net: report RCU QS on threaded NAPI repolling
[sfrench/cifs-2.6.git] / mm / filemap.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *      linux/mm/filemap.c
4  *
5  * Copyright (C) 1994-1999  Linus Torvalds
6  */
7
8 /*
9  * This file handles the generic file mmap semantics used by
10  * most "normal" filesystems (but you don't /have/ to use this:
11  * the NFS filesystem used to do this differently, for example)
12  */
13 #include <linux/export.h>
14 #include <linux/compiler.h>
15 #include <linux/dax.h>
16 #include <linux/fs.h>
17 #include <linux/sched/signal.h>
18 #include <linux/uaccess.h>
19 #include <linux/capability.h>
20 #include <linux/kernel_stat.h>
21 #include <linux/gfp.h>
22 #include <linux/mm.h>
23 #include <linux/swap.h>
24 #include <linux/swapops.h>
25 #include <linux/syscalls.h>
26 #include <linux/mman.h>
27 #include <linux/pagemap.h>
28 #include <linux/file.h>
29 #include <linux/uio.h>
30 #include <linux/error-injection.h>
31 #include <linux/hash.h>
32 #include <linux/writeback.h>
33 #include <linux/backing-dev.h>
34 #include <linux/pagevec.h>
35 #include <linux/security.h>
36 #include <linux/cpuset.h>
37 #include <linux/hugetlb.h>
38 #include <linux/memcontrol.h>
39 #include <linux/shmem_fs.h>
40 #include <linux/rmap.h>
41 #include <linux/delayacct.h>
42 #include <linux/psi.h>
43 #include <linux/ramfs.h>
44 #include <linux/page_idle.h>
45 #include <linux/migrate.h>
46 #include <linux/pipe_fs_i.h>
47 #include <linux/splice.h>
48 #include <linux/rcupdate_wait.h>
49 #include <asm/pgalloc.h>
50 #include <asm/tlbflush.h>
51 #include "internal.h"
52
53 #define CREATE_TRACE_POINTS
54 #include <trace/events/filemap.h>
55
56 /*
57  * FIXME: remove all knowledge of the buffer layer from the core VM
58  */
59 #include <linux/buffer_head.h> /* for try_to_free_buffers */
60
61 #include <asm/mman.h>
62
63 #include "swap.h"
64
65 /*
66  * Shared mappings implemented 30.11.1994. It's not fully working yet,
67  * though.
68  *
69  * Shared mappings now work. 15.8.1995  Bruno.
70  *
71  * finished 'unifying' the page and buffer cache and SMP-threaded the
72  * page-cache, 21.05.1999, Ingo Molnar <mingo@redhat.com>
73  *
74  * SMP-threaded pagemap-LRU 1999, Andrea Arcangeli <andrea@suse.de>
75  */
76
77 /*
78  * Lock ordering:
79  *
80  *  ->i_mmap_rwsem              (truncate_pagecache)
81  *    ->private_lock            (__free_pte->block_dirty_folio)
82  *      ->swap_lock             (exclusive_swap_page, others)
83  *        ->i_pages lock
84  *
85  *  ->i_rwsem
86  *    ->invalidate_lock         (acquired by fs in truncate path)
87  *      ->i_mmap_rwsem          (truncate->unmap_mapping_range)
88  *
89  *  ->mmap_lock
90  *    ->i_mmap_rwsem
91  *      ->page_table_lock or pte_lock   (various, mainly in memory.c)
92  *        ->i_pages lock        (arch-dependent flush_dcache_mmap_lock)
93  *
94  *  ->mmap_lock
95  *    ->invalidate_lock         (filemap_fault)
96  *      ->lock_page             (filemap_fault, access_process_vm)
97  *
98  *  ->i_rwsem                   (generic_perform_write)
99  *    ->mmap_lock               (fault_in_readable->do_page_fault)
100  *
101  *  bdi->wb.list_lock
102  *    sb_lock                   (fs/fs-writeback.c)
103  *    ->i_pages lock            (__sync_single_inode)
104  *
105  *  ->i_mmap_rwsem
106  *    ->anon_vma.lock           (vma_merge)
107  *
108  *  ->anon_vma.lock
109  *    ->page_table_lock or pte_lock     (anon_vma_prepare and various)
110  *
111  *  ->page_table_lock or pte_lock
112  *    ->swap_lock               (try_to_unmap_one)
113  *    ->private_lock            (try_to_unmap_one)
114  *    ->i_pages lock            (try_to_unmap_one)
115  *    ->lruvec->lru_lock        (follow_page->mark_page_accessed)
116  *    ->lruvec->lru_lock        (check_pte_range->isolate_lru_page)
117  *    ->private_lock            (folio_remove_rmap_pte->set_page_dirty)
118  *    ->i_pages lock            (folio_remove_rmap_pte->set_page_dirty)
119  *    bdi.wb->list_lock         (folio_remove_rmap_pte->set_page_dirty)
120  *    ->inode->i_lock           (folio_remove_rmap_pte->set_page_dirty)
121  *    ->memcg->move_lock        (folio_remove_rmap_pte->folio_memcg_lock)
122  *    bdi.wb->list_lock         (zap_pte_range->set_page_dirty)
123  *    ->inode->i_lock           (zap_pte_range->set_page_dirty)
124  *    ->private_lock            (zap_pte_range->block_dirty_folio)
125  */
126
127 static void page_cache_delete(struct address_space *mapping,
128                                    struct folio *folio, void *shadow)
129 {
130         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, folio->index);
131         long nr = 1;
132
133         mapping_set_update(&xas, mapping);
134
135         xas_set_order(&xas, folio->index, folio_order(folio));
136         nr = folio_nr_pages(folio);
137
138         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
139
140         xas_store(&xas, shadow);
141         xas_init_marks(&xas);
142
143         folio->mapping = NULL;
144         /* Leave page->index set: truncation lookup relies upon it */
145         mapping->nrpages -= nr;
146 }
147
148 static void filemap_unaccount_folio(struct address_space *mapping,
149                 struct folio *folio)
150 {
151         long nr;
152
153         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_mapped(folio), folio);
154         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM) && unlikely(folio_mapped(folio))) {
155                 pr_alert("BUG: Bad page cache in process %s  pfn:%05lx\n",
156                          current->comm, folio_pfn(folio));
157                 dump_page(&folio->page, "still mapped when deleted");
158                 dump_stack();
159                 add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
160
161                 if (mapping_exiting(mapping) && !folio_test_large(folio)) {
162                         int mapcount = page_mapcount(&folio->page);
163
164                         if (folio_ref_count(folio) >= mapcount + 2) {
165                                 /*
166                                  * All vmas have already been torn down, so it's
167                                  * a good bet that actually the page is unmapped
168                                  * and we'd rather not leak it: if we're wrong,
169                                  * another bad page check should catch it later.
170                                  */
171                                 page_mapcount_reset(&folio->page);
172                                 folio_ref_sub(folio, mapcount);
173                         }
174                 }
175         }
176
177         /* hugetlb folios do not participate in page cache accounting. */
178         if (folio_test_hugetlb(folio))
179                 return;
180
181         nr = folio_nr_pages(folio);
182
183         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_PAGES, -nr);
184         if (folio_test_swapbacked(folio)) {
185                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_SHMEM, -nr);
186                 if (folio_test_pmd_mappable(folio))
187                         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_SHMEM_THPS, -nr);
188         } else if (folio_test_pmd_mappable(folio)) {
189                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_THPS, -nr);
190                 filemap_nr_thps_dec(mapping);
191         }
192
193         /*
194          * At this point folio must be either written or cleaned by
195          * truncate.  Dirty folio here signals a bug and loss of
196          * unwritten data - on ordinary filesystems.
197          *
198          * But it's harmless on in-memory filesystems like tmpfs; and can
199          * occur when a driver which did get_user_pages() sets page dirty
200          * before putting it, while the inode is being finally evicted.
201          *
202          * Below fixes dirty accounting after removing the folio entirely
203          * but leaves the dirty flag set: it has no effect for truncated
204          * folio and anyway will be cleared before returning folio to
205          * buddy allocator.
206          */
207         if (WARN_ON_ONCE(folio_test_dirty(folio) &&
208                          mapping_can_writeback(mapping)))
209                 folio_account_cleaned(folio, inode_to_wb(mapping->host));
210 }
211
212 /*
213  * Delete a page from the page cache and free it. Caller has to make
214  * sure the page is locked and that nobody else uses it - or that usage
215  * is safe.  The caller must hold the i_pages lock.
216  */
217 void __filemap_remove_folio(struct folio *folio, void *shadow)
218 {
219         struct address_space *mapping = folio->mapping;
220
221         trace_mm_filemap_delete_from_page_cache(folio);
222         filemap_unaccount_folio(mapping, folio);
223         page_cache_delete(mapping, folio, shadow);
224 }
225
226 void filemap_free_folio(struct address_space *mapping, struct folio *folio)
227 {
228         void (*free_folio)(struct folio *);
229         int refs = 1;
230
231         free_folio = mapping->a_ops->free_folio;
232         if (free_folio)
233                 free_folio(folio);
234
235         if (folio_test_large(folio))
236                 refs = folio_nr_pages(folio);
237         folio_put_refs(folio, refs);
238 }
239
240 /**
241  * filemap_remove_folio - Remove folio from page cache.
242  * @folio: The folio.
243  *
244  * This must be called only on folios that are locked and have been
245  * verified to be in the page cache.  It will never put the folio into
246  * the free list because the caller has a reference on the page.
247  */
248 void filemap_remove_folio(struct folio *folio)
249 {
250         struct address_space *mapping = folio->mapping;
251
252         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
253         spin_lock(&mapping->host->i_lock);
254         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
255         __filemap_remove_folio(folio, NULL);
256         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
257         if (mapping_shrinkable(mapping))
258                 inode_add_lru(mapping->host);
259         spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
260
261         filemap_free_folio(mapping, folio);
262 }
263
264 /*
265  * page_cache_delete_batch - delete several folios from page cache
266  * @mapping: the mapping to which folios belong
267  * @fbatch: batch of folios to delete
268  *
269  * The function walks over mapping->i_pages and removes folios passed in
270  * @fbatch from the mapping. The function expects @fbatch to be sorted
271  * by page index and is optimised for it to be dense.
272  * It tolerates holes in @fbatch (mapping entries at those indices are not
273  * modified).
274  *
275  * The function expects the i_pages lock to be held.
276  */
277 static void page_cache_delete_batch(struct address_space *mapping,
278                              struct folio_batch *fbatch)
279 {
280         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, fbatch->folios[0]->index);
281         long total_pages = 0;
282         int i = 0;
283         struct folio *folio;
284
285         mapping_set_update(&xas, mapping);
286         xas_for_each(&xas, folio, ULONG_MAX) {
287                 if (i >= folio_batch_count(fbatch))
288                         break;
289
290                 /* A swap/dax/shadow entry got inserted? Skip it. */
291                 if (xa_is_value(folio))
292                         continue;
293                 /*
294                  * A page got inserted in our range? Skip it. We have our
295                  * pages locked so they are protected from being removed.
296                  * If we see a page whose index is higher than ours, it
297                  * means our page has been removed, which shouldn't be
298                  * possible because we're holding the PageLock.
299                  */
300                 if (folio != fbatch->folios[i]) {
301                         VM_BUG_ON_FOLIO(folio->index >
302                                         fbatch->folios[i]->index, folio);
303                         continue;
304                 }
305
306                 WARN_ON_ONCE(!folio_test_locked(folio));
307
308                 folio->mapping = NULL;
309                 /* Leave folio->index set: truncation lookup relies on it */
310
311                 i++;
312                 xas_store(&xas, NULL);
313                 total_pages += folio_nr_pages(folio);
314         }
315         mapping->nrpages -= total_pages;
316 }
317
318 void delete_from_page_cache_batch(struct address_space *mapping,
319                                   struct folio_batch *fbatch)
320 {
321         int i;
322
323         if (!folio_batch_count(fbatch))
324                 return;
325
326         spin_lock(&mapping->host->i_lock);
327         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
328         for (i = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++) {
329                 struct folio *folio = fbatch->folios[i];
330
331                 trace_mm_filemap_delete_from_page_cache(folio);
332                 filemap_unaccount_folio(mapping, folio);
333         }
334         page_cache_delete_batch(mapping, fbatch);
335         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
336         if (mapping_shrinkable(mapping))
337                 inode_add_lru(mapping->host);
338         spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
339
340         for (i = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++)
341                 filemap_free_folio(mapping, fbatch->folios[i]);
342 }
343
344 int filemap_check_errors(struct address_space *mapping)
345 {
346         int ret = 0;
347         /* Check for outstanding write errors */
348         if (test_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags) &&
349             test_and_clear_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags))
350                 ret = -ENOSPC;
351         if (test_bit(AS_EIO, &mapping->flags) &&
352             test_and_clear_bit(AS_EIO, &mapping->flags))
353                 ret = -EIO;
354         return ret;
355 }
356 EXPORT_SYMBOL(filemap_check_errors);
357
358 static int filemap_check_and_keep_errors(struct address_space *mapping)
359 {
360         /* Check for outstanding write errors */
361         if (test_bit(AS_EIO, &mapping->flags))
362                 return -EIO;
363         if (test_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags))
364                 return -ENOSPC;
365         return 0;
366 }
367
368 /**
369  * filemap_fdatawrite_wbc - start writeback on mapping dirty pages in range
370  * @mapping:    address space structure to write
371  * @wbc:        the writeback_control controlling the writeout
372  *
373  * Call writepages on the mapping using the provided wbc to control the
374  * writeout.
375  *
376  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
377  */
378 int filemap_fdatawrite_wbc(struct address_space *mapping,
379                            struct writeback_control *wbc)
380 {
381         int ret;
382
383         if (!mapping_can_writeback(mapping) ||
384             !mapping_tagged(mapping, PAGECACHE_TAG_DIRTY))
385                 return 0;
386
387         wbc_attach_fdatawrite_inode(wbc, mapping->host);
388         ret = do_writepages(mapping, wbc);
389         wbc_detach_inode(wbc);
390         return ret;
391 }
392 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite_wbc);
393
394 /**
395  * __filemap_fdatawrite_range - start writeback on mapping dirty pages in range
396  * @mapping:    address space structure to write
397  * @start:      offset in bytes where the range starts
398  * @end:        offset in bytes where the range ends (inclusive)
399  * @sync_mode:  enable synchronous operation
400  *
401  * Start writeback against all of a mapping's dirty pages that lie
402  * within the byte offsets <start, end> inclusive.
403  *
404  * If sync_mode is WB_SYNC_ALL then this is a "data integrity" operation, as
405  * opposed to a regular memory cleansing writeback.  The difference between
406  * these two operations is that if a dirty page/buffer is encountered, it must
407  * be waited upon, and not just skipped over.
408  *
409  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
410  */
411 int __filemap_fdatawrite_range(struct address_space *mapping, loff_t start,
412                                 loff_t end, int sync_mode)
413 {
414         struct writeback_control wbc = {
415                 .sync_mode = sync_mode,
416                 .nr_to_write = LONG_MAX,
417                 .range_start = start,
418                 .range_end = end,
419         };
420
421         return filemap_fdatawrite_wbc(mapping, &wbc);
422 }
423
424 static inline int __filemap_fdatawrite(struct address_space *mapping,
425         int sync_mode)
426 {
427         return __filemap_fdatawrite_range(mapping, 0, LLONG_MAX, sync_mode);
428 }
429
430 int filemap_fdatawrite(struct address_space *mapping)
431 {
432         return __filemap_fdatawrite(mapping, WB_SYNC_ALL);
433 }
434 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite);
435
436 int filemap_fdatawrite_range(struct address_space *mapping, loff_t start,
437                                 loff_t end)
438 {
439         return __filemap_fdatawrite_range(mapping, start, end, WB_SYNC_ALL);
440 }
441 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite_range);
442
443 /**
444  * filemap_flush - mostly a non-blocking flush
445  * @mapping:    target address_space
446  *
447  * This is a mostly non-blocking flush.  Not suitable for data-integrity
448  * purposes - I/O may not be started against all dirty pages.
449  *
450  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
451  */
452 int filemap_flush(struct address_space *mapping)
453 {
454         return __filemap_fdatawrite(mapping, WB_SYNC_NONE);
455 }
456 EXPORT_SYMBOL(filemap_flush);
457
458 /**
459  * filemap_range_has_page - check if a page exists in range.
460  * @mapping:           address space within which to check
461  * @start_byte:        offset in bytes where the range starts
462  * @end_byte:          offset in bytes where the range ends (inclusive)
463  *
464  * Find at least one page in the range supplied, usually used to check if
465  * direct writing in this range will trigger a writeback.
466  *
467  * Return: %true if at least one page exists in the specified range,
468  * %false otherwise.
469  */
470 bool filemap_range_has_page(struct address_space *mapping,
471                            loff_t start_byte, loff_t end_byte)
472 {
473         struct folio *folio;
474         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_byte >> PAGE_SHIFT);
475         pgoff_t max = end_byte >> PAGE_SHIFT;
476
477         if (end_byte < start_byte)
478                 return false;
479
480         rcu_read_lock();
481         for (;;) {
482                 folio = xas_find(&xas, max);
483                 if (xas_retry(&xas, folio))
484                         continue;
485                 /* Shadow entries don't count */
486                 if (xa_is_value(folio))
487                         continue;
488                 /*
489                  * We don't need to try to pin this page; we're about to
490                  * release the RCU lock anyway.  It is enough to know that
491                  * there was a page here recently.
492                  */
493                 break;
494         }
495         rcu_read_unlock();
496
497         return folio != NULL;
498 }
499 EXPORT_SYMBOL(filemap_range_has_page);
500
501 static void __filemap_fdatawait_range(struct address_space *mapping,
502                                      loff_t start_byte, loff_t end_byte)
503 {
504         pgoff_t index = start_byte >> PAGE_SHIFT;
505         pgoff_t end = end_byte >> PAGE_SHIFT;
506         struct folio_batch fbatch;
507         unsigned nr_folios;
508
509         folio_batch_init(&fbatch);
510
511         while (index <= end) {
512                 unsigned i;
513
514                 nr_folios = filemap_get_folios_tag(mapping, &index, end,
515                                 PAGECACHE_TAG_WRITEBACK, &fbatch);
516
517                 if (!nr_folios)
518                         break;
519
520                 for (i = 0; i < nr_folios; i++) {
521                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
522
523                         folio_wait_writeback(folio);
524                         folio_clear_error(folio);
525                 }
526                 folio_batch_release(&fbatch);
527                 cond_resched();
528         }
529 }
530
531 /**
532  * filemap_fdatawait_range - wait for writeback to complete
533  * @mapping:            address space structure to wait for
534  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
535  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
536  *
537  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space
538  * in the given range and wait for all of them.  Check error status of
539  * the address space and return it.
540  *
541  * Since the error status of the address space is cleared by this function,
542  * callers are responsible for checking the return value and handling and/or
543  * reporting the error.
544  *
545  * Return: error status of the address space.
