
135         mapping_set_update(&xas, mapping);
136
137         /* hugetlb pages are represented by a single entry in the xarray */
138         if (!folio_test_hugetlb(folio)) {
139                 xas_set_order(&xas, folio->index, folio_order(folio));
140                 nr = folio_nr_pages(folio);
141         }
142
143         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
144
145         xas_store(&xas, shadow);
146         xas_init_marks(&xas);
147
148         folio->mapping = NULL;
149         /* Leave page->index set: truncation lookup relies upon it */
150         mapping->nrpages -= nr;
151 }
152
153 static void filemap_unaccount_folio(struct address_space *mapping,
154                 struct folio *folio)
155 {
156         long nr;
157
158         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_mapped(folio), folio);
159         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM) && unlikely(folio_mapped(folio))) {
160                 pr_alert("BUG: Bad page cache in process %s  pfn:%05lx\n",
161                          current->comm, folio_pfn(folio));
162                 dump_page(&folio->page, "still mapped when deleted");
163                 dump_stack();
164                 add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
165
166                 if (mapping_exiting(mapping) && !folio_test_large(folio)) {
167                         int mapcount = page_mapcount(&folio->page);
168
169                         if (folio_ref_count(folio) >= mapcount + 2) {
170                                 /*
171                                  * All vmas have already been torn down, so it's
172                                  * a good bet that actually the page is unmapped
173                                  * and we'd rather not leak it: if we're wrong,
174                                  * another bad page check should catch it later.
175                                  */
176                                 page_mapcount_reset(&folio->page);
177                                 folio_ref_sub(folio, mapcount);
178                         }
179                 }
180         }
181
182         /* hugetlb folios do not participate in page cache accounting. */
183         if (folio_test_hugetlb(folio))
184                 return;
185
186         nr = folio_nr_pages(folio);
187
188         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_PAGES, -nr);
189         if (folio_test_swapbacked(folio)) {
190                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_SHMEM, -nr);
191                 if (folio_test_pmd_mappable(folio))
192                         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_SHMEM_THPS, -nr);
193         } else if (folio_test_pmd_mappable(folio)) {
194                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_THPS, -nr);
195                 filemap_nr_thps_dec(mapping);
196         }
197
198         /*
199          * At this point folio must be either written or cleaned by
200          * truncate.  Dirty folio here signals a bug and loss of
201          * unwritten data - on ordinary filesystems.
202          *
203          * But it's harmless on in-memory filesystems like tmpfs; and can
204          * occur when a driver which did get_user_pages() sets page dirty
205          * before putting it, while the inode is being finally evicted.
206          *
207          * Below fixes dirty accounting after removing the folio entirely
208          * but leaves the dirty flag set: it has no effect for truncated
209          * folio and anyway will be cleared before returning folio to
210          * buddy allocator.
211          */
212         if (WARN_ON_ONCE(folio_test_dirty(folio) &&
213                          mapping_can_writeback(mapping)))
214                 folio_account_cleaned(folio, inode_to_wb(mapping->host));
215 }
216
217 /*
218  * Delete a page from the page cache and free it. Caller has to make
219  * sure the page is locked and that nobody else uses it - or that usage
220  * is safe.  The caller must hold the i_pages lock.
221  */
222 void __filemap_remove_folio(struct folio *folio, void *shadow)
223 {
224         struct address_space *mapping = folio->mapping;
225
226         trace_mm_filemap_delete_from_page_cache(folio);
227         filemap_unaccount_folio(mapping, folio);
228         page_cache_delete(mapping, folio, shadow);
229 }
230
231 void filemap_free_folio(struct address_space *mapping, struct folio *folio)
232 {
233         void (*free_folio)(struct folio *);
234         int refs = 1;
235
236         free_folio = mapping->a_ops->free_folio;
237         if (free_folio)
238                 free_folio(folio);
239
240         if (folio_test_large(folio) && !folio_test_hugetlb(folio))
241                 refs = folio_nr_pages(folio);
242         folio_put_refs(folio, refs);
243 }
244
245 /**
246  * filemap_remove_folio - Remove folio from page cache.
247  * @folio: The folio.
248  *
249  * This must be called only on folios that are locked and have been
250  * verified to be in the page cache.  It will never put the folio into
251  * the free list because the caller has a reference on the page.
252  */
253 void filemap_remove_folio(struct folio *folio)
254 {
255         struct address_space *mapping = folio->mapping;
256
257         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
258         spin_lock(&mapping->host->i_lock);
259         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
260         __filemap_remove_folio(folio, NULL);
261         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
262         if (mapping_shrinkable(mapping))
263                 inode_add_lru(mapping->host);
264         spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
265
266         filemap_free_folio(mapping, folio);
267 }
268
269 /*
270  * page_cache_delete_batch - delete several folios from page cache
271  * @mapping: the mapping to which folios belong
272  * @fbatch: batch of folios to delete
273  *
274  * The function walks over mapping->i_pages and removes folios passed in
275  * @fbatch from the mapping. The function expects @fbatch to be sorted
276  * by page index and is optimised for it to be dense.
277  * It tolerates holes in @fbatch (mapping entries at those indices are not
278  * modified).
279  *
280  * The function expects the i_pages lock to be held.
281  */
282 static void page_cache_delete_batch(struct address_space *mapping,
283                              struct folio_batch *fbatch)
284 {
285         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, fbatch->folios[0]->index);
286         long total_pages = 0;
287         int i = 0;
288         struct folio *folio;
289
290         mapping_set_update(&xas, mapping);
291         xas_for_each(&xas, folio, ULONG_MAX) {
292                 if (i >= folio_batch_count(fbatch))
293                         break;
294
295                 /* A swap/dax/shadow entry got inserted? Skip it. */
296                 if (xa_is_value(folio))
297                         continue;
298                 /*
299                  * A page got inserted in our range? Skip it. We have our
300                  * pages locked so they are protected from being removed.
301                  * If we see a page whose index is higher than ours, it
302                  * means our page has been removed, which shouldn't be
303                  * possible because we're holding the PageLock.
304                  */
305                 if (folio != fbatch->folios[i]) {
306                         VM_BUG_ON_FOLIO(folio->index >
307                                         fbatch->folios[i]->index, folio);
308                         continue;
309                 }
310
311                 WARN_ON_ONCE(!folio_test_locked(folio));
312
313                 folio->mapping = NULL;
314                 /* Leave folio->index set: truncation lookup relies on it */
315
316                 i++;
317                 xas_store(&xas, NULL);
318                 total_pages += folio_nr_pages(folio);
319         }
320         mapping->nrpages -= total_pages;
321 }
322
323 void delete_from_page_cache_batch(struct address_space *mapping,
324                                   struct folio_batch *fbatch)
325 {
326         int i;
327
328         if (!folio_batch_count(fbatch))
329                 return;
330
331         spin_lock(&mapping->host->i_lock);
332         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
333         for (i = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++) {
334                 struct folio *folio = fbatch->folios[i];
335
336                 trace_mm_filemap_delete_from_page_cache(folio);
337                 filemap_unaccount_folio(mapping, folio);
338         }
339         page_cache_delete_batch(mapping, fbatch);
340         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
341         if (mapping_shrinkable(mapping))
342                 inode_add_lru(mapping->host);
343         spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
344
345         for (i = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++)
346                 filemap_free_folio(mapping, fbatch->folios[i]);
347 }
348
349 int filemap_check_errors(struct address_space *mapping)
350 {
351         int ret = 0;
352         /* Check for outstanding write errors */
353         if (test_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags) &&
354             test_and_clear_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags))
355                 ret = -ENOSPC;
356         if (test_bit(AS_EIO, &mapping->flags) &&
357             test_and_clear_bit(AS_EIO, &mapping->flags))
358                 ret = -EIO;
359         return ret;
360 }
361 EXPORT_SYMBOL(filemap_check_errors);
362
363 static int filemap_check_and_keep_errors(struct address_space *mapping)
364 {
365         /* Check for outstanding write errors */
366         if (test_bit(AS_EIO, &mapping->flags))
367                 return -EIO;
368         if (test_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags))
369                 return -ENOSPC;
370         return 0;
371 }
372
373 /**
374  * filemap_fdatawrite_wbc - start writeback on mapping dirty pages in range
375  * @mapping:    address space structure to write
376  * @wbc:        the writeback_control controlling the writeout
377  *
378  * Call writepages on the mapping using the provided wbc to control the
379  * writeout.
380  *
381  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
382  */
383 int filemap_fdatawrite_wbc(struct address_space *mapping,
384                            struct writeback_control *wbc)
385 {
386         int ret;
387
388         if (!mapping_can_writeback(mapping) ||
389             !mapping_tagged(mapping, PAGECACHE_TAG_DIRTY))
390                 return 0;
391
392         wbc_attach_fdatawrite_inode(wbc, mapping->host);
393         ret = do_writepages(mapping, wbc);
394         wbc_detach_inode(wbc);
395         return ret;
396 }
397 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite_wbc);
398
399 /**
400  * __filemap_fdatawrite_range - start writeback on mapping dirty pages in range
401  * @mapping:    address space structure to write
402  * @start:      offset in bytes where the range starts
403  * @end:        offset in bytes where the range ends (inclusive)
404  * @sync_mode:  enable synchronous operation
405  *
406  * Start writeback against all of a mapping's dirty pages that lie
407  * within the byte offsets <start, end> inclusive.
408  *
409  * If sync_mode is WB_SYNC_ALL then this is a "data integrity" operation, as
410  * opposed to a regular memory cleansing writeback.  The difference between
411  * these two operations is that if a dirty page/buffer is encountered, it must
412  * be waited upon, and not just skipped over.
413  *
414  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
415  */
416 int __filemap_fdatawrite_range(struct address_space *mapping, loff_t start,
417                                 loff_t end, int sync_mode)
418 {
419         struct writeback_control wbc = {
420                 .sync_mode = sync_mode,
421                 .nr_to_write = LONG_MAX,
422                 .range_start = start,
423                 .range_end = end,
424         };
425
426         return filemap_fdatawrite_wbc(mapping, &wbc);
427 }
428
429 static inline int __filemap_fdatawrite(struct address_space *mapping,
430         int sync_mode)
431 {
432         return __filemap_fdatawrite_range(mapping, 0, LLONG_MAX, sync_mode);
433 }
434
435 int filemap_fdatawrite(struct address_space *mapping)
436 {
437         return __filemap_fdatawrite(mapping, WB_SYNC_ALL);
438 }
439 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite);
440
441 int filemap_fdatawrite_range(struct address_space *mapping, loff_t start,
442                                 loff_t end)
443 {
444         return __filemap_fdatawrite_range(mapping, start, end, WB_SYNC_ALL);
445 }
446 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite_range);
447
448 /**
449  * filemap_flush - mostly a non-blocking flush
450  * @mapping:    target address_space
451  *
452  * This is a mostly non-blocking flush.  Not suitable for data-integrity
453  * purposes - I/O may not be started against all dirty pages.
454  *
455  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
456  */
457 int filemap_flush(struct address_space *mapping)
458 {
459         return __filemap_fdatawrite(mapping, WB_SYNC_NONE);
460 }
461 EXPORT_SYMBOL(filemap_flush);
462
463 /**
464  * filemap_range_has_page - check if a page exists in range.
465  * @mapping:           address space within which to check
466  * @start_byte:        offset in bytes where the range starts
467  * @end_byte:          offset in bytes where the range ends (inclusive)
468  *
469  * Find at least one page in the range supplied, usually used to check if
470  * direct writing in this range will trigger a writeback.
471  *
472  * Return: %true if at least one page exists in the specified range,
473  * %false otherwise.
474  */
475 bool filemap_range_has_page(struct address_space *mapping,
476                            loff_t start_byte, loff_t end_byte)
477 {
478         struct folio *folio;
479         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_byte >> PAGE_SHIFT);
480         pgoff_t max = end_byte >> PAGE_SHIFT;
481
482         if (end_byte < start_byte)
483                 return false;
484
485         rcu_read_lock();
486         for (;;) {
487                 folio = xas_find(&xas, max);
488                 if (xas_retry(&xas, folio))
489                         continue;
490                 /* Shadow entries don't count */
491                 if (xa_is_value(folio))
492                         continue;
493                 /*
494                  * We don't need to try to pin this page; we're about to
495                  * release the RCU lock anyway.  It is enough to know that
496                  * there was a page here recently.
497                  */
498                 break;
499         }
500         rcu_read_unlock();
501
502         return folio != NULL;
503 }
504 EXPORT_SYMBOL(filemap_range_has_page);
505
506 static void __filemap_fdatawait_range(struct address_space *mapping,
507                                      loff_t start_byte, loff_t end_byte)
508 {
509         pgoff_t index = start_byte >> PAGE_SHIFT;
510         pgoff_t end = end_byte >> PAGE_SHIFT;
511         struct folio_batch fbatch;
512         unsigned nr_folios;
513
514         folio_batch_init(&fbatch);
515
516         while (index <= end) {
517                 unsigned i;
518
519                 nr_folios = filemap_get_folios_tag(mapping, &index, end,
520                                 PAGECACHE_TAG_WRITEBACK, &fbatch);
521
522                 if (!nr_folios)
523                         break;
524
525                 for (i = 0; i < nr_folios; i++) {
526                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
527
528                         folio_wait_writeback(folio);
529                         folio_clear_error(folio);
530                 }
531                 folio_batch_release(&fbatch);
532                 cond_resched();
533         }
534 }
535
536 /**
537  * filemap_fdatawait_range - wait for writeback to complete
538  * @mapping:            address space structure to wait for
539  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
540  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
541  *
542  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space
543  * in the given range and wait for all of them.  Check error status of
544  * the address space and return it.
545  *
546  * Since the error status of the address space is cleared by this function,
547  * callers are responsible for checking the return value and handling and/or
548  * reporting the error.
549  *
550  * Return: error status of the address space.
551  */
552 int filemap_fdatawait_range(struct address_space *mapping, loff_t start_byte,
553                             loff_t end_byte)
554 {
555         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
556         return filemap_check_errors(mapping);
557 }
558 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_range);
559
560 /**
561  * filemap_fdatawait_range_keep_errors - wait for writeback to complete
562  * @mapping:            address space structure to wait for
563  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
564  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
565  *
566  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space in the
567  * given range and wait for all of them.  Unlike filemap_fdatawait_range(),
568  * this function does not clear error status of the address space.
569  *
570  * Use this function if callers don't handle errors themselves.  Expected
571  * call sites are system-wide / filesystem-wide data flushers: e.g. sync(2),
572  * fsfreeze(8)
573  */
574 int filemap_fdatawait_range_keep_errors(struct address_space *mapping,
575                 loff_t start_byte, loff_t end_byte)
576 {
577         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
578         return filemap_check_and_keep_errors(mapping);
579 }
580 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_range_keep_errors);
581
582 /**
583  * file_fdatawait_range - wait for writeback to complete
584  * @file:               file pointing to address space structure to wait for
585  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
586  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
587  *
588  * Walk the list of under-writeback pages of the address space that file
589  * refers to, in the given range and wait for all of them.  Check error
590  * status of the address space vs. the file->f_wb_err cursor and return it.
591  *
592  * Since the error status of the file is advanced by this function,
593  * callers are responsible for checking the return value and handling and/or
594  * reporting the error.
595  *
596  * Return: error status of the address space vs. the file->f_wb_err cursor.
597  */
598 int file_fdatawait_range(struct file *file, loff_t start_byte, loff_t end_byte)
599 {
600         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
601
602         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
603         return file_check_and_advance_wb_err(file);
604 }
605 EXPORT_SYMBOL(file_fdatawait_range);
606
607 /**
608  * filemap_fdatawait_keep_errors - wait for writeback without clearing errors
609  * @mapping: address space structure to wait for
610  *
611  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space
612  * and wait for all of them.  Unlike filemap_fdatawait(), this function
613  * does not clear error status of the address space.
614  *
615  * Use this function if callers don't handle errors themselves.  Expected
616  * call sites are system-wide / filesystem-wide data flushers: e.g. sync(2),
617  * fsfreeze(8)
618  *
619  * Return: error status of the address space.
620  */
621 int filemap_fdatawait_keep_errors(struct address_space *mapping)
622 {
623         __filemap_fdatawait_range(mapping, 0, LLONG_MAX);
624         return filemap_check_and_keep_errors(mapping);
625 }
626 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_keep_errors);
627
628 /* Returns true if writeback might be needed or already in progress. */
629 static bool mapping_needs_writeback(struct address_space *mapping)
630 {
631         return mapping->nrpages;
632 }
633
634 bool filemap_range_has_writeback(struct address_space *mapping,
635                                  loff_t start_byte, loff_t end_byte)
636 {
637         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_byte >> PAGE_SHIFT);
638         pgoff_t max = end_byte >> PAGE_SHIFT;
639         struct folio *folio;
640
641         if (end_byte < start_byte)
642                 return false;
643
644         rcu_read_lock();
645         xas_for_each(&xas, folio, max) {
646                 if (xas_retry(&xas, folio))
647                         continue;
648                 if (xa_is_value(folio))
649                         continue;
650                 if (folio_test_dirty(folio) || folio_test_locked(folio) ||
651                                 folio_test_writeback(folio))
652                         break;
653         }
654         rcu_read_unlock();
655         return folio != NULL;
656 }
657 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_range_has_writeback);
658
659 /**
660  * filemap_write_and_wait_range - write out & wait on a file range
661  * @mapping:    the address_space for the pages
662  * @lstart:     offset in bytes where the range starts
663  * @lend:       offset in bytes where the range ends (inclusive)
664  *
665  * Write out and wait upon file offsets lstart->lend, inclusive.
666  *
667  * Note that @lend is inclusive (describes the last byte to be written) so
668  * that this function can be used to write to the very end-of-file (end = -1).
669  *
670  * Return: error status of the address space.
671  */
672 int filemap_write_and_wait_range(struct address_space *mapping,
673                                  loff_t lstart, loff_t lend)
674 {
675         int err = 0, err2;
676
677         if (lend < lstart)
678                 return 0;
679
680         if (mapping_needs_writeback(mapping)) {
681                 err = __filemap_fdatawrite_range(mapping, lstart, lend,
682                                                  WB_SYNC_ALL);
683                 /*
684                  * Even if the above returned error, the pages may be
685                  * written partially (e.g. -ENOSPC), so we wait for it.
686                  * But the -EIO is special case, it may indicate the worst
687                  * thing (e.g. bug) happened, so we avoid waiting for it.
