Merge tag 'ieee802154-for-net-next-2023-06-23' of gitolite.kernel.org:pub/scm/linux...
[platform/kernel/linux-rpi.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/mman.h>
26 #include <linux/pagemap.h>
27 #include <linux/file.h>
28 #include <linux/uio.h>
29 #include <linux/error-injection.h>
30 #include <linux/hash.h>
31 #include <linux/writeback.h>
32 #include <linux/backing-dev.h>
33 #include <linux/pagevec.h>
34 #include <linux/security.h>
35 #include <linux/cpuset.h>
36 #include <linux/hugetlb.h>
37 #include <linux/memcontrol.h>
38 #include <linux/shmem_fs.h>
39 #include <linux/rmap.h>
40 #include <linux/delayacct.h>
41 #include <linux/psi.h>
42 #include <linux/ramfs.h>
43 #include <linux/page_idle.h>
44 #include <linux/migrate.h>
45 #include <linux/pipe_fs_i.h>
46 #include <linux/splice.h>
47 #include <asm/pgalloc.h>
48 #include <asm/tlbflush.h>
49 #include "internal.h"
50
51 #define CREATE_TRACE_POINTS
52 #include <trace/events/filemap.h>
53
54 /*
55  * FIXME: remove all knowledge of the buffer layer from the core VM
56  */
57 #include <linux/buffer_head.h> /* for try_to_free_buffers */
58
59 #include <asm/mman.h>
60
61 /*
62  * Shared mappings implemented 30.11.1994. It's not fully working yet,
63  * though.
64  *
65  * Shared mappings now work. 15.8.1995  Bruno.
66  *
67  * finished 'unifying' the page and buffer cache and SMP-threaded the
68  * page-cache, 21.05.1999, Ingo Molnar <mingo@redhat.com>
69  *
70  * SMP-threaded pagemap-LRU 1999, Andrea Arcangeli <andrea@suse.de>
71  */
72
73 /*
74  * Lock ordering:
75  *
76  *  ->i_mmap_rwsem              (truncate_pagecache)
77  *    ->private_lock            (__free_pte->block_dirty_folio)
78  *      ->swap_lock             (exclusive_swap_page, others)
79  *        ->i_pages lock
80  *
81  *  ->i_rwsem
82  *    ->invalidate_lock         (acquired by fs in truncate path)
83  *      ->i_mmap_rwsem          (truncate->unmap_mapping_range)
84  *
85  *  ->mmap_lock
86  *    ->i_mmap_rwsem
87  *      ->page_table_lock or pte_lock   (various, mainly in memory.c)
88  *        ->i_pages lock        (arch-dependent flush_dcache_mmap_lock)
89  *
90  *  ->mmap_lock
91  *    ->invalidate_lock         (filemap_fault)
92  *      ->lock_page             (filemap_fault, access_process_vm)
93  *
94  *  ->i_rwsem                   (generic_perform_write)
95  *    ->mmap_lock               (fault_in_readable->do_page_fault)
96  *
97  *  bdi->wb.list_lock
98  *    sb_lock                   (fs/fs-writeback.c)
99  *    ->i_pages lock            (__sync_single_inode)
100  *
101  *  ->i_mmap_rwsem
102  *    ->anon_vma.lock           (vma_merge)
103  *
104  *  ->anon_vma.lock
105  *    ->page_table_lock or pte_lock     (anon_vma_prepare and various)
106  *
107  *  ->page_table_lock or pte_lock
108  *    ->swap_lock               (try_to_unmap_one)
109  *    ->private_lock            (try_to_unmap_one)
110  *    ->i_pages lock            (try_to_unmap_one)
111  *    ->lruvec->lru_lock        (follow_page->mark_page_accessed)
112  *    ->lruvec->lru_lock        (check_pte_range->isolate_lru_page)
113  *    ->private_lock            (page_remove_rmap->set_page_dirty)
114  *    ->i_pages lock            (page_remove_rmap->set_page_dirty)
115  *    bdi.wb->list_lock         (page_remove_rmap->set_page_dirty)
116  *    ->inode->i_lock           (page_remove_rmap->set_page_dirty)
117  *    ->memcg->move_lock        (page_remove_rmap->lock_page_memcg)
118  *    bdi.wb->list_lock         (zap_pte_range->set_page_dirty)
119  *    ->inode->i_lock           (zap_pte_range->set_page_dirty)
120  *    ->private_lock            (zap_pte_range->block_dirty_folio)
121  *
122  * ->i_mmap_rwsem
123  *   ->tasklist_lock            (memory_failure, collect_procs_ao)
124  */
125
126 static void page_cache_delete(struct address_space *mapping,
127                                    struct folio *folio, void *shadow)
128 {
129         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, folio->index);
130         long nr = 1;
131
132         mapping_set_update(&xas, mapping);
133
134         /* hugetlb pages are represented by a single entry in the xarray */
135         if (!folio_test_hugetlb(folio)) {
136                 xas_set_order(&xas, folio->index, folio_order(folio));
137                 nr = folio_nr_pages(folio);
138         }
139
140         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
141
142         xas_store(&xas, shadow);
143         xas_init_marks(&xas);
144
145         folio->mapping = NULL;
146         /* Leave page->index set: truncation lookup relies upon it */
147         mapping->nrpages -= nr;
148 }
149
150 static void filemap_unaccount_folio(struct address_space *mapping,
151                 struct folio *folio)
152 {
153         long nr;
154
155         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_mapped(folio), folio);
156         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM) && unlikely(folio_mapped(folio))) {
157                 pr_alert("BUG: Bad page cache in process %s  pfn:%05lx\n",
158                          current->comm, folio_pfn(folio));
159                 dump_page(&folio->page, "still mapped when deleted");
160                 dump_stack();
161                 add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
162
163                 if (mapping_exiting(mapping) && !folio_test_large(folio)) {
164                         int mapcount = page_mapcount(&folio->page);
165
166                         if (folio_ref_count(folio) >= mapcount + 2) {
167                                 /*
168                                  * All vmas have already been torn down, so it's
169                                  * a good bet that actually the page is unmapped
170                                  * and we'd rather not leak it: if we're wrong,
171                                  * another bad page check should catch it later.
172                                  */
173                                 page_mapcount_reset(&folio->page);
174                                 folio_ref_sub(folio, mapcount);
175                         }
176                 }
177         }
178
179         /* hugetlb folios do not participate in page cache accounting. */
180         if (folio_test_hugetlb(folio))
181                 return;
182
183         nr = folio_nr_pages(folio);
184
185         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_PAGES, -nr);
186         if (folio_test_swapbacked(folio)) {
187                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_SHMEM, -nr);
188                 if (folio_test_pmd_mappable(folio))
189                         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_SHMEM_THPS, -nr);
190         } else if (folio_test_pmd_mappable(folio)) {
191                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_THPS, -nr);
192                 filemap_nr_thps_dec(mapping);
193         }
194
195         /*
196          * At this point folio must be either written or cleaned by
197          * truncate.  Dirty folio here signals a bug and loss of
198          * unwritten data - on ordinary filesystems.
199          *
200          * But it's harmless on in-memory filesystems like tmpfs; and can
201          * occur when a driver which did get_user_pages() sets page dirty
202          * before putting it, while the inode is being finally evicted.
203          *
204          * Below fixes dirty accounting after removing the folio entirely
205          * but leaves the dirty flag set: it has no effect for truncated
206          * folio and anyway will be cleared before returning folio to
207          * buddy allocator.
208          */
209         if (WARN_ON_ONCE(folio_test_dirty(folio) &&
210                          mapping_can_writeback(mapping)))
211                 folio_account_cleaned(folio, inode_to_wb(mapping->host));
212 }
213
214 /*
215  * Delete a page from the page cache and free it. Caller has to make
216  * sure the page is locked and that nobody else uses it - or that usage
217  * is safe.  The caller must hold the i_pages lock.
218  */
219 void __filemap_remove_folio(struct folio *folio, void *shadow)
220 {
221         struct address_space *mapping = folio->mapping;
222
223         trace_mm_filemap_delete_from_page_cache(folio);
224         filemap_unaccount_folio(mapping, folio);
225         page_cache_delete(mapping, folio, shadow);
226 }
227
228 void filemap_free_folio(struct address_space *mapping, struct folio *folio)
229 {
230         void (*free_folio)(struct folio *);
231         int refs = 1;
232
233         free_folio = mapping->a_ops->free_folio;
234         if (free_folio)
235                 free_folio(folio);
236
237         if (folio_test_large(folio) && !folio_test_hugetlb(folio))
238                 refs = folio_nr_pages(folio);
239         folio_put_refs(folio, refs);
240 }
241
242 /**
243  * filemap_remove_folio - Remove folio from page cache.
244  * @folio: The folio.
245  *
246  * This must be called only on folios that are locked and have been
247  * verified to be in the page cache.  It will never put the folio into
248  * the free list because the caller has a reference on the page.
249  */
250 void filemap_remove_folio(struct folio *folio)
251 {
252         struct address_space *mapping = folio->mapping;
253
254         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
255         spin_lock(&mapping->host->i_lock);
256         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
257         __filemap_remove_folio(folio, NULL);
258         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
259         if (mapping_shrinkable(mapping))
260                 inode_add_lru(mapping->host);
261         spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
262
263         filemap_free_folio(mapping, folio);
264 }
265
266 /*
267  * page_cache_delete_batch - delete several folios from page cache
268  * @mapping: the mapping to which folios belong
269  * @fbatch: batch of folios to delete
270  *
271  * The function walks over mapping->i_pages and removes folios passed in
272  * @fbatch from the mapping. The function expects @fbatch to be sorted
273  * by page index and is optimised for it to be dense.
274  * It tolerates holes in @fbatch (mapping entries at those indices are not
275  * modified).
276  *
277  * The function expects the i_pages lock to be held.
278  */
279 static void page_cache_delete_batch(struct address_space *mapping,
280                              struct folio_batch *fbatch)
281 {
282         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, fbatch->folios[0]->index);
283         long total_pages = 0;
284         int i = 0;
285         struct folio *folio;
286
287         mapping_set_update(&xas, mapping);
288         xas_for_each(&xas, folio, ULONG_MAX) {
289                 if (i >= folio_batch_count(fbatch))
290                         break;
291
292                 /* A swap/dax/shadow entry got inserted? Skip it. */
293                 if (xa_is_value(folio))
294                         continue;
295                 /*
296                  * A page got inserted in our range? Skip it. We have our
297                  * pages locked so they are protected from being removed.
298                  * If we see a page whose index is higher than ours, it
299                  * means our page has been removed, which shouldn't be
300                  * possible because we're holding the PageLock.
301                  */
302                 if (folio != fbatch->folios[i]) {
303                         VM_BUG_ON_FOLIO(folio->index >
304                                         fbatch->folios[i]->index, folio);
305                         continue;
306                 }
307
308                 WARN_ON_ONCE(!folio_test_locked(folio));
309
310                 folio->mapping = NULL;
311                 /* Leave folio->index set: truncation lookup relies on it */
312
313                 i++;
314                 xas_store(&xas, NULL);
315                 total_pages += folio_nr_pages(folio);
316         }
317         mapping->nrpages -= total_pages;
318 }
319
320 void delete_from_page_cache_batch(struct address_space *mapping,
321                                   struct folio_batch *fbatch)
322 {
323         int i;
324
325         if (!folio_batch_count(fbatch))
326                 return;
327
328         spin_lock(&mapping->host->i_lock);
329         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
330         for (i = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++) {
331                 struct folio *folio = fbatch->folios[i];
332
333                 trace_mm_filemap_delete_from_page_cache(folio);
334                 filemap_unaccount_folio(mapping, folio);
335         }
336         page_cache_delete_batch(mapping, fbatch);
337         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
338         if (mapping_shrinkable(mapping))
339                 inode_add_lru(mapping->host);
340         spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
341
342         for (i = 0; i < folio_batch_count(fbatch); i++)
343                 filemap_free_folio(mapping, fbatch->folios[i]);
344 }
345
346 int filemap_check_errors(struct address_space *mapping)
347 {
348         int ret = 0;
349         /* Check for outstanding write errors */
350         if (test_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags) &&
351             test_and_clear_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags))
352                 ret = -ENOSPC;
353         if (test_bit(AS_EIO, &mapping->flags) &&
354             test_and_clear_bit(AS_EIO, &mapping->flags))
355                 ret = -EIO;
356         return ret;
357 }
358 EXPORT_SYMBOL(filemap_check_errors);
359
360 static int filemap_check_and_keep_errors(struct address_space *mapping)
361 {
362         /* Check for outstanding write errors */
363         if (test_bit(AS_EIO, &mapping->flags))
364                 return -EIO;
365         if (test_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags))
366                 return -ENOSPC;
367         return 0;
368 }
369
370 /**
371  * filemap_fdatawrite_wbc - start writeback on mapping dirty pages in range
372  * @mapping:    address space structure to write
373  * @wbc:        the writeback_control controlling the writeout
374  *
375  * Call writepages on the mapping using the provided wbc to control the
376  * writeout.
377  *
378  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
379  */
380 int filemap_fdatawrite_wbc(struct address_space *mapping,
381                            struct writeback_control *wbc)
382 {
383         int ret;
384
385         if (!mapping_can_writeback(mapping) ||
386             !mapping_tagged(mapping, PAGECACHE_TAG_DIRTY))
387                 return 0;
388
389         wbc_attach_fdatawrite_inode(wbc, mapping->host);
390         ret = do_writepages(mapping, wbc);
391         wbc_detach_inode(wbc);
392         return ret;
393 }
394 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite_wbc);
395
396 /**
397  * __filemap_fdatawrite_range - start writeback on mapping dirty pages in range
398  * @mapping:    address space structure to write
399  * @start:      offset in bytes where the range starts
400  * @end:        offset in bytes where the range ends (inclusive)
401  * @sync_mode:  enable synchronous operation
402  *
403  * Start writeback against all of a mapping's dirty pages that lie
404  * within the byte offsets <start, end> inclusive.
405  *
406  * If sync_mode is WB_SYNC_ALL then this is a "data integrity" operation, as
407  * opposed to a regular memory cleansing writeback.  The difference between
408  * these two operations is that if a dirty page/buffer is encountered, it must
409  * be waited upon, and not just skipped over.
410  *
411  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
412  */
413 int __filemap_fdatawrite_range(struct address_space *mapping, loff_t start,
414                                 loff_t end, int sync_mode)
415 {
416         struct writeback_control wbc = {
417                 .sync_mode = sync_mode,
418                 .nr_to_write = LONG_MAX,
419                 .range_start = start,
420                 .range_end = end,
421         };
422
423         return filemap_fdatawrite_wbc(mapping, &wbc);
424 }
425
426 static inline int __filemap_fdatawrite(struct address_space *mapping,
427         int sync_mode)
428 {
429         return __filemap_fdatawrite_range(mapping, 0, LLONG_MAX, sync_mode);
430 }
431
432 int filemap_fdatawrite(struct address_space *mapping)
433 {
434         return __filemap_fdatawrite(mapping, WB_SYNC_ALL);
435 }
436 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite);
437
438 int filemap_fdatawrite_range(struct address_space *mapping, loff_t start,
439                                 loff_t end)
440 {
441         return __filemap_fdatawrite_range(mapping, start, end, WB_SYNC_ALL);
442 }
443 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawrite_range);
444
445 /**
446  * filemap_flush - mostly a non-blocking flush
447  * @mapping:    target address_space
448  *
449  * This is a mostly non-blocking flush.  Not suitable for data-integrity
450  * purposes - I/O may not be started against all dirty pages.