546  */
547 int filemap_fdatawait_range(struct address_space *mapping, loff_t start_byte,
548                             loff_t end_byte)
549 {
550         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
551         return filemap_check_errors(mapping);
552 }
553 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_range);
554
555 /**
556  * filemap_fdatawait_range_keep_errors - wait for writeback to complete
557  * @mapping:            address space structure to wait for
558  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
559  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
560  *
561  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space in the
562  * given range and wait for all of them.  Unlike filemap_fdatawait_range(),
563  * this function does not clear error status of the address space.
564  *
565  * Use this function if callers don't handle errors themselves.  Expected
566  * call sites are system-wide / filesystem-wide data flushers: e.g. sync(2),
567  * fsfreeze(8)
568  */
569 int filemap_fdatawait_range_keep_errors(struct address_space *mapping,
570                 loff_t start_byte, loff_t end_byte)
571 {
572         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
573         return filemap_check_and_keep_errors(mapping);
574 }
575 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_range_keep_errors);
576
577 /**
578  * file_fdatawait_range - wait for writeback to complete
579  * @file:               file pointing to address space structure to wait for
580  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
581  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
582  *
583  * Walk the list of under-writeback pages of the address space that file
584  * refers to, in the given range and wait for all of them.  Check error
585  * status of the address space vs. the file->f_wb_err cursor and return it.
586  *
587  * Since the error status of the file is advanced by this function,
588  * callers are responsible for checking the return value and handling and/or
589  * reporting the error.
590  *
591  * Return: error status of the address space vs. the file->f_wb_err cursor.
592  */
593 int file_fdatawait_range(struct file *file, loff_t start_byte, loff_t end_byte)
594 {
595         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
596
597         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
598         return file_check_and_advance_wb_err(file);
599 }
600 EXPORT_SYMBOL(file_fdatawait_range);
601
602 /**
603  * filemap_fdatawait_keep_errors - wait for writeback without clearing errors
604  * @mapping: address space structure to wait for
605  *
606  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space
607  * and wait for all of them.  Unlike filemap_fdatawait(), this function
608  * does not clear error status of the address space.
609  *
610  * Use this function if callers don't handle errors themselves.  Expected
611  * call sites are system-wide / filesystem-wide data flushers: e.g. sync(2),
612  * fsfreeze(8)
613  *
614  * Return: error status of the address space.
615  */
616 int filemap_fdatawait_keep_errors(struct address_space *mapping)
617 {
618         __filemap_fdatawait_range(mapping, 0, LLONG_MAX);
619         return filemap_check_and_keep_errors(mapping);
620 }
621 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_keep_errors);
622
623 /* Returns true if writeback might be needed or already in progress. */
624 static bool mapping_needs_writeback(struct address_space *mapping)
625 {
626         return mapping->nrpages;
627 }
628
629 bool filemap_range_has_writeback(struct address_space *mapping,
630                                  loff_t start_byte, loff_t end_byte)
631 {
632         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_byte >> PAGE_SHIFT);
633         pgoff_t max = end_byte >> PAGE_SHIFT;
634         struct folio *folio;
635
636         if (end_byte < start_byte)
637                 return false;
638
639         rcu_read_lock();
640         xas_for_each(&xas, folio, max) {
641                 if (xas_retry(&xas, folio))
642                         continue;
643                 if (xa_is_value(folio))
644                         continue;
645                 if (folio_test_dirty(folio) || folio_test_locked(folio) ||
646                                 folio_test_writeback(folio))
647                         break;
648         }
649         rcu_read_unlock();
650         return folio != NULL;
651 }
652 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_range_has_writeback);
653
654 /**
655  * filemap_write_and_wait_range - write out & wait on a file range
656  * @mapping:    the address_space for the pages
657  * @lstart:     offset in bytes where the range starts
658  * @lend:       offset in bytes where the range ends (inclusive)
659  *
660  * Write out and wait upon file offsets lstart->lend, inclusive.
661  *
662  * Note that @lend is inclusive (describes the last byte to be written) so
663  * that this function can be used to write to the very end-of-file (end = -1).
664  *
665  * Return: error status of the address space.
666  */
667 int filemap_write_and_wait_range(struct address_space *mapping,
668                                  loff_t lstart, loff_t lend)
669 {
670         int err = 0, err2;
671
672         if (lend < lstart)
673                 return 0;
674
675         if (mapping_needs_writeback(mapping)) {
676                 err = __filemap_fdatawrite_range(mapping, lstart, lend,
677                                                  WB_SYNC_ALL);
678                 /*
679                  * Even if the above returned error, the pages may be
680                  * written partially (e.g. -ENOSPC), so we wait for it.
681                  * But the -EIO is special case, it may indicate the worst
682                  * thing (e.g. bug) happened, so we avoid waiting for it.
683                  */
684                 if (err != -EIO)
685                         __filemap_fdatawait_range(mapping, lstart, lend);
686         }
687         err2 = filemap_check_errors(mapping);
688         if (!err)
689                 err = err2;
690         return err;
691 }
692 EXPORT_SYMBOL(filemap_write_and_wait_range);
693
694 void __filemap_set_wb_err(struct address_space *mapping, int err)
695 {
696         errseq_t eseq = errseq_set(&mapping->wb_err, err);
697
698         trace_filemap_set_wb_err(mapping, eseq);
699 }
700 EXPORT_SYMBOL(__filemap_set_wb_err);
701
702 /**
703  * file_check_and_advance_wb_err - report wb error (if any) that was previously
704  *                                 and advance wb_err to current one
705  * @file: struct file on which the error is being reported
706  *
707  * When userland calls fsync (or something like nfsd does the equivalent), we
708  * want to report any writeback errors that occurred since the last fsync (or
709  * since the file was opened if there haven't been any).
710  *
711  * Grab the wb_err from the mapping. If it matches what we have in the file,
712  * then just quickly return 0. The file is all caught up.
713  *
714  * If it doesn't match, then take the mapping value, set the "seen" flag in
715  * it and try to swap it into place. If it works, or another task beat us
716  * to it with the new value, then update the f_wb_err and return the error
717  * portion. The error at this point must be reported via proper channels
718  * (a'la fsync, or NFS COMMIT operation, etc.).
719  *
720  * While we handle mapping->wb_err with atomic operations, the f_wb_err
721  * value is protected by the f_lock since we must ensure that it reflects
722  * the latest value swapped in for this file descriptor.
723  *
724  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
725  */
726 int file_check_and_advance_wb_err(struct file *file)
727 {
728         int err = 0;
729         errseq_t old = READ_ONCE(file->f_wb_err);
730         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
731
732         /* Locklessly handle the common case where nothing has changed */
733         if (errseq_check(&mapping->wb_err, old)) {
734                 /* Something changed, must use slow path */
735                 spin_lock(&file->f_lock);
736                 old = file->f_wb_err;
737                 err = errseq_check_and_advance(&mapping->wb_err,
738                                                 &file->f_wb_err);
739                 trace_file_check_and_advance_wb_err(file, old);
740                 spin_unlock(&file->f_lock);
741         }
742
743         /*
744          * We're mostly using this function as a drop in replacement for
745          * filemap_check_errors. Clear AS_EIO/AS_ENOSPC to emulate the effect
746          * that the legacy code would have had on these flags.
747          */
748         clear_bit(AS_EIO, &mapping->flags);
749         clear_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags);
750         return err;
751 }
752 EXPORT_SYMBOL(file_check_and_advance_wb_err);
753
754 /**
755  * file_write_and_wait_range - write out & wait on a file range
756  * @file:       file pointing to address_space with pages
757  * @lstart:     offset in bytes where the range starts
758  * @lend:       offset in bytes where the range ends (inclusive)
759  *
760  * Write out and wait upon file offsets lstart->lend, inclusive.
761  *
762  * Note that @lend is inclusive (describes the last byte to be written) so
763  * that this function can be used to write to the very end-of-file (end = -1).
764  *
765  * After writing out and waiting on the data, we check and advance the
766  * f_wb_err cursor to the latest value, and return any errors detected there.
767  *
768  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
769  */
770 int file_write_and_wait_range(struct file *file, loff_t lstart, loff_t lend)
771 {
772         int err = 0, err2;
773         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
774
775         if (lend < lstart)
776                 return 0;
777
778         if (mapping_needs_writeback(mapping)) {
779                 err = __filemap_fdatawrite_range(mapping, lstart, lend,
780                                                  WB_SYNC_ALL);
781                 /* See comment of filemap_write_and_wait() */
782                 if (err != -EIO)
783                         __filemap_fdatawait_range(mapping, lstart, lend);
784         }
785         err2 = file_check_and_advance_wb_err(file);
786         if (!err)
787                 err = err2;
788         return err;
789 }
790 EXPORT_SYMBOL(file_write_and_wait_range);
791
792 /**
793  * replace_page_cache_folio - replace a pagecache folio with a new one
794  * @old:        folio to be replaced
795  * @new:        folio to replace with
796  *
797  * This function replaces a folio in the pagecache with a new one.  On
798  * success it acquires the pagecache reference for the new folio and
799  * drops it for the old folio.  Both the old and new folios must be
800  * locked.  This function does not add the new folio to the LRU, the
801  * caller must do that.
802  *
803  * The remove + add is atomic.  This function cannot fail.
804  */
805 void replace_page_cache_folio(struct folio *old, struct folio *new)
806 {
807         struct address_space *mapping = old->mapping;
808         void (*free_folio)(struct folio *) = mapping->a_ops->free_folio;
809         pgoff_t offset = old->index;
810         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, offset);
811
812         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(old), old);
813         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(new), new);
814         VM_BUG_ON_FOLIO(new->mapping, new);
815
816         folio_get(new);
817         new->mapping = mapping;
818         new->index = offset;
819
820         mem_cgroup_replace_folio(old, new);
821
822         xas_lock_irq(&xas);
823         xas_store(&xas, new);
824
825         old->mapping = NULL;
826         /* hugetlb pages do not participate in page cache accounting. */
827         if (!folio_test_hugetlb(old))
828                 __lruvec_stat_sub_folio(old, NR_FILE_PAGES);
829         if (!folio_test_hugetlb(new))
830                 __lruvec_stat_add_folio(new, NR_FILE_PAGES);
831         if (folio_test_swapbacked(old))
832                 __lruvec_stat_sub_folio(old, NR_SHMEM);
833         if (folio_test_swapbacked(new))
834                 __lruvec_stat_add_folio(new, NR_SHMEM);
835         xas_unlock_irq(&xas);
836         if (free_folio)
837                 free_folio(old);
838         folio_put(old);
839 }
840 EXPORT_SYMBOL_GPL(replace_page_cache_folio);
841
842 noinline int __filemap_add_folio(struct address_space *mapping,
843                 struct folio *folio, pgoff_t index, gfp_t gfp, void **shadowp)
844 {
845         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
846         int huge = folio_test_hugetlb(folio);
847         bool charged = false;
848         long nr = 1;
849
850         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
851         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_swapbacked(folio), folio);
852         mapping_set_update(&xas, mapping);
853
854         if (!huge) {
855                 int error = mem_cgroup_charge(folio, NULL, gfp);
856                 if (error)
857                         return error;
858                 charged = true;
859         }
860
861         VM_BUG_ON_FOLIO(index & (folio_nr_pages(folio) - 1), folio);
862         xas_set_order(&xas, index, folio_order(folio));
863         nr = folio_nr_pages(folio);
864
865         gfp &= GFP_RECLAIM_MASK;
866         folio_ref_add(folio, nr);
867         folio->mapping = mapping;
868         folio->index = xas.xa_index;
869
870         do {
871                 unsigned int order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
872                 void *entry, *old = NULL;
873
874                 if (order > folio_order(folio))
875                         xas_split_alloc(&xas, xa_load(xas.xa, xas.xa_index),
876                                         order, gfp);
877                 xas_lock_irq(&xas);
878                 xas_for_each_conflict(&xas, entry) {
879                         old = entry;
880                         if (!xa_is_value(entry)) {
881                                 xas_set_err(&xas, -EEXIST);
882                                 goto unlock;
883                         }
884                 }
885
886                 if (old) {
887                         if (shadowp)
888                                 *shadowp = old;
889                         /* entry may have been split before we acquired lock */
890                         order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
891                         if (order > folio_order(folio)) {
892                                 /* How to handle large swap entries? */
893                                 BUG_ON(shmem_mapping(mapping));
894                                 xas_split(&xas, old, order);
895                                 xas_reset(&xas);
896                         }
897                 }
898
899                 xas_store(&xas, folio);
900                 if (xas_error(&xas))
901                         goto unlock;
902
903                 mapping->nrpages += nr;
904
905                 /* hugetlb pages do not participate in page cache accounting */
906                 if (!huge) {
907                         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_PAGES, nr);
908                         if (folio_test_pmd_mappable(folio))
909                                 __lruvec_stat_mod_folio(folio,
910                                                 NR_FILE_THPS, nr);
911                 }
912 unlock:
913                 xas_unlock_irq(&xas);
914         } while (xas_nomem(&xas, gfp));
915
916         if (xas_error(&xas))
917                 goto error;
918
919         trace_mm_filemap_add_to_page_cache(folio);
920         return 0;
921 error:
922         if (charged)
923                 mem_cgroup_uncharge(folio);
924         folio->mapping = NULL;
925         /* Leave page->index set: truncation relies upon it */
926         folio_put_refs(folio, nr);
927         return xas_error(&xas);
928 }
929 ALLOW_ERROR_INJECTION(__filemap_add_folio, ERRNO);
930
931 int filemap_add_folio(struct address_space *mapping, struct folio *folio,
932                                 pgoff_t index, gfp_t gfp)
933 {
934         void *shadow = NULL;
935         int ret;
936
937         __folio_set_locked(folio);
938         ret = __filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp, &shadow);
939         if (unlikely(ret))
940                 __folio_clear_locked(folio);
941         else {
942                 /*
943                  * The folio might have been evicted from cache only
944                  * recently, in which case it should be activated like
945                  * any other repeatedly accessed folio.
946                  * The exception is folios getting rewritten; evicting other
947                  * data from the working set, only to cache data that will
948                  * get overwritten with something else, is a waste of memory.
949                  */
950                 WARN_ON_ONCE(folio_test_active(folio));
951                 if (!(gfp & __GFP_WRITE) && shadow)
952                         workingset_refault(folio, shadow);
953                 folio_add_lru(folio);
954         }
955         return ret;
956 }
957 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_add_folio);
958
959 #ifdef CONFIG_NUMA
960 struct folio *filemap_alloc_folio(gfp_t gfp, unsigned int order)
961 {
962         int n;
963         struct folio *folio;
964
965         if (cpuset_do_page_mem_spread()) {
966                 unsigned int cpuset_mems_cookie;
967                 do {
968                         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
969                         n = cpuset_mem_spread_node();
970                         folio = __folio_alloc_node(gfp, order, n);
971                 } while (!folio && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
972
973                 return folio;
974         }
975         return folio_alloc(gfp, order);
976 }
977 EXPORT_SYMBOL(filemap_alloc_folio);
978 #endif
979
980 /*
981  * filemap_invalidate_lock_two - lock invalidate_lock for two mappings
982  *
983  * Lock exclusively invalidate_lock of any passed mapping that is not NULL.
984  *
985  * @mapping1: the first mapping to lock
986  * @mapping2: the second mapping to lock
987  */
988 void filemap_invalidate_lock_two(struct address_space *mapping1,
989                                  struct address_space *mapping2)
990 {
991         if (mapping1 > mapping2)
992                 swap(mapping1, mapping2);
993         if (mapping1)
994                 down_write(&mapping1->invalidate_lock);
995         if (mapping2 && mapping1 != mapping2)
996                 down_write_nested(&mapping2->invalidate_lock, 1);
997 }
998 EXPORT_SYMBOL(filemap_invalidate_lock_two);
999
1000 /*
1001  * filemap_invalidate_unlock_two - unlock invalidate_lock for two mappings
1002  *
1003  * Unlock exclusive invalidate_lock of any passed mapping that is not NULL.
1004  *
1005  * @mapping1: the first mapping to unlock
1006  * @mapping2: the second mapping to unlock
1007  */
1008 void filemap_invalidate_unlock_two(struct address_space *mapping1,
1009                                    struct address_space *mapping2)
1010 {
1011         if (mapping1)
1012                 up_write(&mapping1->invalidate_lock);
1013         if (mapping2 && mapping1 != mapping2)
1014                 up_write(&mapping2->invalidate_lock);
1015 }
1016 EXPORT_SYMBOL(filemap_invalidate_unlock_two);
1017
1018 /*
1019  * In order to wait for pages to become available there must be
1020  * waitqueues associated with pages. By using a hash table of
1021  * waitqueues where the bucket discipline is to maintain all
1022  * waiters on the same queue and wake all when any of the pages
1023  * become available, and for the woken contexts to check to be
1024  * sure the appropriate page became available, this saves space
1025  * at a cost of "thundering herd" phenomena during rare hash
1026  * collisions.
1027  */
1028 #define PAGE_WAIT_TABLE_BITS 8
1029 #define PAGE_WAIT_TABLE_SIZE (1 << PAGE_WAIT_TABLE_BITS)
1030 static wait_queue_head_t folio_wait_table[PAGE_WAIT_TABLE_SIZE] __cacheline_aligned;
1031
1032 static wait_queue_head_t *folio_waitqueue(struct folio *folio)
1033 {
1034         return &folio_wait_table[hash_ptr(folio, PAGE_WAIT_TABLE_BITS)];
1035 }
1036
1037 void __init pagecache_init(void)
1038 {
1039         int i;
1040
1041         for (i = 0; i < PAGE_WAIT_TABLE_SIZE; i++)
1042                 init_waitqueue_head(&folio_wait_table[i]);
1043
1044         page_writeback_init();
1045 }
1046
1047 /*
1048  * The page wait code treats the "wait->flags" somewhat unusually, because
1049  * we have multiple different kinds of waits, not just the usual "exclusive"
1050  * one.
1051  *
1052  * We have:
1053  *
1054  *  (a) no special bits set:
1055  *
1056  *      We're just waiting for the bit to be released, and when a waker
1057  *      calls the wakeup function, we set WQ_FLAG_WOKEN and wake it up,
1058  *      and remove it from the wait queue.
1059  *
1060  *      Simple and straightforward.
1061  *
1062  *  (b) WQ_FLAG_EXCLUSIVE:
1063  *
1064  *      The waiter is waiting to get the lock, and only one waiter should
1065  *      be woken up to avoid any thundering herd behavior. We'll set the
1066  *      WQ_FLAG_WOKEN bit, wake it up, and remove it from the wait queue.
1067  *
1068  *      This is the traditional exclusive wait.
1069  *
1070  *  (c) WQ_FLAG_EXCLUSIVE | WQ_FLAG_CUSTOM:
1071  *
1072  *      The waiter is waiting to get the bit, and additionally wants the
1073  *      lock to be transferred to it for fair lock behavior. If the lock
1074  *      cannot be taken, we stop walking the wait queue without waking
1075  *      the waiter.
1076  *
1077  *      This is the "fair lock handoff" case, and in addition to setting
1078  *      WQ_FLAG_WOKEN, we set WQ_FLAG_DONE to let the waiter easily see
1079  *      that it now has the lock.