688                  */
689                 if (err != -EIO)
690                         __filemap_fdatawait_range(mapping, lstart, lend);
691         }
692         err2 = filemap_check_errors(mapping);
693         if (!err)
694                 err = err2;
695         return err;
696 }
697 EXPORT_SYMBOL(filemap_write_and_wait_range);
698
699 void __filemap_set_wb_err(struct address_space *mapping, int err)
700 {
701         errseq_t eseq = errseq_set(&mapping->wb_err, err);
702
703         trace_filemap_set_wb_err(mapping, eseq);
704 }
705 EXPORT_SYMBOL(__filemap_set_wb_err);
706
707 /**
708  * file_check_and_advance_wb_err - report wb error (if any) that was previously
709  *                                 and advance wb_err to current one
710  * @file: struct file on which the error is being reported
711  *
712  * When userland calls fsync (or something like nfsd does the equivalent), we
713  * want to report any writeback errors that occurred since the last fsync (or
714  * since the file was opened if there haven't been any).
715  *
716  * Grab the wb_err from the mapping. If it matches what we have in the file,
717  * then just quickly return 0. The file is all caught up.
718  *
719  * If it doesn't match, then take the mapping value, set the "seen" flag in
720  * it and try to swap it into place. If it works, or another task beat us
721  * to it with the new value, then update the f_wb_err and return the error
722  * portion. The error at this point must be reported via proper channels
723  * (a'la fsync, or NFS COMMIT operation, etc.).
724  *
725  * While we handle mapping->wb_err with atomic operations, the f_wb_err
726  * value is protected by the f_lock since we must ensure that it reflects
727  * the latest value swapped in for this file descriptor.
728  *
729  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
730  */
731 int file_check_and_advance_wb_err(struct file *file)
732 {
733         int err = 0;
734         errseq_t old = READ_ONCE(file->f_wb_err);
735         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
736
737         /* Locklessly handle the common case where nothing has changed */
738         if (errseq_check(&mapping->wb_err, old)) {
739                 /* Something changed, must use slow path */
740                 spin_lock(&file->f_lock);
741                 old = file->f_wb_err;
742                 err = errseq_check_and_advance(&mapping->wb_err,
743                                                 &file->f_wb_err);
744                 trace_file_check_and_advance_wb_err(file, old);
745                 spin_unlock(&file->f_lock);
746         }
747
748         /*
749          * We're mostly using this function as a drop in replacement for
750          * filemap_check_errors. Clear AS_EIO/AS_ENOSPC to emulate the effect
751          * that the legacy code would have had on these flags.
752          */
753         clear_bit(AS_EIO, &mapping->flags);
754         clear_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags);
755         return err;
756 }
757 EXPORT_SYMBOL(file_check_and_advance_wb_err);
758
759 /**
760  * file_write_and_wait_range - write out & wait on a file range
761  * @file:       file pointing to address_space with pages
762  * @lstart:     offset in bytes where the range starts
763  * @lend:       offset in bytes where the range ends (inclusive)
764  *
765  * Write out and wait upon file offsets lstart->lend, inclusive.
766  *
767  * Note that @lend is inclusive (describes the last byte to be written) so
768  * that this function can be used to write to the very end-of-file (end = -1).
769  *
770  * After writing out and waiting on the data, we check and advance the
771  * f_wb_err cursor to the latest value, and return any errors detected there.
772  *
773  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
774  */
775 int file_write_and_wait_range(struct file *file, loff_t lstart, loff_t lend)
776 {
777         int err = 0, err2;
778         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
779
780         if (lend < lstart)
781                 return 0;
782
783         if (mapping_needs_writeback(mapping)) {
784                 err = __filemap_fdatawrite_range(mapping, lstart, lend,
785                                                  WB_SYNC_ALL);
786                 /* See comment of filemap_write_and_wait() */
787                 if (err != -EIO)
788                         __filemap_fdatawait_range(mapping, lstart, lend);
789         }
790         err2 = file_check_and_advance_wb_err(file);
791         if (!err)
792                 err = err2;
793         return err;
794 }
795 EXPORT_SYMBOL(file_write_and_wait_range);
796
797 /**
798  * replace_page_cache_folio - replace a pagecache folio with a new one
799  * @old:        folio to be replaced
800  * @new:        folio to replace with
801  *
802  * This function replaces a folio in the pagecache with a new one.  On
803  * success it acquires the pagecache reference for the new folio and
804  * drops it for the old folio.  Both the old and new folios must be
805  * locked.  This function does not add the new folio to the LRU, the
806  * caller must do that.
807  *
808  * The remove + add is atomic.  This function cannot fail.
809  */
810 void replace_page_cache_folio(struct folio *old, struct folio *new)
811 {
812         struct address_space *mapping = old->mapping;
813         void (*free_folio)(struct folio *) = mapping->a_ops->free_folio;
814         pgoff_t offset = old->index;
815         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, offset);
816
817         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(old), old);
818         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(new), new);
819         VM_BUG_ON_FOLIO(new->mapping, new);
820
821         folio_get(new);
822         new->mapping = mapping;
823         new->index = offset;
824
825         mem_cgroup_migrate(old, new);
826
827         xas_lock_irq(&xas);
828         xas_store(&xas, new);
829
830         old->mapping = NULL;
831         /* hugetlb pages do not participate in page cache accounting. */
832         if (!folio_test_hugetlb(old))
833                 __lruvec_stat_sub_folio(old, NR_FILE_PAGES);
834         if (!folio_test_hugetlb(new))
835                 __lruvec_stat_add_folio(new, NR_FILE_PAGES);
836         if (folio_test_swapbacked(old))
837                 __lruvec_stat_sub_folio(old, NR_SHMEM);
838         if (folio_test_swapbacked(new))
839                 __lruvec_stat_add_folio(new, NR_SHMEM);
840         xas_unlock_irq(&xas);
841         if (free_folio)
842                 free_folio(old);
843         folio_put(old);
844 }
845 EXPORT_SYMBOL_GPL(replace_page_cache_folio);
846
847 noinline int __filemap_add_folio(struct address_space *mapping,
848                 struct folio *folio, pgoff_t index, gfp_t gfp, void **shadowp)
849 {
850         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
851         int huge = folio_test_hugetlb(folio);
852         bool charged = false;
853         long nr = 1;
854
855         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
856         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_swapbacked(folio), folio);
857         mapping_set_update(&xas, mapping);
858
859         if (!huge) {
860                 int error = mem_cgroup_charge(folio, NULL, gfp);
861                 VM_BUG_ON_FOLIO(index & (folio_nr_pages(folio) - 1), folio);
862                 if (error)
863                         return error;
864                 charged = true;
865                 xas_set_order(&xas, index, folio_order(folio));
866                 nr = folio_nr_pages(folio);
867         }
868
869         gfp &= GFP_RECLAIM_MASK;
870         folio_ref_add(folio, nr);
871         folio->mapping = mapping;
872         folio->index = xas.xa_index;
873
874         do {
875                 unsigned int order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
876                 void *entry, *old = NULL;
877
878                 if (order > folio_order(folio))
879                         xas_split_alloc(&xas, xa_load(xas.xa, xas.xa_index),
880                                         order, gfp);
881                 xas_lock_irq(&xas);
882                 xas_for_each_conflict(&xas, entry) {
883                         old = entry;
884                         if (!xa_is_value(entry)) {
885                                 xas_set_err(&xas, -EEXIST);
886                                 goto unlock;
887                         }
888                 }
889
890                 if (old) {
891                         if (shadowp)
892                                 *shadowp = old;
893                         /* entry may have been split before we acquired lock */
894                         order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
895                         if (order > folio_order(folio)) {
896                                 /* How to handle large swap entries? */
897                                 BUG_ON(shmem_mapping(mapping));
898                                 xas_split(&xas, old, order);
899                                 xas_reset(&xas);
900                         }
901                 }
902
903                 xas_store(&xas, folio);
904                 if (xas_error(&xas))
905                         goto unlock;
906
907                 mapping->nrpages += nr;
908
909                 /* hugetlb pages do not participate in page cache accounting */
910                 if (!huge) {
911                         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_PAGES, nr);
912                         if (folio_test_pmd_mappable(folio))
913                                 __lruvec_stat_mod_folio(folio,
914                                                 NR_FILE_THPS, nr);
915                 }
916 unlock:
917                 xas_unlock_irq(&xas);
918         } while (xas_nomem(&xas, gfp));
919
920         if (xas_error(&xas))
921                 goto error;
922
923         trace_mm_filemap_add_to_page_cache(folio);
924         return 0;
925 error:
926         if (charged)
927                 mem_cgroup_uncharge(folio);
928         folio->mapping = NULL;
929         /* Leave page->index set: truncation relies upon it */
930         folio_put_refs(folio, nr);
931         return xas_error(&xas);
932 }
933 ALLOW_ERROR_INJECTION(__filemap_add_folio, ERRNO);
934
935 int filemap_add_folio(struct address_space *mapping, struct folio *folio,
936                                 pgoff_t index, gfp_t gfp)
937 {
938         void *shadow = NULL;
939         int ret;
940
941         __folio_set_locked(folio);
942         ret = __filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp, &shadow);
943         if (unlikely(ret))
944                 __folio_clear_locked(folio);
945         else {
946                 /*
947                  * The folio might have been evicted from cache only
948                  * recently, in which case it should be activated like
949                  * any other repeatedly accessed folio.
950                  * The exception is folios getting rewritten; evicting other
951                  * data from the working set, only to cache data that will
952                  * get overwritten with something else, is a waste of memory.
953                  */
954                 WARN_ON_ONCE(folio_test_active(folio));
955                 if (!(gfp & __GFP_WRITE) && shadow)
956                         workingset_refault(folio, shadow);
957                 folio_add_lru(folio);
958         }
959         return ret;
960 }
961 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_add_folio);
962
963 #ifdef CONFIG_NUMA
964 struct folio *filemap_alloc_folio(gfp_t gfp, unsigned int order)
965 {
966         int n;
967         struct folio *folio;
968
969         if (cpuset_do_page_mem_spread()) {
970                 unsigned int cpuset_mems_cookie;
971                 do {
972                         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
973                         n = cpuset_mem_spread_node();
974                         folio = __folio_alloc_node(gfp, order, n);
975                 } while (!folio && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
976
977                 return folio;
978         }
979         return folio_alloc(gfp, order);
980 }
981 EXPORT_SYMBOL(filemap_alloc_folio);
982 #endif
983
984 /*
985  * filemap_invalidate_lock_two - lock invalidate_lock for two mappings
986  *
987  * Lock exclusively invalidate_lock of any passed mapping that is not NULL.
988  *
989  * @mapping1: the first mapping to lock
990  * @mapping2: the second mapping to lock
991  */
992 void filemap_invalidate_lock_two(struct address_space *mapping1,
993                                  struct address_space *mapping2)
994 {
995         if (mapping1 > mapping2)
996                 swap(mapping1, mapping2);
997         if (mapping1)
998                 down_write(&mapping1->invalidate_lock);
999         if (mapping2 && mapping1 != mapping2)
1000                 down_write_nested(&mapping2->invalidate_lock, 1);
1001 }
1002 EXPORT_SYMBOL(filemap_invalidate_lock_two);
1003
1004 /*
1005  * filemap_invalidate_unlock_two - unlock invalidate_lock for two mappings
1006  *
1007  * Unlock exclusive invalidate_lock of any passed mapping that is not NULL.
1008  *
1009  * @mapping1: the first mapping to unlock
1010  * @mapping2: the second mapping to unlock
1011  */
1012 void filemap_invalidate_unlock_two(struct address_space *mapping1,
1013                                    struct address_space *mapping2)
1014 {
1015         if (mapping1)
1016                 up_write(&mapping1->invalidate_lock);
1017         if (mapping2 && mapping1 != mapping2)
1018                 up_write(&mapping2->invalidate_lock);
1019 }
1020 EXPORT_SYMBOL(filemap_invalidate_unlock_two);
1021
1022 /*
1023  * In order to wait for pages to become available there must be
1024  * waitqueues associated with pages. By using a hash table of
1025  * waitqueues where the bucket discipline is to maintain all
1026  * waiters on the same queue and wake all when any of the pages
1027  * become available, and for the woken contexts to check to be
1028  * sure the appropriate page became available, this saves space
1029  * at a cost of "thundering herd" phenomena during rare hash
1030  * collisions.
1031  */
1032 #define PAGE_WAIT_TABLE_BITS 8
1033 #define PAGE_WAIT_TABLE_SIZE (1 << PAGE_WAIT_TABLE_BITS)
1034 static wait_queue_head_t folio_wait_table[PAGE_WAIT_TABLE_SIZE] __cacheline_aligned;
1035
1036 static wait_queue_head_t *folio_waitqueue(struct folio *folio)
1037 {
1038         return &folio_wait_table[hash_ptr(folio, PAGE_WAIT_TABLE_BITS)];
1039 }
1040
1041 void __init pagecache_init(void)
1042 {
1043         int i;
1044
1045         for (i = 0; i < PAGE_WAIT_TABLE_SIZE; i++)
1046                 init_waitqueue_head(&folio_wait_table[i]);
1047
1048         page_writeback_init();
1049 }
1050
1051 /*
1052  * The page wait code treats the "wait->flags" somewhat unusually, because
1053  * we have multiple different kinds of waits, not just the usual "exclusive"
1054  * one.
1055  *
1056  * We have:
1057  *
1058  *  (a) no special bits set:
1059  *
1060  *      We're just waiting for the bit to be released, and when a waker
1061  *      calls the wakeup function, we set WQ_FLAG_WOKEN and wake it up,
1062  *      and remove it from the wait queue.
1063  *
1064  *      Simple and straightforward.
1065  *
1066  *  (b) WQ_FLAG_EXCLUSIVE:
1067  *
1068  *      The waiter is waiting to get the lock, and only one waiter should
1069  *      be woken up to avoid any thundering herd behavior. We'll set the
1070  *      WQ_FLAG_WOKEN bit, wake it up, and remove it from the wait queue.
1071  *
1072  *      This is the traditional exclusive wait.
1073  *
1074  *  (c) WQ_FLAG_EXCLUSIVE | WQ_FLAG_CUSTOM:
1075  *
1076  *      The waiter is waiting to get the bit, and additionally wants the
1077  *      lock to be transferred to it for fair lock behavior. If the lock
1078  *      cannot be taken, we stop walking the wait queue without waking
1079  *      the waiter.
1080  *
1081  *      This is the "fair lock handoff" case, and in addition to setting
1082  *      WQ_FLAG_WOKEN, we set WQ_FLAG_DONE to let the waiter easily see
1083  *      that it now has the lock.
1084  */
1085 static int wake_page_function(wait_queue_entry_t *wait, unsigned mode, int sync, void *arg)
1086 {
1087         unsigned int flags;
1088         struct wait_page_key *key = arg;
1089         struct wait_page_queue *wait_page
1090                 = container_of(wait, struct wait_page_queue, wait);
1091
1092         if (!wake_page_match(wait_page, key))
1093                 return 0;
1094
1095         /*
1096          * If it's a lock handoff wait, we get the bit for it, and
1097          * stop walking (and do not wake it up) if we can't.
1098          */
1099         flags = wait->flags;
1100         if (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) {
1101                 if (test_bit(key->bit_nr, &key->folio->flags))
1102                         return -1;
1103                 if (flags & WQ_FLAG_CUSTOM) {
1104                         if (test_and_set_bit(key->bit_nr, &key->folio->flags))
1105                                 return -1;
1106                         flags |= WQ_FLAG_DONE;
1107                 }
1108         }
1109
1110         /*
1111          * We are holding the wait-queue lock, but the waiter that
1112          * is waiting for this will be checking the flags without
1113          * any locking.
1114          *
1115          * So update the flags atomically, and wake up the waiter
1116          * afterwards to avoid any races. This store-release pairs
1117          * with the load-acquire in folio_wait_bit_common().
1118          */
1119         smp_store_release(&wait->flags, flags | WQ_FLAG_WOKEN);
1120         wake_up_state(wait->private, mode);
1121
1122         /*
1123          * Ok, we have successfully done what we're waiting for,
1124          * and we can unconditionally remove the wait entry.
1125          *
1126          * Note that this pairs with the "finish_wait()" in the
1127          * waiter, and has to be the absolute last thing we do.
1128          * After this list_del_init(&wait->entry) the wait entry
1129          * might be de-allocated and the process might even have
1130          * exited.
1131          */
1132         list_del_init_careful(&wait->entry);
1133         return (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) != 0;
1134 }
1135
1136 static void folio_wake_bit(struct folio *folio, int bit_nr)
1137 {
1138         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1139         struct wait_page_key key;
1140         unsigned long flags;
1141         wait_queue_entry_t bookmark;
1142
1143         key.folio = folio;
1144         key.bit_nr = bit_nr;
1145         key.page_match = 0;
1146
1147         bookmark.flags = 0;
1148         bookmark.private = NULL;
1149         bookmark.func = NULL;
1150         INIT_LIST_HEAD(&bookmark.entry);
1151
1152         spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1153         __wake_up_locked_key_bookmark(q, TASK_NORMAL, &key, &bookmark);
1154
1155         while (bookmark.flags & WQ_FLAG_BOOKMARK) {
1156                 /*
1157                  * Take a breather from holding the lock,
1158                  * allow pages that finish wake up asynchronously
1159                  * to acquire the lock and remove themselves
1160                  * from wait queue
1161                  */
1162                 spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1163                 cpu_relax();
1164                 spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1165                 __wake_up_locked_key_bookmark(q, TASK_NORMAL, &key, &bookmark);
1166         }
1167
1168         /*
1169          * It's possible to miss clearing waiters here, when we woke our page
1170          * waiters, but the hashed waitqueue has waiters for other pages on it.
1171          * That's okay, it's a rare case. The next waker will clear it.
1172          *
1173          * Note that, depending on the page pool (buddy, hugetlb, ZONE_DEVICE,
1174          * other), the flag may be cleared in the course of freeing the page;
1175          * but that is not required for correctness.
1176          */
1177         if (!waitqueue_active(q) || !key.page_match)
1178                 folio_clear_waiters(folio);
1179
1180         spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1181 }
1182
1183 static void folio_wake(struct folio *folio, int bit)
1184 {
1185         if (!folio_test_waiters(folio))
1186                 return;
1187         folio_wake_bit(folio, bit);
1188 }
1189
1190 /*
1191  * A choice of three behaviors for folio_wait_bit_common():
1192  */
1193 enum behavior {
1194         EXCLUSIVE,      /* Hold ref to page and take the bit when woken, like
1195                          * __folio_lock() waiting on then setting PG_locked.