451  *
452  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
453  */
454 int filemap_flush(struct address_space *mapping)
455 {
456         return __filemap_fdatawrite(mapping, WB_SYNC_NONE);
457 }
458 EXPORT_SYMBOL(filemap_flush);
459
460 /**
461  * filemap_range_has_page - check if a page exists in range.
462  * @mapping:           address space within which to check
463  * @start_byte:        offset in bytes where the range starts
464  * @end_byte:          offset in bytes where the range ends (inclusive)
465  *
466  * Find at least one page in the range supplied, usually used to check if
467  * direct writing in this range will trigger a writeback.
468  *
469  * Return: %true if at least one page exists in the specified range,
470  * %false otherwise.
471  */
472 bool filemap_range_has_page(struct address_space *mapping,
473                            loff_t start_byte, loff_t end_byte)
474 {
475         struct folio *folio;
476         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_byte >> PAGE_SHIFT);
477         pgoff_t max = end_byte >> PAGE_SHIFT;
478
479         if (end_byte < start_byte)
480                 return false;
481
482         rcu_read_lock();
483         for (;;) {
484                 folio = xas_find(&xas, max);
485                 if (xas_retry(&xas, folio))
486                         continue;
487                 /* Shadow entries don't count */
488                 if (xa_is_value(folio))
489                         continue;
490                 /*
491                  * We don't need to try to pin this page; we're about to
492                  * release the RCU lock anyway.  It is enough to know that
493                  * there was a page here recently.
494                  */
495                 break;
496         }
497         rcu_read_unlock();
498
499         return folio != NULL;
500 }
501 EXPORT_SYMBOL(filemap_range_has_page);
502
503 static void __filemap_fdatawait_range(struct address_space *mapping,
504                                      loff_t start_byte, loff_t end_byte)
505 {
506         pgoff_t index = start_byte >> PAGE_SHIFT;
507         pgoff_t end = end_byte >> PAGE_SHIFT;
508         struct folio_batch fbatch;
509         unsigned nr_folios;
510
511         folio_batch_init(&fbatch);
512
513         while (index <= end) {
514                 unsigned i;
515
516                 nr_folios = filemap_get_folios_tag(mapping, &index, end,
517                                 PAGECACHE_TAG_WRITEBACK, &fbatch);
518
519                 if (!nr_folios)
520                         break;
521
522                 for (i = 0; i < nr_folios; i++) {
523                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
524
525                         folio_wait_writeback(folio);
526                         folio_clear_error(folio);
527                 }
528                 folio_batch_release(&fbatch);
529                 cond_resched();
530         }
531 }
532
533 /**
534  * filemap_fdatawait_range - wait for writeback to complete
535  * @mapping:            address space structure to wait for
536  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
537  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
538  *
539  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space
540  * in the given range and wait for all of them.  Check error status of
541  * the address space and return it.
542  *
543  * Since the error status of the address space is cleared by this function,
544  * callers are responsible for checking the return value and handling and/or
545  * reporting the error.
546  *
547  * Return: error status of the address space.
548  */
549 int filemap_fdatawait_range(struct address_space *mapping, loff_t start_byte,
550                             loff_t end_byte)
551 {
552         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
553         return filemap_check_errors(mapping);
554 }
555 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_range);
556
557 /**
558  * filemap_fdatawait_range_keep_errors - wait for writeback to complete
559  * @mapping:            address space structure to wait for
560  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
561  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
562  *
563  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space in the
564  * given range and wait for all of them.  Unlike filemap_fdatawait_range(),
565  * this function does not clear error status of the address space.
566  *
567  * Use this function if callers don't handle errors themselves.  Expected
568  * call sites are system-wide / filesystem-wide data flushers: e.g. sync(2),
569  * fsfreeze(8)
570  */
571 int filemap_fdatawait_range_keep_errors(struct address_space *mapping,
572                 loff_t start_byte, loff_t end_byte)
573 {
574         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
575         return filemap_check_and_keep_errors(mapping);
576 }
577 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_range_keep_errors);
578
579 /**
580  * file_fdatawait_range - wait for writeback to complete
581  * @file:               file pointing to address space structure to wait for
582  * @start_byte:         offset in bytes where the range starts
583  * @end_byte:           offset in bytes where the range ends (inclusive)
584  *
585  * Walk the list of under-writeback pages of the address space that file
586  * refers to, in the given range and wait for all of them.  Check error
587  * status of the address space vs. the file->f_wb_err cursor and return it.
588  *
589  * Since the error status of the file is advanced by this function,
590  * callers are responsible for checking the return value and handling and/or
591  * reporting the error.
592  *
593  * Return: error status of the address space vs. the file->f_wb_err cursor.
594  */
595 int file_fdatawait_range(struct file *file, loff_t start_byte, loff_t end_byte)
596 {
597         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
598
599         __filemap_fdatawait_range(mapping, start_byte, end_byte);
600         return file_check_and_advance_wb_err(file);
601 }
602 EXPORT_SYMBOL(file_fdatawait_range);
603
604 /**
605  * filemap_fdatawait_keep_errors - wait for writeback without clearing errors
606  * @mapping: address space structure to wait for
607  *
608  * Walk the list of under-writeback pages of the given address space
609  * and wait for all of them.  Unlike filemap_fdatawait(), this function
610  * does not clear error status of the address space.
611  *
612  * Use this function if callers don't handle errors themselves.  Expected
613  * call sites are system-wide / filesystem-wide data flushers: e.g. sync(2),
614  * fsfreeze(8)
615  *
616  * Return: error status of the address space.
617  */
618 int filemap_fdatawait_keep_errors(struct address_space *mapping)
619 {
620         __filemap_fdatawait_range(mapping, 0, LLONG_MAX);
621         return filemap_check_and_keep_errors(mapping);
622 }
623 EXPORT_SYMBOL(filemap_fdatawait_keep_errors);
624
625 /* Returns true if writeback might be needed or already in progress. */
626 static bool mapping_needs_writeback(struct address_space *mapping)
627 {
628         return mapping->nrpages;
629 }
630
631 bool filemap_range_has_writeback(struct address_space *mapping,
632                                  loff_t start_byte, loff_t end_byte)
633 {
634         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_byte >> PAGE_SHIFT);
635         pgoff_t max = end_byte >> PAGE_SHIFT;
636         struct folio *folio;
637
638         if (end_byte < start_byte)
639                 return false;
640
641         rcu_read_lock();
642         xas_for_each(&xas, folio, max) {
643                 if (xas_retry(&xas, folio))
644                         continue;
645                 if (xa_is_value(folio))
646                         continue;
647                 if (folio_test_dirty(folio) || folio_test_locked(folio) ||
648                                 folio_test_writeback(folio))
649                         break;
650         }
651         rcu_read_unlock();
652         return folio != NULL;
653 }
654 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_range_has_writeback);
655
656 /**
657  * filemap_write_and_wait_range - write out & wait on a file range
658  * @mapping:    the address_space for the pages
659  * @lstart:     offset in bytes where the range starts
660  * @lend:       offset in bytes where the range ends (inclusive)
661  *
662  * Write out and wait upon file offsets lstart->lend, inclusive.
663  *
664  * Note that @lend is inclusive (describes the last byte to be written) so
665  * that this function can be used to write to the very end-of-file (end = -1).
666  *
667  * Return: error status of the address space.
668  */
669 int filemap_write_and_wait_range(struct address_space *mapping,
670                                  loff_t lstart, loff_t lend)
671 {
672         int err = 0, err2;
673
674         if (lend < lstart)
675                 return 0;
676
677         if (mapping_needs_writeback(mapping)) {
678                 err = __filemap_fdatawrite_range(mapping, lstart, lend,
679                                                  WB_SYNC_ALL);
680                 /*
681                  * Even if the above returned error, the pages may be
682                  * written partially (e.g. -ENOSPC), so we wait for it.
683                  * But the -EIO is special case, it may indicate the worst
684                  * thing (e.g. bug) happened, so we avoid waiting for it.
685                  */
686                 if (err != -EIO)
687                         __filemap_fdatawait_range(mapping, lstart, lend);
688         }
689         err2 = filemap_check_errors(mapping);
690         if (!err)
691                 err = err2;
692         return err;
693 }
694 EXPORT_SYMBOL(filemap_write_and_wait_range);
695
696 void __filemap_set_wb_err(struct address_space *mapping, int err)
697 {
698         errseq_t eseq = errseq_set(&mapping->wb_err, err);
699
700         trace_filemap_set_wb_err(mapping, eseq);
701 }
702 EXPORT_SYMBOL(__filemap_set_wb_err);
703
704 /**
705  * file_check_and_advance_wb_err - report wb error (if any) that was previously
706  *                                 and advance wb_err to current one
707  * @file: struct file on which the error is being reported
708  *
709  * When userland calls fsync (or something like nfsd does the equivalent), we
710  * want to report any writeback errors that occurred since the last fsync (or
711  * since the file was opened if there haven't been any).
712  *
713  * Grab the wb_err from the mapping. If it matches what we have in the file,
714  * then just quickly return 0. The file is all caught up.
715  *
716  * If it doesn't match, then take the mapping value, set the "seen" flag in
717  * it and try to swap it into place. If it works, or another task beat us
718  * to it with the new value, then update the f_wb_err and return the error
719  * portion. The error at this point must be reported via proper channels
720  * (a'la fsync, or NFS COMMIT operation, etc.).
721  *
722  * While we handle mapping->wb_err with atomic operations, the f_wb_err
723  * value is protected by the f_lock since we must ensure that it reflects
724  * the latest value swapped in for this file descriptor.
725  *
726  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
727  */
728 int file_check_and_advance_wb_err(struct file *file)
729 {
730         int err = 0;
731         errseq_t old = READ_ONCE(file->f_wb_err);
732         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
733
734         /* Locklessly handle the common case where nothing has changed */
735         if (errseq_check(&mapping->wb_err, old)) {
736                 /* Something changed, must use slow path */
737                 spin_lock(&file->f_lock);
738                 old = file->f_wb_err;
739                 err = errseq_check_and_advance(&mapping->wb_err,
740                                                 &file->f_wb_err);
741                 trace_file_check_and_advance_wb_err(file, old);
742                 spin_unlock(&file->f_lock);
743         }
744
745         /*
746          * We're mostly using this function as a drop in replacement for
747          * filemap_check_errors. Clear AS_EIO/AS_ENOSPC to emulate the effect
748          * that the legacy code would have had on these flags.
749          */
750         clear_bit(AS_EIO, &mapping->flags);
751         clear_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags);
752         return err;
753 }
754 EXPORT_SYMBOL(file_check_and_advance_wb_err);
755
756 /**
757  * file_write_and_wait_range - write out & wait on a file range
758  * @file:       file pointing to address_space with pages
759  * @lstart:     offset in bytes where the range starts
760  * @lend:       offset in bytes where the range ends (inclusive)
761  *
762  * Write out and wait upon file offsets lstart->lend, inclusive.
763  *
764  * Note that @lend is inclusive (describes the last byte to be written) so
765  * that this function can be used to write to the very end-of-file (end = -1).
766  *
767  * After writing out and waiting on the data, we check and advance the
768  * f_wb_err cursor to the latest value, and return any errors detected there.
769  *
770  * Return: %0 on success, negative error code otherwise.
771  */
772 int file_write_and_wait_range(struct file *file, loff_t lstart, loff_t lend)
773 {
774         int err = 0, err2;
775         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
776
777         if (lend < lstart)
778                 return 0;
779
780         if (mapping_needs_writeback(mapping)) {
781                 err = __filemap_fdatawrite_range(mapping, lstart, lend,
782                                                  WB_SYNC_ALL);
783                 /* See comment of filemap_write_and_wait() */
784                 if (err != -EIO)
785                         __filemap_fdatawait_range(mapping, lstart, lend);
786         }
787         err2 = file_check_and_advance_wb_err(file);
788         if (!err)
789                 err = err2;
790         return err;
791 }
792 EXPORT_SYMBOL(file_write_and_wait_range);
793
794 /**
795  * replace_page_cache_folio - replace a pagecache folio with a new one
796  * @old:        folio to be replaced
797  * @new:        folio to replace with
798  *
799  * This function replaces a folio in the pagecache with a new one.  On
800  * success it acquires the pagecache reference for the new folio and
801  * drops it for the old folio.  Both the old and new folios must be
802  * locked.  This function does not add the new folio to the LRU, the
803  * caller must do that.
804  *
805  * The remove + add is atomic.  This function cannot fail.
806  */
807 void replace_page_cache_folio(struct folio *old, struct folio *new)
808 {
809         struct address_space *mapping = old->mapping;
810         void (*free_folio)(struct folio *) = mapping->a_ops->free_folio;
811         pgoff_t offset = old->index;
812         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, offset);
813
814         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(old), old);
815         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(new), new);
816         VM_BUG_ON_FOLIO(new->mapping, new);
817
818         folio_get(new);
819         new->mapping = mapping;
820         new->index = offset;
821
822         mem_cgroup_migrate(old, new);
823
824         xas_lock_irq(&xas);
825         xas_store(&xas, new);
826
827         old->mapping = NULL;
828         /* hugetlb pages do not participate in page cache accounting. */
829         if (!folio_test_hugetlb(old))
830                 __lruvec_stat_sub_folio(old, NR_FILE_PAGES);
831         if (!folio_test_hugetlb(new))
832                 __lruvec_stat_add_folio(new, NR_FILE_PAGES);
833         if (folio_test_swapbacked(old))
834                 __lruvec_stat_sub_folio(old, NR_SHMEM);
835         if (folio_test_swapbacked(new))
836                 __lruvec_stat_add_folio(new, NR_SHMEM);
837         xas_unlock_irq(&xas);
838         if (free_folio)
839                 free_folio(old);
840         folio_put(old);
841 }
842 EXPORT_SYMBOL_GPL(replace_page_cache_folio);
843
844 noinline int __filemap_add_folio(struct address_space *mapping,
845                 struct folio *folio, pgoff_t index, gfp_t gfp, void **shadowp)
846 {
847         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
848         int huge = folio_test_hugetlb(folio);
849         bool charged = false;
850         long nr = 1;
851
852         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
853         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_swapbacked(folio), folio);
854         mapping_set_update(&xas, mapping);
855
856         if (!huge) {
857                 int error = mem_cgroup_charge(folio, NULL, gfp);
858                 VM_BUG_ON_FOLIO(index & (folio_nr_pages(folio) - 1), folio);
859                 if (error)
860                         return error;
861                 charged = true;
862                 xas_set_order(&xas, index, folio_order(folio));
863                 nr = folio_nr_pages(folio);
864         }
865
866         gfp &= GFP_RECLAIM_MASK;
867         folio_ref_add(folio, nr);
868         folio->mapping = mapping;
869         folio->index = xas.xa_index;
870
871         do {
872                 unsigned int order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
873                 void *entry, *old = NULL;
874
875                 if (order > folio_order(folio))
876                         xas_split_alloc(&xas, xa_load(xas.xa, xas.xa_index),
877                                         order, gfp);
878                 xas_lock_irq(&xas);
879                 xas_for_each_conflict(&xas, entry) {
880                         old = entry;
881                         if (!xa_is_value(entry)) {
882                                 xas_set_err(&xas, -EEXIST);
883                                 goto unlock;
884                         }
885                 }
886
887                 if (old) {
888                         if (shadowp)
889                                 *shadowp = old;
890                         /* entry may have been split before we acquired lock */
891                         order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
892                         if (order > folio_order(folio)) {
893                                 /* How to handle large swap entries? */
894                                 BUG_ON(shmem_mapping(mapping));
895                                 xas_split(&xas, old, order);
896                                 xas_reset(&xas);
897                         }
898                 }
899
900                 xas_store(&xas, folio);
901                 if (xas_error(&xas))
902                         goto unlock;
903
904                 mapping->nrpages += nr;
905
906                 /* hugetlb pages do not participate in page cache accounting */
907                 if (!huge) {
908                         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_PAGES, nr);
909                         if (folio_test_pmd_mappable(folio))
910                                 __lruvec_stat_mod_folio(folio,
911                                                 NR_FILE_THPS, nr);
912                 }
913 unlock:
914                 xas_unlock_irq(&xas);
915         } while (xas_nomem(&xas, gfp));
916
917         if (xas_error(&xas))
918                 goto error;
919
920         trace_mm_filemap_add_to_page_cache(folio);
921         return 0;
922 error:
923         if (charged)
924                 mem_cgroup_uncharge(folio);
925         folio->mapping = NULL;
926         /* Leave page->index set: truncation relies upon it */
927         folio_put_refs(folio, nr);
928         return xas_error(&xas);
929 }
930 ALLOW_ERROR_INJECTION(__filemap_add_folio, ERRNO);
931
932 int filemap_add_folio(struct address_space *mapping, struct folio *folio,
933                                 pgoff_t index, gfp_t gfp)
934 {
935         void *shadow = NULL;
936         int ret;
937
938         __folio_set_locked(folio);
939         ret = __filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp, &shadow);
940         if (unlikely(ret))
941                 __folio_clear_locked(folio);
942         else {
943                 /*
944                  * The folio might have been evicted from cache only
945                  * recently, in which case it should be activated like
946                  * any other repeatedly accessed folio.