1080  */
1081 static int wake_page_function(wait_queue_entry_t *wait, unsigned mode, int sync, void *arg)
1082 {
1083         unsigned int flags;
1084         struct wait_page_key *key = arg;
1085         struct wait_page_queue *wait_page
1086                 = container_of(wait, struct wait_page_queue, wait);
1087
1088         if (!wake_page_match(wait_page, key))
1089                 return 0;
1090
1091         /*
1092          * If it's a lock handoff wait, we get the bit for it, and
1093          * stop walking (and do not wake it up) if we can't.
1094          */
1095         flags = wait->flags;
1096         if (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) {
1097                 if (test_bit(key->bit_nr, &key->folio->flags))
1098                         return -1;
1099                 if (flags & WQ_FLAG_CUSTOM) {
1100                         if (test_and_set_bit(key->bit_nr, &key->folio->flags))
1101                                 return -1;
1102                         flags |= WQ_FLAG_DONE;
1103                 }
1104         }
1105
1106         /*
1107          * We are holding the wait-queue lock, but the waiter that
1108          * is waiting for this will be checking the flags without
1109          * any locking.
1110          *
1111          * So update the flags atomically, and wake up the waiter
1112          * afterwards to avoid any races. This store-release pairs
1113          * with the load-acquire in folio_wait_bit_common().
1114          */
1115         smp_store_release(&wait->flags, flags | WQ_FLAG_WOKEN);
1116         wake_up_state(wait->private, mode);
1117
1118         /*
1119          * Ok, we have successfully done what we're waiting for,
1120          * and we can unconditionally remove the wait entry.
1121          *
1122          * Note that this pairs with the "finish_wait()" in the
1123          * waiter, and has to be the absolute last thing we do.
1124          * After this list_del_init(&wait->entry) the wait entry
1125          * might be de-allocated and the process might even have
1126          * exited.
1127          */
1128         list_del_init_careful(&wait->entry);
1129         return (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) != 0;
1130 }
1131
1132 static void folio_wake_bit(struct folio *folio, int bit_nr)
1133 {
1134         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1135         struct wait_page_key key;
1136         unsigned long flags;
1137
1138         key.folio = folio;
1139         key.bit_nr = bit_nr;
1140         key.page_match = 0;
1141
1142         spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1143         __wake_up_locked_key(q, TASK_NORMAL, &key);
1144
1145         /*
1146          * It's possible to miss clearing waiters here, when we woke our page
1147          * waiters, but the hashed waitqueue has waiters for other pages on it.
1148          * That's okay, it's a rare case. The next waker will clear it.
1149          *
1150          * Note that, depending on the page pool (buddy, hugetlb, ZONE_DEVICE,
1151          * other), the flag may be cleared in the course of freeing the page;
1152          * but that is not required for correctness.
1153          */
1154         if (!waitqueue_active(q) || !key.page_match)
1155                 folio_clear_waiters(folio);
1156
1157         spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1158 }
1159
1160 /*
1161  * A choice of three behaviors for folio_wait_bit_common():
1162  */
1163 enum behavior {
1164         EXCLUSIVE,      /* Hold ref to page and take the bit when woken, like
1165                          * __folio_lock() waiting on then setting PG_locked.
1166                          */
1167         SHARED,         /* Hold ref to page and check the bit when woken, like
1168                          * folio_wait_writeback() waiting on PG_writeback.
1169                          */
1170         DROP,           /* Drop ref to page before wait, no check when woken,
1171                          * like folio_put_wait_locked() on PG_locked.
1172                          */
1173 };
1174
1175 /*
1176  * Attempt to check (or get) the folio flag, and mark us done
1177  * if successful.
1178  */
1179 static inline bool folio_trylock_flag(struct folio *folio, int bit_nr,
1180                                         struct wait_queue_entry *wait)
1181 {
1182         if (wait->flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) {
1183                 if (test_and_set_bit(bit_nr, &folio->flags))
1184                         return false;
1185         } else if (test_bit(bit_nr, &folio->flags))
1186                 return false;
1187
1188         wait->flags |= WQ_FLAG_WOKEN | WQ_FLAG_DONE;
1189         return true;
1190 }
1191
1192 /* How many times do we accept lock stealing from under a waiter? */
1193 int sysctl_page_lock_unfairness = 5;
1194
1195 static inline int folio_wait_bit_common(struct folio *folio, int bit_nr,
1196                 int state, enum behavior behavior)
1197 {
1198         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1199         int unfairness = sysctl_page_lock_unfairness;
1200         struct wait_page_queue wait_page;
1201         wait_queue_entry_t *wait = &wait_page.wait;
1202         bool thrashing = false;
1203         unsigned long pflags;
1204         bool in_thrashing;
1205
1206         if (bit_nr == PG_locked &&
1207             !folio_test_uptodate(folio) && folio_test_workingset(folio)) {
1208                 delayacct_thrashing_start(&in_thrashing);
1209                 psi_memstall_enter(&pflags);
1210                 thrashing = true;
1211         }
1212
1213         init_wait(wait);
1214         wait->func = wake_page_function;
1215         wait_page.folio = folio;
1216         wait_page.bit_nr = bit_nr;
1217
1218 repeat:
1219         wait->flags = 0;
1220         if (behavior == EXCLUSIVE) {
1221                 wait->flags = WQ_FLAG_EXCLUSIVE;
1222                 if (--unfairness < 0)
1223                         wait->flags |= WQ_FLAG_CUSTOM;
1224         }
1225
1226         /*
1227          * Do one last check whether we can get the
1228          * page bit synchronously.
1229          *
1230          * Do the folio_set_waiters() marking before that
1231          * to let any waker we _just_ missed know they
1232          * need to wake us up (otherwise they'll never
1233          * even go to the slow case that looks at the
1234          * page queue), and add ourselves to the wait
1235          * queue if we need to sleep.
1236          *
1237          * This part needs to be done under the queue
1238          * lock to avoid races.
1239          */
1240         spin_lock_irq(&q->lock);
1241         folio_set_waiters(folio);
1242         if (!folio_trylock_flag(folio, bit_nr, wait))
1243                 __add_wait_queue_entry_tail(q, wait);
1244         spin_unlock_irq(&q->lock);
1245
1246         /*
1247          * From now on, all the logic will be based on
1248          * the WQ_FLAG_WOKEN and WQ_FLAG_DONE flag, to
1249          * see whether the page bit testing has already
1250          * been done by the wake function.
1251          *
1252          * We can drop our reference to the folio.
1253          */
1254         if (behavior == DROP)
1255                 folio_put(folio);
1256
1257         /*
1258          * Note that until the "finish_wait()", or until
1259          * we see the WQ_FLAG_WOKEN flag, we need to
1260          * be very careful with the 'wait->flags', because
1261          * we may race with a waker that sets them.
1262          */
1263         for (;;) {
1264                 unsigned int flags;
1265
1266                 set_current_state(state);
1267
1268                 /* Loop until we've been woken or interrupted */
1269                 flags = smp_load_acquire(&wait->flags);
1270                 if (!(flags & WQ_FLAG_WOKEN)) {
1271                         if (signal_pending_state(state, current))
1272                                 break;
1273
1274                         io_schedule();
1275                         continue;
1276                 }
1277
1278                 /* If we were non-exclusive, we're done */
1279                 if (behavior != EXCLUSIVE)
1280                         break;
1281
1282                 /* If the waker got the lock for us, we're done */
1283                 if (flags & WQ_FLAG_DONE)
1284                         break;
1285
1286                 /*
1287                  * Otherwise, if we're getting the lock, we need to
1288                  * try to get it ourselves.
1289                  *
1290                  * And if that fails, we'll have to retry this all.
1291                  */
1292                 if (unlikely(test_and_set_bit(bit_nr, folio_flags(folio, 0))))
1293                         goto repeat;
1294
1295                 wait->flags |= WQ_FLAG_DONE;
1296                 break;
1297         }
1298
1299         /*
1300          * If a signal happened, this 'finish_wait()' may remove the last
1301          * waiter from the wait-queues, but the folio waiters bit will remain
1302          * set. That's ok. The next wakeup will take care of it, and trying
1303          * to do it here would be difficult and prone to races.
1304          */
1305         finish_wait(q, wait);
1306
1307         if (thrashing) {
1308                 delayacct_thrashing_end(&in_thrashing);
1309                 psi_memstall_leave(&pflags);
1310         }
1311
1312         /*
1313          * NOTE! The wait->flags weren't stable until we've done the
1314          * 'finish_wait()', and we could have exited the loop above due
1315          * to a signal, and had a wakeup event happen after the signal
1316          * test but before the 'finish_wait()'.
1317          *
1318          * So only after the finish_wait() can we reliably determine
1319          * if we got woken up or not, so we can now figure out the final
1320          * return value based on that state without races.
1321          *
1322          * Also note that WQ_FLAG_WOKEN is sufficient for a non-exclusive
1323          * waiter, but an exclusive one requires WQ_FLAG_DONE.
1324          */
1325         if (behavior == EXCLUSIVE)
1326                 return wait->flags & WQ_FLAG_DONE ? 0 : -EINTR;
1327
1328         return wait->flags & WQ_FLAG_WOKEN ? 0 : -EINTR;
1329 }
1330
1331 #ifdef CONFIG_MIGRATION
1332 /**
1333  * migration_entry_wait_on_locked - Wait for a migration entry to be removed
1334  * @entry: migration swap entry.
1335  * @ptl: already locked ptl. This function will drop the lock.
1336  *
1337  * Wait for a migration entry referencing the given page to be removed. This is
1338  * equivalent to put_and_wait_on_page_locked(page, TASK_UNINTERRUPTIBLE) except
1339  * this can be called without taking a reference on the page. Instead this
1340  * should be called while holding the ptl for the migration entry referencing
1341  * the page.
1342  *
1343  * Returns after unlocking the ptl.
1344  *
1345  * This follows the same logic as folio_wait_bit_common() so see the comments
1346  * there.
1347  */
1348 void migration_entry_wait_on_locked(swp_entry_t entry, spinlock_t *ptl)
1349         __releases(ptl)
1350 {
1351         struct wait_page_queue wait_page;
1352         wait_queue_entry_t *wait = &wait_page.wait;
1353         bool thrashing = false;
1354         unsigned long pflags;
1355         bool in_thrashing;
1356         wait_queue_head_t *q;
1357         struct folio *folio = page_folio(pfn_swap_entry_to_page(entry));
1358
1359         q = folio_waitqueue(folio);
1360         if (!folio_test_uptodate(folio) && folio_test_workingset(folio)) {
1361                 delayacct_thrashing_start(&in_thrashing);
1362                 psi_memstall_enter(&pflags);
1363                 thrashing = true;
1364         }
1365
1366         init_wait(wait);
1367         wait->func = wake_page_function;
1368         wait_page.folio = folio;
1369         wait_page.bit_nr = PG_locked;
1370         wait->flags = 0;
1371
1372         spin_lock_irq(&q->lock);
1373         folio_set_waiters(folio);
1374         if (!folio_trylock_flag(folio, PG_locked, wait))
1375                 __add_wait_queue_entry_tail(q, wait);
1376         spin_unlock_irq(&q->lock);
1377
1378         /*
1379          * If a migration entry exists for the page the migration path must hold
1380          * a valid reference to the page, and it must take the ptl to remove the
1381          * migration entry. So the page is valid until the ptl is dropped.
1382          */
1383         spin_unlock(ptl);
1384
1385         for (;;) {
1386                 unsigned int flags;
1387
1388                 set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
1389
1390                 /* Loop until we've been woken or interrupted */
1391                 flags = smp_load_acquire(&wait->flags);
1392                 if (!(flags & WQ_FLAG_WOKEN)) {
1393                         if (signal_pending_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE, current))
1394                                 break;
1395
1396                         io_schedule();
1397                         continue;
1398                 }
1399                 break;
1400         }
1401
1402         finish_wait(q, wait);
1403
1404         if (thrashing) {
1405                 delayacct_thrashing_end(&in_thrashing);
1406                 psi_memstall_leave(&pflags);
1407         }
1408 }
1409 #endif
1410
1411 void folio_wait_bit(struct folio *folio, int bit_nr)
1412 {
1413         folio_wait_bit_common(folio, bit_nr, TASK_UNINTERRUPTIBLE, SHARED);
1414 }
1415 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_bit);
1416
1417 int folio_wait_bit_killable(struct folio *folio, int bit_nr)
1418 {
1419         return folio_wait_bit_common(folio, bit_nr, TASK_KILLABLE, SHARED);
1420 }
1421 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_bit_killable);
1422
1423 /**
1424  * folio_put_wait_locked - Drop a reference and wait for it to be unlocked
1425  * @folio: The folio to wait for.
1426  * @state: The sleep state (TASK_KILLABLE, TASK_UNINTERRUPTIBLE, etc).
1427  *
1428  * The caller should hold a reference on @folio.  They expect the page to
1429  * become unlocked relatively soon, but do not wish to hold up migration
1430  * (for example) by holding the reference while waiting for the folio to
1431  * come unlocked.  After this function returns, the caller should not
1432  * dereference @folio.
1433  *
1434  * Return: 0 if the folio was unlocked or -EINTR if interrupted by a signal.
1435  */
1436 static int folio_put_wait_locked(struct folio *folio, int state)
1437 {
1438         return folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, state, DROP);
1439 }
1440
1441 /**
1442  * folio_add_wait_queue - Add an arbitrary waiter to a folio's wait queue
1443  * @folio: Folio defining the wait queue of interest
1444  * @waiter: Waiter to add to the queue
1445  *
1446  * Add an arbitrary @waiter to the wait queue for the nominated @folio.
1447  */
1448 void folio_add_wait_queue(struct folio *folio, wait_queue_entry_t *waiter)
1449 {
1450         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1451         unsigned long flags;
1452
1453         spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1454         __add_wait_queue_entry_tail(q, waiter);
1455         folio_set_waiters(folio);
1456         spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1457 }
1458 EXPORT_SYMBOL_GPL(folio_add_wait_queue);
1459
1460 /**
1461  * folio_unlock - Unlock a locked folio.
1462  * @folio: The folio.
1463  *
1464  * Unlocks the folio and wakes up any thread sleeping on the page lock.
1465  *
1466  * Context: May be called from interrupt or process context.  May not be
1467  * called from NMI context.
1468  */
1469 void folio_unlock(struct folio *folio)
1470 {
1471         /* Bit 7 allows x86 to check the byte's sign bit */
1472         BUILD_BUG_ON(PG_waiters != 7);
1473         BUILD_BUG_ON(PG_locked > 7);
1474         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
1475         if (folio_xor_flags_has_waiters(folio, 1 << PG_locked))
1476                 folio_wake_bit(folio, PG_locked);
1477 }
1478 EXPORT_SYMBOL(folio_unlock);
1479
1480 /**
1481  * folio_end_read - End read on a folio.
1482  * @folio: The folio.
1483  * @success: True if all reads completed successfully.
1484  *
1485  * When all reads against a folio have completed, filesystems should
1486  * call this function to let the pagecache know that no more reads
1487  * are outstanding.  This will unlock the folio and wake up any thread
1488  * sleeping on the lock.  The folio will also be marked uptodate if all
1489  * reads succeeded.
1490  *
1491  * Context: May be called from interrupt or process context.  May not be
1492  * called from NMI context.
1493  */
1494 void folio_end_read(struct folio *folio, bool success)
1495 {
1496         unsigned long mask = 1 << PG_locked;
1497
1498         /* Must be in bottom byte for x86 to work */
1499         BUILD_BUG_ON(PG_uptodate > 7);
1500         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
1501         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_uptodate(folio), folio);
1502
1503         if (likely(success))
1504                 mask |= 1 << PG_uptodate;
1505         if (folio_xor_flags_has_waiters(folio, mask))
1506                 folio_wake_bit(folio, PG_locked);
1507 }
1508 EXPORT_SYMBOL(folio_end_read);
1509
1510 /**
1511  * folio_end_private_2 - Clear PG_private_2 and wake any waiters.
1512  * @folio: The folio.
1513  *
1514  * Clear the PG_private_2 bit on a folio and wake up any sleepers waiting for
1515  * it.  The folio reference held for PG_private_2 being set is released.
1516  *
1517  * This is, for example, used when a netfs folio is being written to a local
1518  * disk cache, thereby allowing writes to the cache for the same folio to be
1519  * serialised.
1520  */
1521 void folio_end_private_2(struct folio *folio)
1522 {
1523         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_private_2(folio), folio);
1524         clear_bit_unlock(PG_private_2, folio_flags(folio, 0));
1525         folio_wake_bit(folio, PG_private_2);
1526         folio_put(folio);
1527 }
1528 EXPORT_SYMBOL(folio_end_private_2);
1529
1530 /**
1531  * folio_wait_private_2 - Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio.
1532  * @folio: The folio to wait on.
1533  *
1534  * Wait for PG_private_2 (aka PG_fscache) to be cleared on a folio.
1535  */
1536 void folio_wait_private_2(struct folio *folio)
1537 {
1538         while (folio_test_private_2(folio))
1539                 folio_wait_bit(folio, PG_private_2);
1540 }
1541 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_private_2);
1542
1543 /**
1544  * folio_wait_private_2_killable - Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio.
1545  * @folio: The folio to wait on.
1546  *
1547  * Wait for PG_private_2 (aka PG_fscache) to be cleared on a folio or until a
1548  * fatal signal is received by the calling task.
1549  *
1550  * Return:
1551  * - 0 if successful.
1552  * - -EINTR if a fatal signal was encountered.
1553  */
1554 int folio_wait_private_2_killable(struct folio *folio)
1555 {
1556         int ret = 0;
1557
1558         while (folio_test_private_2(folio)) {
1559                 ret = folio_wait_bit_killable(folio, PG_private_2);
1560                 if (ret < 0)
1561                         break;
1562         }
1563
1564         return ret;
1565 }
1566 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_private_2_killable);
1567
1568 /**
1569  * folio_end_writeback - End writeback against a folio.
1570  * @folio: The folio.
1571  *
1572  * The folio must actually be under writeback.
1573  *
1574  * Context: May be called from process or interrupt context.
1575  */
1576 void folio_end_writeback(struct folio *folio)
1577 {
1578         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_writeback(folio), folio);
1579
1580         /*
1581          * folio_test_clear_reclaim() could be used here but it is an
1582          * atomic operation and overkill in this particular case. Failing
1583          * to shuffle a folio marked for immediate reclaim is too mild
1584          * a gain to justify taking an atomic operation penalty at the
1585          * end of every folio writeback.
1586          */
1587         if (folio_test_reclaim(folio)) {
1588                 folio_clear_reclaim(folio);
1589                 folio_rotate_reclaimable(folio);
1590         }
1591
1592         /*
1593          * Writeback does not hold a folio reference of its own, relying
1594          * on truncation to wait for the clearing of PG_writeback.
1595          * But here we must make sure that the folio is not freed and
1596          * reused before the folio_wake_bit().
1597          */
1598         folio_get(folio);
1599         if (__folio_end_writeback(folio))
1600                 folio_wake_bit(folio, PG_writeback);
1601         acct_reclaim_writeback(folio);
1602         folio_put(folio);
1603 }
1604 EXPORT_SYMBOL(folio_end_writeback);
1605
1606 /**
1607  * __folio_lock - Get a lock on the folio, assuming we need to sleep to get it.