1196                          */
1197         SHARED,         /* Hold ref to page and check the bit when woken, like
1198                          * folio_wait_writeback() waiting on PG_writeback.
1199                          */
1200         DROP,           /* Drop ref to page before wait, no check when woken,
1201                          * like folio_put_wait_locked() on PG_locked.
1202                          */
1203 };
1204
1205 /*
1206  * Attempt to check (or get) the folio flag, and mark us done
1207  * if successful.
1208  */
1209 static inline bool folio_trylock_flag(struct folio *folio, int bit_nr,
1210                                         struct wait_queue_entry *wait)
1211 {
1212         if (wait->flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) {
1213                 if (test_and_set_bit(bit_nr, &folio->flags))
1214                         return false;
1215         } else if (test_bit(bit_nr, &folio->flags))
1216                 return false;
1217
1218         wait->flags |= WQ_FLAG_WOKEN | WQ_FLAG_DONE;
1219         return true;
1220 }
1221
1222 /* How many times do we accept lock stealing from under a waiter? */
1223 int sysctl_page_lock_unfairness = 5;
1224
1225 static inline int folio_wait_bit_common(struct folio *folio, int bit_nr,
1226                 int state, enum behavior behavior)
1227 {
1228         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1229         int unfairness = sysctl_page_lock_unfairness;
1230         struct wait_page_queue wait_page;
1231         wait_queue_entry_t *wait = &wait_page.wait;
1232         bool thrashing = false;
1233         unsigned long pflags;
1234         bool in_thrashing;
1235
1236         if (bit_nr == PG_locked &&
1237             !folio_test_uptodate(folio) && folio_test_workingset(folio)) {
1238                 delayacct_thrashing_start(&in_thrashing);
1239                 psi_memstall_enter(&pflags);
1240                 thrashing = true;
1241         }
1242
1243         init_wait(wait);
1244         wait->func = wake_page_function;
1245         wait_page.folio = folio;
1246         wait_page.bit_nr = bit_nr;
1247
1248 repeat:
1249         wait->flags = 0;
1250         if (behavior == EXCLUSIVE) {
1251                 wait->flags = WQ_FLAG_EXCLUSIVE;
1252                 if (--unfairness < 0)
1253                         wait->flags |= WQ_FLAG_CUSTOM;
1254         }
1255
1256         /*
1257          * Do one last check whether we can get the
1258          * page bit synchronously.
1259          *
1260          * Do the folio_set_waiters() marking before that
1261          * to let any waker we _just_ missed know they
1262          * need to wake us up (otherwise they'll never
1263          * even go to the slow case that looks at the
1264          * page queue), and add ourselves to the wait
1265          * queue if we need to sleep.
1266          *
1267          * This part needs to be done under the queue
1268          * lock to avoid races.
1269          */
1270         spin_lock_irq(&q->lock);
1271         folio_set_waiters(folio);
1272         if (!folio_trylock_flag(folio, bit_nr, wait))
1273                 __add_wait_queue_entry_tail(q, wait);
1274         spin_unlock_irq(&q->lock);
1275
1276         /*
1277          * From now on, all the logic will be based on
1278          * the WQ_FLAG_WOKEN and WQ_FLAG_DONE flag, to
1279          * see whether the page bit testing has already
1280          * been done by the wake function.
1281          *
1282          * We can drop our reference to the folio.
1283          */
1284         if (behavior == DROP)
1285                 folio_put(folio);
1286
1287         /*
1288          * Note that until the "finish_wait()", or until
1289          * we see the WQ_FLAG_WOKEN flag, we need to
1290          * be very careful with the 'wait->flags', because
1291          * we may race with a waker that sets them.
1292          */
1293         for (;;) {
1294                 unsigned int flags;
1295
1296                 set_current_state(state);
1297
1298                 /* Loop until we've been woken or interrupted */
1299                 flags = smp_load_acquire(&wait->flags);
1300                 if (!(flags & WQ_FLAG_WOKEN)) {
1301                         if (signal_pending_state(state, current))
1302                                 break;
1303
1304                         io_schedule();
1305                         continue;
1306                 }
1307
1308                 /* If we were non-exclusive, we're done */
1309                 if (behavior != EXCLUSIVE)
1310                         break;
1311
1312                 /* If the waker got the lock for us, we're done */
1313                 if (flags & WQ_FLAG_DONE)
1314                         break;
1315
1316                 /*
1317                  * Otherwise, if we're getting the lock, we need to
1318                  * try to get it ourselves.
1319                  *
1320                  * And if that fails, we'll have to retry this all.
1321                  */
1322                 if (unlikely(test_and_set_bit(bit_nr, folio_flags(folio, 0))))
1323                         goto repeat;
1324
1325                 wait->flags |= WQ_FLAG_DONE;
1326                 break;
1327         }
1328
1329         /*
1330          * If a signal happened, this 'finish_wait()' may remove the last
1331          * waiter from the wait-queues, but the folio waiters bit will remain
1332          * set. That's ok. The next wakeup will take care of it, and trying
1333          * to do it here would be difficult and prone to races.
1334          */
1335         finish_wait(q, wait);
1336
1337         if (thrashing) {
1338                 delayacct_thrashing_end(&in_thrashing);
1339                 psi_memstall_leave(&pflags);
1340         }
1341
1342         /*
1343          * NOTE! The wait->flags weren't stable until we've done the
1344          * 'finish_wait()', and we could have exited the loop above due
1345          * to a signal, and had a wakeup event happen after the signal
1346          * test but before the 'finish_wait()'.
1347          *
1348          * So only after the finish_wait() can we reliably determine
1349          * if we got woken up or not, so we can now figure out the final
1350          * return value based on that state without races.
1351          *
1352          * Also note that WQ_FLAG_WOKEN is sufficient for a non-exclusive
1353          * waiter, but an exclusive one requires WQ_FLAG_DONE.
1354          */
1355         if (behavior == EXCLUSIVE)
1356                 return wait->flags & WQ_FLAG_DONE ? 0 : -EINTR;
1357
1358         return wait->flags & WQ_FLAG_WOKEN ? 0 : -EINTR;
1359 }
1360
1361 #ifdef CONFIG_MIGRATION
1362 /**
1363  * migration_entry_wait_on_locked - Wait for a migration entry to be removed
1364  * @entry: migration swap entry.
1365  * @ptl: already locked ptl. This function will drop the lock.
1366  *
1367  * Wait for a migration entry referencing the given page to be removed. This is
1368  * equivalent to put_and_wait_on_page_locked(page, TASK_UNINTERRUPTIBLE) except
1369  * this can be called without taking a reference on the page. Instead this
1370  * should be called while holding the ptl for the migration entry referencing
1371  * the page.
1372  *
1373  * Returns after unlocking the ptl.
1374  *
1375  * This follows the same logic as folio_wait_bit_common() so see the comments
1376  * there.
1377  */
1378 void migration_entry_wait_on_locked(swp_entry_t entry, spinlock_t *ptl)
1379         __releases(ptl)
1380 {
1381         struct wait_page_queue wait_page;
1382         wait_queue_entry_t *wait = &wait_page.wait;
1383         bool thrashing = false;
1384         unsigned long pflags;
1385         bool in_thrashing;
1386         wait_queue_head_t *q;
1387         struct folio *folio = page_folio(pfn_swap_entry_to_page(entry));
1388
1389         q = folio_waitqueue(folio);
1390         if (!folio_test_uptodate(folio) && folio_test_workingset(folio)) {
1391                 delayacct_thrashing_start(&in_thrashing);
1392                 psi_memstall_enter(&pflags);
1393                 thrashing = true;
1394         }
1395
1396         init_wait(wait);
1397         wait->func = wake_page_function;
1398         wait_page.folio = folio;
1399         wait_page.bit_nr = PG_locked;
1400         wait->flags = 0;
1401
1402         spin_lock_irq(&q->lock);
1403         folio_set_waiters(folio);
1404         if (!folio_trylock_flag(folio, PG_locked, wait))
1405                 __add_wait_queue_entry_tail(q, wait);
1406         spin_unlock_irq(&q->lock);
1407
1408         /*
1409          * If a migration entry exists for the page the migration path must hold
1410          * a valid reference to the page, and it must take the ptl to remove the
1411          * migration entry. So the page is valid until the ptl is dropped.
1412          */
1413         spin_unlock(ptl);
1414
1415         for (;;) {
1416                 unsigned int flags;
1417
1418                 set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
1419
1420                 /* Loop until we've been woken or interrupted */
1421                 flags = smp_load_acquire(&wait->flags);
1422                 if (!(flags & WQ_FLAG_WOKEN)) {
1423                         if (signal_pending_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE, current))
1424                                 break;
1425
1426                         io_schedule();
1427                         continue;
1428                 }
1429                 break;
1430         }
1431
1432         finish_wait(q, wait);
1433
1434         if (thrashing) {
1435                 delayacct_thrashing_end(&in_thrashing);
1436                 psi_memstall_leave(&pflags);
1437         }
1438 }
1439 #endif
1440
1441 void folio_wait_bit(struct folio *folio, int bit_nr)
1442 {
1443         folio_wait_bit_common(folio, bit_nr, TASK_UNINTERRUPTIBLE, SHARED);
1444 }
1445 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_bit);
1446
1447 int folio_wait_bit_killable(struct folio *folio, int bit_nr)
1448 {
1449         return folio_wait_bit_common(folio, bit_nr, TASK_KILLABLE, SHARED);
1450 }
1451 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_bit_killable);
1452
1453 /**
1454  * folio_put_wait_locked - Drop a reference and wait for it to be unlocked
1455  * @folio: The folio to wait for.
1456  * @state: The sleep state (TASK_KILLABLE, TASK_UNINTERRUPTIBLE, etc).
1457  *
1458  * The caller should hold a reference on @folio.  They expect the page to
1459  * become unlocked relatively soon, but do not wish to hold up migration
1460  * (for example) by holding the reference while waiting for the folio to
1461  * come unlocked.  After this function returns, the caller should not
1462  * dereference @folio.
1463  *
1464  * Return: 0 if the folio was unlocked or -EINTR if interrupted by a signal.
1465  */
1466 static int folio_put_wait_locked(struct folio *folio, int state)
1467 {
1468         return folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, state, DROP);
1469 }
1470
1471 /**
1472  * folio_add_wait_queue - Add an arbitrary waiter to a folio's wait queue
1473  * @folio: Folio defining the wait queue of interest
1474  * @waiter: Waiter to add to the queue
1475  *
1476  * Add an arbitrary @waiter to the wait queue for the nominated @folio.
1477  */
1478 void folio_add_wait_queue(struct folio *folio, wait_queue_entry_t *waiter)
1479 {
1480         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1481         unsigned long flags;
1482
1483         spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1484         __add_wait_queue_entry_tail(q, waiter);
1485         folio_set_waiters(folio);
1486         spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1487 }
1488 EXPORT_SYMBOL_GPL(folio_add_wait_queue);
1489
1490 #ifndef clear_bit_unlock_is_negative_byte
1491
1492 /*
1493  * PG_waiters is the high bit in the same byte as PG_lock.
1494  *
1495  * On x86 (and on many other architectures), we can clear PG_lock and
1496  * test the sign bit at the same time. But if the architecture does
1497  * not support that special operation, we just do this all by hand
1498  * instead.
1499  *
1500  * The read of PG_waiters has to be after (or concurrently with) PG_locked
1501  * being cleared, but a memory barrier should be unnecessary since it is
1502  * in the same byte as PG_locked.
1503  */
1504 static inline bool clear_bit_unlock_is_negative_byte(long nr, volatile void *mem)
1505 {
1506         clear_bit_unlock(nr, mem);
1507         /* smp_mb__after_atomic(); */
1508         return test_bit(PG_waiters, mem);
1509 }
1510
1511 #endif
1512
1513 /**
1514  * folio_unlock - Unlock a locked folio.
1515  * @folio: The folio.
1516  *
1517  * Unlocks the folio and wakes up any thread sleeping on the page lock.
1518  *
1519  * Context: May be called from interrupt or process context.  May not be
1520  * called from NMI context.
1521  */
1522 void folio_unlock(struct folio *folio)
1523 {
1524         /* Bit 7 allows x86 to check the byte's sign bit */
1525         BUILD_BUG_ON(PG_waiters != 7);
1526         BUILD_BUG_ON(PG_locked > 7);
1527         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
1528         if (clear_bit_unlock_is_negative_byte(PG_locked, folio_flags(folio, 0)))
1529                 folio_wake_bit(folio, PG_locked);
1530 }
1531 EXPORT_SYMBOL(folio_unlock);
1532
1533 /**
1534  * folio_end_private_2 - Clear PG_private_2 and wake any waiters.
1535  * @folio: The folio.
1536  *
1537  * Clear the PG_private_2 bit on a folio and wake up any sleepers waiting for
1538  * it.  The folio reference held for PG_private_2 being set is released.
1539  *
1540  * This is, for example, used when a netfs folio is being written to a local
1541  * disk cache, thereby allowing writes to the cache for the same folio to be
1542  * serialised.
1543  */
1544 void folio_end_private_2(struct folio *folio)
1545 {
1546         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_private_2(folio), folio);
1547         clear_bit_unlock(PG_private_2, folio_flags(folio, 0));
1548         folio_wake_bit(folio, PG_private_2);
1549         folio_put(folio);
1550 }
1551 EXPORT_SYMBOL(folio_end_private_2);
1552
1553 /**
1554  * folio_wait_private_2 - Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio.
1555  * @folio: The folio to wait on.
1556  *
1557  * Wait for PG_private_2 (aka PG_fscache) to be cleared on a folio.
1558  */
1559 void folio_wait_private_2(struct folio *folio)
1560 {
1561         while (folio_test_private_2(folio))
1562                 folio_wait_bit(folio, PG_private_2);
1563 }
1564 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_private_2);
1565
1566 /**
1567  * folio_wait_private_2_killable - Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio.
1568  * @folio: The folio to wait on.
1569  *
1570  * Wait for PG_private_2 (aka PG_fscache) to be cleared on a folio or until a
1571  * fatal signal is received by the calling task.
1572  *
1573  * Return:
1574  * - 0 if successful.
1575  * - -EINTR if a fatal signal was encountered.
1576  */
1577 int folio_wait_private_2_killable(struct folio *folio)
1578 {
1579         int ret = 0;
1580
1581         while (folio_test_private_2(folio)) {
1582                 ret = folio_wait_bit_killable(folio, PG_private_2);
1583                 if (ret < 0)
1584                         break;
1585         }
1586
1587         return ret;
1588 }
1589 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_private_2_killable);
1590
1591 /**
1592  * folio_end_writeback - End writeback against a folio.
1593  * @folio: The folio.
1594  */
1595 void folio_end_writeback(struct folio *folio)
1596 {
1597         /*
1598          * folio_test_clear_reclaim() could be used here but it is an
1599          * atomic operation and overkill in this particular case. Failing
1600          * to shuffle a folio marked for immediate reclaim is too mild
1601          * a gain to justify taking an atomic operation penalty at the
1602          * end of every folio writeback.
1603          */
1604         if (folio_test_reclaim(folio)) {
1605                 folio_clear_reclaim(folio);
1606                 folio_rotate_reclaimable(folio);
1607         }
1608
1609         /*
1610          * Writeback does not hold a folio reference of its own, relying
1611          * on truncation to wait for the clearing of PG_writeback.
1612          * But here we must make sure that the folio is not freed and
1613          * reused before the folio_wake().
1614          */
1615         folio_get(folio);
1616         if (!__folio_end_writeback(folio))
1617                 BUG();
1618
1619         smp_mb__after_atomic();
1620         folio_wake(folio, PG_writeback);
1621         acct_reclaim_writeback(folio);
1622         folio_put(folio);
1623 }
1624 EXPORT_SYMBOL(folio_end_writeback);
1625
1626 /**
1627  * __folio_lock - Get a lock on the folio, assuming we need to sleep to get it.
1628  * @folio: The folio to lock
1629  */
1630 void __folio_lock(struct folio *folio)
1631 {
1632         folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, TASK_UNINTERRUPTIBLE,
1633                                 EXCLUSIVE);
1634 }
1635 EXPORT_SYMBOL(__folio_lock);
1636
1637 int __folio_lock_killable(struct folio *folio)
1638 {
1639         return folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, TASK_KILLABLE,
1640                                         EXCLUSIVE);
1641 }
1642 EXPORT_SYMBOL_GPL(__folio_lock_killable);
1643
1644 static int __folio_lock_async(struct folio *folio, struct wait_page_queue *wait)
1645 {
1646         struct wait_queue_head *q = folio_waitqueue(folio);
1647         int ret = 0;
1648
1649         wait->folio = folio;
1650         wait->bit_nr = PG_locked;
1651
1652         spin_lock_irq(&q->lock);
1653         __add_wait_queue_entry_tail(q, &wait->wait);
1654         folio_set_waiters(folio);
1655         ret = !folio_trylock(folio);
1656         /*
1657          * If we were successful now, we know we're still on the
1658          * waitqueue as we're still under the lock. This means it's
1659          * safe to remove and return success, we know the callback
1660          * isn't going to trigger.
1661          */
1662         if (!ret)
1663                 __remove_wait_queue(q, &wait->wait);
1664         else
1665                 ret = -EIOCBQUEUED;
1666         spin_unlock_irq(&q->lock);
1667         return ret;
1668 }
1669
1670 /*
1671  * Return values:
1672  * 0 - folio is locked.
1673  * non-zero - folio is not locked.
1674  *     mmap_lock or per-VMA lock has been released (mmap_read_unlock() or
1675  *     vma_end_read()), unless flags had both FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY and
1676  *     FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT set, in which case the lock is still held.
1677  *
1678  * If neither ALLOW_RETRY nor KILLABLE are set, will always return 0
1679  * with the folio locked and the mmap_lock/per-VMA lock is left unperturbed.
1680  */
1681 vm_fault_t __folio_lock_or_retry(struct folio *folio, struct vm_fault *vmf)
1682 {
1683         unsigned int flags = vmf->flags;
1684
1685         if (fault_flag_allow_retry_first(flags)) {
1686                 /*
1687                  * CAUTION! In this case, mmap_lock/per-VMA lock is not
1688                  * released even though returning VM_FAULT_RETRY.