947                  * The exception is folios getting rewritten; evicting other
948                  * data from the working set, only to cache data that will
949                  * get overwritten with something else, is a waste of memory.
950                  */
951                 WARN_ON_ONCE(folio_test_active(folio));
952                 if (!(gfp & __GFP_WRITE) && shadow)
953                         workingset_refault(folio, shadow);
954                 folio_add_lru(folio);
955         }
956         return ret;
957 }
958 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_add_folio);
959
960 #ifdef CONFIG_NUMA
961 struct folio *filemap_alloc_folio(gfp_t gfp, unsigned int order)
962 {
963         int n;
964         struct folio *folio;
965
966         if (cpuset_do_page_mem_spread()) {
967                 unsigned int cpuset_mems_cookie;
968                 do {
969                         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
970                         n = cpuset_mem_spread_node();
971                         folio = __folio_alloc_node(gfp, order, n);
972                 } while (!folio && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
973
974                 return folio;
975         }
976         return folio_alloc(gfp, order);
977 }
978 EXPORT_SYMBOL(filemap_alloc_folio);
979 #endif
980
981 /*
982  * filemap_invalidate_lock_two - lock invalidate_lock for two mappings
983  *
984  * Lock exclusively invalidate_lock of any passed mapping that is not NULL.
985  *
986  * @mapping1: the first mapping to lock
987  * @mapping2: the second mapping to lock
988  */
989 void filemap_invalidate_lock_two(struct address_space *mapping1,
990                                  struct address_space *mapping2)
991 {
992         if (mapping1 > mapping2)
993                 swap(mapping1, mapping2);
994         if (mapping1)
995                 down_write(&mapping1->invalidate_lock);
996         if (mapping2 && mapping1 != mapping2)
997                 down_write_nested(&mapping2->invalidate_lock, 1);
998 }
999 EXPORT_SYMBOL(filemap_invalidate_lock_two);
1000
1001 /*
1002  * filemap_invalidate_unlock_two - unlock invalidate_lock for two mappings
1003  *
1004  * Unlock exclusive invalidate_lock of any passed mapping that is not NULL.
1005  *
1006  * @mapping1: the first mapping to unlock
1007  * @mapping2: the second mapping to unlock
1008  */
1009 void filemap_invalidate_unlock_two(struct address_space *mapping1,
1010                                    struct address_space *mapping2)
1011 {
1012         if (mapping1)
1013                 up_write(&mapping1->invalidate_lock);
1014         if (mapping2 && mapping1 != mapping2)
1015                 up_write(&mapping2->invalidate_lock);
1016 }
1017 EXPORT_SYMBOL(filemap_invalidate_unlock_two);
1018
1019 /*
1020  * In order to wait for pages to become available there must be
1021  * waitqueues associated with pages. By using a hash table of
1022  * waitqueues where the bucket discipline is to maintain all
1023  * waiters on the same queue and wake all when any of the pages
1024  * become available, and for the woken contexts to check to be
1025  * sure the appropriate page became available, this saves space
1026  * at a cost of "thundering herd" phenomena during rare hash
1027  * collisions.
1028  */
1029 #define PAGE_WAIT_TABLE_BITS 8
1030 #define PAGE_WAIT_TABLE_SIZE (1 << PAGE_WAIT_TABLE_BITS)
1031 static wait_queue_head_t folio_wait_table[PAGE_WAIT_TABLE_SIZE] __cacheline_aligned;
1032
1033 static wait_queue_head_t *folio_waitqueue(struct folio *folio)
1034 {
1035         return &folio_wait_table[hash_ptr(folio, PAGE_WAIT_TABLE_BITS)];
1036 }
1037
1038 void __init pagecache_init(void)
1039 {
1040         int i;
1041
1042         for (i = 0; i < PAGE_WAIT_TABLE_SIZE; i++)
1043                 init_waitqueue_head(&folio_wait_table[i]);
1044
1045         page_writeback_init();
1046 }
1047
1048 /*
1049  * The page wait code treats the "wait->flags" somewhat unusually, because
1050  * we have multiple different kinds of waits, not just the usual "exclusive"
1051  * one.
1052  *
1053  * We have:
1054  *
1055  *  (a) no special bits set:
1056  *
1057  *      We're just waiting for the bit to be released, and when a waker
1058  *      calls the wakeup function, we set WQ_FLAG_WOKEN and wake it up,
1059  *      and remove it from the wait queue.
1060  *
1061  *      Simple and straightforward.
1062  *
1063  *  (b) WQ_FLAG_EXCLUSIVE:
1064  *
1065  *      The waiter is waiting to get the lock, and only one waiter should
1066  *      be woken up to avoid any thundering herd behavior. We'll set the
1067  *      WQ_FLAG_WOKEN bit, wake it up, and remove it from the wait queue.
1068  *
1069  *      This is the traditional exclusive wait.
1070  *
1071  *  (c) WQ_FLAG_EXCLUSIVE | WQ_FLAG_CUSTOM:
1072  *
1073  *      The waiter is waiting to get the bit, and additionally wants the
1074  *      lock to be transferred to it for fair lock behavior. If the lock
1075  *      cannot be taken, we stop walking the wait queue without waking
1076  *      the waiter.
1077  *
1078  *      This is the "fair lock handoff" case, and in addition to setting
1079  *      WQ_FLAG_WOKEN, we set WQ_FLAG_DONE to let the waiter easily see
1080  *      that it now has the lock.
1081  */
1082 static int wake_page_function(wait_queue_entry_t *wait, unsigned mode, int sync, void *arg)
1083 {
1084         unsigned int flags;
1085         struct wait_page_key *key = arg;
1086         struct wait_page_queue *wait_page
1087                 = container_of(wait, struct wait_page_queue, wait);
1088
1089         if (!wake_page_match(wait_page, key))
1090                 return 0;
1091
1092         /*
1093          * If it's a lock handoff wait, we get the bit for it, and
1094          * stop walking (and do not wake it up) if we can't.
1095          */
1096         flags = wait->flags;
1097         if (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) {
1098                 if (test_bit(key->bit_nr, &key->folio->flags))
1099                         return -1;
1100                 if (flags & WQ_FLAG_CUSTOM) {
1101                         if (test_and_set_bit(key->bit_nr, &key->folio->flags))
1102                                 return -1;
1103                         flags |= WQ_FLAG_DONE;
1104                 }
1105         }
1106
1107         /*
1108          * We are holding the wait-queue lock, but the waiter that
1109          * is waiting for this will be checking the flags without
1110          * any locking.
1111          *
1112          * So update the flags atomically, and wake up the waiter
1113          * afterwards to avoid any races. This store-release pairs
1114          * with the load-acquire in folio_wait_bit_common().
1115          */
1116         smp_store_release(&wait->flags, flags | WQ_FLAG_WOKEN);
1117         wake_up_state(wait->private, mode);
1118
1119         /*
1120          * Ok, we have successfully done what we're waiting for,
1121          * and we can unconditionally remove the wait entry.
1122          *
1123          * Note that this pairs with the "finish_wait()" in the
1124          * waiter, and has to be the absolute last thing we do.
1125          * After this list_del_init(&wait->entry) the wait entry
1126          * might be de-allocated and the process might even have
1127          * exited.
1128          */
1129         list_del_init_careful(&wait->entry);
1130         return (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) != 0;
1131 }
1132
1133 static void folio_wake_bit(struct folio *folio, int bit_nr)
1134 {
1135         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1136         struct wait_page_key key;
1137         unsigned long flags;
1138         wait_queue_entry_t bookmark;
1139
1140         key.folio = folio;
1141         key.bit_nr = bit_nr;
1142         key.page_match = 0;
1143
1144         bookmark.flags = 0;
1145         bookmark.private = NULL;
1146         bookmark.func = NULL;
1147         INIT_LIST_HEAD(&bookmark.entry);
1148
1149         spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1150         __wake_up_locked_key_bookmark(q, TASK_NORMAL, &key, &bookmark);
1151
1152         while (bookmark.flags & WQ_FLAG_BOOKMARK) {
1153                 /*
1154                  * Take a breather from holding the lock,
1155                  * allow pages that finish wake up asynchronously
1156                  * to acquire the lock and remove themselves
1157                  * from wait queue
1158                  */
1159                 spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1160                 cpu_relax();
1161                 spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1162                 __wake_up_locked_key_bookmark(q, TASK_NORMAL, &key, &bookmark);
1163         }
1164
1165         /*
1166          * It's possible to miss clearing waiters here, when we woke our page
1167          * waiters, but the hashed waitqueue has waiters for other pages on it.
1168          * That's okay, it's a rare case. The next waker will clear it.
1169          *
1170          * Note that, depending on the page pool (buddy, hugetlb, ZONE_DEVICE,
1171          * other), the flag may be cleared in the course of freeing the page;
1172          * but that is not required for correctness.
1173          */
1174         if (!waitqueue_active(q) || !key.page_match)
1175                 folio_clear_waiters(folio);
1176
1177         spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1178 }
1179
1180 static void folio_wake(struct folio *folio, int bit)
1181 {
1182         if (!folio_test_waiters(folio))
1183                 return;
1184         folio_wake_bit(folio, bit);
1185 }
1186
1187 /*
1188  * A choice of three behaviors for folio_wait_bit_common():
1189  */
1190 enum behavior {
1191         EXCLUSIVE,      /* Hold ref to page and take the bit when woken, like
1192                          * __folio_lock() waiting on then setting PG_locked.
1193                          */
1194         SHARED,         /* Hold ref to page and check the bit when woken, like
1195                          * folio_wait_writeback() waiting on PG_writeback.
1196                          */
1197         DROP,           /* Drop ref to page before wait, no check when woken,
1198                          * like folio_put_wait_locked() on PG_locked.
1199                          */
1200 };
1201
1202 /*
1203  * Attempt to check (or get) the folio flag, and mark us done
1204  * if successful.
1205  */
1206 static inline bool folio_trylock_flag(struct folio *folio, int bit_nr,
1207                                         struct wait_queue_entry *wait)
1208 {
1209         if (wait->flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) {
1210                 if (test_and_set_bit(bit_nr, &folio->flags))
1211                         return false;
1212         } else if (test_bit(bit_nr, &folio->flags))
1213                 return false;
1214
1215         wait->flags |= WQ_FLAG_WOKEN | WQ_FLAG_DONE;
1216         return true;
1217 }
1218
1219 /* How many times do we accept lock stealing from under a waiter? */
1220 int sysctl_page_lock_unfairness = 5;
1221
1222 static inline int folio_wait_bit_common(struct folio *folio, int bit_nr,
1223                 int state, enum behavior behavior)
1224 {
1225         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1226         int unfairness = sysctl_page_lock_unfairness;
1227         struct wait_page_queue wait_page;
1228         wait_queue_entry_t *wait = &wait_page.wait;
1229         bool thrashing = false;
1230         unsigned long pflags;
1231         bool in_thrashing;
1232
1233         if (bit_nr == PG_locked &&
1234             !folio_test_uptodate(folio) && folio_test_workingset(folio)) {
1235                 delayacct_thrashing_start(&in_thrashing);
1236                 psi_memstall_enter(&pflags);
1237                 thrashing = true;
1238         }
1239
1240         init_wait(wait);
1241         wait->func = wake_page_function;
1242         wait_page.folio = folio;
1243         wait_page.bit_nr = bit_nr;
1244
1245 repeat:
1246         wait->flags = 0;
1247         if (behavior == EXCLUSIVE) {
1248                 wait->flags = WQ_FLAG_EXCLUSIVE;
1249                 if (--unfairness < 0)
1250                         wait->flags |= WQ_FLAG_CUSTOM;
1251         }
1252
1253         /*
1254          * Do one last check whether we can get the
1255          * page bit synchronously.
1256          *
1257          * Do the folio_set_waiters() marking before that
1258          * to let any waker we _just_ missed know they
1259          * need to wake us up (otherwise they'll never
1260          * even go to the slow case that looks at the
1261          * page queue), and add ourselves to the wait
1262          * queue if we need to sleep.
1263          *
1264          * This part needs to be done under the queue
1265          * lock to avoid races.
1266          */
1267         spin_lock_irq(&q->lock);
1268         folio_set_waiters(folio);
1269         if (!folio_trylock_flag(folio, bit_nr, wait))
1270                 __add_wait_queue_entry_tail(q, wait);
1271         spin_unlock_irq(&q->lock);
1272
1273         /*
1274          * From now on, all the logic will be based on
1275          * the WQ_FLAG_WOKEN and WQ_FLAG_DONE flag, to
1276          * see whether the page bit testing has already
1277          * been done by the wake function.
1278          *
1279          * We can drop our reference to the folio.
1280          */
1281         if (behavior == DROP)
1282                 folio_put(folio);
1283
1284         /*
1285          * Note that until the "finish_wait()", or until
1286          * we see the WQ_FLAG_WOKEN flag, we need to
1287          * be very careful with the 'wait->flags', because
1288          * we may race with a waker that sets them.
1289          */
1290         for (;;) {
1291                 unsigned int flags;
1292
1293                 set_current_state(state);
1294
1295                 /* Loop until we've been woken or interrupted */
1296                 flags = smp_load_acquire(&wait->flags);
1297                 if (!(flags & WQ_FLAG_WOKEN)) {
1298                         if (signal_pending_state(state, current))
1299                                 break;
1300
1301                         io_schedule();
1302                         continue;
1303                 }
1304
1305                 /* If we were non-exclusive, we're done */
1306                 if (behavior != EXCLUSIVE)
1307                         break;
1308
1309                 /* If the waker got the lock for us, we're done */
1310                 if (flags & WQ_FLAG_DONE)
1311                         break;
1312
1313                 /*
1314                  * Otherwise, if we're getting the lock, we need to
1315                  * try to get it ourselves.
1316                  *
1317                  * And if that fails, we'll have to retry this all.