1608  * @folio: The folio to lock
1609  */
1610 void __folio_lock(struct folio *folio)
1611 {
1612         folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, TASK_UNINTERRUPTIBLE,
1613                                 EXCLUSIVE);
1614 }
1615 EXPORT_SYMBOL(__folio_lock);
1616
1617 int __folio_lock_killable(struct folio *folio)
1618 {
1619         return folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, TASK_KILLABLE,
1620                                         EXCLUSIVE);
1621 }
1622 EXPORT_SYMBOL_GPL(__folio_lock_killable);
1623
1624 static int __folio_lock_async(struct folio *folio, struct wait_page_queue *wait)
1625 {
1626         struct wait_queue_head *q = folio_waitqueue(folio);
1627         int ret;
1628
1629         wait->folio = folio;
1630         wait->bit_nr = PG_locked;
1631
1632         spin_lock_irq(&q->lock);
1633         __add_wait_queue_entry_tail(q, &wait->wait);
1634         folio_set_waiters(folio);
1635         ret = !folio_trylock(folio);
1636         /*
1637          * If we were successful now, we know we're still on the
1638          * waitqueue as we're still under the lock. This means it's
1639          * safe to remove and return success, we know the callback
1640          * isn't going to trigger.
1641          */
1642         if (!ret)
1643                 __remove_wait_queue(q, &wait->wait);
1644         else
1645                 ret = -EIOCBQUEUED;
1646         spin_unlock_irq(&q->lock);
1647         return ret;
1648 }
1649
1650 /*
1651  * Return values:
1652  * 0 - folio is locked.
1653  * non-zero - folio is not locked.
1654  *     mmap_lock or per-VMA lock has been released (mmap_read_unlock() or
1655  *     vma_end_read()), unless flags had both FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY and
1656  *     FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT set, in which case the lock is still held.
1657  *
1658  * If neither ALLOW_RETRY nor KILLABLE are set, will always return 0
1659  * with the folio locked and the mmap_lock/per-VMA lock is left unperturbed.
1660  */
1661 vm_fault_t __folio_lock_or_retry(struct folio *folio, struct vm_fault *vmf)
1662 {
1663         unsigned int flags = vmf->flags;
1664
1665         if (fault_flag_allow_retry_first(flags)) {
1666                 /*
1667                  * CAUTION! In this case, mmap_lock/per-VMA lock is not
1668                  * released even though returning VM_FAULT_RETRY.
1669                  */
1670                 if (flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT)
1671                         return VM_FAULT_RETRY;
1672
1673                 release_fault_lock(vmf);
1674                 if (flags & FAULT_FLAG_KILLABLE)
1675                         folio_wait_locked_killable(folio);
1676                 else
1677                         folio_wait_locked(folio);
1678                 return VM_FAULT_RETRY;
1679         }
1680         if (flags & FAULT_FLAG_KILLABLE) {
1681                 bool ret;
1682
1683                 ret = __folio_lock_killable(folio);
1684                 if (ret) {
1685                         release_fault_lock(vmf);
1686                         return VM_FAULT_RETRY;
1687                 }
1688         } else {
1689                 __folio_lock(folio);
1690         }
1691
1692         return 0;
1693 }
1694
1695 /**
1696  * page_cache_next_miss() - Find the next gap in the page cache.
1697  * @mapping: Mapping.
1698  * @index: Index.
1699  * @max_scan: Maximum range to search.
1700  *
1701  * Search the range [index, min(index + max_scan - 1, ULONG_MAX)] for the
1702  * gap with the lowest index.
1703  *
1704  * This function may be called under the rcu_read_lock.  However, this will
1705  * not atomically search a snapshot of the cache at a single point in time.
1706  * For example, if a gap is created at index 5, then subsequently a gap is
1707  * created at index 10, page_cache_next_miss covering both indices may
1708  * return 10 if called under the rcu_read_lock.
1709  *
1710  * Return: The index of the gap if found, otherwise an index outside the
1711  * range specified (in which case 'return - index >= max_scan' will be true).
1712  * In the rare case of index wrap-around, 0 will be returned.
1713  */
1714 pgoff_t page_cache_next_miss(struct address_space *mapping,
1715                              pgoff_t index, unsigned long max_scan)
1716 {
1717         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1718
1719         while (max_scan--) {
1720                 void *entry = xas_next(&xas);
1721                 if (!entry || xa_is_value(entry))
1722                         break;
1723                 if (xas.xa_index == 0)
1724                         break;
1725         }
1726
1727         return xas.xa_index;
1728 }
1729 EXPORT_SYMBOL(page_cache_next_miss);
1730
1731 /**
1732  * page_cache_prev_miss() - Find the previous gap in the page cache.
1733  * @mapping: Mapping.
1734  * @index: Index.
1735  * @max_scan: Maximum range to search.
1736  *
1737  * Search the range [max(index - max_scan + 1, 0), index] for the
1738  * gap with the highest index.
1739  *
1740  * This function may be called under the rcu_read_lock.  However, this will
1741  * not atomically search a snapshot of the cache at a single point in time.
1742  * For example, if a gap is created at index 10, then subsequently a gap is
1743  * created at index 5, page_cache_prev_miss() covering both indices may
1744  * return 5 if called under the rcu_read_lock.
1745  *
1746  * Return: The index of the gap if found, otherwise an index outside the
1747  * range specified (in which case 'index - return >= max_scan' will be true).
1748  * In the rare case of wrap-around, ULONG_MAX will be returned.
1749  */
1750 pgoff_t page_cache_prev_miss(struct address_space *mapping,
1751                              pgoff_t index, unsigned long max_scan)
1752 {
1753         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1754
1755         while (max_scan--) {
1756                 void *entry = xas_prev(&xas);
1757                 if (!entry || xa_is_value(entry))
1758                         break;
1759                 if (xas.xa_index == ULONG_MAX)
1760                         break;
1761         }
1762
1763         return xas.xa_index;
1764 }
1765 EXPORT_SYMBOL(page_cache_prev_miss);
1766
1767 /*
1768  * Lockless page cache protocol:
1769  * On the lookup side:
1770  * 1. Load the folio from i_pages
1771  * 2. Increment the refcount if it's not zero
1772  * 3. If the folio is not found by xas_reload(), put the refcount and retry
1773  *
1774  * On the removal side:
1775  * A. Freeze the page (by zeroing the refcount if nobody else has a reference)
1776  * B. Remove the page from i_pages
1777  * C. Return the page to the page allocator
1778  *
1779  * This means that any page may have its reference count temporarily
1780  * increased by a speculative page cache (or fast GUP) lookup as it can
1781  * be allocated by another user before the RCU grace period expires.
1782  * Because the refcount temporarily acquired here may end up being the
1783  * last refcount on the page, any page allocation must be freeable by
1784  * folio_put().
1785  */
1786
1787 /*
1788  * filemap_get_entry - Get a page cache entry.
1789  * @mapping: the address_space to search
1790  * @index: The page cache index.
1791  *
1792  * Looks up the page cache entry at @mapping & @index.  If it is a folio,
1793  * it is returned with an increased refcount.  If it is a shadow entry
1794  * of a previously evicted folio, or a swap entry from shmem/tmpfs,
1795  * it is returned without further action.
1796  *
1797  * Return: The folio, swap or shadow entry, %NULL if nothing is found.
1798  */
1799 void *filemap_get_entry(struct address_space *mapping, pgoff_t index)
1800 {
1801         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1802         struct folio *folio;
1803
1804         rcu_read_lock();
1805 repeat:
1806         xas_reset(&xas);
1807         folio = xas_load(&xas);
1808         if (xas_retry(&xas, folio))
1809                 goto repeat;
1810         /*
1811          * A shadow entry of a recently evicted page, or a swap entry from
1812          * shmem/tmpfs.  Return it without attempting to raise page count.
1813          */
1814         if (!folio || xa_is_value(folio))
1815                 goto out;
1816
1817         if (!folio_try_get_rcu(folio))
1818                 goto repeat;
1819
1820         if (unlikely(folio != xas_reload(&xas))) {
1821                 folio_put(folio);
1822                 goto repeat;
1823         }
1824 out:
1825         rcu_read_unlock();
1826
1827         return folio;
1828 }
1829
1830 /**
1831  * __filemap_get_folio - Find and get a reference to a folio.
1832  * @mapping: The address_space to search.
1833  * @index: The page index.
1834  * @fgp_flags: %FGP flags modify how the folio is returned.
1835  * @gfp: Memory allocation flags to use if %FGP_CREAT is specified.
1836  *
1837  * Looks up the page cache entry at @mapping & @index.
1838  *
1839  * If %FGP_LOCK or %FGP_CREAT are specified then the function may sleep even
1840  * if the %GFP flags specified for %FGP_CREAT are atomic.
1841  *
1842  * If this function returns a folio, it is returned with an increased refcount.
1843  *
1844  * Return: The found folio or an ERR_PTR() otherwise.
1845  */
1846 struct folio *__filemap_get_folio(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
1847                 fgf_t fgp_flags, gfp_t gfp)
1848 {
1849         struct folio *folio;
1850
1851 repeat:
1852         folio = filemap_get_entry(mapping, index);
1853         if (xa_is_value(folio))
1854                 folio = NULL;
1855         if (!folio)
1856                 goto no_page;
1857
1858         if (fgp_flags & FGP_LOCK) {
1859                 if (fgp_flags & FGP_NOWAIT) {
1860                         if (!folio_trylock(folio)) {
1861                                 folio_put(folio);
1862                                 return ERR_PTR(-EAGAIN);
1863                         }
1864                 } else {
1865                         folio_lock(folio);
1866                 }
1867
1868                 /* Has the page been truncated? */
1869                 if (unlikely(folio->mapping != mapping)) {
1870                         folio_unlock(folio);
1871                         folio_put(folio);
1872                         goto repeat;
1873                 }
1874                 VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, index), folio);
1875         }
1876
1877         if (fgp_flags & FGP_ACCESSED)
1878                 folio_mark_accessed(folio);
1879         else if (fgp_flags & FGP_WRITE) {
1880                 /* Clear idle flag for buffer write */
1881                 if (folio_test_idle(folio))
1882                         folio_clear_idle(folio);
1883         }
1884
1885         if (fgp_flags & FGP_STABLE)
1886                 folio_wait_stable(folio);
1887 no_page:
1888         if (!folio && (fgp_flags & FGP_CREAT)) {
1889                 unsigned order = FGF_GET_ORDER(fgp_flags);
1890                 int err;
1891
1892                 if ((fgp_flags & FGP_WRITE) && mapping_can_writeback(mapping))
1893                         gfp |= __GFP_WRITE;
1894                 if (fgp_flags & FGP_NOFS)
1895                         gfp &= ~__GFP_FS;
1896                 if (fgp_flags & FGP_NOWAIT) {
1897                         gfp &= ~GFP_KERNEL;
1898                         gfp |= GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN;
1899                 }
1900                 if (WARN_ON_ONCE(!(fgp_flags & (FGP_LOCK | FGP_FOR_MMAP))))
1901                         fgp_flags |= FGP_LOCK;
1902
1903                 if (!mapping_large_folio_support(mapping))
1904                         order = 0;
1905                 if (order > MAX_PAGECACHE_ORDER)
1906                         order = MAX_PAGECACHE_ORDER;
1907                 /* If we're not aligned, allocate a smaller folio */
1908                 if (index & ((1UL << order) - 1))
1909                         order = __ffs(index);
1910
1911                 do {
1912                         gfp_t alloc_gfp = gfp;
1913
1914                         err = -ENOMEM;
1915                         if (order == 1)
1916                                 order = 0;
1917                         if (order > 0)
1918                                 alloc_gfp |= __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN;
1919                         folio = filemap_alloc_folio(alloc_gfp, order);
1920                         if (!folio)
1921                                 continue;
1922
1923                         /* Init accessed so avoid atomic mark_page_accessed later */
1924                         if (fgp_flags & FGP_ACCESSED)
1925                                 __folio_set_referenced(folio);
1926
1927                         err = filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp);
1928                         if (!err)
1929                                 break;
1930                         folio_put(folio);
1931                         folio = NULL;
1932                 } while (order-- > 0);
1933
1934                 if (err == -EEXIST)
1935                         goto repeat;
1936                 if (err)
1937                         return ERR_PTR(err);
1938                 /*
1939                  * filemap_add_folio locks the page, and for mmap
1940                  * we expect an unlocked page.
1941                  */
1942                 if (folio && (fgp_flags & FGP_FOR_MMAP))
1943                         folio_unlock(folio);
1944         }
1945
1946         if (!folio)
1947                 return ERR_PTR(-ENOENT);
1948         return folio;
1949 }
1950 EXPORT_SYMBOL(__filemap_get_folio);
1951
1952 static inline struct folio *find_get_entry(struct xa_state *xas, pgoff_t max,
1953                 xa_mark_t mark)
1954 {
1955         struct folio *folio;
1956
1957 retry:
1958         if (mark == XA_PRESENT)
1959                 folio = xas_find(xas, max);
1960         else
1961                 folio = xas_find_marked(xas, max, mark);
1962
1963         if (xas_retry(xas, folio))
1964                 goto retry;
1965         /*
1966          * A shadow entry of a recently evicted page, a swap
1967          * entry from shmem/tmpfs or a DAX entry.  Return it
1968          * without attempting to raise page count.
1969          */
1970         if (!folio || xa_is_value(folio))
1971                 return folio;
1972
1973         if (!folio_try_get_rcu(folio))
1974                 goto reset;
1975
1976         if (unlikely(folio != xas_reload(xas))) {
1977                 folio_put(folio);
1978                 goto reset;
1979         }
1980
1981         return folio;
1982 reset:
1983         xas_reset(xas);
1984         goto retry;
1985 }
1986
1987 /**
1988  * find_get_entries - gang pagecache lookup
1989  * @mapping:    The address_space to search
1990  * @start:      The starting page cache index
1991  * @end:        The final page index (inclusive).
1992  * @fbatch:     Where the resulting entries are placed.
1993  * @indices:    The cache indices corresponding to the entries in @entries
1994  *
1995  * find_get_entries() will search for and return a batch of entries in
1996  * the mapping.  The entries are placed in @fbatch.  find_get_entries()
1997  * takes a reference on any actual folios it returns.
1998  *
1999  * The entries have ascending indexes.  The indices may not be consecutive
2000  * due to not-present entries or large folios.
2001  *
2002  * Any shadow entries of evicted folios, or swap entries from
2003  * shmem/tmpfs, are included in the returned array.
2004  *
2005  * Return: The number of entries which were found.
2006  */
2007 unsigned find_get_entries(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2008                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch, pgoff_t *indices)
2009 {
2010         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2011         struct folio *folio;
2012
2013         rcu_read_lock();
2014         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT)) != NULL) {
2015                 indices[fbatch->nr] = xas.xa_index;
2016                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2017                         break;
2018         }
2019         rcu_read_unlock();
2020
2021         if (folio_batch_count(fbatch)) {
2022                 unsigned long nr = 1;
2023                 int idx = folio_batch_count(fbatch) - 1;
2024
2025                 folio = fbatch->folios[idx];
2026                 if (!xa_is_value(folio))
2027                         nr = folio_nr_pages(folio);
2028                 *start = indices[idx] + nr;
2029         }
2030         return folio_batch_count(fbatch);
2031 }
2032
2033 /**
2034  * find_lock_entries - Find a batch of pagecache entries.
2035  * @mapping:    The address_space to search.
2036  * @start:      The starting page cache index.
2037  * @end:        The final page index (inclusive).
2038  * @fbatch:     Where the resulting entries are placed.
2039  * @indices:    The cache indices of the entries in @fbatch.
2040  *
2041  * find_lock_entries() will return a batch of entries from @mapping.
2042  * Swap, shadow and DAX entries are included.  Folios are returned
2043  * locked and with an incremented refcount.  Folios which are locked
2044  * by somebody else or under writeback are skipped.  Folios which are
2045  * partially outside the range are not returned.
2046  *
2047  * The entries have ascending indexes.  The indices may not be consecutive
2048  * due to not-present entries, large folios, folios which could not be
2049  * locked or folios under writeback.
2050  *
2051  * Return: The number of entries which were found.
2052  */
2053 unsigned find_lock_entries(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2054                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch, pgoff_t *indices)
2055 {
2056         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2057         struct folio *folio;
2058
2059         rcu_read_lock();
2060         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT))) {
2061                 if (!xa_is_value(folio)) {
2062                         if (folio->index < *start)
2063                                 goto put;
2064                         if (folio_next_index(folio) - 1 > end)
2065                                 goto put;
2066                         if (!folio_trylock(folio))
2067                                 goto put;
2068                         if (folio->mapping != mapping ||
2069                             folio_test_writeback(folio))
2070                                 goto unlock;
2071                         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, xas.xa_index),
2072                                         folio);
2073                 }
2074                 indices[fbatch->nr] = xas.xa_index;
2075                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2076                         break;
2077                 continue;
2078 unlock:
2079                 folio_unlock(folio);
2080 put:
2081                 folio_put(folio);
2082         }
2083         rcu_read_unlock();
2084
2085         if (folio_batch_count(fbatch)) {
2086                 unsigned long nr = 1;
2087                 int idx = folio_batch_count(fbatch) - 1;
2088
2089                 folio = fbatch->folios[idx];
2090                 if (!xa_is_value(folio))
2091                         nr = folio_nr_pages(folio);
2092                 *start = indices[idx] + nr;
2093         }
2094         return folio_batch_count(fbatch);
2095 }
2096
2097 /**
2098  * filemap_get_folios - Get a batch of folios
2099  * @mapping:    The address_space to search
2100  * @start:      The starting page index
2101  * @end:        The final page index (inclusive)
2102  * @fbatch:     The batch to fill.
2103  *
2104  * Search for and return a batch of folios in the mapping starting at
2105  * index @start and up to index @end (inclusive).  The folios are returned
2106  * in @fbatch with an elevated reference count.
2107  *
2108  * Return: The number of folios which were found.
2109  * We also update @start to index the next folio for the traversal.
2110  */
2111 unsigned filemap_get_folios(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2112                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch)
2113 {
2114         return filemap_get_folios_tag(mapping, start, end, XA_PRESENT, fbatch);
2115 }
2116 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios);
2117
2118 /**
2119  * filemap_get_folios_contig - Get a batch of contiguous folios
2120  * @mapping:    The address_space to search
2121  * @start:      The starting page index
2122  * @end:        The final page index (inclusive)
2123  * @fbatch:     The batch to fill
2124  *
2125  * filemap_get_folios_contig() works exactly like filemap_get_folios(),
2126  * except the returned folios are guaranteed to be contiguous. This may
2127  * not return all contiguous folios if the batch gets filled up.
2128  *
2129  * Return: The number of folios found.
2130  * Also update @start to be positioned for traversal of the next folio.