1689                  */
1690                 if (flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT)
1691                         return VM_FAULT_RETRY;
1692
1693                 release_fault_lock(vmf);
1694                 if (flags & FAULT_FLAG_KILLABLE)
1695                         folio_wait_locked_killable(folio);
1696                 else
1697                         folio_wait_locked(folio);
1698                 return VM_FAULT_RETRY;
1699         }
1700         if (flags & FAULT_FLAG_KILLABLE) {
1701                 bool ret;
1702
1703                 ret = __folio_lock_killable(folio);
1704                 if (ret) {
1705                         release_fault_lock(vmf);
1706                         return VM_FAULT_RETRY;
1707                 }
1708         } else {
1709                 __folio_lock(folio);
1710         }
1711
1712         return 0;
1713 }
1714
1715 /**
1716  * page_cache_next_miss() - Find the next gap in the page cache.
1717  * @mapping: Mapping.
1718  * @index: Index.
1719  * @max_scan: Maximum range to search.
1720  *
1721  * Search the range [index, min(index + max_scan - 1, ULONG_MAX)] for the
1722  * gap with the lowest index.
1723  *
1724  * This function may be called under the rcu_read_lock.  However, this will
1725  * not atomically search a snapshot of the cache at a single point in time.
1726  * For example, if a gap is created at index 5, then subsequently a gap is
1727  * created at index 10, page_cache_next_miss covering both indices may
1728  * return 10 if called under the rcu_read_lock.
1729  *
1730  * Return: The index of the gap if found, otherwise an index outside the
1731  * range specified (in which case 'return - index >= max_scan' will be true).
1732  * In the rare case of index wrap-around, 0 will be returned.
1733  */
1734 pgoff_t page_cache_next_miss(struct address_space *mapping,
1735                              pgoff_t index, unsigned long max_scan)
1736 {
1737         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1738
1739         while (max_scan--) {
1740                 void *entry = xas_next(&xas);
1741                 if (!entry || xa_is_value(entry))
1742                         break;
1743                 if (xas.xa_index == 0)
1744                         break;
1745         }
1746
1747         return xas.xa_index;
1748 }
1749 EXPORT_SYMBOL(page_cache_next_miss);
1750
1751 /**
1752  * page_cache_prev_miss() - Find the previous gap in the page cache.
1753  * @mapping: Mapping.
1754  * @index: Index.
1755  * @max_scan: Maximum range to search.
1756  *
1757  * Search the range [max(index - max_scan + 1, 0), index] for the
1758  * gap with the highest index.
1759  *
1760  * This function may be called under the rcu_read_lock.  However, this will
1761  * not atomically search a snapshot of the cache at a single point in time.
1762  * For example, if a gap is created at index 10, then subsequently a gap is
1763  * created at index 5, page_cache_prev_miss() covering both indices may
1764  * return 5 if called under the rcu_read_lock.
1765  *
1766  * Return: The index of the gap if found, otherwise an index outside the
1767  * range specified (in which case 'index - return >= max_scan' will be true).
1768  * In the rare case of wrap-around, ULONG_MAX will be returned.
1769  */
1770 pgoff_t page_cache_prev_miss(struct address_space *mapping,
1771                              pgoff_t index, unsigned long max_scan)
1772 {
1773         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1774
1775         while (max_scan--) {
1776                 void *entry = xas_prev(&xas);
1777                 if (!entry || xa_is_value(entry))
1778                         break;
1779                 if (xas.xa_index == ULONG_MAX)
1780                         break;
1781         }
1782
1783         return xas.xa_index;
1784 }
1785 EXPORT_SYMBOL(page_cache_prev_miss);
1786
1787 /*
1788  * Lockless page cache protocol:
1789  * On the lookup side:
1790  * 1. Load the folio from i_pages
1791  * 2. Increment the refcount if it's not zero
1792  * 3. If the folio is not found by xas_reload(), put the refcount and retry
1793  *
1794  * On the removal side:
1795  * A. Freeze the page (by zeroing the refcount if nobody else has a reference)
1796  * B. Remove the page from i_pages
1797  * C. Return the page to the page allocator
1798  *
1799  * This means that any page may have its reference count temporarily
1800  * increased by a speculative page cache (or fast GUP) lookup as it can
1801  * be allocated by another user before the RCU grace period expires.
1802  * Because the refcount temporarily acquired here may end up being the
1803  * last refcount on the page, any page allocation must be freeable by
1804  * folio_put().
1805  */
1806
1807 /*
1808  * filemap_get_entry - Get a page cache entry.
1809  * @mapping: the address_space to search
1810  * @index: The page cache index.
1811  *
1812  * Looks up the page cache entry at @mapping & @index.  If it is a folio,
1813  * it is returned with an increased refcount.  If it is a shadow entry
1814  * of a previously evicted folio, or a swap entry from shmem/tmpfs,
1815  * it is returned without further action.
1816  *
1817  * Return: The folio, swap or shadow entry, %NULL if nothing is found.
1818  */
1819 void *filemap_get_entry(struct address_space *mapping, pgoff_t index)
1820 {
1821         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1822         struct folio *folio;
1823
1824         rcu_read_lock();
1825 repeat:
1826         xas_reset(&xas);
1827         folio = xas_load(&xas);
1828         if (xas_retry(&xas, folio))
1829                 goto repeat;
1830         /*
1831          * A shadow entry of a recently evicted page, or a swap entry from
1832          * shmem/tmpfs.  Return it without attempting to raise page count.
1833          */
1834         if (!folio || xa_is_value(folio))
1835                 goto out;
1836
1837         if (!folio_try_get_rcu(folio))
1838                 goto repeat;
1839
1840         if (unlikely(folio != xas_reload(&xas))) {
1841                 folio_put(folio);
1842                 goto repeat;
1843         }
1844 out:
1845         rcu_read_unlock();
1846
1847         return folio;
1848 }
1849
1850 /**
1851  * __filemap_get_folio - Find and get a reference to a folio.
1852  * @mapping: The address_space to search.
1853  * @index: The page index.
1854  * @fgp_flags: %FGP flags modify how the folio is returned.
1855  * @gfp: Memory allocation flags to use if %FGP_CREAT is specified.
1856  *
1857  * Looks up the page cache entry at @mapping & @index.
1858  *
1859  * If %FGP_LOCK or %FGP_CREAT are specified then the function may sleep even
1860  * if the %GFP flags specified for %FGP_CREAT are atomic.
1861  *
1862  * If this function returns a folio, it is returned with an increased refcount.
1863  *
1864  * Return: The found folio or an ERR_PTR() otherwise.
1865  */
1866 struct folio *__filemap_get_folio(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
1867                 fgf_t fgp_flags, gfp_t gfp)
1868 {
1869         struct folio *folio;
1870
1871 repeat:
1872         folio = filemap_get_entry(mapping, index);
1873         if (xa_is_value(folio))
1874                 folio = NULL;
1875         if (!folio)
1876                 goto no_page;
1877
1878         if (fgp_flags & FGP_LOCK) {
1879                 if (fgp_flags & FGP_NOWAIT) {
1880                         if (!folio_trylock(folio)) {
1881                                 folio_put(folio);
1882                                 return ERR_PTR(-EAGAIN);
1883                         }
1884                 } else {
1885                         folio_lock(folio);
1886                 }
1887
1888                 /* Has the page been truncated? */
1889                 if (unlikely(folio->mapping != mapping)) {
1890                         folio_unlock(folio);
1891                         folio_put(folio);
1892                         goto repeat;
1893                 }
1894                 VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, index), folio);
1895         }
1896
1897         if (fgp_flags & FGP_ACCESSED)
1898                 folio_mark_accessed(folio);
1899         else if (fgp_flags & FGP_WRITE) {
1900                 /* Clear idle flag for buffer write */
1901                 if (folio_test_idle(folio))
1902                         folio_clear_idle(folio);
1903         }
1904
1905         if (fgp_flags & FGP_STABLE)
1906                 folio_wait_stable(folio);
1907 no_page:
1908         if (!folio && (fgp_flags & FGP_CREAT)) {
1909                 unsigned order = FGF_GET_ORDER(fgp_flags);
1910                 int err;
1911
1912                 if ((fgp_flags & FGP_WRITE) && mapping_can_writeback(mapping))
1913                         gfp |= __GFP_WRITE;
1914                 if (fgp_flags & FGP_NOFS)
1915                         gfp &= ~__GFP_FS;
1916                 if (fgp_flags & FGP_NOWAIT) {
1917                         gfp &= ~GFP_KERNEL;
1918                         gfp |= GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN;
1919                 }
1920                 if (WARN_ON_ONCE(!(fgp_flags & (FGP_LOCK | FGP_FOR_MMAP))))
1921                         fgp_flags |= FGP_LOCK;
1922
1923                 if (!mapping_large_folio_support(mapping))
1924                         order = 0;
1925                 if (order > MAX_PAGECACHE_ORDER)
1926                         order = MAX_PAGECACHE_ORDER;
1927                 /* If we're not aligned, allocate a smaller folio */
1928                 if (index & ((1UL << order) - 1))
1929                         order = __ffs(index);
1930
1931                 do {
1932                         gfp_t alloc_gfp = gfp;
1933
1934                         err = -ENOMEM;
1935                         if (order == 1)
1936                                 order = 0;
1937                         if (order > 0)
1938                                 alloc_gfp |= __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN;
1939                         folio = filemap_alloc_folio(alloc_gfp, order);
1940                         if (!folio)
1941                                 continue;
1942
1943                         /* Init accessed so avoid atomic mark_page_accessed later */
1944                         if (fgp_flags & FGP_ACCESSED)
1945                                 __folio_set_referenced(folio);
1946
1947                         err = filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp);
1948                         if (!err)
1949                                 break;
1950                         folio_put(folio);
1951                         folio = NULL;
1952                 } while (order-- > 0);
1953
1954                 if (err == -EEXIST)
1955                         goto repeat;
1956                 if (err)
1957                         return ERR_PTR(err);
1958                 /*
1959                  * filemap_add_folio locks the page, and for mmap
1960                  * we expect an unlocked page.
1961                  */
1962                 if (folio && (fgp_flags & FGP_FOR_MMAP))
1963                         folio_unlock(folio);
1964         }
1965
1966         if (!folio)
1967                 return ERR_PTR(-ENOENT);
1968         return folio;
1969 }
1970 EXPORT_SYMBOL(__filemap_get_folio);
1971
1972 static inline struct folio *find_get_entry(struct xa_state *xas, pgoff_t max,
1973                 xa_mark_t mark)
1974 {
1975         struct folio *folio;
1976
1977 retry:
1978         if (mark == XA_PRESENT)
1979                 folio = xas_find(xas, max);
1980         else
1981                 folio = xas_find_marked(xas, max, mark);
1982
1983         if (xas_retry(xas, folio))
1984                 goto retry;
1985         /*
1986          * A shadow entry of a recently evicted page, a swap
1987          * entry from shmem/tmpfs or a DAX entry.  Return it
1988          * without attempting to raise page count.
1989          */
1990         if (!folio || xa_is_value(folio))
1991                 return folio;
1992
1993         if (!folio_try_get_rcu(folio))
1994                 goto reset;
1995
1996         if (unlikely(folio != xas_reload(xas))) {
1997                 folio_put(folio);
1998                 goto reset;
1999         }
2000
2001         return folio;
2002 reset:
2003         xas_reset(xas);
2004         goto retry;
2005 }
2006
2007 /**
2008  * find_get_entries - gang pagecache lookup
2009  * @mapping:    The address_space to search
2010  * @start:      The starting page cache index
2011  * @end:        The final page index (inclusive).
2012  * @fbatch:     Where the resulting entries are placed.
2013  * @indices:    The cache indices corresponding to the entries in @entries
2014  *
2015  * find_get_entries() will search for and return a batch of entries in
2016  * the mapping.  The entries are placed in @fbatch.  find_get_entries()
2017  * takes a reference on any actual folios it returns.
2018  *
2019  * The entries have ascending indexes.  The indices may not be consecutive
2020  * due to not-present entries or large folios.
2021  *
2022  * Any shadow entries of evicted folios, or swap entries from
2023  * shmem/tmpfs, are included in the returned array.
2024  *
2025  * Return: The number of entries which were found.
2026  */
2027 unsigned find_get_entries(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2028                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch, pgoff_t *indices)
2029 {
2030         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2031         struct folio *folio;
2032
2033         rcu_read_lock();
2034         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT)) != NULL) {
2035                 indices[fbatch->nr] = xas.xa_index;
2036                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2037                         break;
2038         }
2039         rcu_read_unlock();
2040
2041         if (folio_batch_count(fbatch)) {
2042                 unsigned long nr = 1;
2043                 int idx = folio_batch_count(fbatch) - 1;
2044
2045                 folio = fbatch->folios[idx];
2046                 if (!xa_is_value(folio) && !folio_test_hugetlb(folio))
2047                         nr = folio_nr_pages(folio);
2048                 *start = indices[idx] + nr;
2049         }
2050         return folio_batch_count(fbatch);
2051 }
2052
2053 /**
2054  * find_lock_entries - Find a batch of pagecache entries.
2055  * @mapping:    The address_space to search.
2056  * @start:      The starting page cache index.
2057  * @end:        The final page index (inclusive).
2058  * @fbatch:     Where the resulting entries are placed.
2059  * @indices:    The cache indices of the entries in @fbatch.
2060  *
2061  * find_lock_entries() will return a batch of entries from @mapping.
2062  * Swap, shadow and DAX entries are included.  Folios are returned
2063  * locked and with an incremented refcount.  Folios which are locked
2064  * by somebody else or under writeback are skipped.  Folios which are
2065  * partially outside the range are not returned.
2066  *
2067  * The entries have ascending indexes.  The indices may not be consecutive
2068  * due to not-present entries, large folios, folios which could not be
2069  * locked or folios under writeback.
2070  *
2071  * Return: The number of entries which were found.
2072  */
2073 unsigned find_lock_entries(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2074                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch, pgoff_t *indices)
2075 {
2076         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2077         struct folio *folio;
2078
2079         rcu_read_lock();
2080         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT))) {
2081                 if (!xa_is_value(folio)) {
2082                         if (folio->index < *start)
2083                                 goto put;
2084                         if (folio_next_index(folio) - 1 > end)
2085                                 goto put;
2086                         if (!folio_trylock(folio))
2087                                 goto put;
2088                         if (folio->mapping != mapping ||
2089                             folio_test_writeback(folio))
2090                                 goto unlock;
2091                         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, xas.xa_index),
2092                                         folio);
2093                 }
2094                 indices[fbatch->nr] = xas.xa_index;
2095                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2096                         break;
2097                 continue;
2098 unlock:
2099                 folio_unlock(folio);
2100 put:
2101                 folio_put(folio);
2102         }
2103         rcu_read_unlock();
2104
2105         if (folio_batch_count(fbatch)) {
2106                 unsigned long nr = 1;
2107                 int idx = folio_batch_count(fbatch) - 1;
2108
2109                 folio = fbatch->folios[idx];
2110                 if (!xa_is_value(folio) && !folio_test_hugetlb(folio))
2111                         nr = folio_nr_pages(folio);
2112                 *start = indices[idx] + nr;
2113         }
2114         return folio_batch_count(fbatch);
2115 }
2116
2117 /**
2118  * filemap_get_folios - Get a batch of folios
2119  * @mapping:    The address_space to search
2120  * @start:      The starting page index
2121  * @end:        The final page index (inclusive)
2122  * @fbatch:     The batch to fill.
2123  *
2124  * Search for and return a batch of folios in the mapping starting at
2125  * index @start and up to index @end (inclusive).  The folios are returned
2126  * in @fbatch with an elevated reference count.
2127  *
2128  * The first folio may start before @start; if it does, it will contain
2129  * @start.  The final folio may extend beyond @end; if it does, it will
2130  * contain @end.  The folios have ascending indices.  There may be gaps
2131  * between the folios if there are indices which have no folio in the
2132  * page cache.  If folios are added to or removed from the page cache
2133  * while this is running, they may or may not be found by this call.
2134  *
2135  * Return: The number of folios which were found.
2136  * We also update @start to index the next folio for the traversal.
2137  */
2138 unsigned filemap_get_folios(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2139                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch)
2140 {
2141         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2142         struct folio *folio;
2143
2144         rcu_read_lock();
2145         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT)) != NULL) {
2146                 /* Skip over shadow, swap and DAX entries */
2147                 if (xa_is_value(folio))
2148                         continue;
2149                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio)) {
2150                         unsigned long nr = folio_nr_pages(folio);
2151
2152                         if (folio_test_hugetlb(folio))
2153                                 nr = 1;
2154                         *start = folio->index + nr;
2155                         goto out;
2156                 }
2157         }
2158
2159         /*
2160          * We come here when there is no page beyond @end. We take care to not
2161          * overflow the index @start as it confuses some of the callers. This
2162          * breaks the iteration when there is a page at index -1 but that is
2163          * already broken anyway.
2164          */
2165         if (end == (pgoff_t)-1)
2166                 *start = (pgoff_t)-1;
2167         else
2168                 *start = end + 1;
2169 out:
2170         rcu_read_unlock();
2171
2172         return folio_batch_count(fbatch);
2173 }
2174 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios);
2175
2176 /**
2177  * filemap_get_folios_contig - Get a batch of contiguous folios
2178  * @mapping:    The address_space to search
2179  * @start:      The starting page index
2180  * @end:        The final page index (inclusive)
2181  * @fbatch:     The batch to fill
2182  *
2183  * filemap_get_folios_contig() works exactly like filemap_get_folios(),
2184  * except the returned folios are guaranteed to be contiguous. This may
2185  * not return all contiguous folios if the batch gets filled up.
2186  *
2187  * Return: The number of folios found.
2188  * Also update @start to be positioned for traversal of the next folio.
2189  */
2190
2191 unsigned filemap_get_folios_contig(struct address_space *mapping,
2192                 pgoff_t *start, pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch)
2193 {
2194         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2195         unsigned long nr;
2196         struct folio *folio;
2197
2198         rcu_read_lock();
2199
2200         for (folio = xas_load(&xas); folio && xas.xa_index <= end;
2201                         folio = xas_next(&xas)) {
2202                 if (xas_retry(&xas, folio))
2203                         continue;
2204                 /*
2205                  * If the entry has been swapped out, we can stop looking.
2206                  * No current caller is looking for DAX entries.