1318                  */
1319                 if (unlikely(test_and_set_bit(bit_nr, folio_flags(folio, 0))))
1320                         goto repeat;
1321
1322                 wait->flags |= WQ_FLAG_DONE;
1323                 break;
1324         }
1325
1326         /*
1327          * If a signal happened, this 'finish_wait()' may remove the last
1328          * waiter from the wait-queues, but the folio waiters bit will remain
1329          * set. That's ok. The next wakeup will take care of it, and trying
1330          * to do it here would be difficult and prone to races.
1331          */
1332         finish_wait(q, wait);
1333
1334         if (thrashing) {
1335                 delayacct_thrashing_end(&in_thrashing);
1336                 psi_memstall_leave(&pflags);
1337         }
1338
1339         /*
1340          * NOTE! The wait->flags weren't stable until we've done the
1341          * 'finish_wait()', and we could have exited the loop above due
1342          * to a signal, and had a wakeup event happen after the signal
1343          * test but before the 'finish_wait()'.
1344          *
1345          * So only after the finish_wait() can we reliably determine
1346          * if we got woken up or not, so we can now figure out the final
1347          * return value based on that state without races.
1348          *
1349          * Also note that WQ_FLAG_WOKEN is sufficient for a non-exclusive
1350          * waiter, but an exclusive one requires WQ_FLAG_DONE.
1351          */
1352         if (behavior == EXCLUSIVE)
1353                 return wait->flags & WQ_FLAG_DONE ? 0 : -EINTR;
1354
1355         return wait->flags & WQ_FLAG_WOKEN ? 0 : -EINTR;
1356 }
1357
1358 #ifdef CONFIG_MIGRATION
1359 /**
1360  * migration_entry_wait_on_locked - Wait for a migration entry to be removed
1361  * @entry: migration swap entry.
1362  * @ptep: mapped pte pointer. Will return with the ptep unmapped. Only required
1363  *        for pte entries, pass NULL for pmd entries.
1364  * @ptl: already locked ptl. This function will drop the lock.
1365  *
1366  * Wait for a migration entry referencing the given page to be removed. This is
1367  * equivalent to put_and_wait_on_page_locked(page, TASK_UNINTERRUPTIBLE) except
1368  * this can be called without taking a reference on the page. Instead this
1369  * should be called while holding the ptl for the migration entry referencing
1370  * the page.
1371  *
1372  * Returns after unmapping and unlocking the pte/ptl with pte_unmap_unlock().
1373  *
1374  * This follows the same logic as folio_wait_bit_common() so see the comments
1375  * there.
1376  */
1377 void migration_entry_wait_on_locked(swp_entry_t entry, pte_t *ptep,
1378                                 spinlock_t *ptl)
1379 {
1380         struct wait_page_queue wait_page;
1381         wait_queue_entry_t *wait = &wait_page.wait;
1382         bool thrashing = false;
1383         unsigned long pflags;
1384         bool in_thrashing;
1385         wait_queue_head_t *q;
1386         struct folio *folio = page_folio(pfn_swap_entry_to_page(entry));
1387
1388         q = folio_waitqueue(folio);
1389         if (!folio_test_uptodate(folio) && folio_test_workingset(folio)) {
1390                 delayacct_thrashing_start(&in_thrashing);
1391                 psi_memstall_enter(&pflags);
1392                 thrashing = true;
1393         }
1394
1395         init_wait(wait);
1396         wait->func = wake_page_function;
1397         wait_page.folio = folio;
1398         wait_page.bit_nr = PG_locked;
1399         wait->flags = 0;
1400
1401         spin_lock_irq(&q->lock);
1402         folio_set_waiters(folio);
1403         if (!folio_trylock_flag(folio, PG_locked, wait))
1404                 __add_wait_queue_entry_tail(q, wait);
1405         spin_unlock_irq(&q->lock);
1406
1407         /*
1408          * If a migration entry exists for the page the migration path must hold
1409          * a valid reference to the page, and it must take the ptl to remove the
1410          * migration entry. So the page is valid until the ptl is dropped.
1411          */
1412         if (ptep)
1413                 pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
1414         else
1415                 spin_unlock(ptl);
1416
1417         for (;;) {
1418                 unsigned int flags;
1419
1420                 set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
1421
1422                 /* Loop until we've been woken or interrupted */
1423                 flags = smp_load_acquire(&wait->flags);
1424                 if (!(flags & WQ_FLAG_WOKEN)) {
1425                         if (signal_pending_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE, current))
1426                                 break;
1427
1428                         io_schedule();
1429                         continue;
1430                 }
1431                 break;
1432         }
1433
1434         finish_wait(q, wait);
1435
1436         if (thrashing) {
1437                 delayacct_thrashing_end(&in_thrashing);
1438                 psi_memstall_leave(&pflags);
1439         }
1440 }
1441 #endif
1442
1443 void folio_wait_bit(struct folio *folio, int bit_nr)
1444 {
1445         folio_wait_bit_common(folio, bit_nr, TASK_UNINTERRUPTIBLE, SHARED);
1446 }
1447 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_bit);
1448
1449 int folio_wait_bit_killable(struct folio *folio, int bit_nr)
1450 {
1451         return folio_wait_bit_common(folio, bit_nr, TASK_KILLABLE, SHARED);
1452 }
1453 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_bit_killable);
1454
1455 /**
1456  * folio_put_wait_locked - Drop a reference and wait for it to be unlocked
1457  * @folio: The folio to wait for.
1458  * @state: The sleep state (TASK_KILLABLE, TASK_UNINTERRUPTIBLE, etc).
1459  *
1460  * The caller should hold a reference on @folio.  They expect the page to
1461  * become unlocked relatively soon, but do not wish to hold up migration
1462  * (for example) by holding the reference while waiting for the folio to
1463  * come unlocked.  After this function returns, the caller should not
1464  * dereference @folio.
1465  *
1466  * Return: 0 if the folio was unlocked or -EINTR if interrupted by a signal.
1467  */
1468 static int folio_put_wait_locked(struct folio *folio, int state)
1469 {
1470         return folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, state, DROP);
1471 }
1472
1473 /**
1474  * folio_add_wait_queue - Add an arbitrary waiter to a folio's wait queue
1475  * @folio: Folio defining the wait queue of interest
1476  * @waiter: Waiter to add to the queue
1477  *
1478  * Add an arbitrary @waiter to the wait queue for the nominated @folio.
1479  */
1480 void folio_add_wait_queue(struct folio *folio, wait_queue_entry_t *waiter)
1481 {
1482         wait_queue_head_t *q = folio_waitqueue(folio);
1483         unsigned long flags;
1484
1485         spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
1486         __add_wait_queue_entry_tail(q, waiter);
1487         folio_set_waiters(folio);
1488         spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
1489 }
1490 EXPORT_SYMBOL_GPL(folio_add_wait_queue);
1491
1492 #ifndef clear_bit_unlock_is_negative_byte
1493
1494 /*
1495  * PG_waiters is the high bit in the same byte as PG_lock.
1496  *
1497  * On x86 (and on many other architectures), we can clear PG_lock and
1498  * test the sign bit at the same time. But if the architecture does
1499  * not support that special operation, we just do this all by hand
1500  * instead.
1501  *
1502  * The read of PG_waiters has to be after (or concurrently with) PG_locked
1503  * being cleared, but a memory barrier should be unnecessary since it is
1504  * in the same byte as PG_locked.
1505  */
1506 static inline bool clear_bit_unlock_is_negative_byte(long nr, volatile void *mem)
1507 {
1508         clear_bit_unlock(nr, mem);
1509         /* smp_mb__after_atomic(); */
1510         return test_bit(PG_waiters, mem);
1511 }
1512
1513 #endif
1514
1515 /**
1516  * folio_unlock - Unlock a locked folio.
1517  * @folio: The folio.
1518  *
1519  * Unlocks the folio and wakes up any thread sleeping on the page lock.
1520  *
1521  * Context: May be called from interrupt or process context.  May not be
1522  * called from NMI context.
1523  */
1524 void folio_unlock(struct folio *folio)
1525 {
1526         /* Bit 7 allows x86 to check the byte's sign bit */
1527         BUILD_BUG_ON(PG_waiters != 7);
1528         BUILD_BUG_ON(PG_locked > 7);
1529         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
1530         if (clear_bit_unlock_is_negative_byte(PG_locked, folio_flags(folio, 0)))
1531                 folio_wake_bit(folio, PG_locked);
1532 }
1533 EXPORT_SYMBOL(folio_unlock);
1534
1535 /**
1536  * folio_end_private_2 - Clear PG_private_2 and wake any waiters.
1537  * @folio: The folio.
1538  *
1539  * Clear the PG_private_2 bit on a folio and wake up any sleepers waiting for
1540  * it.  The folio reference held for PG_private_2 being set is released.
1541  *
1542  * This is, for example, used when a netfs folio is being written to a local
1543  * disk cache, thereby allowing writes to the cache for the same folio to be
1544  * serialised.
1545  */
1546 void folio_end_private_2(struct folio *folio)
1547 {
1548         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_private_2(folio), folio);
1549         clear_bit_unlock(PG_private_2, folio_flags(folio, 0));
1550         folio_wake_bit(folio, PG_private_2);
1551         folio_put(folio);
1552 }
1553 EXPORT_SYMBOL(folio_end_private_2);
1554
1555 /**
1556  * folio_wait_private_2 - Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio.
1557  * @folio: The folio to wait on.
1558  *
1559  * Wait for PG_private_2 (aka PG_fscache) to be cleared on a folio.
1560  */
1561 void folio_wait_private_2(struct folio *folio)
1562 {
1563         while (folio_test_private_2(folio))
1564                 folio_wait_bit(folio, PG_private_2);
1565 }
1566 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_private_2);
1567
1568 /**
1569  * folio_wait_private_2_killable - Wait for PG_private_2 to be cleared on a folio.
1570  * @folio: The folio to wait on.
1571  *
1572  * Wait for PG_private_2 (aka PG_fscache) to be cleared on a folio or until a
1573  * fatal signal is received by the calling task.
1574  *
1575  * Return:
1576  * - 0 if successful.
1577  * - -EINTR if a fatal signal was encountered.
1578  */
1579 int folio_wait_private_2_killable(struct folio *folio)
1580 {
1581         int ret = 0;
1582
1583         while (folio_test_private_2(folio)) {
1584                 ret = folio_wait_bit_killable(folio, PG_private_2);
1585                 if (ret < 0)
1586                         break;
1587         }
1588
1589         return ret;
1590 }
1591 EXPORT_SYMBOL(folio_wait_private_2_killable);
1592
1593 /**
1594  * folio_end_writeback - End writeback against a folio.
1595  * @folio: The folio.
1596  */
1597 void folio_end_writeback(struct folio *folio)
1598 {
1599         /*
1600          * folio_test_clear_reclaim() could be used here but it is an
1601          * atomic operation and overkill in this particular case. Failing
1602          * to shuffle a folio marked for immediate reclaim is too mild
1603          * a gain to justify taking an atomic operation penalty at the
1604          * end of every folio writeback.
1605          */
1606         if (folio_test_reclaim(folio)) {
1607                 folio_clear_reclaim(folio);
1608                 folio_rotate_reclaimable(folio);
1609         }
1610
1611         /*
1612          * Writeback does not hold a folio reference of its own, relying
1613          * on truncation to wait for the clearing of PG_writeback.
1614          * But here we must make sure that the folio is not freed and
1615          * reused before the folio_wake().
1616          */
1617         folio_get(folio);
1618         if (!__folio_end_writeback(folio))
1619                 BUG();
1620
1621         smp_mb__after_atomic();
1622         folio_wake(folio, PG_writeback);
1623         acct_reclaim_writeback(folio);
1624         folio_put(folio);
1625 }
1626 EXPORT_SYMBOL(folio_end_writeback);
1627
1628 /*
1629  * After completing I/O on a page, call this routine to update the page
1630  * flags appropriately
1631  */
1632 void page_endio(struct page *page, bool is_write, int err)
1633 {
1634         struct folio *folio = page_folio(page);
1635
1636         if (!is_write) {
1637                 if (!err) {
1638                         folio_mark_uptodate(folio);
1639                 } else {
1640                         folio_clear_uptodate(folio);
1641                         folio_set_error(folio);
1642                 }
1643                 folio_unlock(folio);
1644         } else {
1645                 if (err) {
1646                         struct address_space *mapping;
1647
1648                         folio_set_error(folio);
1649                         mapping = folio_mapping(folio);
1650                         if (mapping)
1651                                 mapping_set_error(mapping, err);
1652                 }
1653                 folio_end_writeback(folio);
1654         }
1655 }
1656 EXPORT_SYMBOL_GPL(page_endio);
1657
1658 /**
1659  * __folio_lock - Get a lock on the folio, assuming we need to sleep to get it.
1660  * @folio: The folio to lock
1661  */
1662 void __folio_lock(struct folio *folio)
1663 {
1664         folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, TASK_UNINTERRUPTIBLE,
1665                                 EXCLUSIVE);
1666 }
1667 EXPORT_SYMBOL(__folio_lock);
1668
1669 int __folio_lock_killable(struct folio *folio)
1670 {
1671         return folio_wait_bit_common(folio, PG_locked, TASK_KILLABLE,
1672                                         EXCLUSIVE);
1673 }
1674 EXPORT_SYMBOL_GPL(__folio_lock_killable);
1675
1676 static int __folio_lock_async(struct folio *folio, struct wait_page_queue *wait)
1677 {
1678         struct wait_queue_head *q = folio_waitqueue(folio);
1679         int ret = 0;
1680
1681         wait->folio = folio;
1682         wait->bit_nr = PG_locked;
1683
1684         spin_lock_irq(&q->lock);
1685         __add_wait_queue_entry_tail(q, &wait->wait);
1686         folio_set_waiters(folio);
1687         ret = !folio_trylock(folio);
1688         /*
1689          * If we were successful now, we know we're still on the
1690          * waitqueue as we're still under the lock. This means it's
1691          * safe to remove and return success, we know the callback
1692          * isn't going to trigger.
1693          */
1694         if (!ret)
1695                 __remove_wait_queue(q, &wait->wait);
1696         else
1697                 ret = -EIOCBQUEUED;
1698         spin_unlock_irq(&q->lock);
1699         return ret;
1700 }
1701
1702 /*
1703  * Return values:
1704  * true - folio is locked; mmap_lock is still held.
1705  * false - folio is not locked.
1706  *     mmap_lock has been released (mmap_read_unlock(), unless flags had both
1707  *     FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY and FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT set, in
1708  *     which case mmap_lock is still held.
1709  *
1710  * If neither ALLOW_RETRY nor KILLABLE are set, will always return true
1711  * with the folio locked and the mmap_lock unperturbed.
1712  */
1713 bool __folio_lock_or_retry(struct folio *folio, struct mm_struct *mm,
1714                          unsigned int flags)
1715 {
1716         if (fault_flag_allow_retry_first(flags)) {
1717                 /*
1718                  * CAUTION! In this case, mmap_lock is not released
1719                  * even though return 0.
1720                  */
1721                 if (flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT)
1722                         return false;
1723
1724                 mmap_read_unlock(mm);
1725                 if (flags & FAULT_FLAG_KILLABLE)
1726                         folio_wait_locked_killable(folio);
1727                 else
1728                         folio_wait_locked(folio);
1729                 return false;
1730         }
1731         if (flags & FAULT_FLAG_KILLABLE) {
1732                 bool ret;
1733
1734                 ret = __folio_lock_killable(folio);
1735                 if (ret) {
1736                         mmap_read_unlock(mm);
1737                         return false;
1738                 }
1739         } else {
1740                 __folio_lock(folio);
1741         }
1742
1743         return true;
1744 }
1745
1746 /**
1747  * page_cache_next_miss() - Find the next gap in the page cache.