2131  */
2132
2133 unsigned filemap_get_folios_contig(struct address_space *mapping,
2134                 pgoff_t *start, pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch)
2135 {
2136         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2137         unsigned long nr;
2138         struct folio *folio;
2139
2140         rcu_read_lock();
2141
2142         for (folio = xas_load(&xas); folio && xas.xa_index <= end;
2143                         folio = xas_next(&xas)) {
2144                 if (xas_retry(&xas, folio))
2145                         continue;
2146                 /*
2147                  * If the entry has been swapped out, we can stop looking.
2148                  * No current caller is looking for DAX entries.
2149                  */
2150                 if (xa_is_value(folio))
2151                         goto update_start;
2152
2153                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
2154                         goto retry;
2155
2156                 if (unlikely(folio != xas_reload(&xas)))
2157                         goto put_folio;
2158
2159                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio)) {
2160                         nr = folio_nr_pages(folio);
2161                         *start = folio->index + nr;
2162                         goto out;
2163                 }
2164                 continue;
2165 put_folio:
2166                 folio_put(folio);
2167
2168 retry:
2169                 xas_reset(&xas);
2170         }
2171
2172 update_start:
2173         nr = folio_batch_count(fbatch);
2174
2175         if (nr) {
2176                 folio = fbatch->folios[nr - 1];
2177                 *start = folio_next_index(folio);
2178         }
2179 out:
2180         rcu_read_unlock();
2181         return folio_batch_count(fbatch);
2182 }
2183 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios_contig);
2184
2185 /**
2186  * filemap_get_folios_tag - Get a batch of folios matching @tag
2187  * @mapping:    The address_space to search
2188  * @start:      The starting page index
2189  * @end:        The final page index (inclusive)
2190  * @tag:        The tag index
2191  * @fbatch:     The batch to fill
2192  *
2193  * The first folio may start before @start; if it does, it will contain
2194  * @start.  The final folio may extend beyond @end; if it does, it will
2195  * contain @end.  The folios have ascending indices.  There may be gaps
2196  * between the folios if there are indices which have no folio in the
2197  * page cache.  If folios are added to or removed from the page cache
2198  * while this is running, they may or may not be found by this call.
2199  * Only returns folios that are tagged with @tag.
2200  *
2201  * Return: The number of folios found.
2202  * Also update @start to index the next folio for traversal.
2203  */
2204 unsigned filemap_get_folios_tag(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2205                         pgoff_t end, xa_mark_t tag, struct folio_batch *fbatch)
2206 {
2207         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2208         struct folio *folio;
2209
2210         rcu_read_lock();
2211         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, tag)) != NULL) {
2212                 /*
2213                  * Shadow entries should never be tagged, but this iteration
2214                  * is lockless so there is a window for page reclaim to evict
2215                  * a page we saw tagged. Skip over it.
2216                  */
2217                 if (xa_is_value(folio))
2218                         continue;
2219                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio)) {
2220                         unsigned long nr = folio_nr_pages(folio);
2221                         *start = folio->index + nr;
2222                         goto out;
2223                 }
2224         }
2225         /*
2226          * We come here when there is no page beyond @end. We take care to not
2227          * overflow the index @start as it confuses some of the callers. This
2228          * breaks the iteration when there is a page at index -1 but that is
2229          * already broke anyway.
2230          */
2231         if (end == (pgoff_t)-1)
2232                 *start = (pgoff_t)-1;
2233         else
2234                 *start = end + 1;
2235 out:
2236         rcu_read_unlock();
2237
2238         return folio_batch_count(fbatch);
2239 }
2240 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios_tag);
2241
2242 /*
2243  * CD/DVDs are error prone. When a medium error occurs, the driver may fail
2244  * a _large_ part of the i/o request. Imagine the worst scenario:
2245  *
2246  *      ---R__________________________________________B__________
2247  *         ^ reading here                             ^ bad block(assume 4k)
2248  *
2249  * read(R) => miss => readahead(R...B) => media error => frustrating retries
2250  * => failing the whole request => read(R) => read(R+1) =>
2251  * readahead(R+1...B+1) => bang => read(R+2) => read(R+3) =>
2252  * readahead(R+3...B+2) => bang => read(R+3) => read(R+4) =>
2253  * readahead(R+4...B+3) => bang => read(R+4) => read(R+5) => ......
2254  *
2255  * It is going insane. Fix it by quickly scaling down the readahead size.
2256  */
2257 static void shrink_readahead_size_eio(struct file_ra_state *ra)
2258 {
2259         ra->ra_pages /= 4;
2260 }
2261
2262 /*
2263  * filemap_get_read_batch - Get a batch of folios for read
2264  *
2265  * Get a batch of folios which represent a contiguous range of bytes in
2266  * the file.  No exceptional entries will be returned.  If @index is in
2267  * the middle of a folio, the entire folio will be returned.  The last
2268  * folio in the batch may have the readahead flag set or the uptodate flag
2269  * clear so that the caller can take the appropriate action.
2270  */
2271 static void filemap_get_read_batch(struct address_space *mapping,
2272                 pgoff_t index, pgoff_t max, struct folio_batch *fbatch)
2273 {
2274         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
2275         struct folio *folio;
2276
2277         rcu_read_lock();
2278         for (folio = xas_load(&xas); folio; folio = xas_next(&xas)) {
2279                 if (xas_retry(&xas, folio))
2280                         continue;
2281                 if (xas.xa_index > max || xa_is_value(folio))
2282                         break;
2283                 if (xa_is_sibling(folio))
2284                         break;
2285                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
2286                         goto retry;
2287
2288                 if (unlikely(folio != xas_reload(&xas)))
2289                         goto put_folio;
2290
2291                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2292                         break;
2293                 if (!folio_test_uptodate(folio))
2294                         break;
2295                 if (folio_test_readahead(folio))
2296                         break;
2297                 xas_advance(&xas, folio_next_index(folio) - 1);
2298                 continue;
2299 put_folio:
2300                 folio_put(folio);
2301 retry:
2302                 xas_reset(&xas);
2303         }
2304         rcu_read_unlock();
2305 }
2306
2307 static int filemap_read_folio(struct file *file, filler_t filler,
2308                 struct folio *folio)
2309 {
2310         bool workingset = folio_test_workingset(folio);
2311         unsigned long pflags;
2312         int error;
2313
2314         /*
2315          * A previous I/O error may have been due to temporary failures,
2316          * eg. multipath errors.  PG_error will be set again if read_folio
2317          * fails.
2318          */
2319         folio_clear_error(folio);
2320
2321         /* Start the actual read. The read will unlock the page. */
2322         if (unlikely(workingset))
2323                 psi_memstall_enter(&pflags);
2324         error = filler(file, folio);
2325         if (unlikely(workingset))
2326                 psi_memstall_leave(&pflags);
2327         if (error)
2328                 return error;
2329
2330         error = folio_wait_locked_killable(folio);
2331         if (error)
2332                 return error;
2333         if (folio_test_uptodate(folio))
2334                 return 0;
2335         if (file)
2336                 shrink_readahead_size_eio(&file->f_ra);
2337         return -EIO;
2338 }
2339
2340 static bool filemap_range_uptodate(struct address_space *mapping,
2341                 loff_t pos, size_t count, struct folio *folio,
2342                 bool need_uptodate)
2343 {
2344         if (folio_test_uptodate(folio))
2345                 return true;
2346         /* pipes can't handle partially uptodate pages */
2347         if (need_uptodate)
2348                 return false;
2349         if (!mapping->a_ops->is_partially_uptodate)
2350                 return false;
2351         if (mapping->host->i_blkbits >= folio_shift(folio))
2352                 return false;
2353
2354         if (folio_pos(folio) > pos) {
2355                 count -= folio_pos(folio) - pos;
2356                 pos = 0;
2357         } else {
2358                 pos -= folio_pos(folio);
2359         }
2360
2361         return mapping->a_ops->is_partially_uptodate(folio, pos, count);
2362 }
2363
2364 static int filemap_update_page(struct kiocb *iocb,
2365                 struct address_space *mapping, size_t count,
2366                 struct folio *folio, bool need_uptodate)
2367 {
2368         int error;
2369
2370         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2371                 if (!filemap_invalidate_trylock_shared(mapping))
2372                         return -EAGAIN;
2373         } else {
2374                 filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
2375         }
2376
2377         if (!folio_trylock(folio)) {
2378                 error = -EAGAIN;
2379                 if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOWAIT | IOCB_NOIO))
2380                         goto unlock_mapping;
2381                 if (!(iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ)) {
2382                         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2383                         /*
2384                          * This is where we usually end up waiting for a
2385                          * previously submitted readahead to finish.
2386                          */
2387                         folio_put_wait_locked(folio, TASK_KILLABLE);
2388                         return AOP_TRUNCATED_PAGE;
2389                 }
2390                 error = __folio_lock_async(folio, iocb->ki_waitq);
2391                 if (error)
2392                         goto unlock_mapping;
2393         }
2394
2395         error = AOP_TRUNCATED_PAGE;
2396         if (!folio->mapping)
2397                 goto unlock;
2398
2399         error = 0;
2400         if (filemap_range_uptodate(mapping, iocb->ki_pos, count, folio,
2401                                    need_uptodate))
2402                 goto unlock;
2403
2404         error = -EAGAIN;
2405         if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOIO | IOCB_NOWAIT | IOCB_WAITQ))
2406                 goto unlock;
2407
2408         error = filemap_read_folio(iocb->ki_filp, mapping->a_ops->read_folio,
2409                         folio);
2410         goto unlock_mapping;
2411 unlock:
2412         folio_unlock(folio);
2413 unlock_mapping:
2414         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2415         if (error == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2416                 folio_put(folio);
2417         return error;
2418 }
2419
2420 static int filemap_create_folio(struct file *file,
2421                 struct address_space *mapping, pgoff_t index,
2422                 struct folio_batch *fbatch)
2423 {
2424         struct folio *folio;
2425         int error;
2426
2427         folio = filemap_alloc_folio(mapping_gfp_mask(mapping), 0);
2428         if (!folio)
2429                 return -ENOMEM;
2430
2431         /*
2432          * Protect against truncate / hole punch. Grabbing invalidate_lock
2433          * here assures we cannot instantiate and bring uptodate new
2434          * pagecache folios after evicting page cache during truncate
2435          * and before actually freeing blocks.  Note that we could
2436          * release invalidate_lock after inserting the folio into
2437          * the page cache as the locked folio would then be enough to
2438          * synchronize with hole punching. But there are code paths
2439          * such as filemap_update_page() filling in partially uptodate
2440          * pages or ->readahead() that need to hold invalidate_lock
2441          * while mapping blocks for IO so let's hold the lock here as
2442          * well to keep locking rules simple.
2443          */
2444         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
2445         error = filemap_add_folio(mapping, folio, index,
2446                         mapping_gfp_constraint(mapping, GFP_KERNEL));
2447         if (error == -EEXIST)
2448                 error = AOP_TRUNCATED_PAGE;
2449         if (error)
2450                 goto error;
2451
2452         error = filemap_read_folio(file, mapping->a_ops->read_folio, folio);
2453         if (error)
2454                 goto error;
2455
2456         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2457         folio_batch_add(fbatch, folio);
2458         return 0;
2459 error:
2460         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2461         folio_put(folio);
2462         return error;
2463 }
2464
2465 static int filemap_readahead(struct kiocb *iocb, struct file *file,
2466                 struct address_space *mapping, struct folio *folio,
2467                 pgoff_t last_index)
2468 {
2469         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, &file->f_ra, mapping, folio->index);
2470
2471         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOIO)
2472                 return -EAGAIN;
2473         page_cache_async_ra(&ractl, folio, last_index - folio->index);
2474         return 0;
2475 }
2476
2477 static int filemap_get_pages(struct kiocb *iocb, size_t count,
2478                 struct folio_batch *fbatch, bool need_uptodate)
2479 {
2480         struct file *filp = iocb->ki_filp;
2481         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
2482         struct file_ra_state *ra = &filp->f_ra;
2483         pgoff_t index = iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT;
2484         pgoff_t last_index;
2485         struct folio *folio;
2486         int err = 0;
2487
2488         /* "last_index" is the index of the page beyond the end of the read */
2489         last_index = DIV_ROUND_UP(iocb->ki_pos + count, PAGE_SIZE);
2490 retry:
2491         if (fatal_signal_pending(current))
2492                 return -EINTR;
2493
2494         filemap_get_read_batch(mapping, index, last_index - 1, fbatch);
2495         if (!folio_batch_count(fbatch)) {
2496                 if (iocb->ki_flags & IOCB_NOIO)
2497                         return -EAGAIN;
2498                 page_cache_sync_readahead(mapping, ra, filp, index,
2499                                 last_index - index);
2500                 filemap_get_read_batch(mapping, index, last_index - 1, fbatch);
2501         }
2502         if (!folio_batch_count(fbatch)) {
2503                 if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOWAIT | IOCB_WAITQ))
2504                         return -EAGAIN;
2505                 err = filemap_create_folio(filp, mapping,
2506                                 iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT, fbatch);
2507                 if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2508                         goto retry;
2509                 return err;
2510         }
2511
2512         folio = fbatch->folios[folio_batch_count(fbatch) - 1];
2513         if (folio_test_readahead(folio)) {
2514                 err = filemap_readahead(iocb, filp, mapping, folio, last_index);
2515                 if (err)
2516                         goto err;
2517         }
2518         if (!folio_test_uptodate(folio)) {
2519                 if ((iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ) &&
2520                     folio_batch_count(fbatch) > 1)
2521                         iocb->ki_flags |= IOCB_NOWAIT;
2522                 err = filemap_update_page(iocb, mapping, count, folio,
2523                                           need_uptodate);
2524                 if (err)
2525                         goto err;
2526         }
2527
2528         return 0;
2529 err:
2530         if (err < 0)
2531                 folio_put(folio);
2532         if (likely(--fbatch->nr))
2533                 return 0;
2534         if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2535                 goto retry;
2536         return err;
2537 }
2538
2539 static inline bool pos_same_folio(loff_t pos1, loff_t pos2, struct folio *folio)
2540 {
2541         unsigned int shift = folio_shift(folio);
2542
2543         return (pos1 >> shift == pos2 >> shift);
2544 }
2545
2546 /**
2547  * filemap_read - Read data from the page cache.
2548  * @iocb: The iocb to read.
2549  * @iter: Destination for the data.
2550  * @already_read: Number of bytes already read by the caller.
2551  *
2552  * Copies data from the page cache.  If the data is not currently present,
2553  * uses the readahead and read_folio address_space operations to fetch it.
2554  *
2555  * Return: Total number of bytes copied, including those already read by
2556  * the caller.  If an error happens before any bytes are copied, returns
2557  * a negative error number.
2558  */
2559 ssize_t filemap_read(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter,
2560                 ssize_t already_read)
2561 {
2562         struct file *filp = iocb->ki_filp;
2563         struct file_ra_state *ra = &filp->f_ra;
2564         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
2565         struct inode *inode = mapping->host;
2566         struct folio_batch fbatch;
2567         int i, error = 0;
2568         bool writably_mapped;
2569         loff_t isize, end_offset;
2570         loff_t last_pos = ra->prev_pos;
2571
2572         if (unlikely(iocb->ki_pos >= inode->i_sb->s_maxbytes))
2573                 return 0;
2574         if (unlikely(!iov_iter_count(iter)))
2575                 return 0;
2576
2577         iov_iter_truncate(iter, inode->i_sb->s_maxbytes);
2578         folio_batch_init(&fbatch);
2579
2580         do {
2581                 cond_resched();
2582
2583                 /*
2584                  * If we've already successfully copied some data, then we
2585                  * can no longer safely return -EIOCBQUEUED. Hence mark
2586                  * an async read NOWAIT at that point.
2587                  */
2588                 if ((iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ) && already_read)
2589                         iocb->ki_flags |= IOCB_NOWAIT;
2590
2591                 if (unlikely(iocb->ki_pos >= i_size_read(inode)))
2592                         break;
2593
2594                 error = filemap_get_pages(iocb, iter->count, &fbatch, false);
2595                 if (error < 0)
2596                         break;
2597
2598                 /*
2599                  * i_size must be checked after we know the pages are Uptodate.
2600                  *
2601                  * Checking i_size after the check allows us to calculate
2602                  * the correct value for "nr", which means the zero-filled
2603                  * part of the page is not copied back to userspace (unless
2604                  * another truncate extends the file - this is desired though).
2605                  */
2606                 isize = i_size_read(inode);
2607                 if (unlikely(iocb->ki_pos >= isize))
2608                         goto put_folios;
2609                 end_offset = min_t(loff_t, isize, iocb->ki_pos + iter->count);
2610
2611                 /*
2612                  * Once we start copying data, we don't want to be touching any
2613                  * cachelines that might be contended:
2614                  */
2615                 writably_mapped = mapping_writably_mapped(mapping);
2616
2617                 /*
2618                  * When a read accesses the same folio several times, only
2619                  * mark it as accessed the first time.
2620                  */
2621                 if (!pos_same_folio(iocb->ki_pos, last_pos - 1,
2622                                     fbatch.folios[0]))
2623                         folio_mark_accessed(fbatch.folios[0]);
2624
2625                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++) {
2626                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
2627                         size_t fsize = folio_size(folio);
2628                         size_t offset = iocb->ki_pos & (fsize - 1);
2629                         size_t bytes = min_t(loff_t, end_offset - iocb->ki_pos,
2630                                              fsize - offset);
2631                         size_t copied;
2632
2633                         if (end_offset < folio_pos(folio))
2634                                 break;
2635                         if (i > 0)
2636                                 folio_mark_accessed(folio);
2637                         /*
2638                          * If users can be writing to this folio using arbitrary
2639                          * virtual addresses, take care of potential aliasing
2640                          * before reading the folio on the kernel side.
2641                          */
2642                         if (writably_mapped)
2643                                 flush_dcache_folio(folio);
2644
2645                         copied = copy_folio_to_iter(folio, offset, bytes, iter);
2646
2647                         already_read += copied;
2648                         iocb->ki_pos += copied;
2649                         last_pos = iocb->ki_pos;
2650
2651                         if (copied < bytes) {
2652                                 error = -EFAULT;
2653                                 break;
2654                         }
2655                 }
2656 put_folios:
2657                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++)
2658                         folio_put(fbatch.folios[i]);
2659                 folio_batch_init(&fbatch);
2660         } while (iov_iter_count(iter) && iocb->ki_pos < isize && !error);
2661
2662         file_accessed(filp);
2663         ra->prev_pos = last_pos;
2664         return already_read ? already_read : error;
2665 }
2666 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_read);
2667
2668 int kiocb_write_and_wait(struct kiocb *iocb, size_t count)
2669 {
2670         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
2671         loff_t pos = iocb->ki_pos;
2672         loff_t end = pos + count - 1;
2673
2674         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2675                 if (filemap_range_needs_writeback(mapping, pos, end))
2676                         return -EAGAIN;
2677                 return 0;
2678         }
2679
2680         return filemap_write_and_wait_range(mapping, pos, end);
2681 }
2682 EXPORT_SYMBOL_GPL(kiocb_write_and_wait);
2683
2684 int kiocb_invalidate_pages(struct kiocb *iocb, size_t count)
2685 {
2686         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
2687         loff_t pos = iocb->ki_pos;
2688         loff_t end = pos + count - 1;
2689         int ret;
2690
2691         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2692                 /* we could block if there are any pages in the range */
2693                 if (filemap_range_has_page(mapping, pos, end))
2694                         return -EAGAIN;
2695         } else {
2696                 ret = filemap_write_and_wait_range(mapping, pos, end);
2697                 if (ret)
2698                         return ret;
2699         }
2700
2701         /*
2702          * After a write we want buffered reads to be sure to go to disk to get
2703          * the new data.  We invalidate clean cached page from the region we're
2704          * about to write.  We do this *before* the write so that we can return
2705          * without clobbering -EIOCBQUEUED from ->direct_IO().