2207                  */
2208                 if (xa_is_value(folio))
2209                         goto update_start;
2210
2211                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
2212                         goto retry;
2213
2214                 if (unlikely(folio != xas_reload(&xas)))
2215                         goto put_folio;
2216
2217                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio)) {
2218                         nr = folio_nr_pages(folio);
2219
2220                         if (folio_test_hugetlb(folio))
2221                                 nr = 1;
2222                         *start = folio->index + nr;
2223                         goto out;
2224                 }
2225                 continue;
2226 put_folio:
2227                 folio_put(folio);
2228
2229 retry:
2230                 xas_reset(&xas);
2231         }
2232
2233 update_start:
2234         nr = folio_batch_count(fbatch);
2235
2236         if (nr) {
2237                 folio = fbatch->folios[nr - 1];
2238                 if (folio_test_hugetlb(folio))
2239                         *start = folio->index + 1;
2240                 else
2241                         *start = folio_next_index(folio);
2242         }
2243 out:
2244         rcu_read_unlock();
2245         return folio_batch_count(fbatch);
2246 }
2247 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios_contig);
2248
2249 /**
2250  * filemap_get_folios_tag - Get a batch of folios matching @tag
2251  * @mapping:    The address_space to search
2252  * @start:      The starting page index
2253  * @end:        The final page index (inclusive)
2254  * @tag:        The tag index
2255  * @fbatch:     The batch to fill
2256  *
2257  * Same as filemap_get_folios(), but only returning folios tagged with @tag.
2258  *
2259  * Return: The number of folios found.
2260  * Also update @start to index the next folio for traversal.
2261  */
2262 unsigned filemap_get_folios_tag(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2263                         pgoff_t end, xa_mark_t tag, struct folio_batch *fbatch)
2264 {
2265         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2266         struct folio *folio;
2267
2268         rcu_read_lock();
2269         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, tag)) != NULL) {
2270                 /*
2271                  * Shadow entries should never be tagged, but this iteration
2272                  * is lockless so there is a window for page reclaim to evict
2273                  * a page we saw tagged. Skip over it.
2274                  */
2275                 if (xa_is_value(folio))
2276                         continue;
2277                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio)) {
2278                         unsigned long nr = folio_nr_pages(folio);
2279
2280                         if (folio_test_hugetlb(folio))
2281                                 nr = 1;
2282                         *start = folio->index + nr;
2283                         goto out;
2284                 }
2285         }
2286         /*
2287          * We come here when there is no page beyond @end. We take care to not
2288          * overflow the index @start as it confuses some of the callers. This
2289          * breaks the iteration when there is a page at index -1 but that is
2290          * already broke anyway.
2291          */
2292         if (end == (pgoff_t)-1)
2293                 *start = (pgoff_t)-1;
2294         else
2295                 *start = end + 1;
2296 out:
2297         rcu_read_unlock();
2298
2299         return folio_batch_count(fbatch);
2300 }
2301 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios_tag);
2302
2303 /*
2304  * CD/DVDs are error prone. When a medium error occurs, the driver may fail
2305  * a _large_ part of the i/o request. Imagine the worst scenario:
2306  *
2307  *      ---R__________________________________________B__________
2308  *         ^ reading here                             ^ bad block(assume 4k)
2309  *
2310  * read(R) => miss => readahead(R...B) => media error => frustrating retries
2311  * => failing the whole request => read(R) => read(R+1) =>
2312  * readahead(R+1...B+1) => bang => read(R+2) => read(R+3) =>
2313  * readahead(R+3...B+2) => bang => read(R+3) => read(R+4) =>
2314  * readahead(R+4...B+3) => bang => read(R+4) => read(R+5) => ......
2315  *
2316  * It is going insane. Fix it by quickly scaling down the readahead size.
2317  */
2318 static void shrink_readahead_size_eio(struct file_ra_state *ra)
2319 {
2320         ra->ra_pages /= 4;
2321 }
2322
2323 /*
2324  * filemap_get_read_batch - Get a batch of folios for read
2325  *
2326  * Get a batch of folios which represent a contiguous range of bytes in
2327  * the file.  No exceptional entries will be returned.  If @index is in
2328  * the middle of a folio, the entire folio will be returned.  The last
2329  * folio in the batch may have the readahead flag set or the uptodate flag
2330  * clear so that the caller can take the appropriate action.
2331  */
2332 static void filemap_get_read_batch(struct address_space *mapping,
2333                 pgoff_t index, pgoff_t max, struct folio_batch *fbatch)
2334 {
2335         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
2336         struct folio *folio;
2337
2338         rcu_read_lock();
2339         for (folio = xas_load(&xas); folio; folio = xas_next(&xas)) {
2340                 if (xas_retry(&xas, folio))
2341                         continue;
2342                 if (xas.xa_index > max || xa_is_value(folio))
2343                         break;
2344                 if (xa_is_sibling(folio))
2345                         break;
2346                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
2347                         goto retry;
2348
2349                 if (unlikely(folio != xas_reload(&xas)))
2350                         goto put_folio;
2351
2352                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2353                         break;
2354                 if (!folio_test_uptodate(folio))
2355                         break;
2356                 if (folio_test_readahead(folio))
2357                         break;
2358                 xas_advance(&xas, folio_next_index(folio) - 1);
2359                 continue;
2360 put_folio:
2361                 folio_put(folio);
2362 retry:
2363                 xas_reset(&xas);
2364         }
2365         rcu_read_unlock();
2366 }
2367
2368 static int filemap_read_folio(struct file *file, filler_t filler,
2369                 struct folio *folio)
2370 {
2371         bool workingset = folio_test_workingset(folio);
2372         unsigned long pflags;
2373         int error;
2374
2375         /*
2376          * A previous I/O error may have been due to temporary failures,
2377          * eg. multipath errors.  PG_error will be set again if read_folio
2378          * fails.
2379          */
2380         folio_clear_error(folio);
2381
2382         /* Start the actual read. The read will unlock the page. */
2383         if (unlikely(workingset))
2384                 psi_memstall_enter(&pflags);
2385         error = filler(file, folio);
2386         if (unlikely(workingset))
2387                 psi_memstall_leave(&pflags);
2388         if (error)
2389                 return error;
2390
2391         error = folio_wait_locked_killable(folio);
2392         if (error)
2393                 return error;
2394         if (folio_test_uptodate(folio))
2395                 return 0;
2396         if (file)
2397                 shrink_readahead_size_eio(&file->f_ra);
2398         return -EIO;
2399 }
2400
2401 static bool filemap_range_uptodate(struct address_space *mapping,
2402                 loff_t pos, size_t count, struct folio *folio,
2403                 bool need_uptodate)
2404 {
2405         if (folio_test_uptodate(folio))
2406                 return true;
2407         /* pipes can't handle partially uptodate pages */
2408         if (need_uptodate)
2409                 return false;
2410         if (!mapping->a_ops->is_partially_uptodate)
2411                 return false;
2412         if (mapping->host->i_blkbits >= folio_shift(folio))
2413                 return false;
2414
2415         if (folio_pos(folio) > pos) {
2416                 count -= folio_pos(folio) - pos;
2417                 pos = 0;
2418         } else {
2419                 pos -= folio_pos(folio);
2420         }
2421
2422         return mapping->a_ops->is_partially_uptodate(folio, pos, count);
2423 }
2424
2425 static int filemap_update_page(struct kiocb *iocb,
2426                 struct address_space *mapping, size_t count,
2427                 struct folio *folio, bool need_uptodate)
2428 {
2429         int error;
2430
2431         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2432                 if (!filemap_invalidate_trylock_shared(mapping))
2433                         return -EAGAIN;
2434         } else {
2435                 filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
2436         }
2437
2438         if (!folio_trylock(folio)) {
2439                 error = -EAGAIN;
2440                 if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOWAIT | IOCB_NOIO))
2441                         goto unlock_mapping;
2442                 if (!(iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ)) {
2443                         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2444                         /*
2445                          * This is where we usually end up waiting for a
2446                          * previously submitted readahead to finish.
2447                          */
2448                         folio_put_wait_locked(folio, TASK_KILLABLE);
2449                         return AOP_TRUNCATED_PAGE;
2450                 }
2451                 error = __folio_lock_async(folio, iocb->ki_waitq);
2452                 if (error)
2453                         goto unlock_mapping;
2454         }
2455
2456         error = AOP_TRUNCATED_PAGE;
2457         if (!folio->mapping)
2458                 goto unlock;
2459
2460         error = 0;
2461         if (filemap_range_uptodate(mapping, iocb->ki_pos, count, folio,
2462                                    need_uptodate))
2463                 goto unlock;
2464
2465         error = -EAGAIN;
2466         if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOIO | IOCB_NOWAIT | IOCB_WAITQ))
2467                 goto unlock;
2468
2469         error = filemap_read_folio(iocb->ki_filp, mapping->a_ops->read_folio,
2470                         folio);
2471         goto unlock_mapping;
2472 unlock:
2473         folio_unlock(folio);
2474 unlock_mapping:
2475         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2476         if (error == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2477                 folio_put(folio);
2478         return error;
2479 }
2480
2481 static int filemap_create_folio(struct file *file,
2482                 struct address_space *mapping, pgoff_t index,
2483                 struct folio_batch *fbatch)
2484 {
2485         struct folio *folio;
2486         int error;
2487
2488         folio = filemap_alloc_folio(mapping_gfp_mask(mapping), 0);
2489         if (!folio)
2490                 return -ENOMEM;
2491
2492         /*
2493          * Protect against truncate / hole punch. Grabbing invalidate_lock
2494          * here assures we cannot instantiate and bring uptodate new
2495          * pagecache folios after evicting page cache during truncate
2496          * and before actually freeing blocks.  Note that we could
2497          * release invalidate_lock after inserting the folio into
2498          * the page cache as the locked folio would then be enough to
2499          * synchronize with hole punching. But there are code paths
2500          * such as filemap_update_page() filling in partially uptodate
2501          * pages or ->readahead() that need to hold invalidate_lock
2502          * while mapping blocks for IO so let's hold the lock here as
2503          * well to keep locking rules simple.
2504          */
2505         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
2506         error = filemap_add_folio(mapping, folio, index,
2507                         mapping_gfp_constraint(mapping, GFP_KERNEL));
2508         if (error == -EEXIST)
2509                 error = AOP_TRUNCATED_PAGE;
2510         if (error)
2511                 goto error;
2512
2513         error = filemap_read_folio(file, mapping->a_ops->read_folio, folio);
2514         if (error)
2515                 goto error;
2516
2517         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2518         folio_batch_add(fbatch, folio);
2519         return 0;
2520 error:
2521         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2522         folio_put(folio);
2523         return error;
2524 }
2525
2526 static int filemap_readahead(struct kiocb *iocb, struct file *file,
2527                 struct address_space *mapping, struct folio *folio,
2528                 pgoff_t last_index)
2529 {
2530         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, &file->f_ra, mapping, folio->index);
2531
2532         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOIO)
2533                 return -EAGAIN;
2534         page_cache_async_ra(&ractl, folio, last_index - folio->index);
2535         return 0;
2536 }
2537
2538 static int filemap_get_pages(struct kiocb *iocb, size_t count,
2539                 struct folio_batch *fbatch, bool need_uptodate)
2540 {
2541         struct file *filp = iocb->ki_filp;
2542         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
2543         struct file_ra_state *ra = &filp->f_ra;
2544         pgoff_t index = iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT;
2545         pgoff_t last_index;
2546         struct folio *folio;
2547         int err = 0;
2548
2549         /* "last_index" is the index of the page beyond the end of the read */
2550         last_index = DIV_ROUND_UP(iocb->ki_pos + count, PAGE_SIZE);
2551 retry:
2552         if (fatal_signal_pending(current))
2553                 return -EINTR;
2554
2555         filemap_get_read_batch(mapping, index, last_index - 1, fbatch);
2556         if (!folio_batch_count(fbatch)) {
2557                 if (iocb->ki_flags & IOCB_NOIO)
2558                         return -EAGAIN;
2559                 page_cache_sync_readahead(mapping, ra, filp, index,
2560                                 last_index - index);
2561                 filemap_get_read_batch(mapping, index, last_index - 1, fbatch);
2562         }
2563         if (!folio_batch_count(fbatch)) {
2564                 if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOWAIT | IOCB_WAITQ))
2565                         return -EAGAIN;
2566                 err = filemap_create_folio(filp, mapping,
2567                                 iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT, fbatch);
2568                 if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2569                         goto retry;
2570                 return err;
2571         }
2572
2573         folio = fbatch->folios[folio_batch_count(fbatch) - 1];
2574         if (folio_test_readahead(folio)) {
2575                 err = filemap_readahead(iocb, filp, mapping, folio, last_index);
2576                 if (err)
2577                         goto err;
2578         }
2579         if (!folio_test_uptodate(folio)) {
2580                 if ((iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ) &&
2581                     folio_batch_count(fbatch) > 1)
2582                         iocb->ki_flags |= IOCB_NOWAIT;
2583                 err = filemap_update_page(iocb, mapping, count, folio,
2584                                           need_uptodate);
2585                 if (err)
2586                         goto err;
2587         }
2588
2589         return 0;
2590 err:
2591         if (err < 0)
2592                 folio_put(folio);
2593         if (likely(--fbatch->nr))
2594                 return 0;
2595         if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2596                 goto retry;
2597         return err;
2598 }
2599
2600 static inline bool pos_same_folio(loff_t pos1, loff_t pos2, struct folio *folio)
2601 {
2602         unsigned int shift = folio_shift(folio);
2603
2604         return (pos1 >> shift == pos2 >> shift);
2605 }
2606
2607 /**
2608  * filemap_read - Read data from the page cache.
2609  * @iocb: The iocb to read.
2610  * @iter: Destination for the data.
2611  * @already_read: Number of bytes already read by the caller.
2612  *
2613  * Copies data from the page cache.  If the data is not currently present,
2614  * uses the readahead and read_folio address_space operations to fetch it.
2615  *
2616  * Return: Total number of bytes copied, including those already read by
2617  * the caller.  If an error happens before any bytes are copied, returns
2618  * a negative error number.
2619  */
2620 ssize_t filemap_read(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter,
2621                 ssize_t already_read)
2622 {
2623         struct file *filp = iocb->ki_filp;
2624         struct file_ra_state *ra = &filp->f_ra;
2625         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
2626         struct inode *inode = mapping->host;
2627         struct folio_batch fbatch;
2628         int i, error = 0;
2629         bool writably_mapped;
2630         loff_t isize, end_offset;
2631         loff_t last_pos = ra->prev_pos;
2632
2633         if (unlikely(iocb->ki_pos >= inode->i_sb->s_maxbytes))
2634                 return 0;
2635         if (unlikely(!iov_iter_count(iter)))
2636                 return 0;
2637
2638         iov_iter_truncate(iter, inode->i_sb->s_maxbytes);
2639         folio_batch_init(&fbatch);
2640
2641         do {
2642                 cond_resched();
2643
2644                 /*
2645                  * If we've already successfully copied some data, then we
2646                  * can no longer safely return -EIOCBQUEUED. Hence mark
2647                  * an async read NOWAIT at that point.
2648                  */
2649                 if ((iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ) && already_read)
2650                         iocb->ki_flags |= IOCB_NOWAIT;
2651
2652                 if (unlikely(iocb->ki_pos >= i_size_read(inode)))
2653                         break;
2654
2655                 error = filemap_get_pages(iocb, iter->count, &fbatch, false);
2656                 if (error < 0)
2657                         break;
2658
2659                 /*
2660                  * i_size must be checked after we know the pages are Uptodate.
2661                  *
2662                  * Checking i_size after the check allows us to calculate
2663                  * the correct value for "nr", which means the zero-filled
2664                  * part of the page is not copied back to userspace (unless
2665                  * another truncate extends the file - this is desired though).
2666                  */
2667                 isize = i_size_read(inode);
2668                 if (unlikely(iocb->ki_pos >= isize))
2669                         goto put_folios;
2670                 end_offset = min_t(loff_t, isize, iocb->ki_pos + iter->count);
2671
2672                 /*
2673                  * Once we start copying data, we don't want to be touching any
2674                  * cachelines that might be contended:
2675                  */
2676                 writably_mapped = mapping_writably_mapped(mapping);
2677
2678                 /*
2679                  * When a read accesses the same folio several times, only
2680                  * mark it as accessed the first time.
2681                  */
2682                 if (!pos_same_folio(iocb->ki_pos, last_pos - 1,
2683                                     fbatch.folios[0]))
2684                         folio_mark_accessed(fbatch.folios[0]);
2685
2686                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++) {
2687                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
2688                         size_t fsize = folio_size(folio);
2689                         size_t offset = iocb->ki_pos & (fsize - 1);
2690                         size_t bytes = min_t(loff_t, end_offset - iocb->ki_pos,
2691                                              fsize - offset);
2692                         size_t copied;
2693
2694                         if (end_offset < folio_pos(folio))
2695                                 break;
2696                         if (i > 0)
2697                                 folio_mark_accessed(folio);
2698                         /*
2699                          * If users can be writing to this folio using arbitrary
2700                          * virtual addresses, take care of potential aliasing
2701                          * before reading the folio on the kernel side.
2702                          */
2703                         if (writably_mapped)
2704                                 flush_dcache_folio(folio);
2705
2706                         copied = copy_folio_to_iter(folio, offset, bytes, iter);
2707
2708                         already_read += copied;
2709                         iocb->ki_pos += copied;
2710                         last_pos = iocb->ki_pos;
2711
2712                         if (copied < bytes) {
2713                                 error = -EFAULT;
2714                                 break;
2715                         }
2716                 }
2717 put_folios:
2718                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++)
2719                         folio_put(fbatch.folios[i]);
2720                 folio_batch_init(&fbatch);
2721         } while (iov_iter_count(iter) && iocb->ki_pos < isize && !error);
2722
2723         file_accessed(filp);
2724         ra->prev_pos = last_pos;
2725         return already_read ? already_read : error;
2726 }
2727 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_read);
2728
2729 int kiocb_write_and_wait(struct kiocb *iocb, size_t count)
2730 {
2731         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
2732         loff_t pos = iocb->ki_pos;
2733         loff_t end = pos + count - 1;
2734
2735         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2736                 if (filemap_range_needs_writeback(mapping, pos, end))
2737                         return -EAGAIN;
2738                 return 0;
2739         }
2740
2741         return filemap_write_and_wait_range(mapping, pos, end);
2742 }
2743
2744 int kiocb_invalidate_pages(struct kiocb *iocb, size_t count)
2745 {
2746         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
2747         loff_t pos = iocb->ki_pos;
2748         loff_t end = pos + count - 1;
2749         int ret;
2750
2751         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2752                 /* we could block if there are any pages in the range */
2753                 if (filemap_range_has_page(mapping, pos, end))
2754                         return -EAGAIN;
2755         } else {
2756                 ret = filemap_write_and_wait_range(mapping, pos, end);
2757                 if (ret)
2758                         return ret;
2759         }
2760
2761         /*
2762          * After a write we want buffered reads to be sure to go to disk to get
2763          * the new data.  We invalidate clean cached page from the region we're
2764          * about to write.  We do this *before* the write so that we can return
2765          * without clobbering -EIOCBQUEUED from ->direct_IO().