1748  * @mapping: Mapping.
1749  * @index: Index.
1750  * @max_scan: Maximum range to search.
1751  *
1752  * Search the range [index, min(index + max_scan - 1, ULONG_MAX)] for the
1753  * gap with the lowest index.
1754  *
1755  * This function may be called under the rcu_read_lock.  However, this will
1756  * not atomically search a snapshot of the cache at a single point in time.
1757  * For example, if a gap is created at index 5, then subsequently a gap is
1758  * created at index 10, page_cache_next_miss covering both indices may
1759  * return 10 if called under the rcu_read_lock.
1760  *
1761  * Return: The index of the gap if found, otherwise an index outside the
1762  * range specified (in which case 'return - index >= max_scan' will be true).
1763  * In the rare case of index wrap-around, 0 will be returned.  0 will also
1764  * be returned if index == 0 and there is a gap at the index.  We can not
1765  * wrap-around if passed index == 0.
1766  */
1767 pgoff_t page_cache_next_miss(struct address_space *mapping,
1768                              pgoff_t index, unsigned long max_scan)
1769 {
1770         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1771
1772         while (max_scan--) {
1773                 void *entry = xas_next(&xas);
1774                 if (!entry || xa_is_value(entry))
1775                         return xas.xa_index;
1776                 if (xas.xa_index == 0 && index != 0)
1777                         return xas.xa_index;
1778         }
1779
1780         /* No gaps in range and no wrap-around, return index beyond range */
1781         return xas.xa_index + 1;
1782 }
1783 EXPORT_SYMBOL(page_cache_next_miss);
1784
1785 /**
1786  * page_cache_prev_miss() - Find the previous gap in the page cache.
1787  * @mapping: Mapping.
1788  * @index: Index.
1789  * @max_scan: Maximum range to search.
1790  *
1791  * Search the range [max(index - max_scan + 1, 0), index] for the
1792  * gap with the highest index.
1793  *
1794  * This function may be called under the rcu_read_lock.  However, this will
1795  * not atomically search a snapshot of the cache at a single point in time.
1796  * For example, if a gap is created at index 10, then subsequently a gap is
1797  * created at index 5, page_cache_prev_miss() covering both indices may
1798  * return 5 if called under the rcu_read_lock.
1799  *
1800  * Return: The index of the gap if found, otherwise an index outside the
1801  * range specified (in which case 'index - return >= max_scan' will be true).
1802  * In the rare case of wrap-around, ULONG_MAX will be returned.  ULONG_MAX
1803  * will also be returned if index == ULONG_MAX and there is a gap at the
1804  * index.  We can not wrap-around if passed index == ULONG_MAX.
1805  */
1806 pgoff_t page_cache_prev_miss(struct address_space *mapping,
1807                              pgoff_t index, unsigned long max_scan)
1808 {
1809         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1810
1811         while (max_scan--) {
1812                 void *entry = xas_prev(&xas);
1813                 if (!entry || xa_is_value(entry))
1814                         return xas.xa_index;
1815                 if (xas.xa_index == ULONG_MAX && index != ULONG_MAX)
1816                         return xas.xa_index;
1817         }
1818
1819         /* No gaps in range and no wrap-around, return index beyond range */
1820         return xas.xa_index - 1;
1821 }
1822 EXPORT_SYMBOL(page_cache_prev_miss);
1823
1824 /*
1825  * Lockless page cache protocol:
1826  * On the lookup side:
1827  * 1. Load the folio from i_pages
1828  * 2. Increment the refcount if it's not zero
1829  * 3. If the folio is not found by xas_reload(), put the refcount and retry
1830  *
1831  * On the removal side:
1832  * A. Freeze the page (by zeroing the refcount if nobody else has a reference)
1833  * B. Remove the page from i_pages
1834  * C. Return the page to the page allocator
1835  *
1836  * This means that any page may have its reference count temporarily
1837  * increased by a speculative page cache (or fast GUP) lookup as it can
1838  * be allocated by another user before the RCU grace period expires.
1839  * Because the refcount temporarily acquired here may end up being the
1840  * last refcount on the page, any page allocation must be freeable by
1841  * folio_put().
1842  */
1843
1844 /*
1845  * filemap_get_entry - Get a page cache entry.
1846  * @mapping: the address_space to search
1847  * @index: The page cache index.
1848  *
1849  * Looks up the page cache entry at @mapping & @index.  If it is a folio,
1850  * it is returned with an increased refcount.  If it is a shadow entry
1851  * of a previously evicted folio, or a swap entry from shmem/tmpfs,
1852  * it is returned without further action.
1853  *
1854  * Return: The folio, swap or shadow entry, %NULL if nothing is found.
1855  */
1856 void *filemap_get_entry(struct address_space *mapping, pgoff_t index)
1857 {
1858         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
1859         struct folio *folio;
1860
1861         rcu_read_lock();
1862 repeat:
1863         xas_reset(&xas);
1864         folio = xas_load(&xas);
1865         if (xas_retry(&xas, folio))
1866                 goto repeat;
1867         /*
1868          * A shadow entry of a recently evicted page, or a swap entry from
1869          * shmem/tmpfs.  Return it without attempting to raise page count.
1870          */
1871         if (!folio || xa_is_value(folio))
1872                 goto out;
1873
1874         if (!folio_try_get_rcu(folio))
1875                 goto repeat;
1876
1877         if (unlikely(folio != xas_reload(&xas))) {
1878                 folio_put(folio);
1879                 goto repeat;
1880         }
1881 out:
1882         rcu_read_unlock();
1883
1884         return folio;
1885 }
1886
1887 /**
1888  * __filemap_get_folio - Find and get a reference to a folio.
1889  * @mapping: The address_space to search.
1890  * @index: The page index.
1891  * @fgp_flags: %FGP flags modify how the folio is returned.
1892  * @gfp: Memory allocation flags to use if %FGP_CREAT is specified.
1893  *
1894  * Looks up the page cache entry at @mapping & @index.
1895  *
1896  * @fgp_flags can be zero or more of these flags:
1897  *
1898  * * %FGP_ACCESSED - The folio will be marked accessed.
1899  * * %FGP_LOCK - The folio is returned locked.
1900  * * %FGP_CREAT - If no page is present then a new page is allocated using
1901  *   @gfp and added to the page cache and the VM's LRU list.
1902  *   The page is returned locked and with an increased refcount.
1903  * * %FGP_FOR_MMAP - The caller wants to do its own locking dance if the
1904  *   page is already in cache.  If the page was allocated, unlock it before
1905  *   returning so the caller can do the same dance.
1906  * * %FGP_WRITE - The page will be written to by the caller.
1907  * * %FGP_NOFS - __GFP_FS will get cleared in gfp.
1908  * * %FGP_NOWAIT - Don't get blocked by page lock.
1909  * * %FGP_STABLE - Wait for the folio to be stable (finished writeback)
1910  *
1911  * If %FGP_LOCK or %FGP_CREAT are specified then the function may sleep even
1912  * if the %GFP flags specified for %FGP_CREAT are atomic.
1913  *
1914  * If there is a page cache page, it is returned with an increased refcount.
1915  *
1916  * Return: The found folio or an ERR_PTR() otherwise.
1917  */
1918 struct folio *__filemap_get_folio(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
1919                 int fgp_flags, gfp_t gfp)
1920 {
1921         struct folio *folio;
1922
1923 repeat:
1924         folio = filemap_get_entry(mapping, index);
1925         if (xa_is_value(folio))
1926                 folio = NULL;
1927         if (!folio)
1928                 goto no_page;
1929
1930         if (fgp_flags & FGP_LOCK) {
1931                 if (fgp_flags & FGP_NOWAIT) {
1932                         if (!folio_trylock(folio)) {
1933                                 folio_put(folio);
1934                                 return ERR_PTR(-EAGAIN);
1935                         }
1936                 } else {
1937                         folio_lock(folio);
1938                 }
1939
1940                 /* Has the page been truncated? */
1941                 if (unlikely(folio->mapping != mapping)) {
1942                         folio_unlock(folio);
1943                         folio_put(folio);
1944                         goto repeat;
1945                 }
1946                 VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, index), folio);
1947         }
1948
1949         if (fgp_flags & FGP_ACCESSED)
1950                 folio_mark_accessed(folio);
1951         else if (fgp_flags & FGP_WRITE) {
1952                 /* Clear idle flag for buffer write */
1953                 if (folio_test_idle(folio))
1954                         folio_clear_idle(folio);
1955         }
1956
1957         if (fgp_flags & FGP_STABLE)
1958                 folio_wait_stable(folio);
1959 no_page:
1960         if (!folio && (fgp_flags & FGP_CREAT)) {
1961                 int err;
1962                 if ((fgp_flags & FGP_WRITE) && mapping_can_writeback(mapping))
1963                         gfp |= __GFP_WRITE;
1964                 if (fgp_flags & FGP_NOFS)
1965                         gfp &= ~__GFP_FS;
1966                 if (fgp_flags & FGP_NOWAIT) {
1967                         gfp &= ~GFP_KERNEL;
1968                         gfp |= GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN;
1969                 }
1970
1971                 folio = filemap_alloc_folio(gfp, 0);
1972                 if (!folio)
1973                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
1974
1975                 if (WARN_ON_ONCE(!(fgp_flags & (FGP_LOCK | FGP_FOR_MMAP))))
1976                         fgp_flags |= FGP_LOCK;
1977
1978                 /* Init accessed so avoid atomic mark_page_accessed later */
1979                 if (fgp_flags & FGP_ACCESSED)
1980                         __folio_set_referenced(folio);
1981
1982                 err = filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp);
1983                 if (unlikely(err)) {
1984                         folio_put(folio);
1985                         folio = NULL;
1986                         if (err == -EEXIST)
1987                                 goto repeat;
1988                 }
1989
1990                 /*
1991                  * filemap_add_folio locks the page, and for mmap
1992                  * we expect an unlocked page.
1993                  */
1994                 if (folio && (fgp_flags & FGP_FOR_MMAP))
1995                         folio_unlock(folio);
1996         }
1997
1998         if (!folio)
1999                 return ERR_PTR(-ENOENT);
2000         return folio;
2001 }
2002 EXPORT_SYMBOL(__filemap_get_folio);
2003
2004 static inline struct folio *find_get_entry(struct xa_state *xas, pgoff_t max,
2005                 xa_mark_t mark)
2006 {
2007         struct folio *folio;
2008
2009 retry:
2010         if (mark == XA_PRESENT)
2011                 folio = xas_find(xas, max);
2012         else
2013                 folio = xas_find_marked(xas, max, mark);
2014
2015         if (xas_retry(xas, folio))
2016                 goto retry;
2017         /*
2018          * A shadow entry of a recently evicted page, a swap
2019          * entry from shmem/tmpfs or a DAX entry.  Return it
2020          * without attempting to raise page count.
2021          */
2022         if (!folio || xa_is_value(folio))
2023                 return folio;
2024
2025         if (!folio_try_get_rcu(folio))
2026                 goto reset;
2027
2028         if (unlikely(folio != xas_reload(xas))) {
2029                 folio_put(folio);
2030                 goto reset;
2031         }
2032
2033         return folio;
2034 reset:
2035         xas_reset(xas);
2036         goto retry;
2037 }
2038
2039 /**
2040  * find_get_entries - gang pagecache lookup
2041  * @mapping:    The address_space to search
2042  * @start:      The starting page cache index
2043  * @end:        The final page index (inclusive).
2044  * @fbatch:     Where the resulting entries are placed.
2045  * @indices:    The cache indices corresponding to the entries in @entries
2046  *
2047  * find_get_entries() will search for and return a batch of entries in
2048  * the mapping.  The entries are placed in @fbatch.  find_get_entries()
2049  * takes a reference on any actual folios it returns.
2050  *
2051  * The entries have ascending indexes.  The indices may not be consecutive
2052  * due to not-present entries or large folios.
2053  *
2054  * Any shadow entries of evicted folios, or swap entries from
2055  * shmem/tmpfs, are included in the returned array.
2056  *
2057  * Return: The number of entries which were found.
2058  */
2059 unsigned find_get_entries(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2060                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch, pgoff_t *indices)
2061 {
2062         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2063         struct folio *folio;
2064
2065         rcu_read_lock();
2066         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT)) != NULL) {
2067                 indices[fbatch->nr] = xas.xa_index;
2068                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2069                         break;
2070         }
2071         rcu_read_unlock();
2072
2073         if (folio_batch_count(fbatch)) {
2074                 unsigned long nr = 1;
2075                 int idx = folio_batch_count(fbatch) - 1;
2076
2077                 folio = fbatch->folios[idx];
2078                 if (!xa_is_value(folio) && !folio_test_hugetlb(folio))
2079                         nr = folio_nr_pages(folio);
2080                 *start = indices[idx] + nr;
2081         }
2082         return folio_batch_count(fbatch);
2083 }
2084
2085 /**
2086  * find_lock_entries - Find a batch of pagecache entries.
2087  * @mapping:    The address_space to search.
2088  * @start:      The starting page cache index.
2089  * @end:        The final page index (inclusive).
2090  * @fbatch:     Where the resulting entries are placed.
2091  * @indices:    The cache indices of the entries in @fbatch.
2092  *
2093  * find_lock_entries() will return a batch of entries from @mapping.
2094  * Swap, shadow and DAX entries are included.  Folios are returned
2095  * locked and with an incremented refcount.  Folios which are locked
2096  * by somebody else or under writeback are skipped.  Folios which are
2097  * partially outside the range are not returned.
2098  *
2099  * The entries have ascending indexes.  The indices may not be consecutive
2100  * due to not-present entries, large folios, folios which could not be
2101  * locked or folios under writeback.
2102  *
2103  * Return: The number of entries which were found.
2104  */
2105 unsigned find_lock_entries(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2106                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch, pgoff_t *indices)
2107 {
2108         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2109         struct folio *folio;
2110
2111         rcu_read_lock();
2112         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT))) {
2113                 if (!xa_is_value(folio)) {
2114                         if (folio->index < *start)
2115                                 goto put;
2116                         if (folio->index + folio_nr_pages(folio) - 1 > end)
2117                                 goto put;
2118                         if (!folio_trylock(folio))
2119                                 goto put;
2120                         if (folio->mapping != mapping ||
2121                             folio_test_writeback(folio))
2122                                 goto unlock;
2123                         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, xas.xa_index),
2124                                         folio);
2125                 }
2126                 indices[fbatch->nr] = xas.xa_index;
2127                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2128                         break;
2129                 continue;
2130 unlock:
2131                 folio_unlock(folio);
2132 put:
2133                 folio_put(folio);
2134         }
2135         rcu_read_unlock();
2136
2137         if (folio_batch_count(fbatch)) {
2138                 unsigned long nr = 1;
2139                 int idx = folio_batch_count(fbatch) - 1;
2140
2141                 folio = fbatch->folios[idx];
2142                 if (!xa_is_value(folio) && !folio_test_hugetlb(folio))
2143                         nr = folio_nr_pages(folio);
2144                 *start = indices[idx] + nr;
2145         }
2146         return folio_batch_count(fbatch);
2147 }
2148
2149 /**
2150  * filemap_get_folios - Get a batch of folios
2151  * @mapping:    The address_space to search
2152  * @start:      The starting page index
2153  * @end:        The final page index (inclusive)
2154  * @fbatch:     The batch to fill.
2155  *
2156  * Search for and return a batch of folios in the mapping starting at
2157  * index @start and up to index @end (inclusive).  The folios are returned
2158  * in @fbatch with an elevated reference count.