2706          */
2707         return invalidate_inode_pages2_range(mapping, pos >> PAGE_SHIFT,
2708                                              end >> PAGE_SHIFT);
2709 }
2710 EXPORT_SYMBOL_GPL(kiocb_invalidate_pages);
2711
2712 /**
2713  * generic_file_read_iter - generic filesystem read routine
2714  * @iocb:       kernel I/O control block
2715  * @iter:       destination for the data read
2716  *
2717  * This is the "read_iter()" routine for all filesystems
2718  * that can use the page cache directly.
2719  *
2720  * The IOCB_NOWAIT flag in iocb->ki_flags indicates that -EAGAIN shall
2721  * be returned when no data can be read without waiting for I/O requests
2722  * to complete; it doesn't prevent readahead.
2723  *
2724  * The IOCB_NOIO flag in iocb->ki_flags indicates that no new I/O
2725  * requests shall be made for the read or for readahead.  When no data
2726  * can be read, -EAGAIN shall be returned.  When readahead would be
2727  * triggered, a partial, possibly empty read shall be returned.
2728  *
2729  * Return:
2730  * * number of bytes copied, even for partial reads
2731  * * negative error code (or 0 if IOCB_NOIO) if nothing was read
2732  */
2733 ssize_t
2734 generic_file_read_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter)
2735 {
2736         size_t count = iov_iter_count(iter);
2737         ssize_t retval = 0;
2738
2739         if (!count)
2740                 return 0; /* skip atime */
2741
2742         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
2743                 struct file *file = iocb->ki_filp;
2744                 struct address_space *mapping = file->f_mapping;
2745                 struct inode *inode = mapping->host;
2746
2747                 retval = kiocb_write_and_wait(iocb, count);
2748                 if (retval < 0)
2749                         return retval;
2750                 file_accessed(file);
2751
2752                 retval = mapping->a_ops->direct_IO(iocb, iter);
2753                 if (retval >= 0) {
2754                         iocb->ki_pos += retval;
2755                         count -= retval;
2756                 }
2757                 if (retval != -EIOCBQUEUED)
2758                         iov_iter_revert(iter, count - iov_iter_count(iter));
2759
2760                 /*
2761                  * Btrfs can have a short DIO read if we encounter
2762                  * compressed extents, so if there was an error, or if
2763                  * we've already read everything we wanted to, or if
2764                  * there was a short read because we hit EOF, go ahead
2765                  * and return.  Otherwise fallthrough to buffered io for
2766                  * the rest of the read.  Buffered reads will not work for
2767                  * DAX files, so don't bother trying.
2768                  */
2769                 if (retval < 0 || !count || IS_DAX(inode))
2770                         return retval;
2771                 if (iocb->ki_pos >= i_size_read(inode))
2772                         return retval;
2773         }
2774
2775         return filemap_read(iocb, iter, retval);
2776 }
2777 EXPORT_SYMBOL(generic_file_read_iter);
2778
2779 /*
2780  * Splice subpages from a folio into a pipe.
2781  */
2782 size_t splice_folio_into_pipe(struct pipe_inode_info *pipe,
2783                               struct folio *folio, loff_t fpos, size_t size)
2784 {
2785         struct page *page;
2786         size_t spliced = 0, offset = offset_in_folio(folio, fpos);
2787
2788         page = folio_page(folio, offset / PAGE_SIZE);
2789         size = min(size, folio_size(folio) - offset);
2790         offset %= PAGE_SIZE;
2791
2792         while (spliced < size &&
2793                !pipe_full(pipe->head, pipe->tail, pipe->max_usage)) {
2794                 struct pipe_buffer *buf = pipe_head_buf(pipe);
2795                 size_t part = min_t(size_t, PAGE_SIZE - offset, size - spliced);
2796
2797                 *buf = (struct pipe_buffer) {
2798                         .ops    = &page_cache_pipe_buf_ops,
2799                         .page   = page,
2800                         .offset = offset,
2801                         .len    = part,
2802                 };
2803                 folio_get(folio);
2804                 pipe->head++;
2805                 page++;
2806                 spliced += part;
2807                 offset = 0;
2808         }
2809
2810         return spliced;
2811 }
2812
2813 /**
2814  * filemap_splice_read -  Splice data from a file's pagecache into a pipe
2815  * @in: The file to read from
2816  * @ppos: Pointer to the file position to read from
2817  * @pipe: The pipe to splice into
2818  * @len: The amount to splice
2819  * @flags: The SPLICE_F_* flags
2820  *
2821  * This function gets folios from a file's pagecache and splices them into the
2822  * pipe.  Readahead will be called as necessary to fill more folios.  This may
2823  * be used for blockdevs also.
2824  *
2825  * Return: On success, the number of bytes read will be returned and *@ppos
2826  * will be updated if appropriate; 0 will be returned if there is no more data
2827  * to be read; -EAGAIN will be returned if the pipe had no space, and some
2828  * other negative error code will be returned on error.  A short read may occur
2829  * if the pipe has insufficient space, we reach the end of the data or we hit a
2830  * hole.
2831  */
2832 ssize_t filemap_splice_read(struct file *in, loff_t *ppos,
2833                             struct pipe_inode_info *pipe,
2834                             size_t len, unsigned int flags)
2835 {
2836         struct folio_batch fbatch;
2837         struct kiocb iocb;
2838         size_t total_spliced = 0, used, npages;
2839         loff_t isize, end_offset;
2840         bool writably_mapped;
2841         int i, error = 0;
2842
2843         if (unlikely(*ppos >= in->f_mapping->host->i_sb->s_maxbytes))
2844                 return 0;
2845
2846         init_sync_kiocb(&iocb, in);
2847         iocb.ki_pos = *ppos;
2848
2849         /* Work out how much data we can actually add into the pipe */
2850         used = pipe_occupancy(pipe->head, pipe->tail);
2851         npages = max_t(ssize_t, pipe->max_usage - used, 0);
2852         len = min_t(size_t, len, npages * PAGE_SIZE);
2853
2854         folio_batch_init(&fbatch);
2855
2856         do {
2857                 cond_resched();
2858
2859                 if (*ppos >= i_size_read(in->f_mapping->host))
2860                         break;
2861
2862                 iocb.ki_pos = *ppos;
2863                 error = filemap_get_pages(&iocb, len, &fbatch, true);
2864                 if (error < 0)
2865                         break;
2866
2867                 /*
2868                  * i_size must be checked after we know the pages are Uptodate.
2869                  *
2870                  * Checking i_size after the check allows us to calculate
2871                  * the correct value for "nr", which means the zero-filled
2872                  * part of the page is not copied back to userspace (unless
2873                  * another truncate extends the file - this is desired though).
2874                  */
2875                 isize = i_size_read(in->f_mapping->host);
2876                 if (unlikely(*ppos >= isize))
2877                         break;
2878                 end_offset = min_t(loff_t, isize, *ppos + len);
2879
2880                 /*
2881                  * Once we start copying data, we don't want to be touching any
2882                  * cachelines that might be contended:
2883                  */
2884                 writably_mapped = mapping_writably_mapped(in->f_mapping);
2885
2886                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++) {
2887                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
2888                         size_t n;
2889
2890                         if (folio_pos(folio) >= end_offset)
2891                                 goto out;
2892                         folio_mark_accessed(folio);
2893
2894                         /*
2895                          * If users can be writing to this folio using arbitrary
2896                          * virtual addresses, take care of potential aliasing
2897                          * before reading the folio on the kernel side.
2898                          */
2899                         if (writably_mapped)
2900                                 flush_dcache_folio(folio);
2901
2902                         n = min_t(loff_t, len, isize - *ppos);
2903                         n = splice_folio_into_pipe(pipe, folio, *ppos, n);
2904                         if (!n)
2905                                 goto out;
2906                         len -= n;
2907                         total_spliced += n;
2908                         *ppos += n;
2909                         in->f_ra.prev_pos = *ppos;
2910                         if (pipe_full(pipe->head, pipe->tail, pipe->max_usage))
2911                                 goto out;
2912                 }
2913
2914                 folio_batch_release(&fbatch);
2915         } while (len);
2916
2917 out:
2918         folio_batch_release(&fbatch);
2919         file_accessed(in);
2920
2921         return total_spliced ? total_spliced : error;
2922 }
2923 EXPORT_SYMBOL(filemap_splice_read);
2924
2925 static inline loff_t folio_seek_hole_data(struct xa_state *xas,
2926                 struct address_space *mapping, struct folio *folio,
2927                 loff_t start, loff_t end, bool seek_data)
2928 {
2929         const struct address_space_operations *ops = mapping->a_ops;
2930         size_t offset, bsz = i_blocksize(mapping->host);
2931
2932         if (xa_is_value(folio) || folio_test_uptodate(folio))
2933                 return seek_data ? start : end;
2934         if (!ops->is_partially_uptodate)
2935                 return seek_data ? end : start;
2936
2937         xas_pause(xas);
2938         rcu_read_unlock();
2939         folio_lock(folio);
2940         if (unlikely(folio->mapping != mapping))
2941                 goto unlock;
2942
2943         offset = offset_in_folio(folio, start) & ~(bsz - 1);
2944
2945         do {
2946                 if (ops->is_partially_uptodate(folio, offset, bsz) ==
2947                                                         seek_data)
2948                         break;
2949                 start = (start + bsz) & ~(bsz - 1);
2950                 offset += bsz;
2951         } while (offset < folio_size(folio));
2952 unlock:
2953         folio_unlock(folio);
2954         rcu_read_lock();
2955         return start;
2956 }
2957
2958 static inline size_t seek_folio_size(struct xa_state *xas, struct folio *folio)
2959 {
2960         if (xa_is_value(folio))
2961                 return PAGE_SIZE << xa_get_order(xas->xa, xas->xa_index);
2962         return folio_size(folio);
2963 }
2964
2965 /**
2966  * mapping_seek_hole_data - Seek for SEEK_DATA / SEEK_HOLE in the page cache.
2967  * @mapping: Address space to search.
2968  * @start: First byte to consider.
2969  * @end: Limit of search (exclusive).
2970  * @whence: Either SEEK_HOLE or SEEK_DATA.
2971  *
2972  * If the page cache knows which blocks contain holes and which blocks
2973  * contain data, your filesystem can use this function to implement
2974  * SEEK_HOLE and SEEK_DATA.  This is useful for filesystems which are
2975  * entirely memory-based such as tmpfs, and filesystems which support
2976  * unwritten extents.
2977  *
2978  * Return: The requested offset on success, or -ENXIO if @whence specifies
2979  * SEEK_DATA and there is no data after @start.  There is an implicit hole
2980  * after @end - 1, so SEEK_HOLE returns @end if all the bytes between @start
2981  * and @end contain data.
2982  */
2983 loff_t mapping_seek_hole_data(struct address_space *mapping, loff_t start,
2984                 loff_t end, int whence)
2985 {
2986         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start >> PAGE_SHIFT);
2987         pgoff_t max = (end - 1) >> PAGE_SHIFT;
2988         bool seek_data = (whence == SEEK_DATA);
2989         struct folio *folio;
2990
2991         if (end <= start)
2992                 return -ENXIO;
2993
2994         rcu_read_lock();
2995         while ((folio = find_get_entry(&xas, max, XA_PRESENT))) {
2996                 loff_t pos = (u64)xas.xa_index << PAGE_SHIFT;
2997                 size_t seek_size;
2998
2999                 if (start < pos) {
3000                         if (!seek_data)
3001                                 goto unlock;
3002                         start = pos;
3003                 }
3004
3005                 seek_size = seek_folio_size(&xas, folio);
3006                 pos = round_up((u64)pos + 1, seek_size);
3007                 start = folio_seek_hole_data(&xas, mapping, folio, start, pos,
3008                                 seek_data);
3009                 if (start < pos)
3010                         goto unlock;
3011                 if (start >= end)
3012                         break;
3013                 if (seek_size > PAGE_SIZE)
3014                         xas_set(&xas, pos >> PAGE_SHIFT);
3015                 if (!xa_is_value(folio))
3016                         folio_put(folio);
3017         }
3018         if (seek_data)
3019                 start = -ENXIO;
3020 unlock:
3021         rcu_read_unlock();
3022         if (folio && !xa_is_value(folio))
3023                 folio_put(folio);
3024         if (start > end)
3025                 return end;
3026         return start;
3027 }
3028
3029 #ifdef CONFIG_MMU
3030 #define MMAP_LOTSAMISS  (100)
3031 /*
3032  * lock_folio_maybe_drop_mmap - lock the page, possibly dropping the mmap_lock
3033  * @vmf - the vm_fault for this fault.
3034  * @folio - the folio to lock.
3035  * @fpin - the pointer to the file we may pin (or is already pinned).
3036  *
3037  * This works similar to lock_folio_or_retry in that it can drop the
3038  * mmap_lock.  It differs in that it actually returns the folio locked
3039  * if it returns 1 and 0 if it couldn't lock the folio.  If we did have
3040  * to drop the mmap_lock then fpin will point to the pinned file and
3041  * needs to be fput()'ed at a later point.
3042  */
3043 static int lock_folio_maybe_drop_mmap(struct vm_fault *vmf, struct folio *folio,
3044                                      struct file **fpin)
3045 {
3046         if (folio_trylock(folio))
3047                 return 1;
3048
3049         /*
3050          * NOTE! This will make us return with VM_FAULT_RETRY, but with
3051          * the fault lock still held. That's how FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT
3052          * is supposed to work. We have way too many special cases..
3053          */
3054         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT)
3055                 return 0;
3056
3057         *fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, *fpin);
3058         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_KILLABLE) {
3059                 if (__folio_lock_killable(folio)) {
3060                         /*
3061                          * We didn't have the right flags to drop the
3062                          * fault lock, but all fault_handlers only check
3063                          * for fatal signals if we return VM_FAULT_RETRY,
3064                          * so we need to drop the fault lock here and
3065                          * return 0 if we don't have a fpin.
3066                          */
3067                         if (*fpin == NULL)
3068                                 release_fault_lock(vmf);
3069                         return 0;
3070                 }
3071         } else
3072                 __folio_lock(folio);
3073
3074         return 1;
3075 }
3076
3077 /*
3078  * Synchronous readahead happens when we don't even find a page in the page
3079  * cache at all.  We don't want to perform IO under the mmap sem, so if we have
3080  * to drop the mmap sem we return the file that was pinned in order for us to do
3081  * that.  If we didn't pin a file then we return NULL.  The file that is
3082  * returned needs to be fput()'ed when we're done with it.
3083  */
3084 static struct file *do_sync_mmap_readahead(struct vm_fault *vmf)
3085 {
3086         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3087         struct file_ra_state *ra = &file->f_ra;
3088         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3089         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, ra, mapping, vmf->pgoff);
3090         struct file *fpin = NULL;
3091         unsigned long vm_flags = vmf->vma->vm_flags;
3092         unsigned int mmap_miss;
3093
3094 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
3095         /* Use the readahead code, even if readahead is disabled */
3096         if (vm_flags & VM_HUGEPAGE) {
3097                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3098                 ractl._index &= ~((unsigned long)HPAGE_PMD_NR - 1);
3099                 ra->size = HPAGE_PMD_NR;
3100                 /*
3101                  * Fetch two PMD folios, so we get the chance to actually
3102                  * readahead, unless we've been told not to.
3103                  */
3104                 if (!(vm_flags & VM_RAND_READ))
3105                         ra->size *= 2;
3106                 ra->async_size = HPAGE_PMD_NR;
3107                 page_cache_ra_order(&ractl, ra, HPAGE_PMD_ORDER);
3108                 return fpin;
3109         }
3110 #endif
3111
3112         /* If we don't want any read-ahead, don't bother */
3113         if (vm_flags & VM_RAND_READ)
3114                 return fpin;
3115         if (!ra->ra_pages)
3116                 return fpin;
3117
3118         if (vm_flags & VM_SEQ_READ) {
3119                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3120                 page_cache_sync_ra(&ractl, ra->ra_pages);
3121                 return fpin;
3122         }
3123
3124         /* Avoid banging the cache line if not needed */
3125         mmap_miss = READ_ONCE(ra->mmap_miss);
3126         if (mmap_miss < MMAP_LOTSAMISS * 10)
3127                 WRITE_ONCE(ra->mmap_miss, ++mmap_miss);
3128
3129         /*
3130          * Do we miss much more than hit in this file? If so,
3131          * stop bothering with read-ahead. It will only hurt.
3132          */
3133         if (mmap_miss > MMAP_LOTSAMISS)
3134                 return fpin;
3135
3136         /*
3137          * mmap read-around
3138          */
3139         fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3140         ra->start = max_t(long, 0, vmf->pgoff - ra->ra_pages / 2);
3141         ra->size = ra->ra_pages;
3142         ra->async_size = ra->ra_pages / 4;
3143         ractl._index = ra->start;
3144         page_cache_ra_order(&ractl, ra, 0);
3145         return fpin;
3146 }
3147
3148 /*
3149  * Asynchronous readahead happens when we find the page and PG_readahead,
3150  * so we want to possibly extend the readahead further.  We return the file that
3151  * was pinned if we have to drop the mmap_lock in order to do IO.
3152  */
3153 static struct file *do_async_mmap_readahead(struct vm_fault *vmf,
3154                                             struct folio *folio)
3155 {
3156         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3157         struct file_ra_state *ra = &file->f_ra;
3158         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, ra, file->f_mapping, vmf->pgoff);
3159         struct file *fpin = NULL;
3160         unsigned int mmap_miss;
3161
3162         /* If we don't want any read-ahead, don't bother */
3163         if (vmf->vma->vm_flags & VM_RAND_READ || !ra->ra_pages)
3164                 return fpin;
3165
3166         mmap_miss = READ_ONCE(ra->mmap_miss);
3167         if (mmap_miss)
3168                 WRITE_ONCE(ra->mmap_miss, --mmap_miss);
3169
3170         if (folio_test_readahead(folio)) {
3171                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3172                 page_cache_async_ra(&ractl, folio, ra->ra_pages);
3173         }
3174         return fpin;
3175 }
3176
3177 /**
3178  * filemap_fault - read in file data for page fault handling
3179  * @vmf:        struct vm_fault containing details of the fault
3180  *
3181  * filemap_fault() is invoked via the vma operations vector for a
3182  * mapped memory region to read in file data during a page fault.
3183  *
3184  * The goto's are kind of ugly, but this streamlines the normal case of having
3185  * it in the page cache, and handles the special cases reasonably without
3186  * having a lot of duplicated code.