2766          */
2767         return invalidate_inode_pages2_range(mapping, pos >> PAGE_SHIFT,
2768                                              end >> PAGE_SHIFT);
2769 }
2770
2771 /**
2772  * generic_file_read_iter - generic filesystem read routine
2773  * @iocb:       kernel I/O control block
2774  * @iter:       destination for the data read
2775  *
2776  * This is the "read_iter()" routine for all filesystems
2777  * that can use the page cache directly.
2778  *
2779  * The IOCB_NOWAIT flag in iocb->ki_flags indicates that -EAGAIN shall
2780  * be returned when no data can be read without waiting for I/O requests
2781  * to complete; it doesn't prevent readahead.
2782  *
2783  * The IOCB_NOIO flag in iocb->ki_flags indicates that no new I/O
2784  * requests shall be made for the read or for readahead.  When no data
2785  * can be read, -EAGAIN shall be returned.  When readahead would be
2786  * triggered, a partial, possibly empty read shall be returned.
2787  *
2788  * Return:
2789  * * number of bytes copied, even for partial reads
2790  * * negative error code (or 0 if IOCB_NOIO) if nothing was read
2791  */
2792 ssize_t
2793 generic_file_read_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter)
2794 {
2795         size_t count = iov_iter_count(iter);
2796         ssize_t retval = 0;
2797
2798         if (!count)
2799                 return 0; /* skip atime */
2800
2801         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
2802                 struct file *file = iocb->ki_filp;
2803                 struct address_space *mapping = file->f_mapping;
2804                 struct inode *inode = mapping->host;
2805
2806                 retval = kiocb_write_and_wait(iocb, count);
2807                 if (retval < 0)
2808                         return retval;
2809                 file_accessed(file);
2810
2811                 retval = mapping->a_ops->direct_IO(iocb, iter);
2812                 if (retval >= 0) {
2813                         iocb->ki_pos += retval;
2814                         count -= retval;
2815                 }
2816                 if (retval != -EIOCBQUEUED)
2817                         iov_iter_revert(iter, count - iov_iter_count(iter));
2818
2819                 /*
2820                  * Btrfs can have a short DIO read if we encounter
2821                  * compressed extents, so if there was an error, or if
2822                  * we've already read everything we wanted to, or if
2823                  * there was a short read because we hit EOF, go ahead
2824                  * and return.  Otherwise fallthrough to buffered io for
2825                  * the rest of the read.  Buffered reads will not work for
2826                  * DAX files, so don't bother trying.
2827                  */
2828                 if (retval < 0 || !count || IS_DAX(inode))
2829                         return retval;
2830                 if (iocb->ki_pos >= i_size_read(inode))
2831                         return retval;
2832         }
2833
2834         return filemap_read(iocb, iter, retval);
2835 }
2836 EXPORT_SYMBOL(generic_file_read_iter);
2837
2838 /*
2839  * Splice subpages from a folio into a pipe.
2840  */
2841 size_t splice_folio_into_pipe(struct pipe_inode_info *pipe,
2842                               struct folio *folio, loff_t fpos, size_t size)
2843 {
2844         struct page *page;
2845         size_t spliced = 0, offset = offset_in_folio(folio, fpos);
2846
2847         page = folio_page(folio, offset / PAGE_SIZE);
2848         size = min(size, folio_size(folio) - offset);
2849         offset %= PAGE_SIZE;
2850
2851         while (spliced < size &&
2852                !pipe_full(pipe->head, pipe->tail, pipe->max_usage)) {
2853                 struct pipe_buffer *buf = pipe_head_buf(pipe);
2854                 size_t part = min_t(size_t, PAGE_SIZE - offset, size - spliced);
2855
2856                 *buf = (struct pipe_buffer) {
2857                         .ops    = &page_cache_pipe_buf_ops,
2858                         .page   = page,
2859                         .offset = offset,
2860                         .len    = part,
2861                 };
2862                 folio_get(folio);
2863                 pipe->head++;
2864                 page++;
2865                 spliced += part;
2866                 offset = 0;
2867         }
2868
2869         return spliced;
2870 }
2871
2872 /**
2873  * filemap_splice_read -  Splice data from a file's pagecache into a pipe
2874  * @in: The file to read from
2875  * @ppos: Pointer to the file position to read from
2876  * @pipe: The pipe to splice into
2877  * @len: The amount to splice
2878  * @flags: The SPLICE_F_* flags
2879  *
2880  * This function gets folios from a file's pagecache and splices them into the
2881  * pipe.  Readahead will be called as necessary to fill more folios.  This may
2882  * be used for blockdevs also.
2883  *
2884  * Return: On success, the number of bytes read will be returned and *@ppos
2885  * will be updated if appropriate; 0 will be returned if there is no more data
2886  * to be read; -EAGAIN will be returned if the pipe had no space, and some
2887  * other negative error code will be returned on error.  A short read may occur
2888  * if the pipe has insufficient space, we reach the end of the data or we hit a
2889  * hole.
2890  */
2891 ssize_t filemap_splice_read(struct file *in, loff_t *ppos,
2892                             struct pipe_inode_info *pipe,
2893                             size_t len, unsigned int flags)
2894 {
2895         struct folio_batch fbatch;
2896         struct kiocb iocb;
2897         size_t total_spliced = 0, used, npages;
2898         loff_t isize, end_offset;
2899         bool writably_mapped;
2900         int i, error = 0;
2901
2902         if (unlikely(*ppos >= in->f_mapping->host->i_sb->s_maxbytes))
2903                 return 0;
2904
2905         init_sync_kiocb(&iocb, in);
2906         iocb.ki_pos = *ppos;
2907
2908         /* Work out how much data we can actually add into the pipe */
2909         used = pipe_occupancy(pipe->head, pipe->tail);
2910         npages = max_t(ssize_t, pipe->max_usage - used, 0);
2911         len = min_t(size_t, len, npages * PAGE_SIZE);
2912
2913         folio_batch_init(&fbatch);
2914
2915         do {
2916                 cond_resched();
2917
2918                 if (*ppos >= i_size_read(in->f_mapping->host))
2919                         break;
2920
2921                 iocb.ki_pos = *ppos;
2922                 error = filemap_get_pages(&iocb, len, &fbatch, true);
2923                 if (error < 0)
2924                         break;
2925
2926                 /*
2927                  * i_size must be checked after we know the pages are Uptodate.
2928                  *
2929                  * Checking i_size after the check allows us to calculate
2930                  * the correct value for "nr", which means the zero-filled
2931                  * part of the page is not copied back to userspace (unless
2932                  * another truncate extends the file - this is desired though).
2933                  */
2934                 isize = i_size_read(in->f_mapping->host);
2935                 if (unlikely(*ppos >= isize))
2936                         break;
2937                 end_offset = min_t(loff_t, isize, *ppos + len);
2938
2939                 /*
2940                  * Once we start copying data, we don't want to be touching any
2941                  * cachelines that might be contended:
2942                  */
2943                 writably_mapped = mapping_writably_mapped(in->f_mapping);
2944
2945                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++) {
2946                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
2947                         size_t n;
2948
2949                         if (folio_pos(folio) >= end_offset)
2950                                 goto out;
2951                         folio_mark_accessed(folio);
2952
2953                         /*
2954                          * If users can be writing to this folio using arbitrary
2955                          * virtual addresses, take care of potential aliasing
2956                          * before reading the folio on the kernel side.
2957                          */
2958                         if (writably_mapped)
2959                                 flush_dcache_folio(folio);
2960
2961                         n = min_t(loff_t, len, isize - *ppos);
2962                         n = splice_folio_into_pipe(pipe, folio, *ppos, n);
2963                         if (!n)
2964                                 goto out;
2965                         len -= n;
2966                         total_spliced += n;
2967                         *ppos += n;
2968                         in->f_ra.prev_pos = *ppos;
2969                         if (pipe_full(pipe->head, pipe->tail, pipe->max_usage))
2970                                 goto out;
2971                 }
2972
2973                 folio_batch_release(&fbatch);
2974         } while (len);
2975
2976 out:
2977         folio_batch_release(&fbatch);
2978         file_accessed(in);
2979
2980         return total_spliced ? total_spliced : error;
2981 }
2982 EXPORT_SYMBOL(filemap_splice_read);
2983
2984 static inline loff_t folio_seek_hole_data(struct xa_state *xas,
2985                 struct address_space *mapping, struct folio *folio,
2986                 loff_t start, loff_t end, bool seek_data)
2987 {
2988         const struct address_space_operations *ops = mapping->a_ops;
2989         size_t offset, bsz = i_blocksize(mapping->host);
2990
2991         if (xa_is_value(folio) || folio_test_uptodate(folio))
2992                 return seek_data ? start : end;
2993         if (!ops->is_partially_uptodate)
2994                 return seek_data ? end : start;
2995
2996         xas_pause(xas);
2997         rcu_read_unlock();
2998         folio_lock(folio);
2999         if (unlikely(folio->mapping != mapping))
3000                 goto unlock;
3001
3002         offset = offset_in_folio(folio, start) & ~(bsz - 1);
3003
3004         do {
3005                 if (ops->is_partially_uptodate(folio, offset, bsz) ==
3006                                                         seek_data)
3007                         break;
3008                 start = (start + bsz) & ~(bsz - 1);
3009                 offset += bsz;
3010         } while (offset < folio_size(folio));
3011 unlock:
3012         folio_unlock(folio);
3013         rcu_read_lock();
3014         return start;
3015 }
3016
3017 static inline size_t seek_folio_size(struct xa_state *xas, struct folio *folio)
3018 {
3019         if (xa_is_value(folio))
3020                 return PAGE_SIZE << xa_get_order(xas->xa, xas->xa_index);
3021         return folio_size(folio);
3022 }
3023
3024 /**
3025  * mapping_seek_hole_data - Seek for SEEK_DATA / SEEK_HOLE in the page cache.
3026  * @mapping: Address space to search.
3027  * @start: First byte to consider.
3028  * @end: Limit of search (exclusive).
3029  * @whence: Either SEEK_HOLE or SEEK_DATA.
3030  *
3031  * If the page cache knows which blocks contain holes and which blocks
3032  * contain data, your filesystem can use this function to implement
3033  * SEEK_HOLE and SEEK_DATA.  This is useful for filesystems which are
3034  * entirely memory-based such as tmpfs, and filesystems which support
3035  * unwritten extents.
3036  *
3037  * Return: The requested offset on success, or -ENXIO if @whence specifies
3038  * SEEK_DATA and there is no data after @start.  There is an implicit hole
3039  * after @end - 1, so SEEK_HOLE returns @end if all the bytes between @start
3040  * and @end contain data.
3041  */
3042 loff_t mapping_seek_hole_data(struct address_space *mapping, loff_t start,
3043                 loff_t end, int whence)
3044 {
3045         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start >> PAGE_SHIFT);
3046         pgoff_t max = (end - 1) >> PAGE_SHIFT;
3047         bool seek_data = (whence == SEEK_DATA);
3048         struct folio *folio;
3049
3050         if (end <= start)
3051                 return -ENXIO;
3052
3053         rcu_read_lock();
3054         while ((folio = find_get_entry(&xas, max, XA_PRESENT))) {
3055                 loff_t pos = (u64)xas.xa_index << PAGE_SHIFT;
3056                 size_t seek_size;
3057
3058                 if (start < pos) {
3059                         if (!seek_data)
3060                                 goto unlock;
3061                         start = pos;
3062                 }
3063
3064                 seek_size = seek_folio_size(&xas, folio);
3065                 pos = round_up((u64)pos + 1, seek_size);
3066                 start = folio_seek_hole_data(&xas, mapping, folio, start, pos,
3067                                 seek_data);
3068                 if (start < pos)
3069                         goto unlock;
3070                 if (start >= end)
3071                         break;
3072                 if (seek_size > PAGE_SIZE)
3073                         xas_set(&xas, pos >> PAGE_SHIFT);
3074                 if (!xa_is_value(folio))
3075                         folio_put(folio);
3076         }
3077         if (seek_data)
3078                 start = -ENXIO;
3079 unlock:
3080         rcu_read_unlock();
3081         if (folio && !xa_is_value(folio))
3082                 folio_put(folio);
3083         if (start > end)
3084                 return end;
3085         return start;
3086 }
3087
3088 #ifdef CONFIG_MMU
3089 #define MMAP_LOTSAMISS  (100)
3090 /*
3091  * lock_folio_maybe_drop_mmap - lock the page, possibly dropping the mmap_lock
3092  * @vmf - the vm_fault for this fault.
3093  * @folio - the folio to lock.
3094  * @fpin - the pointer to the file we may pin (or is already pinned).
3095  *
3096  * This works similar to lock_folio_or_retry in that it can drop the
3097  * mmap_lock.  It differs in that it actually returns the folio locked
3098  * if it returns 1 and 0 if it couldn't lock the folio.  If we did have
3099  * to drop the mmap_lock then fpin will point to the pinned file and
3100  * needs to be fput()'ed at a later point.
3101  */
3102 static int lock_folio_maybe_drop_mmap(struct vm_fault *vmf, struct folio *folio,
3103                                      struct file **fpin)
3104 {
3105         if (folio_trylock(folio))
3106                 return 1;
3107
3108         /*
3109          * NOTE! This will make us return with VM_FAULT_RETRY, but with
3110          * the mmap_lock still held. That's how FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT
3111          * is supposed to work. We have way too many special cases..
3112          */
3113         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT)
3114                 return 0;
3115
3116         *fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, *fpin);
3117         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_KILLABLE) {
3118                 if (__folio_lock_killable(folio)) {
3119                         /*
3120                          * We didn't have the right flags to drop the mmap_lock,
3121                          * but all fault_handlers only check for fatal signals
3122                          * if we return VM_FAULT_RETRY, so we need to drop the
3123                          * mmap_lock here and return 0 if we don't have a fpin.
3124                          */
3125                         if (*fpin == NULL)
3126                                 mmap_read_unlock(vmf->vma->vm_mm);
3127                         return 0;
3128                 }
3129         } else
3130                 __folio_lock(folio);
3131
3132         return 1;
3133 }
3134
3135 /*
3136  * Synchronous readahead happens when we don't even find a page in the page
3137  * cache at all.  We don't want to perform IO under the mmap sem, so if we have
3138  * to drop the mmap sem we return the file that was pinned in order for us to do
3139  * that.  If we didn't pin a file then we return NULL.  The file that is
3140  * returned needs to be fput()'ed when we're done with it.
3141  */
3142 static struct file *do_sync_mmap_readahead(struct vm_fault *vmf)
3143 {
3144         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3145         struct file_ra_state *ra = &file->f_ra;
3146         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3147         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, ra, mapping, vmf->pgoff);
3148         struct file *fpin = NULL;
3149         unsigned long vm_flags = vmf->vma->vm_flags;
3150         unsigned int mmap_miss;
3151
3152 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
3153         /* Use the readahead code, even if readahead is disabled */
3154         if (vm_flags & VM_HUGEPAGE) {
3155                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3156                 ractl._index &= ~((unsigned long)HPAGE_PMD_NR - 1);
3157                 ra->size = HPAGE_PMD_NR;
3158                 /*
3159                  * Fetch two PMD folios, so we get the chance to actually
3160                  * readahead, unless we've been told not to.
3161                  */
3162                 if (!(vm_flags & VM_RAND_READ))
3163                         ra->size *= 2;
3164                 ra->async_size = HPAGE_PMD_NR;
3165                 page_cache_ra_order(&ractl, ra, HPAGE_PMD_ORDER);
3166                 return fpin;
3167         }
3168 #endif
3169
3170         /* If we don't want any read-ahead, don't bother */
3171         if (vm_flags & VM_RAND_READ)
3172                 return fpin;
3173         if (!ra->ra_pages)
3174                 return fpin;
3175
3176         if (vm_flags & VM_SEQ_READ) {
3177                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3178                 page_cache_sync_ra(&ractl, ra->ra_pages);
3179                 return fpin;
3180         }
3181
3182         /* Avoid banging the cache line if not needed */
3183         mmap_miss = READ_ONCE(ra->mmap_miss);
3184         if (mmap_miss < MMAP_LOTSAMISS * 10)
3185                 WRITE_ONCE(ra->mmap_miss, ++mmap_miss);
3186
3187         /*
3188          * Do we miss much more than hit in this file? If so,
3189          * stop bothering with read-ahead. It will only hurt.
3190          */
3191         if (mmap_miss > MMAP_LOTSAMISS)
3192                 return fpin;
3193
3194         /*
3195          * mmap read-around
3196          */
3197         fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3198         ra->start = max_t(long, 0, vmf->pgoff - ra->ra_pages / 2);
3199         ra->size = ra->ra_pages;
3200         ra->async_size = ra->ra_pages / 4;
3201         ractl._index = ra->start;
3202         page_cache_ra_order(&ractl, ra, 0);
3203         return fpin;
3204 }
3205
3206 /*
3207  * Asynchronous readahead happens when we find the page and PG_readahead,
3208  * so we want to possibly extend the readahead further.  We return the file that
3209  * was pinned if we have to drop the mmap_lock in order to do IO.
3210  */
3211 static struct file *do_async_mmap_readahead(struct vm_fault *vmf,
3212                                             struct folio *folio)
3213 {
3214         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3215         struct file_ra_state *ra = &file->f_ra;
3216         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, ra, file->f_mapping, vmf->pgoff);
3217         struct file *fpin = NULL;
3218         unsigned int mmap_miss;
3219
3220         /* If we don't want any read-ahead, don't bother */
3221         if (vmf->vma->vm_flags & VM_RAND_READ || !ra->ra_pages)
3222                 return fpin;
3223
3224         mmap_miss = READ_ONCE(ra->mmap_miss);
3225         if (mmap_miss)
3226                 WRITE_ONCE(ra->mmap_miss, --mmap_miss);
3227
3228         if (folio_test_readahead(folio)) {
3229                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3230                 page_cache_async_ra(&ractl, folio, ra->ra_pages);
3231         }
3232         return fpin;
3233 }
3234
3235 /**
3236  * filemap_fault - read in file data for page fault handling
3237  * @vmf:        struct vm_fault containing details of the fault
3238  *
3239  * filemap_fault() is invoked via the vma operations vector for a
3240  * mapped memory region to read in file data during a page fault.