2159  *
2160  * The first folio may start before @start; if it does, it will contain
2161  * @start.  The final folio may extend beyond @end; if it does, it will
2162  * contain @end.  The folios have ascending indices.  There may be gaps
2163  * between the folios if there are indices which have no folio in the
2164  * page cache.  If folios are added to or removed from the page cache
2165  * while this is running, they may or may not be found by this call.
2166  *
2167  * Return: The number of folios which were found.
2168  * We also update @start to index the next folio for the traversal.
2169  */
2170 unsigned filemap_get_folios(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2171                 pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch)
2172 {
2173         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2174         struct folio *folio;
2175
2176         rcu_read_lock();
2177         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, XA_PRESENT)) != NULL) {
2178                 /* Skip over shadow, swap and DAX entries */
2179                 if (xa_is_value(folio))
2180                         continue;
2181                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio)) {
2182                         unsigned long nr = folio_nr_pages(folio);
2183
2184                         if (folio_test_hugetlb(folio))
2185                                 nr = 1;
2186                         *start = folio->index + nr;
2187                         goto out;
2188                 }
2189         }
2190
2191         /*
2192          * We come here when there is no page beyond @end. We take care to not
2193          * overflow the index @start as it confuses some of the callers. This
2194          * breaks the iteration when there is a page at index -1 but that is
2195          * already broken anyway.
2196          */
2197         if (end == (pgoff_t)-1)
2198                 *start = (pgoff_t)-1;
2199         else
2200                 *start = end + 1;
2201 out:
2202         rcu_read_unlock();
2203
2204         return folio_batch_count(fbatch);
2205 }
2206 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios);
2207
2208 static inline
2209 bool folio_more_pages(struct folio *folio, pgoff_t index, pgoff_t max)
2210 {
2211         if (!folio_test_large(folio) || folio_test_hugetlb(folio))
2212                 return false;
2213         if (index >= max)
2214                 return false;
2215         return index < folio->index + folio_nr_pages(folio) - 1;
2216 }
2217
2218 /**
2219  * filemap_get_folios_contig - Get a batch of contiguous folios
2220  * @mapping:    The address_space to search
2221  * @start:      The starting page index
2222  * @end:        The final page index (inclusive)
2223  * @fbatch:     The batch to fill
2224  *
2225  * filemap_get_folios_contig() works exactly like filemap_get_folios(),
2226  * except the returned folios are guaranteed to be contiguous. This may
2227  * not return all contiguous folios if the batch gets filled up.
2228  *
2229  * Return: The number of folios found.
2230  * Also update @start to be positioned for traversal of the next folio.
2231  */
2232
2233 unsigned filemap_get_folios_contig(struct address_space *mapping,
2234                 pgoff_t *start, pgoff_t end, struct folio_batch *fbatch)
2235 {
2236         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2237         unsigned long nr;
2238         struct folio *folio;
2239
2240         rcu_read_lock();
2241
2242         for (folio = xas_load(&xas); folio && xas.xa_index <= end;
2243                         folio = xas_next(&xas)) {
2244                 if (xas_retry(&xas, folio))
2245                         continue;
2246                 /*
2247                  * If the entry has been swapped out, we can stop looking.
2248                  * No current caller is looking for DAX entries.
2249                  */
2250                 if (xa_is_value(folio))
2251                         goto update_start;
2252
2253                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
2254                         goto retry;
2255
2256                 if (unlikely(folio != xas_reload(&xas)))
2257                         goto put_folio;
2258
2259                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio)) {
2260                         nr = folio_nr_pages(folio);
2261
2262                         if (folio_test_hugetlb(folio))
2263                                 nr = 1;
2264                         *start = folio->index + nr;
2265                         goto out;
2266                 }
2267                 continue;
2268 put_folio:
2269                 folio_put(folio);
2270
2271 retry:
2272                 xas_reset(&xas);
2273         }
2274
2275 update_start:
2276         nr = folio_batch_count(fbatch);
2277
2278         if (nr) {
2279                 folio = fbatch->folios[nr - 1];
2280                 if (folio_test_hugetlb(folio))
2281                         *start = folio->index + 1;
2282                 else
2283                         *start = folio->index + folio_nr_pages(folio);
2284         }
2285 out:
2286         rcu_read_unlock();
2287         return folio_batch_count(fbatch);
2288 }
2289 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios_contig);
2290
2291 /**
2292  * filemap_get_folios_tag - Get a batch of folios matching @tag
2293  * @mapping:    The address_space to search
2294  * @start:      The starting page index
2295  * @end:        The final page index (inclusive)
2296  * @tag:        The tag index
2297  * @fbatch:     The batch to fill
2298  *
2299  * Same as filemap_get_folios(), but only returning folios tagged with @tag.
2300  *
2301  * Return: The number of folios found.
2302  * Also update @start to index the next folio for traversal.
2303  */
2304 unsigned filemap_get_folios_tag(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
2305                         pgoff_t end, xa_mark_t tag, struct folio_batch *fbatch)
2306 {
2307         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, *start);
2308         struct folio *folio;
2309
2310         rcu_read_lock();
2311         while ((folio = find_get_entry(&xas, end, tag)) != NULL) {
2312                 /*
2313                  * Shadow entries should never be tagged, but this iteration
2314                  * is lockless so there is a window for page reclaim to evict
2315                  * a page we saw tagged. Skip over it.
2316                  */
2317                 if (xa_is_value(folio))
2318                         continue;
2319                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio)) {
2320                         unsigned long nr = folio_nr_pages(folio);
2321
2322                         if (folio_test_hugetlb(folio))
2323                                 nr = 1;
2324                         *start = folio->index + nr;
2325                         goto out;
2326                 }
2327         }
2328         /*
2329          * We come here when there is no page beyond @end. We take care to not
2330          * overflow the index @start as it confuses some of the callers. This
2331          * breaks the iteration when there is a page at index -1 but that is
2332          * already broke anyway.
2333          */
2334         if (end == (pgoff_t)-1)
2335                 *start = (pgoff_t)-1;
2336         else
2337                 *start = end + 1;
2338 out:
2339         rcu_read_unlock();
2340
2341         return folio_batch_count(fbatch);
2342 }
2343 EXPORT_SYMBOL(filemap_get_folios_tag);
2344
2345 /*
2346  * CD/DVDs are error prone. When a medium error occurs, the driver may fail
2347  * a _large_ part of the i/o request. Imagine the worst scenario:
2348  *
2349  *      ---R__________________________________________B__________
2350  *         ^ reading here                             ^ bad block(assume 4k)
2351  *
2352  * read(R) => miss => readahead(R...B) => media error => frustrating retries
2353  * => failing the whole request => read(R) => read(R+1) =>
2354  * readahead(R+1...B+1) => bang => read(R+2) => read(R+3) =>
2355  * readahead(R+3...B+2) => bang => read(R+3) => read(R+4) =>
2356  * readahead(R+4...B+3) => bang => read(R+4) => read(R+5) => ......
2357  *
2358  * It is going insane. Fix it by quickly scaling down the readahead size.
2359  */
2360 static void shrink_readahead_size_eio(struct file_ra_state *ra)
2361 {
2362         ra->ra_pages /= 4;
2363 }
2364
2365 /*
2366  * filemap_get_read_batch - Get a batch of folios for read
2367  *
2368  * Get a batch of folios which represent a contiguous range of bytes in
2369  * the file.  No exceptional entries will be returned.  If @index is in
2370  * the middle of a folio, the entire folio will be returned.  The last
2371  * folio in the batch may have the readahead flag set or the uptodate flag
2372  * clear so that the caller can take the appropriate action.
2373  */
2374 static void filemap_get_read_batch(struct address_space *mapping,
2375                 pgoff_t index, pgoff_t max, struct folio_batch *fbatch)
2376 {
2377         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
2378         struct folio *folio;
2379
2380         rcu_read_lock();
2381         for (folio = xas_load(&xas); folio; folio = xas_next(&xas)) {
2382                 if (xas_retry(&xas, folio))
2383                         continue;
2384                 if (xas.xa_index > max || xa_is_value(folio))
2385                         break;
2386                 if (xa_is_sibling(folio))
2387                         break;
2388                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
2389                         goto retry;
2390
2391                 if (unlikely(folio != xas_reload(&xas)))
2392                         goto put_folio;
2393
2394                 if (!folio_batch_add(fbatch, folio))
2395                         break;
2396                 if (!folio_test_uptodate(folio))
2397                         break;
2398                 if (folio_test_readahead(folio))
2399                         break;
2400                 xas_advance(&xas, folio->index + folio_nr_pages(folio) - 1);
2401                 continue;
2402 put_folio:
2403                 folio_put(folio);
2404 retry:
2405                 xas_reset(&xas);
2406         }
2407         rcu_read_unlock();
2408 }
2409
2410 static int filemap_read_folio(struct file *file, filler_t filler,
2411                 struct folio *folio)
2412 {
2413         bool workingset = folio_test_workingset(folio);
2414         unsigned long pflags;
2415         int error;
2416
2417         /*
2418          * A previous I/O error may have been due to temporary failures,
2419          * eg. multipath errors.  PG_error will be set again if read_folio
2420          * fails.
2421          */
2422         folio_clear_error(folio);
2423
2424         /* Start the actual read. The read will unlock the page. */
2425         if (unlikely(workingset))
2426                 psi_memstall_enter(&pflags);
2427         error = filler(file, folio);
2428         if (unlikely(workingset))
2429                 psi_memstall_leave(&pflags);
2430         if (error)
2431                 return error;
2432
2433         error = folio_wait_locked_killable(folio);
2434         if (error)
2435                 return error;
2436         if (folio_test_uptodate(folio))
2437                 return 0;
2438         if (file)
2439                 shrink_readahead_size_eio(&file->f_ra);
2440         return -EIO;
2441 }
2442
2443 static bool filemap_range_uptodate(struct address_space *mapping,
2444                 loff_t pos, size_t count, struct folio *folio,
2445                 bool need_uptodate)
2446 {
2447         if (folio_test_uptodate(folio))
2448                 return true;
2449         /* pipes can't handle partially uptodate pages */
2450         if (need_uptodate)
2451                 return false;
2452         if (!mapping->a_ops->is_partially_uptodate)
2453                 return false;
2454         if (mapping->host->i_blkbits >= folio_shift(folio))
2455                 return false;
2456
2457         if (folio_pos(folio) > pos) {
2458                 count -= folio_pos(folio) - pos;
2459                 pos = 0;
2460         } else {
2461                 pos -= folio_pos(folio);
2462         }
2463
2464         return mapping->a_ops->is_partially_uptodate(folio, pos, count);
2465 }
2466
2467 static int filemap_update_page(struct kiocb *iocb,
2468                 struct address_space *mapping, size_t count,
2469                 struct folio *folio, bool need_uptodate)
2470 {
2471         int error;
2472
2473         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2474                 if (!filemap_invalidate_trylock_shared(mapping))
2475                         return -EAGAIN;
2476         } else {
2477                 filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
2478         }
2479
2480         if (!folio_trylock(folio)) {
2481                 error = -EAGAIN;
2482                 if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOWAIT | IOCB_NOIO))
2483                         goto unlock_mapping;
2484                 if (!(iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ)) {
2485                         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2486                         /*
2487                          * This is where we usually end up waiting for a
2488                          * previously submitted readahead to finish.
2489                          */
2490                         folio_put_wait_locked(folio, TASK_KILLABLE);
2491                         return AOP_TRUNCATED_PAGE;
2492                 }
2493                 error = __folio_lock_async(folio, iocb->ki_waitq);
2494                 if (error)
2495                         goto unlock_mapping;
2496         }
2497
2498         error = AOP_TRUNCATED_PAGE;
2499         if (!folio->mapping)
2500                 goto unlock;
2501
2502         error = 0;
2503         if (filemap_range_uptodate(mapping, iocb->ki_pos, count, folio,
2504                                    need_uptodate))
2505                 goto unlock;
2506
2507         error = -EAGAIN;
2508         if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOIO | IOCB_NOWAIT | IOCB_WAITQ))
2509                 goto unlock;
2510
2511         error = filemap_read_folio(iocb->ki_filp, mapping->a_ops->read_folio,
2512                         folio);
2513         goto unlock_mapping;
2514 unlock:
2515         folio_unlock(folio);
2516 unlock_mapping:
2517         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2518         if (error == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2519                 folio_put(folio);
2520         return error;
2521 }
2522
2523 static int filemap_create_folio(struct file *file,
2524                 struct address_space *mapping, pgoff_t index,
2525                 struct folio_batch *fbatch)
2526 {
2527         struct folio *folio;
2528         int error;
2529
2530         folio = filemap_alloc_folio(mapping_gfp_mask(mapping), 0);
2531         if (!folio)
2532                 return -ENOMEM;
2533
2534         /*
2535          * Protect against truncate / hole punch. Grabbing invalidate_lock
2536          * here assures we cannot instantiate and bring uptodate new
2537          * pagecache folios after evicting page cache during truncate
2538          * and before actually freeing blocks.  Note that we could
2539          * release invalidate_lock after inserting the folio into
2540          * the page cache as the locked folio would then be enough to
2541          * synchronize with hole punching. But there are code paths
2542          * such as filemap_update_page() filling in partially uptodate
2543          * pages or ->readahead() that need to hold invalidate_lock
2544          * while mapping blocks for IO so let's hold the lock here as
2545          * well to keep locking rules simple.
2546          */
2547         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
2548         error = filemap_add_folio(mapping, folio, index,
2549                         mapping_gfp_constraint(mapping, GFP_KERNEL));
2550         if (error == -EEXIST)
2551                 error = AOP_TRUNCATED_PAGE;
2552         if (error)
2553                 goto error;
2554
2555         error = filemap_read_folio(file, mapping->a_ops->read_folio, folio);
2556         if (error)
2557                 goto error;
2558
2559         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2560         folio_batch_add(fbatch, folio);
2561         return 0;
2562 error:
2563         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
2564         folio_put(folio);
2565         return error;
2566 }
2567
2568 static int filemap_readahead(struct kiocb *iocb, struct file *file,
2569                 struct address_space *mapping, struct folio *folio,
2570                 pgoff_t last_index)
2571 {
2572         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, &file->f_ra, mapping, folio->index);
2573
2574         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOIO)
2575                 return -EAGAIN;
2576         page_cache_async_ra(&ractl, folio, last_index - folio->index);
2577         return 0;
2578 }
2579
2580 static int filemap_get_pages(struct kiocb *iocb, size_t count,
2581                 struct folio_batch *fbatch, bool need_uptodate)
2582 {
2583         struct file *filp = iocb->ki_filp;
2584         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
2585         struct file_ra_state *ra = &filp->f_ra;
2586         pgoff_t index = iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT;
2587         pgoff_t last_index;
2588         struct folio *folio;
2589         int err = 0;
2590
2591         /* "last_index" is the index of the page beyond the end of the read */
2592         last_index = DIV_ROUND_UP(iocb->ki_pos + count, PAGE_SIZE);
2593 retry:
2594         if (fatal_signal_pending(current))
2595                 return -EINTR;
2596
2597         filemap_get_read_batch(mapping, index, last_index - 1, fbatch);
2598         if (!folio_batch_count(fbatch)) {
2599                 if (iocb->ki_flags & IOCB_NOIO)
2600                         return -EAGAIN;
2601                 page_cache_sync_readahead(mapping, ra, filp, index,
2602                                 last_index - index);
2603                 filemap_get_read_batch(mapping, index, last_index - 1, fbatch);
2604         }
2605         if (!folio_batch_count(fbatch)) {
2606                 if (iocb->ki_flags & (IOCB_NOWAIT | IOCB_WAITQ))
2607                         return -EAGAIN;
2608                 err = filemap_create_folio(filp, mapping,
2609                                 iocb->ki_pos >> PAGE_SHIFT, fbatch);
2610                 if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2611                         goto retry;
2612                 return err;
2613         }
2614
2615         folio = fbatch->folios[folio_batch_count(fbatch) - 1];
2616         if (folio_test_readahead(folio)) {
2617                 err = filemap_readahead(iocb, filp, mapping, folio, last_index);
2618                 if (err)
2619                         goto err;
2620         }
2621         if (!folio_test_uptodate(folio)) {
2622                 if ((iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ) &&
2623                     folio_batch_count(fbatch) > 1)
2624                         iocb->ki_flags |= IOCB_NOWAIT;
2625                 err = filemap_update_page(iocb, mapping, count, folio,
2626                                           need_uptodate);
2627                 if (err)
2628                         goto err;
2629         }
2630
2631         return 0;
2632 err:
2633         if (err < 0)
2634                 folio_put(folio);
2635         if (likely(--fbatch->nr))
2636                 return 0;
2637         if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
2638                 goto retry;
2639         return err;
2640 }
2641
2642 static inline bool pos_same_folio(loff_t pos1, loff_t pos2, struct folio *folio)
2643 {
2644         unsigned int shift = folio_shift(folio);
2645
2646         return (pos1 >> shift == pos2 >> shift);
2647 }
2648
2649 /**
2650  * filemap_read - Read data from the page cache.