3187  *
3188  * vma->vm_mm->mmap_lock must be held on entry.
3189  *
3190  * If our return value has VM_FAULT_RETRY set, it's because the mmap_lock
3191  * may be dropped before doing I/O or by lock_folio_maybe_drop_mmap().
3192  *
3193  * If our return value does not have VM_FAULT_RETRY set, the mmap_lock
3194  * has not been released.
3195  *
3196  * We never return with VM_FAULT_RETRY and a bit from VM_FAULT_ERROR set.
3197  *
3198  * Return: bitwise-OR of %VM_FAULT_ codes.
3199  */
3200 vm_fault_t filemap_fault(struct vm_fault *vmf)
3201 {
3202         int error;
3203         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3204         struct file *fpin = NULL;
3205         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3206         struct inode *inode = mapping->host;
3207         pgoff_t max_idx, index = vmf->pgoff;
3208         struct folio *folio;
3209         vm_fault_t ret = 0;
3210         bool mapping_locked = false;
3211
3212         max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
3213         if (unlikely(index >= max_idx))
3214                 return VM_FAULT_SIGBUS;
3215
3216         /*
3217          * Do we have something in the page cache already?
3218          */
3219         folio = filemap_get_folio(mapping, index);
3220         if (likely(!IS_ERR(folio))) {
3221                 /*
3222                  * We found the page, so try async readahead before waiting for
3223                  * the lock.
3224                  */
3225                 if (!(vmf->flags & FAULT_FLAG_TRIED))
3226                         fpin = do_async_mmap_readahead(vmf, folio);
3227                 if (unlikely(!folio_test_uptodate(folio))) {
3228                         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
3229                         mapping_locked = true;
3230                 }
3231         } else {
3232                 /* No page in the page cache at all */
3233                 count_vm_event(PGMAJFAULT);
3234                 count_memcg_event_mm(vmf->vma->vm_mm, PGMAJFAULT);
3235                 ret = VM_FAULT_MAJOR;
3236                 fpin = do_sync_mmap_readahead(vmf);
3237 retry_find:
3238                 /*
3239                  * See comment in filemap_create_folio() why we need
3240                  * invalidate_lock
3241                  */
3242                 if (!mapping_locked) {
3243                         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
3244                         mapping_locked = true;
3245                 }
3246                 folio = __filemap_get_folio(mapping, index,
3247                                           FGP_CREAT|FGP_FOR_MMAP,
3248                                           vmf->gfp_mask);
3249                 if (IS_ERR(folio)) {
3250                         if (fpin)
3251                                 goto out_retry;
3252                         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3253                         return VM_FAULT_OOM;
3254                 }
3255         }
3256
3257         if (!lock_folio_maybe_drop_mmap(vmf, folio, &fpin))
3258                 goto out_retry;
3259
3260         /* Did it get truncated? */
3261         if (unlikely(folio->mapping != mapping)) {
3262                 folio_unlock(folio);
3263                 folio_put(folio);
3264                 goto retry_find;
3265         }
3266         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, index), folio);
3267
3268         /*
3269          * We have a locked folio in the page cache, now we need to check
3270          * that it's up-to-date. If not, it is going to be due to an error,
3271          * or because readahead was otherwise unable to retrieve it.
3272          */
3273         if (unlikely(!folio_test_uptodate(folio))) {
3274                 /*
3275                  * If the invalidate lock is not held, the folio was in cache
3276                  * and uptodate and now it is not. Strange but possible since we
3277                  * didn't hold the page lock all the time. Let's drop
3278                  * everything, get the invalidate lock and try again.
3279                  */
3280                 if (!mapping_locked) {
3281                         folio_unlock(folio);
3282                         folio_put(folio);
3283                         goto retry_find;
3284                 }
3285
3286                 /*
3287                  * OK, the folio is really not uptodate. This can be because the
3288                  * VMA has the VM_RAND_READ flag set, or because an error
3289                  * arose. Let's read it in directly.
3290                  */
3291                 goto page_not_uptodate;
3292         }
3293
3294         /*
3295          * We've made it this far and we had to drop our mmap_lock, now is the
3296          * time to return to the upper layer and have it re-find the vma and
3297          * redo the fault.
3298          */
3299         if (fpin) {
3300                 folio_unlock(folio);
3301                 goto out_retry;
3302         }
3303         if (mapping_locked)
3304                 filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3305
3306         /*
3307          * Found the page and have a reference on it.
3308          * We must recheck i_size under page lock.
3309          */
3310         max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
3311         if (unlikely(index >= max_idx)) {
3312                 folio_unlock(folio);
3313                 folio_put(folio);
3314                 return VM_FAULT_SIGBUS;
3315         }
3316
3317         vmf->page = folio_file_page(folio, index);
3318         return ret | VM_FAULT_LOCKED;
3319
3320 page_not_uptodate:
3321         /*
3322          * Umm, take care of errors if the page isn't up-to-date.
3323          * Try to re-read it _once_. We do this synchronously,
3324          * because there really aren't any performance issues here
3325          * and we need to check for errors.
3326          */
3327         fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3328         error = filemap_read_folio(file, mapping->a_ops->read_folio, folio);
3329         if (fpin)
3330                 goto out_retry;
3331         folio_put(folio);
3332
3333         if (!error || error == AOP_TRUNCATED_PAGE)
3334                 goto retry_find;
3335         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3336
3337         return VM_FAULT_SIGBUS;
3338
3339 out_retry:
3340         /*
3341          * We dropped the mmap_lock, we need to return to the fault handler to
3342          * re-find the vma and come back and find our hopefully still populated
3343          * page.
3344          */
3345         if (!IS_ERR(folio))
3346                 folio_put(folio);
3347         if (mapping_locked)
3348                 filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3349         if (fpin)
3350                 fput(fpin);
3351         return ret | VM_FAULT_RETRY;
3352 }
3353 EXPORT_SYMBOL(filemap_fault);
3354
3355 static bool filemap_map_pmd(struct vm_fault *vmf, struct folio *folio,
3356                 pgoff_t start)
3357 {
3358         struct mm_struct *mm = vmf->vma->vm_mm;
3359
3360         /* Huge page is mapped? No need to proceed. */
3361         if (pmd_trans_huge(*vmf->pmd)) {
3362                 folio_unlock(folio);
3363                 folio_put(folio);
3364                 return true;
3365         }
3366
3367         if (pmd_none(*vmf->pmd) && folio_test_pmd_mappable(folio)) {
3368                 struct page *page = folio_file_page(folio, start);
3369                 vm_fault_t ret = do_set_pmd(vmf, page);
3370                 if (!ret) {
3371                         /* The page is mapped successfully, reference consumed. */
3372                         folio_unlock(folio);
3373                         return true;
3374                 }
3375         }
3376
3377         if (pmd_none(*vmf->pmd) && vmf->prealloc_pte)
3378                 pmd_install(mm, vmf->pmd, &vmf->prealloc_pte);
3379
3380         return false;
3381 }
3382
3383 static struct folio *next_uptodate_folio(struct xa_state *xas,
3384                 struct address_space *mapping, pgoff_t end_pgoff)
3385 {
3386         struct folio *folio = xas_next_entry(xas, end_pgoff);
3387         unsigned long max_idx;
3388
3389         do {
3390                 if (!folio)
3391                         return NULL;
3392                 if (xas_retry(xas, folio))
3393                         continue;
3394                 if (xa_is_value(folio))
3395                         continue;
3396                 if (folio_test_locked(folio))
3397                         continue;
3398                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
3399                         continue;
3400                 /* Has the page moved or been split? */
3401                 if (unlikely(folio != xas_reload(xas)))
3402                         goto skip;
3403                 if (!folio_test_uptodate(folio) || folio_test_readahead(folio))
3404                         goto skip;
3405                 if (!folio_trylock(folio))
3406                         goto skip;
3407                 if (folio->mapping != mapping)
3408                         goto unlock;
3409                 if (!folio_test_uptodate(folio))
3410                         goto unlock;
3411                 max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(mapping->host), PAGE_SIZE);
3412                 if (xas->xa_index >= max_idx)
3413                         goto unlock;
3414                 return folio;
3415 unlock:
3416                 folio_unlock(folio);
3417 skip:
3418                 folio_put(folio);
3419         } while ((folio = xas_next_entry(xas, end_pgoff)) != NULL);
3420
3421         return NULL;
3422 }
3423
3424 /*
3425  * Map page range [start_page, start_page + nr_pages) of folio.
3426  * start_page is gotten from start by folio_page(folio, start)
3427  */
3428 static vm_fault_t filemap_map_folio_range(struct vm_fault *vmf,
3429                         struct folio *folio, unsigned long start,
3430                         unsigned long addr, unsigned int nr_pages,
3431                         unsigned int *mmap_miss)
3432 {
3433         vm_fault_t ret = 0;
3434         struct page *page = folio_page(folio, start);
3435         unsigned int count = 0;
3436         pte_t *old_ptep = vmf->pte;
3437
3438         do {
3439                 if (PageHWPoison(page + count))
3440                         goto skip;
3441
3442                 (*mmap_miss)++;
3443
3444                 /*
3445                  * NOTE: If there're PTE markers, we'll leave them to be
3446                  * handled in the specific fault path, and it'll prohibit the
3447                  * fault-around logic.
3448                  */
3449                 if (!pte_none(ptep_get(&vmf->pte[count])))
3450                         goto skip;
3451
3452                 count++;
3453                 continue;
3454 skip:
3455                 if (count) {
3456                         set_pte_range(vmf, folio, page, count, addr);
3457                         folio_ref_add(folio, count);
3458                         if (in_range(vmf->address, addr, count * PAGE_SIZE))
3459                                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3460                 }
3461
3462                 count++;
3463                 page += count;
3464                 vmf->pte += count;
3465                 addr += count * PAGE_SIZE;
3466                 count = 0;
3467         } while (--nr_pages > 0);
3468
3469         if (count) {
3470                 set_pte_range(vmf, folio, page, count, addr);
3471                 folio_ref_add(folio, count);
3472                 if (in_range(vmf->address, addr, count * PAGE_SIZE))
3473                         ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3474         }
3475
3476         vmf->pte = old_ptep;
3477
3478         return ret;
3479 }
3480
3481 static vm_fault_t filemap_map_order0_folio(struct vm_fault *vmf,
3482                 struct folio *folio, unsigned long addr,
3483                 unsigned int *mmap_miss)
3484 {
3485         vm_fault_t ret = 0;
3486         struct page *page = &folio->page;
3487
3488         if (PageHWPoison(page))
3489                 return ret;
3490
3491         (*mmap_miss)++;
3492
3493         /*
3494          * NOTE: If there're PTE markers, we'll leave them to be
3495          * handled in the specific fault path, and it'll prohibit
3496          * the fault-around logic.
3497          */
3498         if (!pte_none(ptep_get(vmf->pte)))
3499                 return ret;
3500
3501         if (vmf->address == addr)
3502                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3503
3504         set_pte_range(vmf, folio, page, 1, addr);
3505         folio_ref_inc(folio);
3506
3507         return ret;
3508 }
3509
3510 vm_fault_t filemap_map_pages(struct vm_fault *vmf,
3511                              pgoff_t start_pgoff, pgoff_t end_pgoff)
3512 {
3513         struct vm_area_struct *vma = vmf->vma;
3514         struct file *file = vma->vm_file;
3515         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3516         pgoff_t last_pgoff = start_pgoff;
3517         unsigned long addr;
3518         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_pgoff);
3519         struct folio *folio;
3520         vm_fault_t ret = 0;
3521         unsigned int nr_pages = 0, mmap_miss = 0, mmap_miss_saved;
3522
3523         rcu_read_lock();
3524         folio = next_uptodate_folio(&xas, mapping, end_pgoff);
3525         if (!folio)
3526                 goto out;
3527
3528         if (filemap_map_pmd(vmf, folio, start_pgoff)) {
3529                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3530                 goto out;
3531         }
3532
3533         addr = vma->vm_start + ((start_pgoff - vma->vm_pgoff) << PAGE_SHIFT);
3534         vmf->pte = pte_offset_map_lock(vma->vm_mm, vmf->pmd, addr, &vmf->ptl);
3535         if (!vmf->pte) {
3536                 folio_unlock(folio);
3537                 folio_put(folio);
3538                 goto out;
3539         }
3540         do {
3541                 unsigned long end;
3542
3543                 addr += (xas.xa_index - last_pgoff) << PAGE_SHIFT;
3544                 vmf->pte += xas.xa_index - last_pgoff;
3545                 last_pgoff = xas.xa_index;
3546                 end = folio_next_index(folio) - 1;
3547                 nr_pages = min(end, end_pgoff) - xas.xa_index + 1;
3548
3549                 if (!folio_test_large(folio))
3550                         ret |= filemap_map_order0_folio(vmf,
3551                                         folio, addr, &mmap_miss);
3552                 else
3553                         ret |= filemap_map_folio_range(vmf, folio,
3554                                         xas.xa_index - folio->index, addr,
3555                                         nr_pages, &mmap_miss);
3556
3557                 folio_unlock(folio);
3558                 folio_put(folio);
3559         } while ((folio = next_uptodate_folio(&xas, mapping, end_pgoff)) != NULL);
3560         pte_unmap_unlock(vmf->pte, vmf->ptl);
3561 out:
3562         rcu_read_unlock();
3563
3564         mmap_miss_saved = READ_ONCE(file->f_ra.mmap_miss);
3565         if (mmap_miss >= mmap_miss_saved)
3566                 WRITE_ONCE(file->f_ra.mmap_miss, 0);
3567         else
3568                 WRITE_ONCE(file->f_ra.mmap_miss, mmap_miss_saved - mmap_miss);
3569
3570         return ret;
3571 }
3572 EXPORT_SYMBOL(filemap_map_pages);
3573
3574 vm_fault_t filemap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf)
3575 {
3576         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
3577         struct folio *folio = page_folio(vmf->page);
3578         vm_fault_t ret = VM_FAULT_LOCKED;
3579
3580         sb_start_pagefault(mapping->host->i_sb);
3581         file_update_time(vmf->vma->vm_file);
3582         folio_lock(folio);
3583         if (folio->mapping != mapping) {
3584                 folio_unlock(folio);
3585                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3586                 goto out;
3587         }
3588         /*
3589          * We mark the folio dirty already here so that when freeze is in
3590          * progress, we are guaranteed that writeback during freezing will
3591          * see the dirty folio and writeprotect it again.
3592          */
3593         folio_mark_dirty(folio);
3594         folio_wait_stable(folio);
3595 out:
3596         sb_end_pagefault(mapping->host->i_sb);
3597         return ret;
3598 }
3599
3600 const struct vm_operations_struct generic_file_vm_ops = {
3601         .fault          = filemap_fault,
3602         .map_pages      = filemap_map_pages,
3603         .page_mkwrite   = filemap_page_mkwrite,
3604 };
3605
3606 /* This is used for a general mmap of a disk file */
3607
3608 int generic_file_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3609 {
3610         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3611
3612         if (!mapping->a_ops->read_folio)
3613                 return -ENOEXEC;
3614         file_accessed(file);
3615         vma->vm_ops = &generic_file_vm_ops;
3616         return 0;
3617 }
3618
3619 /*
3620  * This is for filesystems which do not implement ->writepage.
3621  */
3622 int generic_file_readonly_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3623 {
3624         if (vma_is_shared_maywrite(vma))
3625                 return -EINVAL;
3626         return generic_file_mmap(file, vma);
3627 }
3628 #else
3629 vm_fault_t filemap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf)
3630 {
3631         return VM_FAULT_SIGBUS;
3632 }
3633 int generic_file_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3634 {
3635         return -ENOSYS;
3636 }
3637 int generic_file_readonly_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3638 {
3639         return -ENOSYS;
3640 }
3641 #endif /* CONFIG_MMU */
3642
3643 EXPORT_SYMBOL(filemap_page_mkwrite);
3644 EXPORT_SYMBOL(generic_file_mmap);
3645 EXPORT_SYMBOL(generic_file_readonly_mmap);
3646
3647 static struct folio *do_read_cache_folio(struct address_space *mapping,
3648                 pgoff_t index, filler_t filler, struct file *file, gfp_t gfp)
3649 {
3650         struct folio *folio;
3651         int err;
3652
3653         if (!filler)
3654                 filler = mapping->a_ops->read_folio;
3655 repeat:
3656         folio = filemap_get_folio(mapping, index);
3657         if (IS_ERR(folio)) {
3658                 folio = filemap_alloc_folio(gfp, 0);
3659                 if (!folio)
3660                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
3661                 err = filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp);
3662                 if (unlikely(err)) {
3663                         folio_put(folio);
3664                         if (err == -EEXIST)
3665                                 goto repeat;
3666                         /* Presumably ENOMEM for xarray node */
3667                         return ERR_PTR(err);
3668                 }
3669
3670                 goto filler;
3671         }
3672         if (folio_test_uptodate(folio))
3673                 goto out;
3674
3675         if (!folio_trylock(folio)) {
3676                 folio_put_wait_locked(folio, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
3677                 goto repeat;
3678         }
3679
3680         /* Folio was truncated from mapping */
3681         if (!folio->mapping) {
3682                 folio_unlock(folio);
3683                 folio_put(folio);
3684                 goto repeat;
3685         }
3686
3687         /* Someone else locked and filled the page in a very small window */
3688         if (folio_test_uptodate(folio)) {
3689                 folio_unlock(folio);
3690                 goto out;
3691         }
3692
3693 filler:
3694         err = filemap_read_folio(file, filler, folio);
3695         if (err) {
3696                 folio_put(folio);
3697                 if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
3698                         goto repeat;
3699                 return ERR_PTR(err);
3700         }
3701
3702 out:
3703         folio_mark_accessed(folio);
3704         return folio;
3705 }
3706
3707 /**
3708  * read_cache_folio - Read into page cache, fill it if needed.
3709  * @mapping: The address_space to read from.
3710  * @index: The index to read.
3711  * @filler: Function to perform the read, or NULL to use aops->read_folio().
3712  * @file: Passed to filler function, may be NULL if not required.
3713  *
3714  * Read one page into the page cache.  If it succeeds, the folio returned
3715  * will contain @index, but it may not be the first page of the folio.
3716  *
3717  * If the filler function returns an error, it will be returned to the
3718  * caller.
3719  *
3720  * Context: May sleep.  Expects mapping->invalidate_lock to be held.
3721  * Return: An uptodate folio on success, ERR_PTR() on failure.
3722  */
3723 struct folio *read_cache_folio(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
3724                 filler_t filler, struct file *file)
3725 {
3726         return do_read_cache_folio(mapping, index, filler, file,
3727                         mapping_gfp_mask(mapping));
3728 }
3729 EXPORT_SYMBOL(read_cache_folio);
3730
3731 /**
3732  * mapping_read_folio_gfp - Read into page cache, using specified allocation flags.
3733  * @mapping:    The address_space for the folio.
3734  * @index:      The index that the allocated folio will contain.
3735  * @gfp:        The page allocator flags to use if allocating.
3736  *
3737  * This is the same as "read_cache_folio(mapping, index, NULL, NULL)", but with
3738  * any new memory allocations done using the specified allocation flags.