3241  *
3242  * The goto's are kind of ugly, but this streamlines the normal case of having
3243  * it in the page cache, and handles the special cases reasonably without
3244  * having a lot of duplicated code.
3245  *
3246  * vma->vm_mm->mmap_lock must be held on entry.
3247  *
3248  * If our return value has VM_FAULT_RETRY set, it's because the mmap_lock
3249  * may be dropped before doing I/O or by lock_folio_maybe_drop_mmap().
3250  *
3251  * If our return value does not have VM_FAULT_RETRY set, the mmap_lock
3252  * has not been released.
3253  *
3254  * We never return with VM_FAULT_RETRY and a bit from VM_FAULT_ERROR set.
3255  *
3256  * Return: bitwise-OR of %VM_FAULT_ codes.
3257  */
3258 vm_fault_t filemap_fault(struct vm_fault *vmf)
3259 {
3260         int error;
3261         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3262         struct file *fpin = NULL;
3263         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3264         struct inode *inode = mapping->host;
3265         pgoff_t max_idx, index = vmf->pgoff;
3266         struct folio *folio;
3267         vm_fault_t ret = 0;
3268         bool mapping_locked = false;
3269
3270         max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
3271         if (unlikely(index >= max_idx))
3272                 return VM_FAULT_SIGBUS;
3273
3274         /*
3275          * Do we have something in the page cache already?
3276          */
3277         folio = filemap_get_folio(mapping, index);
3278         if (likely(!IS_ERR(folio))) {
3279                 /*
3280                  * We found the page, so try async readahead before waiting for
3281                  * the lock.
3282                  */
3283                 if (!(vmf->flags & FAULT_FLAG_TRIED))
3284                         fpin = do_async_mmap_readahead(vmf, folio);
3285                 if (unlikely(!folio_test_uptodate(folio))) {
3286                         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
3287                         mapping_locked = true;
3288                 }
3289         } else {
3290                 /* No page in the page cache at all */
3291                 count_vm_event(PGMAJFAULT);
3292                 count_memcg_event_mm(vmf->vma->vm_mm, PGMAJFAULT);
3293                 ret = VM_FAULT_MAJOR;
3294                 fpin = do_sync_mmap_readahead(vmf);
3295 retry_find:
3296                 /*
3297                  * See comment in filemap_create_folio() why we need
3298                  * invalidate_lock
3299                  */
3300                 if (!mapping_locked) {
3301                         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
3302                         mapping_locked = true;
3303                 }
3304                 folio = __filemap_get_folio(mapping, index,
3305                                           FGP_CREAT|FGP_FOR_MMAP,
3306                                           vmf->gfp_mask);
3307                 if (IS_ERR(folio)) {
3308                         if (fpin)
3309                                 goto out_retry;
3310                         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3311                         return VM_FAULT_OOM;
3312                 }
3313         }
3314
3315         if (!lock_folio_maybe_drop_mmap(vmf, folio, &fpin))
3316                 goto out_retry;
3317
3318         /* Did it get truncated? */
3319         if (unlikely(folio->mapping != mapping)) {
3320                 folio_unlock(folio);
3321                 folio_put(folio);
3322                 goto retry_find;
3323         }
3324         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, index), folio);
3325
3326         /*
3327          * We have a locked page in the page cache, now we need to check
3328          * that it's up-to-date. If not, it is going to be due to an error.
3329          */
3330         if (unlikely(!folio_test_uptodate(folio))) {
3331                 /*
3332                  * The page was in cache and uptodate and now it is not.
3333                  * Strange but possible since we didn't hold the page lock all
3334                  * the time. Let's drop everything get the invalidate lock and
3335                  * try again.
3336                  */
3337                 if (!mapping_locked) {
3338                         folio_unlock(folio);
3339                         folio_put(folio);
3340                         goto retry_find;
3341                 }
3342                 goto page_not_uptodate;
3343         }
3344
3345         /*
3346          * We've made it this far and we had to drop our mmap_lock, now is the
3347          * time to return to the upper layer and have it re-find the vma and
3348          * redo the fault.
3349          */
3350         if (fpin) {
3351                 folio_unlock(folio);
3352                 goto out_retry;
3353         }
3354         if (mapping_locked)
3355                 filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3356
3357         /*
3358          * Found the page and have a reference on it.
3359          * We must recheck i_size under page lock.
3360          */
3361         max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
3362         if (unlikely(index >= max_idx)) {
3363                 folio_unlock(folio);
3364                 folio_put(folio);
3365                 return VM_FAULT_SIGBUS;
3366         }
3367
3368         vmf->page = folio_file_page(folio, index);
3369         return ret | VM_FAULT_LOCKED;
3370
3371 page_not_uptodate:
3372         /*
3373          * Umm, take care of errors if the page isn't up-to-date.
3374          * Try to re-read it _once_. We do this synchronously,
3375          * because there really aren't any performance issues here
3376          * and we need to check for errors.
3377          */
3378         fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3379         error = filemap_read_folio(file, mapping->a_ops->read_folio, folio);
3380         if (fpin)
3381                 goto out_retry;
3382         folio_put(folio);
3383
3384         if (!error || error == AOP_TRUNCATED_PAGE)
3385                 goto retry_find;
3386         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3387
3388         return VM_FAULT_SIGBUS;
3389
3390 out_retry:
3391         /*
3392          * We dropped the mmap_lock, we need to return to the fault handler to
3393          * re-find the vma and come back and find our hopefully still populated
3394          * page.
3395          */
3396         if (!IS_ERR(folio))
3397                 folio_put(folio);
3398         if (mapping_locked)
3399                 filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3400         if (fpin)
3401                 fput(fpin);
3402         return ret | VM_FAULT_RETRY;
3403 }
3404 EXPORT_SYMBOL(filemap_fault);
3405
3406 static bool filemap_map_pmd(struct vm_fault *vmf, struct folio *folio,
3407                 pgoff_t start)
3408 {
3409         struct mm_struct *mm = vmf->vma->vm_mm;
3410
3411         /* Huge page is mapped? No need to proceed. */
3412         if (pmd_trans_huge(*vmf->pmd)) {
3413                 folio_unlock(folio);
3414                 folio_put(folio);
3415                 return true;
3416         }
3417
3418         if (pmd_none(*vmf->pmd) && folio_test_pmd_mappable(folio)) {
3419                 struct page *page = folio_file_page(folio, start);
3420                 vm_fault_t ret = do_set_pmd(vmf, page);
3421                 if (!ret) {
3422                         /* The page is mapped successfully, reference consumed. */
3423                         folio_unlock(folio);
3424                         return true;
3425                 }
3426         }
3427
3428         if (pmd_none(*vmf->pmd))
3429                 pmd_install(mm, vmf->pmd, &vmf->prealloc_pte);
3430
3431         return false;
3432 }
3433
3434 static struct folio *next_uptodate_folio(struct xa_state *xas,
3435                 struct address_space *mapping, pgoff_t end_pgoff)
3436 {
3437         struct folio *folio = xas_next_entry(xas, end_pgoff);
3438         unsigned long max_idx;
3439
3440         do {
3441                 if (!folio)
3442                         return NULL;
3443                 if (xas_retry(xas, folio))
3444                         continue;
3445                 if (xa_is_value(folio))
3446                         continue;
3447                 if (folio_test_locked(folio))
3448                         continue;
3449                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
3450                         continue;
3451                 /* Has the page moved or been split? */
3452                 if (unlikely(folio != xas_reload(xas)))
3453                         goto skip;
3454                 if (!folio_test_uptodate(folio) || folio_test_readahead(folio))
3455                         goto skip;
3456                 if (!folio_trylock(folio))
3457                         goto skip;
3458                 if (folio->mapping != mapping)
3459                         goto unlock;
3460                 if (!folio_test_uptodate(folio))
3461                         goto unlock;
3462                 max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(mapping->host), PAGE_SIZE);
3463                 if (xas->xa_index >= max_idx)
3464                         goto unlock;
3465                 return folio;
3466 unlock:
3467                 folio_unlock(folio);
3468 skip:
3469                 folio_put(folio);
3470         } while ((folio = xas_next_entry(xas, end_pgoff)) != NULL);
3471
3472         return NULL;
3473 }
3474
3475 /*
3476  * Map page range [start_page, start_page + nr_pages) of folio.
3477  * start_page is gotten from start by folio_page(folio, start)
3478  */
3479 static vm_fault_t filemap_map_folio_range(struct vm_fault *vmf,
3480                         struct folio *folio, unsigned long start,
3481                         unsigned long addr, unsigned int nr_pages)
3482 {
3483         vm_fault_t ret = 0;
3484         struct vm_area_struct *vma = vmf->vma;
3485         struct file *file = vma->vm_file;
3486         struct page *page = folio_page(folio, start);
3487         unsigned int mmap_miss = READ_ONCE(file->f_ra.mmap_miss);
3488         unsigned int count = 0;
3489         pte_t *old_ptep = vmf->pte;
3490
3491         do {
3492                 if (PageHWPoison(page + count))
3493                         goto skip;
3494
3495                 if (mmap_miss > 0)
3496                         mmap_miss--;
3497
3498                 /*
3499                  * NOTE: If there're PTE markers, we'll leave them to be
3500                  * handled in the specific fault path, and it'll prohibit the
3501                  * fault-around logic.
3502                  */
3503                 if (!pte_none(vmf->pte[count]))
3504                         goto skip;
3505
3506                 count++;
3507                 continue;
3508 skip:
3509                 if (count) {
3510                         set_pte_range(vmf, folio, page, count, addr);
3511                         folio_ref_add(folio, count);
3512                         if (in_range(vmf->address, addr, count))
3513                                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3514                 }
3515
3516                 count++;
3517                 page += count;
3518                 vmf->pte += count;
3519                 addr += count * PAGE_SIZE;
3520                 count = 0;
3521         } while (--nr_pages > 0);
3522
3523         if (count) {
3524                 set_pte_range(vmf, folio, page, count, addr);
3525                 folio_ref_add(folio, count);
3526                 if (in_range(vmf->address, addr, count))
3527                         ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3528         }
3529
3530         vmf->pte = old_ptep;
3531         WRITE_ONCE(file->f_ra.mmap_miss, mmap_miss);
3532
3533         return ret;
3534 }
3535
3536 vm_fault_t filemap_map_pages(struct vm_fault *vmf,
3537                              pgoff_t start_pgoff, pgoff_t end_pgoff)
3538 {
3539         struct vm_area_struct *vma = vmf->vma;
3540         struct file *file = vma->vm_file;
3541         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3542         pgoff_t last_pgoff = start_pgoff;
3543         unsigned long addr;
3544         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_pgoff);
3545         struct folio *folio;
3546         vm_fault_t ret = 0;
3547         int nr_pages = 0;
3548
3549         rcu_read_lock();
3550         folio = next_uptodate_folio(&xas, mapping, end_pgoff);
3551         if (!folio)
3552                 goto out;
3553
3554         if (filemap_map_pmd(vmf, folio, start_pgoff)) {
3555                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3556                 goto out;
3557         }
3558
3559         addr = vma->vm_start + ((start_pgoff - vma->vm_pgoff) << PAGE_SHIFT);
3560         vmf->pte = pte_offset_map_lock(vma->vm_mm, vmf->pmd, addr, &vmf->ptl);
3561         if (!vmf->pte) {
3562                 folio_unlock(folio);
3563                 folio_put(folio);
3564                 goto out;
3565         }
3566         do {
3567                 unsigned long end;
3568
3569                 addr += (xas.xa_index - last_pgoff) << PAGE_SHIFT;
3570                 vmf->pte += xas.xa_index - last_pgoff;
3571                 last_pgoff = xas.xa_index;
3572                 end = folio->index + folio_nr_pages(folio) - 1;
3573                 nr_pages = min(end, end_pgoff) - xas.xa_index + 1;
3574
3575                 /*
3576                  * NOTE: If there're PTE markers, we'll leave them to be
3577                  * handled in the specific fault path, and it'll prohibit the
3578                  * fault-around logic.
3579                  */
3580                 if (!pte_none(ptep_get(vmf->pte)))
3581                         goto unlock;
3582
3583                 ret |= filemap_map_folio_range(vmf, folio,
3584                                 xas.xa_index - folio->index, addr, nr_pages);
3585
3586 unlock:
3587                 folio_unlock(folio);
3588                 folio_put(folio);
3589                 folio = next_uptodate_folio(&xas, mapping, end_pgoff);
3590         } while (folio);
3591         pte_unmap_unlock(vmf->pte, vmf->ptl);
3592 out:
3593         rcu_read_unlock();
3594         return ret;
3595 }
3596 EXPORT_SYMBOL(filemap_map_pages);
3597
3598 vm_fault_t filemap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf)
3599 {
3600         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
3601         struct folio *folio = page_folio(vmf->page);
3602         vm_fault_t ret = VM_FAULT_LOCKED;
3603
3604         sb_start_pagefault(mapping->host->i_sb);
3605         file_update_time(vmf->vma->vm_file);
3606         folio_lock(folio);
3607         if (folio->mapping != mapping) {
3608                 folio_unlock(folio);
3609                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3610                 goto out;
3611         }
3612         /*
3613          * We mark the folio dirty already here so that when freeze is in
3614          * progress, we are guaranteed that writeback during freezing will
3615          * see the dirty folio and writeprotect it again.
3616          */
3617         folio_mark_dirty(folio);
3618         folio_wait_stable(folio);
3619 out:
3620         sb_end_pagefault(mapping->host->i_sb);
3621         return ret;
3622 }
3623
3624 const struct vm_operations_struct generic_file_vm_ops = {
3625         .fault          = filemap_fault,
3626         .map_pages      = filemap_map_pages,
3627         .page_mkwrite   = filemap_page_mkwrite,
3628 };
3629
3630 /* This is used for a general mmap of a disk file */
3631
3632 int generic_file_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3633 {
3634         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3635
3636         if (!mapping->a_ops->read_folio)
3637                 return -ENOEXEC;
3638         file_accessed(file);
3639         vma->vm_ops = &generic_file_vm_ops;
3640         return 0;
3641 }
3642
3643 /*
3644  * This is for filesystems which do not implement ->writepage.
3645  */
3646 int generic_file_readonly_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3647 {
3648         if ((vma->vm_flags & VM_SHARED) && (vma->vm_flags & VM_MAYWRITE))
3649                 return -EINVAL;
3650         return generic_file_mmap(file, vma);
3651 }
3652 #else
3653 vm_fault_t filemap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf)
3654 {
3655         return VM_FAULT_SIGBUS;
3656 }
3657 int generic_file_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3658 {
3659         return -ENOSYS;
3660 }
3661 int generic_file_readonly_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3662 {
3663         return -ENOSYS;
3664 }
3665 #endif /* CONFIG_MMU */
3666
3667 EXPORT_SYMBOL(filemap_page_mkwrite);
3668 EXPORT_SYMBOL(generic_file_mmap);
3669 EXPORT_SYMBOL(generic_file_readonly_mmap);
3670
3671 static struct folio *do_read_cache_folio(struct address_space *mapping,
3672                 pgoff_t index, filler_t filler, struct file *file, gfp_t gfp)
3673 {
3674         struct folio *folio;
3675         int err;
3676
3677         if (!filler)
3678                 filler = mapping->a_ops->read_folio;
3679 repeat:
3680         folio = filemap_get_folio(mapping, index);
3681         if (IS_ERR(folio)) {
3682                 folio = filemap_alloc_folio(gfp, 0);
3683                 if (!folio)
3684                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
3685                 err = filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp);
3686                 if (unlikely(err)) {
3687                         folio_put(folio);
3688                         if (err == -EEXIST)
3689                                 goto repeat;
3690                         /* Presumably ENOMEM for xarray node */
3691                         return ERR_PTR(err);
3692                 }
3693
3694                 goto filler;
3695         }
3696         if (folio_test_uptodate(folio))
3697                 goto out;
3698
3699         if (!folio_trylock(folio)) {
3700                 folio_put_wait_locked(folio, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
3701                 goto repeat;
3702         }
3703
3704         /* Folio was truncated from mapping */
3705         if (!folio->mapping) {
3706                 folio_unlock(folio);
3707                 folio_put(folio);
3708                 goto repeat;
3709         }
3710
3711         /* Someone else locked and filled the page in a very small window */
3712         if (folio_test_uptodate(folio)) {
3713                 folio_unlock(folio);
3714                 goto out;
3715         }
3716
3717 filler:
3718         err = filemap_read_folio(file, filler, folio);
3719         if (err) {
3720                 folio_put(folio);
3721                 if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
3722                         goto repeat;
3723                 return ERR_PTR(err);
3724         }
3725
3726 out:
3727         folio_mark_accessed(folio);
3728         return folio;
3729 }
3730
3731 /**
3732  * read_cache_folio - Read into page cache, fill it if needed.
3733  * @mapping: The address_space to read from.
3734  * @index: The index to read.
3735  * @filler: Function to perform the read, or NULL to use aops->read_folio().
3736  * @file: Passed to filler function, may be NULL if not required.
3737  *
3738  * Read one page into the page cache.  If it succeeds, the folio returned
3739  * will contain @index, but it may not be the first page of the folio.
3740  *
3741  * If the filler function returns an error, it will be returned to the
3742  * caller.
3743  *
3744  * Context: May sleep.  Expects mapping->invalidate_lock to be held.
3745  * Return: An uptodate folio on success, ERR_PTR() on failure.
3746  */
3747 struct folio *read_cache_folio(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
3748                 filler_t filler, struct file *file)
3749 {
3750         return do_read_cache_folio(mapping, index, filler, file,
3751                         mapping_gfp_mask(mapping));
3752 }
3753 EXPORT_SYMBOL(read_cache_folio);
3754
3755 /**
3756  * mapping_read_folio_gfp - Read into page cache, using specified allocation flags.
3757  * @mapping:    The address_space for the folio.
3758  * @index:      The index that the allocated folio will contain.
3759  * @gfp:        The page allocator flags to use if allocating.
3760  *
3761  * This is the same as "read_cache_folio(mapping, index, NULL, NULL)", but with
3762  * any new memory allocations done using the specified allocation flags.
3763  *
3764  * The most likely error from this function is EIO, but ENOMEM is
3765  * possible and so is EINTR.  If ->read_folio returns another error,
3766  * that will be returned to the caller.
3767  *
3768  * The function expects mapping->invalidate_lock to be already held.
3769  *
3770  * Return: Uptodate folio on success, ERR_PTR() on failure.