2651  * @iocb: The iocb to read.
2652  * @iter: Destination for the data.
2653  * @already_read: Number of bytes already read by the caller.
2654  *
2655  * Copies data from the page cache.  If the data is not currently present,
2656  * uses the readahead and read_folio address_space operations to fetch it.
2657  *
2658  * Return: Total number of bytes copied, including those already read by
2659  * the caller.  If an error happens before any bytes are copied, returns
2660  * a negative error number.
2661  */
2662 ssize_t filemap_read(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter,
2663                 ssize_t already_read)
2664 {
2665         struct file *filp = iocb->ki_filp;
2666         struct file_ra_state *ra = &filp->f_ra;
2667         struct address_space *mapping = filp->f_mapping;
2668         struct inode *inode = mapping->host;
2669         struct folio_batch fbatch;
2670         int i, error = 0;
2671         bool writably_mapped;
2672         loff_t isize, end_offset;
2673
2674         if (unlikely(iocb->ki_pos >= inode->i_sb->s_maxbytes))
2675                 return 0;
2676         if (unlikely(!iov_iter_count(iter)))
2677                 return 0;
2678
2679         iov_iter_truncate(iter, inode->i_sb->s_maxbytes);
2680         folio_batch_init(&fbatch);
2681
2682         do {
2683                 cond_resched();
2684
2685                 /*
2686                  * If we've already successfully copied some data, then we
2687                  * can no longer safely return -EIOCBQUEUED. Hence mark
2688                  * an async read NOWAIT at that point.
2689                  */
2690                 if ((iocb->ki_flags & IOCB_WAITQ) && already_read)
2691                         iocb->ki_flags |= IOCB_NOWAIT;
2692
2693                 if (unlikely(iocb->ki_pos >= i_size_read(inode)))
2694                         break;
2695
2696                 error = filemap_get_pages(iocb, iter->count, &fbatch,
2697                                           iov_iter_is_pipe(iter));
2698                 if (error < 0)
2699                         break;
2700
2701                 /*
2702                  * i_size must be checked after we know the pages are Uptodate.
2703                  *
2704                  * Checking i_size after the check allows us to calculate
2705                  * the correct value for "nr", which means the zero-filled
2706                  * part of the page is not copied back to userspace (unless
2707                  * another truncate extends the file - this is desired though).
2708                  */
2709                 isize = i_size_read(inode);
2710                 if (unlikely(iocb->ki_pos >= isize))
2711                         goto put_folios;
2712                 end_offset = min_t(loff_t, isize, iocb->ki_pos + iter->count);
2713
2714                 /*
2715                  * Once we start copying data, we don't want to be touching any
2716                  * cachelines that might be contended:
2717                  */
2718                 writably_mapped = mapping_writably_mapped(mapping);
2719
2720                 /*
2721                  * When a read accesses the same folio several times, only
2722                  * mark it as accessed the first time.
2723                  */
2724                 if (!pos_same_folio(iocb->ki_pos, ra->prev_pos - 1,
2725                                                         fbatch.folios[0]))
2726                         folio_mark_accessed(fbatch.folios[0]);
2727
2728                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++) {
2729                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
2730                         size_t fsize = folio_size(folio);
2731                         size_t offset = iocb->ki_pos & (fsize - 1);
2732                         size_t bytes = min_t(loff_t, end_offset - iocb->ki_pos,
2733                                              fsize - offset);
2734                         size_t copied;
2735
2736                         if (end_offset < folio_pos(folio))
2737                                 break;
2738                         if (i > 0)
2739                                 folio_mark_accessed(folio);
2740                         /*
2741                          * If users can be writing to this folio using arbitrary
2742                          * virtual addresses, take care of potential aliasing
2743                          * before reading the folio on the kernel side.
2744                          */
2745                         if (writably_mapped)
2746                                 flush_dcache_folio(folio);
2747
2748                         copied = copy_folio_to_iter(folio, offset, bytes, iter);
2749
2750                         already_read += copied;
2751                         iocb->ki_pos += copied;
2752                         ra->prev_pos = iocb->ki_pos;
2753
2754                         if (copied < bytes) {
2755                                 error = -EFAULT;
2756                                 break;
2757                         }
2758                 }
2759 put_folios:
2760                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++)
2761                         folio_put(fbatch.folios[i]);
2762                 folio_batch_init(&fbatch);
2763         } while (iov_iter_count(iter) && iocb->ki_pos < isize && !error);
2764
2765         file_accessed(filp);
2766
2767         return already_read ? already_read : error;
2768 }
2769 EXPORT_SYMBOL_GPL(filemap_read);
2770
2771 /**
2772  * generic_file_read_iter - generic filesystem read routine
2773  * @iocb:       kernel I/O control block
2774  * @iter:       destination for the data read
2775  *
2776  * This is the "read_iter()" routine for all filesystems
2777  * that can use the page cache directly.
2778  *
2779  * The IOCB_NOWAIT flag in iocb->ki_flags indicates that -EAGAIN shall
2780  * be returned when no data can be read without waiting for I/O requests
2781  * to complete; it doesn't prevent readahead.
2782  *
2783  * The IOCB_NOIO flag in iocb->ki_flags indicates that no new I/O
2784  * requests shall be made for the read or for readahead.  When no data
2785  * can be read, -EAGAIN shall be returned.  When readahead would be
2786  * triggered, a partial, possibly empty read shall be returned.
2787  *
2788  * Return:
2789  * * number of bytes copied, even for partial reads
2790  * * negative error code (or 0 if IOCB_NOIO) if nothing was read
2791  */
2792 ssize_t
2793 generic_file_read_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter)
2794 {
2795         size_t count = iov_iter_count(iter);
2796         ssize_t retval = 0;
2797
2798         if (!count)
2799                 return 0; /* skip atime */
2800
2801         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
2802                 struct file *file = iocb->ki_filp;
2803                 struct address_space *mapping = file->f_mapping;
2804                 struct inode *inode = mapping->host;
2805
2806                 if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
2807                         if (filemap_range_needs_writeback(mapping, iocb->ki_pos,
2808                                                 iocb->ki_pos + count - 1))
2809                                 return -EAGAIN;
2810                 } else {
2811                         retval = filemap_write_and_wait_range(mapping,
2812                                                 iocb->ki_pos,
2813                                                 iocb->ki_pos + count - 1);
2814                         if (retval < 0)
2815                                 return retval;
2816                 }
2817
2818                 file_accessed(file);
2819
2820                 retval = mapping->a_ops->direct_IO(iocb, iter);
2821                 if (retval >= 0) {
2822                         iocb->ki_pos += retval;
2823                         count -= retval;
2824                 }
2825                 if (retval != -EIOCBQUEUED)
2826                         iov_iter_revert(iter, count - iov_iter_count(iter));
2827
2828                 /*
2829                  * Btrfs can have a short DIO read if we encounter
2830                  * compressed extents, so if there was an error, or if
2831                  * we've already read everything we wanted to, or if
2832                  * there was a short read because we hit EOF, go ahead
2833                  * and return.  Otherwise fallthrough to buffered io for
2834                  * the rest of the read.  Buffered reads will not work for
2835                  * DAX files, so don't bother trying.
2836                  */
2837                 if (retval < 0 || !count || IS_DAX(inode))
2838                         return retval;
2839                 if (iocb->ki_pos >= i_size_read(inode))
2840                         return retval;
2841         }
2842
2843         return filemap_read(iocb, iter, retval);
2844 }
2845 EXPORT_SYMBOL(generic_file_read_iter);
2846
2847 /*
2848  * Splice subpages from a folio into a pipe.
2849  */
2850 size_t splice_folio_into_pipe(struct pipe_inode_info *pipe,
2851                               struct folio *folio, loff_t fpos, size_t size)
2852 {
2853         struct page *page;
2854         size_t spliced = 0, offset = offset_in_folio(folio, fpos);
2855
2856         page = folio_page(folio, offset / PAGE_SIZE);
2857         size = min(size, folio_size(folio) - offset);
2858         offset %= PAGE_SIZE;
2859
2860         while (spliced < size &&
2861                !pipe_full(pipe->head, pipe->tail, pipe->max_usage)) {
2862                 struct pipe_buffer *buf = pipe_head_buf(pipe);
2863                 size_t part = min_t(size_t, PAGE_SIZE - offset, size - spliced);
2864
2865                 *buf = (struct pipe_buffer) {
2866                         .ops    = &page_cache_pipe_buf_ops,
2867                         .page   = page,
2868                         .offset = offset,
2869                         .len    = part,
2870                 };
2871                 folio_get(folio);
2872                 pipe->head++;
2873                 page++;
2874                 spliced += part;
2875                 offset = 0;
2876         }
2877
2878         return spliced;
2879 }
2880
2881 /*
2882  * Splice folios from the pagecache of a buffered (ie. non-O_DIRECT) file into
2883  * a pipe.
2884  */
2885 ssize_t filemap_splice_read(struct file *in, loff_t *ppos,
2886                             struct pipe_inode_info *pipe,
2887                             size_t len, unsigned int flags)
2888 {
2889         struct folio_batch fbatch;
2890         struct kiocb iocb;
2891         size_t total_spliced = 0, used, npages;
2892         loff_t isize, end_offset;
2893         bool writably_mapped;
2894         int i, error = 0;
2895
2896         init_sync_kiocb(&iocb, in);
2897         iocb.ki_pos = *ppos;
2898
2899         /* Work out how much data we can actually add into the pipe */
2900         used = pipe_occupancy(pipe->head, pipe->tail);
2901         npages = max_t(ssize_t, pipe->max_usage - used, 0);
2902         len = min_t(size_t, len, npages * PAGE_SIZE);
2903
2904         folio_batch_init(&fbatch);
2905
2906         do {
2907                 cond_resched();
2908
2909                 if (*ppos >= i_size_read(file_inode(in)))
2910                         break;
2911
2912                 iocb.ki_pos = *ppos;
2913                 error = filemap_get_pages(&iocb, len, &fbatch, true);
2914                 if (error < 0)
2915                         break;
2916
2917                 /*
2918                  * i_size must be checked after we know the pages are Uptodate.
2919                  *
2920                  * Checking i_size after the check allows us to calculate
2921                  * the correct value for "nr", which means the zero-filled
2922                  * part of the page is not copied back to userspace (unless
2923                  * another truncate extends the file - this is desired though).
2924                  */
2925                 isize = i_size_read(file_inode(in));
2926                 if (unlikely(*ppos >= isize))
2927                         break;
2928                 end_offset = min_t(loff_t, isize, *ppos + len);
2929
2930                 /*
2931                  * Once we start copying data, we don't want to be touching any
2932                  * cachelines that might be contended:
2933                  */
2934                 writably_mapped = mapping_writably_mapped(in->f_mapping);
2935
2936                 for (i = 0; i < folio_batch_count(&fbatch); i++) {
2937                         struct folio *folio = fbatch.folios[i];
2938                         size_t n;
2939
2940                         if (folio_pos(folio) >= end_offset)
2941                                 goto out;
2942                         folio_mark_accessed(folio);
2943
2944                         /*
2945                          * If users can be writing to this folio using arbitrary
2946                          * virtual addresses, take care of potential aliasing
2947                          * before reading the folio on the kernel side.
2948                          */
2949                         if (writably_mapped)
2950                                 flush_dcache_folio(folio);
2951
2952                         n = min_t(loff_t, len, isize - *ppos);
2953                         n = splice_folio_into_pipe(pipe, folio, *ppos, n);
2954                         if (!n)
2955                                 goto out;
2956                         len -= n;
2957                         total_spliced += n;
2958                         *ppos += n;
2959                         in->f_ra.prev_pos = *ppos;
2960                         if (pipe_full(pipe->head, pipe->tail, pipe->max_usage))
2961                                 goto out;
2962                 }
2963
2964                 folio_batch_release(&fbatch);
2965         } while (len);
2966
2967 out:
2968         folio_batch_release(&fbatch);
2969         file_accessed(in);
2970
2971         return total_spliced ? total_spliced : error;
2972 }
2973 EXPORT_SYMBOL(filemap_splice_read);
2974
2975 static inline loff_t folio_seek_hole_data(struct xa_state *xas,
2976                 struct address_space *mapping, struct folio *folio,
2977                 loff_t start, loff_t end, bool seek_data)
2978 {
2979         const struct address_space_operations *ops = mapping->a_ops;
2980         size_t offset, bsz = i_blocksize(mapping->host);
2981
2982         if (xa_is_value(folio) || folio_test_uptodate(folio))
2983                 return seek_data ? start : end;
2984         if (!ops->is_partially_uptodate)
2985                 return seek_data ? end : start;
2986
2987         xas_pause(xas);
2988         rcu_read_unlock();
2989         folio_lock(folio);
2990         if (unlikely(folio->mapping != mapping))
2991                 goto unlock;
2992
2993         offset = offset_in_folio(folio, start) & ~(bsz - 1);
2994
2995         do {
2996                 if (ops->is_partially_uptodate(folio, offset, bsz) ==
2997                                                         seek_data)
2998                         break;
2999                 start = (start + bsz) & ~(bsz - 1);
3000                 offset += bsz;
3001         } while (offset < folio_size(folio));
3002 unlock:
3003         folio_unlock(folio);
3004         rcu_read_lock();
3005         return start;
3006 }
3007
3008 static inline size_t seek_folio_size(struct xa_state *xas, struct folio *folio)
3009 {
3010         if (xa_is_value(folio))
3011                 return PAGE_SIZE << xa_get_order(xas->xa, xas->xa_index);
3012         return folio_size(folio);
3013 }
3014
3015 /**
3016  * mapping_seek_hole_data - Seek for SEEK_DATA / SEEK_HOLE in the page cache.
3017  * @mapping: Address space to search.
3018  * @start: First byte to consider.
3019  * @end: Limit of search (exclusive).
3020  * @whence: Either SEEK_HOLE or SEEK_DATA.
3021  *
3022  * If the page cache knows which blocks contain holes and which blocks
3023  * contain data, your filesystem can use this function to implement
3024  * SEEK_HOLE and SEEK_DATA.  This is useful for filesystems which are
3025  * entirely memory-based such as tmpfs, and filesystems which support
3026  * unwritten extents.