3739  *
3740  * The most likely error from this function is EIO, but ENOMEM is
3741  * possible and so is EINTR.  If ->read_folio returns another error,
3742  * that will be returned to the caller.
3743  *
3744  * The function expects mapping->invalidate_lock to be already held.
3745  *
3746  * Return: Uptodate folio on success, ERR_PTR() on failure.
3747  */
3748 struct folio *mapping_read_folio_gfp(struct address_space *mapping,
3749                 pgoff_t index, gfp_t gfp)
3750 {
3751         return do_read_cache_folio(mapping, index, NULL, NULL, gfp);
3752 }
3753 EXPORT_SYMBOL(mapping_read_folio_gfp);
3754
3755 static struct page *do_read_cache_page(struct address_space *mapping,
3756                 pgoff_t index, filler_t *filler, struct file *file, gfp_t gfp)
3757 {
3758         struct folio *folio;
3759
3760         folio = do_read_cache_folio(mapping, index, filler, file, gfp);
3761         if (IS_ERR(folio))
3762                 return &folio->page;
3763         return folio_file_page(folio, index);
3764 }
3765
3766 struct page *read_cache_page(struct address_space *mapping,
3767                         pgoff_t index, filler_t *filler, struct file *file)
3768 {
3769         return do_read_cache_page(mapping, index, filler, file,
3770                         mapping_gfp_mask(mapping));
3771 }
3772 EXPORT_SYMBOL(read_cache_page);
3773
3774 /**
3775  * read_cache_page_gfp - read into page cache, using specified page allocation flags.
3776  * @mapping:    the page's address_space
3777  * @index:      the page index
3778  * @gfp:        the page allocator flags to use if allocating
3779  *
3780  * This is the same as "read_mapping_page(mapping, index, NULL)", but with
3781  * any new page allocations done using the specified allocation flags.
3782  *
3783  * If the page does not get brought uptodate, return -EIO.
3784  *
3785  * The function expects mapping->invalidate_lock to be already held.
3786  *
3787  * Return: up to date page on success, ERR_PTR() on failure.
3788  */
3789 struct page *read_cache_page_gfp(struct address_space *mapping,
3790                                 pgoff_t index,
3791                                 gfp_t gfp)
3792 {
3793         return do_read_cache_page(mapping, index, NULL, NULL, gfp);
3794 }
3795 EXPORT_SYMBOL(read_cache_page_gfp);
3796
3797 /*
3798  * Warn about a page cache invalidation failure during a direct I/O write.
3799  */
3800 static void dio_warn_stale_pagecache(struct file *filp)
3801 {
3802         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(_rs, 86400 * HZ, DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3803         char pathname[128];
3804         char *path;
3805
3806         errseq_set(&filp->f_mapping->wb_err, -EIO);
3807         if (__ratelimit(&_rs)) {
3808                 path = file_path(filp, pathname, sizeof(pathname));
3809                 if (IS_ERR(path))
3810                         path = "(unknown)";
3811                 pr_crit("Page cache invalidation failure on direct I/O.  Possible data corruption due to collision with buffered I/O!\n");
3812                 pr_crit("File: %s PID: %d Comm: %.20s\n", path, current->pid,
3813                         current->comm);
3814         }
3815 }
3816
3817 void kiocb_invalidate_post_direct_write(struct kiocb *iocb, size_t count)
3818 {
3819         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
3820
3821         if (mapping->nrpages &&
3822             invalidate_inode_pages2_range(mapping,
3823                         iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT,
3824                         (iocb->ki_pos + count - 1) >> PAGE_SHIFT))
3825                 dio_warn_stale_pagecache(iocb->ki_filp);
3826 }
3827
3828 ssize_t
3829 generic_file_direct_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
3830 {
3831         struct address_space *mapping = iocb->ki_filp->f_mapping;
3832         size_t write_len = iov_iter_count(from);
3833         ssize_t written;
3834
3835         /*
3836          * If a page can not be invalidated, return 0 to fall back
3837          * to buffered write.
3838          */
3839         written = kiocb_invalidate_pages(iocb, write_len);
3840         if (written) {
3841                 if (written == -EBUSY)
3842                         return 0;
3843                 return written;
3844         }
3845
3846         written = mapping->a_ops->direct_IO(iocb, from);
3847
3848         /*
3849          * Finally, try again to invalidate clean pages which might have been
3850          * cached by non-direct readahead, or faulted in by get_user_pages()
3851          * if the source of the write was an mmap'ed region of the file
3852          * we're writing.  Either one is a pretty crazy thing to do,
3853          * so we don't support it 100%.  If this invalidation
3854          * fails, tough, the write still worked...
3855          *
3856          * Most of the time we do not need this since dio_complete() will do
3857          * the invalidation for us. However there are some file systems that
3858          * do not end up with dio_complete() being called, so let's not break
3859          * them by removing it completely.
3860          *
3861          * Noticeable example is a blkdev_direct_IO().
3862          *
3863          * Skip invalidation for async writes or if mapping has no pages.
3864          */
3865         if (written > 0) {
3866                 struct inode *inode = mapping->host;
3867                 loff_t pos = iocb->ki_pos;
3868
3869                 kiocb_invalidate_post_direct_write(iocb, written);
3870                 pos += written;
3871                 write_len -= written;
3872                 if (pos > i_size_read(inode) && !S_ISBLK(inode->i_mode)) {
3873                         i_size_write(inode, pos);
3874                         mark_inode_dirty(inode);
3875                 }
3876                 iocb->ki_pos = pos;
3877         }
3878         if (written != -EIOCBQUEUED)
3879                 iov_iter_revert(from, write_len - iov_iter_count(from));
3880         return written;
3881 }
3882 EXPORT_SYMBOL(generic_file_direct_write);
3883
3884 ssize_t generic_perform_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *i)
3885 {
3886         struct file *file = iocb->ki_filp;
3887         loff_t pos = iocb->ki_pos;
3888         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3889         const struct address_space_operations *a_ops = mapping->a_ops;
3890         long status = 0;
3891         ssize_t written = 0;
3892
3893         do {
3894                 struct page *page;
3895                 unsigned long offset;   /* Offset into pagecache page */
3896                 unsigned long bytes;    /* Bytes to write to page */
3897                 size_t copied;          /* Bytes copied from user */
3898                 void *fsdata = NULL;
3899
3900                 offset = (pos & (PAGE_SIZE - 1));
3901                 bytes = min_t(unsigned long, PAGE_SIZE - offset,
3902                                                 iov_iter_count(i));
3903
3904 again:
3905                 /*
3906                  * Bring in the user page that we will copy from _first_.
3907                  * Otherwise there's a nasty deadlock on copying from the
3908                  * same page as we're writing to, without it being marked
3909                  * up-to-date.
3910                  */
3911                 if (unlikely(fault_in_iov_iter_readable(i, bytes) == bytes)) {
3912                         status = -EFAULT;
3913                         break;
3914                 }
3915
3916                 if (fatal_signal_pending(current)) {
3917                         status = -EINTR;
3918                         break;
3919                 }
3920
3921                 status = a_ops->write_begin(file, mapping, pos, bytes,
3922                                                 &page, &fsdata);
3923                 if (unlikely(status < 0))
3924                         break;
3925
3926                 if (mapping_writably_mapped(mapping))
3927                         flush_dcache_page(page);
3928
3929                 copied = copy_page_from_iter_atomic(page, offset, bytes, i);
3930                 flush_dcache_page(page);
3931
3932                 status = a_ops->write_end(file, mapping, pos, bytes, copied,
3933                                                 page, fsdata);
3934                 if (unlikely(status != copied)) {
3935                         iov_iter_revert(i, copied - max(status, 0L));
3936                         if (unlikely(status < 0))
3937                                 break;
3938                 }
3939                 cond_resched();
3940
3941                 if (unlikely(status == 0)) {
3942                         /*
3943                          * A short copy made ->write_end() reject the
3944                          * thing entirely.  Might be memory poisoning
3945                          * halfway through, might be a race with munmap,
3946                          * might be severe memory pressure.
3947                          */
3948                         if (copied)
3949                                 bytes = copied;
3950                         goto again;
3951                 }
3952                 pos += status;
3953                 written += status;
3954
3955                 balance_dirty_pages_ratelimited(mapping);
3956         } while (iov_iter_count(i));
3957
3958         if (!written)
3959                 return status;
3960         iocb->ki_pos += written;
3961         return written;
3962 }
3963 EXPORT_SYMBOL(generic_perform_write);
3964
3965 /**
3966  * __generic_file_write_iter - write data to a file
3967  * @iocb:       IO state structure (file, offset, etc.)
3968  * @from:       iov_iter with data to write
3969  *
3970  * This function does all the work needed for actually writing data to a
3971  * file. It does all basic checks, removes SUID from the file, updates
3972  * modification times and calls proper subroutines depending on whether we
3973  * do direct IO or a standard buffered write.
3974  *
3975  * It expects i_rwsem to be grabbed unless we work on a block device or similar
3976  * object which does not need locking at all.
3977  *
3978  * This function does *not* take care of syncing data in case of O_SYNC write.
3979  * A caller has to handle it. This is mainly due to the fact that we want to
3980  * avoid syncing under i_rwsem.
3981  *
3982  * Return:
3983  * * number of bytes written, even for truncated writes
3984  * * negative error code if no data has been written at all
3985  */
3986 ssize_t __generic_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
3987 {
3988         struct file *file = iocb->ki_filp;
3989         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3990         struct inode *inode = mapping->host;
3991         ssize_t ret;
3992
3993         ret = file_remove_privs(file);
3994         if (ret)
3995                 return ret;
3996
3997         ret = file_update_time(file);
3998         if (ret)
3999                 return ret;
4000
4001         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
4002                 ret = generic_file_direct_write(iocb, from);
4003                 /*
4004                  * If the write stopped short of completing, fall back to
4005                  * buffered writes.  Some filesystems do this for writes to
4006                  * holes, for example.  For DAX files, a buffered write will
4007                  * not succeed (even if it did, DAX does not handle dirty
4008                  * page-cache pages correctly).
4009                  */
4010                 if (ret < 0 || !iov_iter_count(from) || IS_DAX(inode))
4011                         return ret;
4012                 return direct_write_fallback(iocb, from, ret,
4013                                 generic_perform_write(iocb, from));
4014         }
4015
4016         return generic_perform_write(iocb, from);
4017 }
4018 EXPORT_SYMBOL(__generic_file_write_iter);
4019
4020 /**
4021  * generic_file_write_iter - write data to a file
4022  * @iocb:       IO state structure
4023  * @from:       iov_iter with data to write
4024  *
4025  * This is a wrapper around __generic_file_write_iter() to be used by most
4026  * filesystems. It takes care of syncing the file in case of O_SYNC file
4027  * and acquires i_rwsem as needed.
4028  * Return:
4029  * * negative error code if no data has been written at all of
4030  *   vfs_fsync_range() failed for a synchronous write
4031  * * number of bytes written, even for truncated writes
4032  */
4033 ssize_t generic_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
4034 {
4035         struct file *file = iocb->ki_filp;
4036         struct inode *inode = file->f_mapping->host;
4037         ssize_t ret;
4038
4039         inode_lock(inode);
4040         ret = generic_write_checks(iocb, from);
4041         if (ret > 0)
4042                 ret = __generic_file_write_iter(iocb, from);
4043         inode_unlock(inode);
4044
4045         if (ret > 0)
4046                 ret = generic_write_sync(iocb, ret);
4047         return ret;
4048 }
4049 EXPORT_SYMBOL(generic_file_write_iter);
4050
4051 /**
4052  * filemap_release_folio() - Release fs-specific metadata on a folio.
4053  * @folio: The folio which the kernel is trying to free.
4054  * @gfp: Memory allocation flags (and I/O mode).
4055  *
4056  * The address_space is trying to release any data attached to a folio
4057  * (presumably at folio->private).
4058  *
4059  * This will also be called if the private_2 flag is set on a page,
4060  * indicating that the folio has other metadata associated with it.
4061  *
4062  * The @gfp argument specifies whether I/O may be performed to release
4063  * this page (__GFP_IO), and whether the call may block
4064  * (__GFP_RECLAIM & __GFP_FS).
4065  *
4066  * Return: %true if the release was successful, otherwise %false.
4067  */
4068 bool filemap_release_folio(struct folio *folio, gfp_t gfp)
4069 {
4070         struct address_space * const mapping = folio->mapping;
4071
4072         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
4073         if (!folio_needs_release(folio))
4074                 return true;
4075         if (folio_test_writeback(folio))
4076                 return false;
4077
4078         if (mapping && mapping->a_ops->release_folio)
4079                 return mapping->a_ops->release_folio(folio, gfp);
4080         return try_to_free_buffers(folio);
4081 }
4082 EXPORT_SYMBOL(filemap_release_folio);
4083
4084 #ifdef CONFIG_CACHESTAT_SYSCALL
4085 /**
4086  * filemap_cachestat() - compute the page cache statistics of a mapping
4087  * @mapping:    The mapping to compute the statistics for.
4088  * @first_index:        The starting page cache index.
4089  * @last_index: The final page index (inclusive).
4090  * @cs: the cachestat struct to write the result to.
4091  *
4092  * This will query the page cache statistics of a mapping in the
4093  * page range of [first_index, last_index] (inclusive). The statistics
4094  * queried include: number of dirty pages, number of pages marked for
4095  * writeback, and the number of (recently) evicted pages.
4096  */
4097 static void filemap_cachestat(struct address_space *mapping,
4098                 pgoff_t first_index, pgoff_t last_index, struct cachestat *cs)
4099 {
4100         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, first_index);
4101         struct folio *folio;
4102
4103         rcu_read_lock();
4104         xas_for_each(&xas, folio, last_index) {
4105                 int order;
4106                 unsigned long nr_pages;
4107                 pgoff_t folio_first_index, folio_last_index;
4108
4109                 /*
4110                  * Don't deref the folio. It is not pinned, and might
4111                  * get freed (and reused) underneath us.
4112                  *
4113                  * We *could* pin it, but that would be expensive for
4114                  * what should be a fast and lightweight syscall.
4115                  *
4116                  * Instead, derive all information of interest from
4117                  * the rcu-protected xarray.
4118                  */
4119
4120                 if (xas_retry(&xas, folio))
4121                         continue;
4122
4123                 order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
4124                 nr_pages = 1 << order;
4125                 folio_first_index = round_down(xas.xa_index, 1 << order);
4126                 folio_last_index = folio_first_index + nr_pages - 1;
4127
4128                 /* Folios might straddle the range boundaries, only count covered pages */
4129                 if (folio_first_index < first_index)
4130                         nr_pages -= first_index - folio_first_index;
4131
4132                 if (folio_last_index > last_index)
4133                         nr_pages -= folio_last_index - last_index;
4134
4135                 if (xa_is_value(folio)) {
4136                         /* page is evicted */
4137                         void *shadow = (void *)folio;
4138                         bool workingset; /* not used */
4139
4140                         cs->nr_evicted += nr_pages;
4141
4142 #ifdef CONFIG_SWAP /* implies CONFIG_MMU */
4143                         if (shmem_mapping(mapping)) {
4144                                 /* shmem file - in swap cache */
4145                                 swp_entry_t swp = radix_to_swp_entry(folio);
4146
4147                                 shadow = get_shadow_from_swap_cache(swp);
4148                         }
4149 #endif
4150                         if (workingset_test_recent(shadow, true, &workingset))
4151                                 cs->nr_recently_evicted += nr_pages;
4152
4153                         goto resched;
4154                 }
4155
4156                 /* page is in cache */
4157                 cs->nr_cache += nr_pages;
4158
4159                 if (xas_get_mark(&xas, PAGECACHE_TAG_DIRTY))
4160                         cs->nr_dirty += nr_pages;
4161
4162                 if (xas_get_mark(&xas, PAGECACHE_TAG_WRITEBACK))
4163                         cs->nr_writeback += nr_pages;
4164
4165 resched:
4166                 if (need_resched()) {
4167                         xas_pause(&xas);
4168                         cond_resched_rcu();
4169                 }
4170         }
4171         rcu_read_unlock();
4172 }
4173
4174 /*
4175  * The cachestat(2) system call.
4176  *
4177  * cachestat() returns the page cache statistics of a file in the
4178  * bytes range specified by `off` and `len`: number of cached pages,
4179  * number of dirty pages, number of pages marked for writeback,
4180  * number of evicted pages, and number of recently evicted pages.
4181  *
4182  * An evicted page is a page that is previously in the page cache
4183  * but has been evicted since. A page is recently evicted if its last
4184  * eviction was recent enough that its reentry to the cache would
4185  * indicate that it is actively being used by the system, and that
4186  * there is memory pressure on the system.
4187  *
4188  * `off` and `len` must be non-negative integers. If `len` > 0,
4189  * the queried range is [`off`, `off` + `len`]. If `len` == 0,
4190  * we will query in the range from `off` to the end of the file.
4191  *
4192  * The `flags` argument is unused for now, but is included for future
4193  * extensibility. User should pass 0 (i.e no flag specified).
4194  *
4195  * Currently, hugetlbfs is not supported.
4196  *
4197  * Because the status of a page can change after cachestat() checks it
4198  * but before it returns to the application, the returned values may
4199  * contain stale information.
4200  *
4201  * return values:
4202  *  zero        - success
4203  *  -EFAULT     - cstat or cstat_range points to an illegal address
4204  *  -EINVAL     - invalid flags
4205  *  -EBADF      - invalid file descriptor
4206  *  -EOPNOTSUPP - file descriptor is of a hugetlbfs file
4207  */
4208 SYSCALL_DEFINE4(cachestat, unsigned int, fd,
4209                 struct cachestat_range __user *, cstat_range,
4210                 struct cachestat __user *, cstat, unsigned int, flags)
4211 {
4212         struct fd f = fdget(fd);
4213         struct address_space *mapping;
4214         struct cachestat_range csr;
4215         struct cachestat cs;
4216         pgoff_t first_index, last_index;
4217
4218         if (!f.file)
4219                 return -EBADF;
4220
4221         if (copy_from_user(&csr, cstat_range,
4222                         sizeof(struct cachestat_range))) {
4223                 fdput(f);
4224                 return -EFAULT;
4225         }
4226
4227         /* hugetlbfs is not supported */
4228         if (is_file_hugepages(f.file)) {
4229                 fdput(f);
4230                 return -EOPNOTSUPP;
4231         }
4232
4233         if (flags != 0) {
4234                 fdput(f);
4235                 return -EINVAL;
4236         }
4237
4238         first_index = csr.off >> PAGE_SHIFT;
4239         last_index =
4240                 csr.len == 0 ? ULONG_MAX : (csr.off + csr.len - 1) >> PAGE_SHIFT;
4241         memset(&cs, 0, sizeof(struct cachestat));
4242         mapping = f.file->f_mapping;
4243         filemap_cachestat(mapping, first_index, last_index, &cs);
4244         fdput(f);
4245
4246         if (copy_to_user(cstat, &cs, sizeof(struct cachestat)))
4247                 return -EFAULT;
4248
4249         return 0;
4250 }
4251 #endif /* CONFIG_CACHESTAT_SYSCALL */