3771  */
3772 struct folio *mapping_read_folio_gfp(struct address_space *mapping,
3773                 pgoff_t index, gfp_t gfp)
3774 {
3775         return do_read_cache_folio(mapping, index, NULL, NULL, gfp);
3776 }
3777 EXPORT_SYMBOL(mapping_read_folio_gfp);
3778
3779 static struct page *do_read_cache_page(struct address_space *mapping,
3780                 pgoff_t index, filler_t *filler, struct file *file, gfp_t gfp)
3781 {
3782         struct folio *folio;
3783
3784         folio = do_read_cache_folio(mapping, index, filler, file, gfp);
3785         if (IS_ERR(folio))
3786                 return &folio->page;
3787         return folio_file_page(folio, index);
3788 }
3789
3790 struct page *read_cache_page(struct address_space *mapping,
3791                         pgoff_t index, filler_t *filler, struct file *file)
3792 {
3793         return do_read_cache_page(mapping, index, filler, file,
3794                         mapping_gfp_mask(mapping));
3795 }
3796 EXPORT_SYMBOL(read_cache_page);
3797
3798 /**
3799  * read_cache_page_gfp - read into page cache, using specified page allocation flags.
3800  * @mapping:    the page's address_space
3801  * @index:      the page index
3802  * @gfp:        the page allocator flags to use if allocating
3803  *
3804  * This is the same as "read_mapping_page(mapping, index, NULL)", but with
3805  * any new page allocations done using the specified allocation flags.
3806  *
3807  * If the page does not get brought uptodate, return -EIO.
3808  *
3809  * The function expects mapping->invalidate_lock to be already held.
3810  *
3811  * Return: up to date page on success, ERR_PTR() on failure.
3812  */
3813 struct page *read_cache_page_gfp(struct address_space *mapping,
3814                                 pgoff_t index,
3815                                 gfp_t gfp)
3816 {
3817         return do_read_cache_page(mapping, index, NULL, NULL, gfp);
3818 }
3819 EXPORT_SYMBOL(read_cache_page_gfp);
3820
3821 /*
3822  * Warn about a page cache invalidation failure during a direct I/O write.
3823  */
3824 static void dio_warn_stale_pagecache(struct file *filp)
3825 {
3826         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(_rs, 86400 * HZ, DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3827         char pathname[128];
3828         char *path;
3829
3830         errseq_set(&filp->f_mapping->wb_err, -EIO);
3831         if (__ratelimit(&_rs)) {
3832                 path = file_path(filp, pathname, sizeof(pathname));
3833                 if (IS_ERR(path))
3834                         path = "(unknown)";
3835                 pr_crit("Page cache invalidation failure on direct I/O.  Possible data corruption due to collision with buffered I/O!\n");
3836                 pr_crit("File: %s PID: %d Comm: %.20s\n", path, current->pid,
3837                         current->comm);
3838         }
3839 }
3840
3841 void kiocb_invalidate_post_direct_write(struct kiocb *iocb, size_t count)
3842 {
3843         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
3844
3845         if (mapping->nrpages &&
3846             invalidate_inode_pages2_range(mapping,
3847                         iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT,
3848                         (iocb->ki_pos + count - 1) >> PAGE_SHIFT))
3849                 dio_warn_stale_pagecache(iocb->ki_filp);
3850 }
3851
3852 ssize_t
3853 generic_file_direct_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
3854 {
3855         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
3856         size_t write_len = iov_iter_count(from);
3857         ssize_t written;
3858
3859         /*
3860          * If a page can not be invalidated, return 0 to fall back
3861          * to buffered write.
3862          */
3863         written = kiocb_invalidate_pages(iocb, write_len);
3864         if (written) {
3865                 if (written == -EBUSY)
3866                         return 0;
3867                 return written;
3868         }
3869
3870         written = mapping->a_ops->direct_IO(iocb, from);
3871
3872         /*
3873          * Finally, try again to invalidate clean pages which might have been
3874          * cached by non-direct readahead, or faulted in by get_user_pages()
3875          * if the source of the write was an mmap'ed region of the file
3876          * we're writing.  Either one is a pretty crazy thing to do,
3877          * so we don't support it 100%.  If this invalidation
3878          * fails, tough, the write still worked...
3879          *
3880          * Most of the time we do not need this since dio_complete() will do
3881          * the invalidation for us. However there are some file systems that
3882          * do not end up with dio_complete() being called, so let's not break
3883          * them by removing it completely.
3884          *
3885          * Noticeable example is a blkdev_direct_IO().
3886          *
3887          * Skip invalidation for async writes or if mapping has no pages.
3888          */
3889         if (written > 0) {
3890                 struct inode *inode = mapping->host;
3891                 loff_t pos = iocb->ki_pos;
3892
3893                 kiocb_invalidate_post_direct_write(iocb, written);
3894                 pos += written;
3895                 write_len -= written;
3896                 if (pos > i_size_read(inode) && !S_ISBLK(inode->i_mode)) {
3897                         i_size_write(inode, pos);
3898                         mark_inode_dirty(inode);
3899                 }
3900                 iocb->ki_pos = pos;
3901         }
3902         if (written != -EIOCBQUEUED)
3903                 iov_iter_revert(from, write_len - iov_iter_count(from));
3904         return written;
3905 }
3906 EXPORT_SYMBOL(generic_file_direct_write);
3907
3908 ssize_t generic_perform_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *i)
3909 {
3910         struct file *file = iocb->ki_filp;
3911         loff_t pos = iocb->ki_pos;
3912         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3913         const struct address_space_operations *a_ops = mapping->a_ops;
3914         long status = 0;
3915         ssize_t written = 0;
3916
3917         do {
3918                 struct page *page;
3919                 unsigned long offset;   /* Offset into pagecache page */
3920                 unsigned long bytes;    /* Bytes to write to page */
3921                 size_t copied;          /* Bytes copied from user */
3922                 void *fsdata = NULL;
3923
3924                 offset = (pos & (PAGE_SIZE - 1));
3925                 bytes = min_t(unsigned long, PAGE_SIZE - offset,
3926                                                 iov_iter_count(i));
3927
3928 again:
3929                 /*
3930                  * Bring in the user page that we will copy from _first_.
3931                  * Otherwise there's a nasty deadlock on copying from the
3932                  * same page as we're writing to, without it being marked
3933                  * up-to-date.
3934                  */
3935                 if (unlikely(fault_in_iov_iter_readable(i, bytes) == bytes)) {
3936                         status = -EFAULT;
3937                         break;
3938                 }
3939
3940                 if (fatal_signal_pending(current)) {
3941                         status = -EINTR;
3942                         break;
3943                 }
3944
3945                 status = a_ops->write_begin(file, mapping, pos, bytes,
3946                                                 &page, &fsdata);
3947                 if (unlikely(status < 0))
3948                         break;
3949
3950                 if (mapping_writably_mapped(mapping))
3951                         flush_dcache_page(page);
3952
3953                 copied = copy_page_from_iter_atomic(page, offset, bytes, i);
3954                 flush_dcache_page(page);
3955
3956                 status = a_ops->write_end(file, mapping, pos, bytes, copied,
3957                                                 page, fsdata);
3958                 if (unlikely(status != copied)) {
3959                         iov_iter_revert(i, copied - max(status, 0L));
3960                         if (unlikely(status < 0))
3961                                 break;
3962                 }
3963                 cond_resched();
3964
3965                 if (unlikely(status == 0)) {
3966                         /*
3967                          * A short copy made ->write_end() reject the
3968                          * thing entirely.  Might be memory poisoning
3969                          * halfway through, might be a race with munmap,
3970                          * might be severe memory pressure.
3971                          */
3972                         if (copied)
3973                                 bytes = copied;
3974                         goto again;
3975                 }
3976                 pos += status;
3977                 written += status;
3978
3979                 balance_dirty_pages_ratelimited(mapping);
3980         } while (iov_iter_count(i));
3981
3982         if (!written)
3983                 return status;
3984         iocb->ki_pos += written;
3985         return written;
3986 }
3987 EXPORT_SYMBOL(generic_perform_write);
3988
3989 /**
3990  * __generic_file_write_iter - write data to a file
3991  * @iocb:       IO state structure (file, offset, etc.)
3992  * @from:       iov_iter with data to write
3993  *
3994  * This function does all the work needed for actually writing data to a
3995  * file. It does all basic checks, removes SUID from the file, updates
3996  * modification times and calls proper subroutines depending on whether we
3997  * do direct IO or a standard buffered write.
3998  *
3999  * It expects i_rwsem to be grabbed unless we work on a block device or similar
4000  * object which does not need locking at all.
4001  *
4002  * This function does *not* take care of syncing data in case of O_SYNC write.
4003  * A caller has to handle it. This is mainly due to the fact that we want to
4004  * avoid syncing under i_rwsem.
4005  *
4006  * Return:
4007  * * number of bytes written, even for truncated writes
4008  * * negative error code if no data has been written at all
4009  */
4010 ssize_t __generic_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
4011 {
4012         struct file *file = iocb->ki_filp;
4013         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
4014         struct inode *inode = mapping->host;
4015         ssize_t ret;
4016
4017         ret = file_remove_privs(file);
4018         if (ret)
4019                 return ret;
4020
4021         ret = file_update_time(file);
4022         if (ret)
4023                 return ret;
4024
4025         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
4026                 ret = generic_file_direct_write(iocb, from);
4027                 /*
4028                  * If the write stopped short of completing, fall back to
4029                  * buffered writes.  Some filesystems do this for writes to
4030                  * holes, for example.  For DAX files, a buffered write will
4031                  * not succeed (even if it did, DAX does not handle dirty
4032                  * page-cache pages correctly).
4033                  */
4034                 if (ret < 0 || !iov_iter_count(from) || IS_DAX(inode))
4035                         return ret;
4036                 return direct_write_fallback(iocb, from, ret,
4037                                 generic_perform_write(iocb, from));
4038         }
4039
4040         return generic_perform_write(iocb, from);
4041 }
4042 EXPORT_SYMBOL(__generic_file_write_iter);
4043
4044 /**
4045  * generic_file_write_iter - write data to a file
4046  * @iocb:       IO state structure
4047  * @from:       iov_iter with data to write
4048  *
4049  * This is a wrapper around __generic_file_write_iter() to be used by most
4050  * filesystems. It takes care of syncing the file in case of O_SYNC file
4051  * and acquires i_rwsem as needed.
4052  * Return:
4053  * * negative error code if no data has been written at all of
4054  *   vfs_fsync_range() failed for a synchronous write
4055  * * number of bytes written, even for truncated writes
4056  */
4057 ssize_t generic_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
4058 {
4059         struct file *file = iocb->ki_filp;
4060         struct inode *inode = file->f_mapping->host;
4061         ssize_t ret;
4062
4063         inode_lock(inode);
4064         ret = generic_write_checks(iocb, from);
4065         if (ret > 0)
4066                 ret = __generic_file_write_iter(iocb, from);
4067         inode_unlock(inode);
4068
4069         if (ret > 0)
4070                 ret = generic_write_sync(iocb, ret);
4071         return ret;
4072 }
4073 EXPORT_SYMBOL(generic_file_write_iter);
4074
4075 /**
4076  * filemap_release_folio() - Release fs-specific metadata on a folio.
4077  * @folio: The folio which the kernel is trying to free.
4078  * @gfp: Memory allocation flags (and I/O mode).
4079  *
4080  * The address_space is trying to release any data attached to a folio
4081  * (presumably at folio->private).
4082  *
4083  * This will also be called if the private_2 flag is set on a page,
4084  * indicating that the folio has other metadata associated with it.
4085  *
4086  * The @gfp argument specifies whether I/O may be performed to release
4087  * this page (__GFP_IO), and whether the call may block
4088  * (__GFP_RECLAIM & __GFP_FS).
4089  *
4090  * Return: %true if the release was successful, otherwise %false.
4091  */
4092 bool filemap_release_folio(struct folio *folio, gfp_t gfp)
4093 {
4094         struct address_space * const mapping = folio->mapping;
4095
4096         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
4097         if (!folio_needs_release(folio))
4098                 return true;
4099         if (folio_test_writeback(folio))
4100                 return false;
4101
4102         if (mapping && mapping->a_ops->release_folio)
4103                 return mapping->a_ops->release_folio(folio, gfp);
4104         return try_to_free_buffers(folio);
4105 }
4106 EXPORT_SYMBOL(filemap_release_folio);
4107
4108 #ifdef CONFIG_CACHESTAT_SYSCALL
4109 /**
4110  * filemap_cachestat() - compute the page cache statistics of a mapping
4111  * @mapping:    The mapping to compute the statistics for.
4112  * @first_index:        The starting page cache index.
4113  * @last_index: The final page index (inclusive).
4114  * @cs: the cachestat struct to write the result to.
4115  *
4116  * This will query the page cache statistics of a mapping in the
4117  * page range of [first_index, last_index] (inclusive). The statistics
4118  * queried include: number of dirty pages, number of pages marked for
4119  * writeback, and the number of (recently) evicted pages.
4120  */
4121 static void filemap_cachestat(struct address_space *mapping,
4122                 pgoff_t first_index, pgoff_t last_index, struct cachestat *cs)
4123 {
4124         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, first_index);
4125         struct folio *folio;
4126
4127         rcu_read_lock();
4128         xas_for_each(&xas, folio, last_index) {
4129                 unsigned long nr_pages;
4130                 pgoff_t folio_first_index, folio_last_index;
4131
4132                 if (xas_retry(&xas, folio))
4133                         continue;
4134
4135                 if (xa_is_value(folio)) {
4136                         /* page is evicted */
4137                         void *shadow = (void *)folio;
4138                         bool workingset; /* not used */
4139                         int order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
4140
4141                         nr_pages = 1 << order;
4142                         folio_first_index = round_down(xas.xa_index, 1 << order);
4143                         folio_last_index = folio_first_index + nr_pages - 1;
4144
4145                         /* Folios might straddle the range boundaries, only count covered pages */
4146                         if (folio_first_index < first_index)
4147                                 nr_pages -= first_index - folio_first_index;
4148
4149                         if (folio_last_index > last_index)
4150                                 nr_pages -= folio_last_index - last_index;
4151
4152                         cs->nr_evicted += nr_pages;
4153
4154 #ifdef CONFIG_SWAP /* implies CONFIG_MMU */
4155                         if (shmem_mapping(mapping)) {
4156                                 /* shmem file - in swap cache */
4157                                 swp_entry_t swp = radix_to_swp_entry(folio);
4158
4159                                 shadow = get_shadow_from_swap_cache(swp);
4160                         }
4161 #endif
4162                         if (workingset_test_recent(shadow, true, &workingset))
4163                                 cs->nr_recently_evicted += nr_pages;
4164
4165                         goto resched;
4166                 }
4167
4168                 nr_pages = folio_nr_pages(folio);
4169                 folio_first_index = folio_pgoff(folio);
4170                 folio_last_index = folio_first_index + nr_pages - 1;
4171
4172                 /* Folios might straddle the range boundaries, only count covered pages */
4173                 if (folio_first_index < first_index)
4174                         nr_pages -= first_index - folio_first_index;
4175
4176                 if (folio_last_index > last_index)
4177                         nr_pages -= folio_last_index - last_index;
4178
4179                 /* page is in cache */
4180                 cs->nr_cache += nr_pages;
4181
4182                 if (folio_test_dirty(folio))
4183                         cs->nr_dirty += nr_pages;
4184
4185                 if (folio_test_writeback(folio))
4186                         cs->nr_writeback += nr_pages;
4187
4188 resched:
4189                 if (need_resched()) {
4190                         xas_pause(&xas);
4191                         cond_resched_rcu();
4192                 }
4193         }
4194         rcu_read_unlock();
4195 }
4196
4197 /*
4198  * The cachestat(2) system call.
4199  *
4200  * cachestat() returns the page cache statistics of a file in the
4201  * bytes range specified by `off` and `len`: number of cached pages,
4202  * number of dirty pages, number of pages marked for writeback,
4203  * number of evicted pages, and number of recently evicted pages.
4204  *
4205  * An evicted page is a page that is previously in the page cache
4206  * but has been evicted since. A page is recently evicted if its last
4207  * eviction was recent enough that its reentry to the cache would
4208  * indicate that it is actively being used by the system, and that
4209  * there is memory pressure on the system.
4210  *
4211  * `off` and `len` must be non-negative integers. If `len` > 0,
4212  * the queried range is [`off`, `off` + `len`]. If `len` == 0,
4213  * we will query in the range from `off` to the end of the file.
4214  *
4215  * The `flags` argument is unused for now, but is included for future
4216  * extensibility. User should pass 0 (i.e no flag specified).
4217  *
4218  * Currently, hugetlbfs is not supported.
4219  *
4220  * Because the status of a page can change after cachestat() checks it
4221  * but before it returns to the application, the returned values may
4222  * contain stale information.
4223  *
4224  * return values:
4225  *  zero        - success
4226  *  -EFAULT     - cstat or cstat_range points to an illegal address
4227  *  -EINVAL     - invalid flags
4228  *  -EBADF      - invalid file descriptor
4229  *  -EOPNOTSUPP - file descriptor is of a hugetlbfs file
4230  */
4231 SYSCALL_DEFINE4(cachestat, unsigned int, fd,
4232                 struct cachestat_range __user *, cstat_range,
4233                 struct cachestat __user *, cstat, unsigned int, flags)
4234 {
4235         struct fd f = fdget(fd);
4236         struct address_space *mapping;
4237         struct cachestat_range csr;
4238         struct cachestat cs;
4239         pgoff_t first_index, last_index;
4240
4241         if (!f.file)
4242                 return -EBADF;
4243
4244         if (copy_from_user(&csr, cstat_range,
4245                         sizeof(struct cachestat_range))) {
4246                 fdput(f);
4247                 return -EFAULT;
4248         }
4249
4250         /* hugetlbfs is not supported */
4251         if (is_file_hugepages(f.file)) {
4252                 fdput(f);
4253                 return -EOPNOTSUPP;
4254         }
4255
4256         if (flags != 0) {
4257                 fdput(f);
4258                 return -EINVAL;
4259         }
4260
4261         first_index = csr.off >> PAGE_SHIFT;
4262         last_index =
4263                 csr.len == 0 ? ULONG_MAX : (csr.off + csr.len - 1) >> PAGE_SHIFT;
4264         memset(&cs, 0, sizeof(struct cachestat));
4265         mapping = f.file->f_mapping;
4266         filemap_cachestat(mapping, first_index, last_index, &cs);
4267         fdput(f);
4268
4269         if (copy_to_user(cstat, &cs, sizeof(struct cachestat)))
4270                 return -EFAULT;
4271
4272         return 0;
4273 }
4274 #endif /* CONFIG_CACHESTAT_SYSCALL */