3027  *
3028  * Return: The requested offset on success, or -ENXIO if @whence specifies
3029  * SEEK_DATA and there is no data after @start.  There is an implicit hole
3030  * after @end - 1, so SEEK_HOLE returns @end if all the bytes between @start
3031  * and @end contain data.
3032  */
3033 loff_t mapping_seek_hole_data(struct address_space *mapping, loff_t start,
3034                 loff_t end, int whence)
3035 {
3036         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start >> PAGE_SHIFT);
3037         pgoff_t max = (end - 1) >> PAGE_SHIFT;
3038         bool seek_data = (whence == SEEK_DATA);
3039         struct folio *folio;
3040
3041         if (end <= start)
3042                 return -ENXIO;
3043
3044         rcu_read_lock();
3045         while ((folio = find_get_entry(&xas, max, XA_PRESENT))) {
3046                 loff_t pos = (u64)xas.xa_index << PAGE_SHIFT;
3047                 size_t seek_size;
3048
3049                 if (start < pos) {
3050                         if (!seek_data)
3051                                 goto unlock;
3052                         start = pos;
3053                 }
3054
3055                 seek_size = seek_folio_size(&xas, folio);
3056                 pos = round_up((u64)pos + 1, seek_size);
3057                 start = folio_seek_hole_data(&xas, mapping, folio, start, pos,
3058                                 seek_data);
3059                 if (start < pos)
3060                         goto unlock;
3061                 if (start >= end)
3062                         break;
3063                 if (seek_size > PAGE_SIZE)
3064                         xas_set(&xas, pos >> PAGE_SHIFT);
3065                 if (!xa_is_value(folio))
3066                         folio_put(folio);
3067         }
3068         if (seek_data)
3069                 start = -ENXIO;
3070 unlock:
3071         rcu_read_unlock();
3072         if (folio && !xa_is_value(folio))
3073                 folio_put(folio);
3074         if (start > end)
3075                 return end;
3076         return start;
3077 }
3078
3079 #ifdef CONFIG_MMU
3080 #define MMAP_LOTSAMISS  (100)
3081 /*
3082  * lock_folio_maybe_drop_mmap - lock the page, possibly dropping the mmap_lock
3083  * @vmf - the vm_fault for this fault.
3084  * @folio - the folio to lock.
3085  * @fpin - the pointer to the file we may pin (or is already pinned).
3086  *
3087  * This works similar to lock_folio_or_retry in that it can drop the
3088  * mmap_lock.  It differs in that it actually returns the folio locked
3089  * if it returns 1 and 0 if it couldn't lock the folio.  If we did have
3090  * to drop the mmap_lock then fpin will point to the pinned file and
3091  * needs to be fput()'ed at a later point.
3092  */
3093 static int lock_folio_maybe_drop_mmap(struct vm_fault *vmf, struct folio *folio,
3094                                      struct file **fpin)
3095 {
3096         if (folio_trylock(folio))
3097                 return 1;
3098
3099         /*
3100          * NOTE! This will make us return with VM_FAULT_RETRY, but with
3101          * the mmap_lock still held. That's how FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT
3102          * is supposed to work. We have way too many special cases..
3103          */
3104         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT)
3105                 return 0;
3106
3107         *fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, *fpin);
3108         if (vmf->flags & FAULT_FLAG_KILLABLE) {
3109                 if (__folio_lock_killable(folio)) {
3110                         /*
3111                          * We didn't have the right flags to drop the mmap_lock,
3112                          * but all fault_handlers only check for fatal signals
3113                          * if we return VM_FAULT_RETRY, so we need to drop the
3114                          * mmap_lock here and return 0 if we don't have a fpin.
3115                          */
3116                         if (*fpin == NULL)
3117                                 mmap_read_unlock(vmf->vma->vm_mm);
3118                         return 0;
3119                 }
3120         } else
3121                 __folio_lock(folio);
3122
3123         return 1;
3124 }
3125
3126 /*
3127  * Synchronous readahead happens when we don't even find a page in the page
3128  * cache at all.  We don't want to perform IO under the mmap sem, so if we have
3129  * to drop the mmap sem we return the file that was pinned in order for us to do
3130  * that.  If we didn't pin a file then we return NULL.  The file that is
3131  * returned needs to be fput()'ed when we're done with it.
3132  */
3133 static struct file *do_sync_mmap_readahead(struct vm_fault *vmf)
3134 {
3135         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3136         struct file_ra_state *ra = &file->f_ra;
3137         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3138         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, ra, mapping, vmf->pgoff);
3139         struct file *fpin = NULL;
3140         unsigned long vm_flags = vmf->vma->vm_flags;
3141         unsigned int mmap_miss;
3142
3143 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
3144         /* Use the readahead code, even if readahead is disabled */
3145         if (vm_flags & VM_HUGEPAGE) {
3146                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3147                 ractl._index &= ~((unsigned long)HPAGE_PMD_NR - 1);
3148                 ra->size = HPAGE_PMD_NR;
3149                 /*
3150                  * Fetch two PMD folios, so we get the chance to actually
3151                  * readahead, unless we've been told not to.
3152                  */
3153                 if (!(vm_flags & VM_RAND_READ))
3154                         ra->size *= 2;
3155                 ra->async_size = HPAGE_PMD_NR;
3156                 page_cache_ra_order(&ractl, ra, HPAGE_PMD_ORDER);
3157                 return fpin;
3158         }
3159 #endif
3160
3161         /* If we don't want any read-ahead, don't bother */
3162         if (vm_flags & VM_RAND_READ)
3163                 return fpin;
3164         if (!ra->ra_pages)
3165                 return fpin;
3166
3167         if (vm_flags & VM_SEQ_READ) {
3168                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3169                 page_cache_sync_ra(&ractl, ra->ra_pages);
3170                 return fpin;
3171         }
3172
3173         /* Avoid banging the cache line if not needed */
3174         mmap_miss = READ_ONCE(ra->mmap_miss);
3175         if (mmap_miss < MMAP_LOTSAMISS * 10)
3176                 WRITE_ONCE(ra->mmap_miss, ++mmap_miss);
3177
3178         /*
3179          * Do we miss much more than hit in this file? If so,
3180          * stop bothering with read-ahead. It will only hurt.
3181          */
3182         if (mmap_miss > MMAP_LOTSAMISS)
3183                 return fpin;
3184
3185         /*
3186          * mmap read-around
3187          */
3188         fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3189         ra->start = max_t(long, 0, vmf->pgoff - ra->ra_pages / 2);
3190         ra->size = ra->ra_pages;
3191         ra->async_size = ra->ra_pages / 4;
3192         ractl._index = ra->start;
3193         page_cache_ra_order(&ractl, ra, 0);
3194         return fpin;
3195 }
3196
3197 /*
3198  * Asynchronous readahead happens when we find the page and PG_readahead,
3199  * so we want to possibly extend the readahead further.  We return the file that
3200  * was pinned if we have to drop the mmap_lock in order to do IO.
3201  */
3202 static struct file *do_async_mmap_readahead(struct vm_fault *vmf,
3203                                             struct folio *folio)
3204 {
3205         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3206         struct file_ra_state *ra = &file->f_ra;
3207         DEFINE_READAHEAD(ractl, file, ra, file->f_mapping, vmf->pgoff);
3208         struct file *fpin = NULL;
3209         unsigned int mmap_miss;
3210
3211         /* If we don't want any read-ahead, don't bother */
3212         if (vmf->vma->vm_flags & VM_RAND_READ || !ra->ra_pages)
3213                 return fpin;
3214
3215         mmap_miss = READ_ONCE(ra->mmap_miss);
3216         if (mmap_miss)
3217                 WRITE_ONCE(ra->mmap_miss, --mmap_miss);
3218
3219         if (folio_test_readahead(folio)) {
3220                 fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3221                 page_cache_async_ra(&ractl, folio, ra->ra_pages);
3222         }
3223         return fpin;
3224 }
3225
3226 /**
3227  * filemap_fault - read in file data for page fault handling
3228  * @vmf:        struct vm_fault containing details of the fault
3229  *
3230  * filemap_fault() is invoked via the vma operations vector for a
3231  * mapped memory region to read in file data during a page fault.
3232  *
3233  * The goto's are kind of ugly, but this streamlines the normal case of having
3234  * it in the page cache, and handles the special cases reasonably without
3235  * having a lot of duplicated code.
3236  *
3237  * vma->vm_mm->mmap_lock must be held on entry.
3238  *
3239  * If our return value has VM_FAULT_RETRY set, it's because the mmap_lock
3240  * may be dropped before doing I/O or by lock_folio_maybe_drop_mmap().
3241  *
3242  * If our return value does not have VM_FAULT_RETRY set, the mmap_lock
3243  * has not been released.
3244  *
3245  * We never return with VM_FAULT_RETRY and a bit from VM_FAULT_ERROR set.
3246  *
3247  * Return: bitwise-OR of %VM_FAULT_ codes.
3248  */
3249 vm_fault_t filemap_fault(struct vm_fault *vmf)
3250 {
3251         int error;
3252         struct file *file = vmf->vma->vm_file;
3253         struct file *fpin = NULL;
3254         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3255         struct inode *inode = mapping->host;
3256         pgoff_t max_idx, index = vmf->pgoff;
3257         struct folio *folio;
3258         vm_fault_t ret = 0;
3259         bool mapping_locked = false;
3260
3261         max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
3262         if (unlikely(index >= max_idx))
3263                 return VM_FAULT_SIGBUS;
3264
3265         /*
3266          * Do we have something in the page cache already?
3267          */
3268         folio = filemap_get_folio(mapping, index);
3269         if (likely(!IS_ERR(folio))) {
3270                 /*
3271                  * We found the page, so try async readahead before waiting for
3272                  * the lock.
3273                  */
3274                 if (!(vmf->flags & FAULT_FLAG_TRIED))
3275                         fpin = do_async_mmap_readahead(vmf, folio);
3276                 if (unlikely(!folio_test_uptodate(folio))) {
3277                         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
3278                         mapping_locked = true;
3279                 }
3280         } else {
3281                 /* No page in the page cache at all */
3282                 count_vm_event(PGMAJFAULT);
3283                 count_memcg_event_mm(vmf->vma->vm_mm, PGMAJFAULT);
3284                 ret = VM_FAULT_MAJOR;
3285                 fpin = do_sync_mmap_readahead(vmf);
3286 retry_find:
3287                 /*
3288                  * See comment in filemap_create_folio() why we need
3289                  * invalidate_lock
3290                  */
3291                 if (!mapping_locked) {
3292                         filemap_invalidate_lock_shared(mapping);
3293                         mapping_locked = true;
3294                 }
3295                 folio = __filemap_get_folio(mapping, index,
3296                                           FGP_CREAT|FGP_FOR_MMAP,
3297                                           vmf->gfp_mask);
3298                 if (IS_ERR(folio)) {
3299                         if (fpin)
3300                                 goto out_retry;
3301                         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3302                         return VM_FAULT_OOM;
3303                 }
3304         }
3305
3306         if (!lock_folio_maybe_drop_mmap(vmf, folio, &fpin))
3307                 goto out_retry;
3308
3309         /* Did it get truncated? */
3310         if (unlikely(folio->mapping != mapping)) {
3311                 folio_unlock(folio);
3312                 folio_put(folio);
3313                 goto retry_find;
3314         }
3315         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_contains(folio, index), folio);
3316
3317         /*
3318          * We have a locked page in the page cache, now we need to check
3319          * that it's up-to-date. If not, it is going to be due to an error.
3320          */
3321         if (unlikely(!folio_test_uptodate(folio))) {
3322                 /*
3323                  * The page was in cache and uptodate and now it is not.
3324                  * Strange but possible since we didn't hold the page lock all
3325                  * the time. Let's drop everything get the invalidate lock and
3326                  * try again.
3327                  */
3328                 if (!mapping_locked) {
3329                         folio_unlock(folio);
3330                         folio_put(folio);
3331                         goto retry_find;
3332                 }
3333                 goto page_not_uptodate;
3334         }
3335
3336         /*
3337          * We've made it this far and we had to drop our mmap_lock, now is the
3338          * time to return to the upper layer and have it re-find the vma and
3339          * redo the fault.
3340          */
3341         if (fpin) {
3342                 folio_unlock(folio);
3343                 goto out_retry;
3344         }
3345         if (mapping_locked)
3346                 filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3347
3348         /*
3349          * Found the page and have a reference on it.
3350          * We must recheck i_size under page lock.
3351          */
3352         max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
3353         if (unlikely(index >= max_idx)) {
3354                 folio_unlock(folio);
3355                 folio_put(folio);
3356                 return VM_FAULT_SIGBUS;
3357         }
3358
3359         vmf->page = folio_file_page(folio, index);
3360         return ret | VM_FAULT_LOCKED;
3361
3362 page_not_uptodate:
3363         /*
3364          * Umm, take care of errors if the page isn't up-to-date.
3365          * Try to re-read it _once_. We do this synchronously,
3366          * because there really aren't any performance issues here
3367          * and we need to check for errors.
3368          */
3369         fpin = maybe_unlock_mmap_for_io(vmf, fpin);
3370         error = filemap_read_folio(file, mapping->a_ops->read_folio, folio);
3371         if (fpin)
3372                 goto out_retry;
3373         folio_put(folio);
3374
3375         if (!error || error == AOP_TRUNCATED_PAGE)
3376                 goto retry_find;
3377         filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3378
3379         return VM_FAULT_SIGBUS;
3380
3381 out_retry:
3382         /*
3383          * We dropped the mmap_lock, we need to return to the fault handler to
3384          * re-find the vma and come back and find our hopefully still populated
3385          * page.
3386          */
3387         if (!IS_ERR(folio))
3388                 folio_put(folio);
3389         if (mapping_locked)
3390                 filemap_invalidate_unlock_shared(mapping);
3391         if (fpin)
3392                 fput(fpin);
3393         return ret | VM_FAULT_RETRY;
3394 }
3395 EXPORT_SYMBOL(filemap_fault);
3396
3397 static bool filemap_map_pmd(struct vm_fault *vmf, struct folio *folio,
3398                 pgoff_t start)
3399 {
3400         struct mm_struct *mm = vmf->vma->vm_mm;
3401
3402         /* Huge page is mapped? No need to proceed. */
3403         if (pmd_trans_huge(*vmf->pmd)) {
3404                 folio_unlock(folio);
3405                 folio_put(folio);
3406                 return true;
3407         }
3408
3409         if (pmd_none(*vmf->pmd) && folio_test_pmd_mappable(folio)) {
3410                 struct page *page = folio_file_page(folio, start);
3411                 vm_fault_t ret = do_set_pmd(vmf, page);
3412                 if (!ret) {
3413                         /* The page is mapped successfully, reference consumed. */
3414                         folio_unlock(folio);
3415                         return true;
3416                 }
3417         }
3418
3419         if (pmd_none(*vmf->pmd))
3420                 pmd_install(mm, vmf->pmd, &vmf->prealloc_pte);
3421
3422         /* See comment in handle_pte_fault() */
3423         if (pmd_devmap_trans_unstable(vmf->pmd)) {
3424                 folio_unlock(folio);
3425                 folio_put(folio);
3426                 return true;
3427         }
3428
3429         return false;
3430 }
3431
3432 static struct folio *next_uptodate_page(struct folio *folio,
3433                                        struct address_space *mapping,
3434                                        struct xa_state *xas, pgoff_t end_pgoff)
3435 {
3436         unsigned long max_idx;
3437
3438         do {
3439                 if (!folio)
3440                         return NULL;
3441                 if (xas_retry(xas, folio))
3442                         continue;
3443                 if (xa_is_value(folio))
3444                         continue;
3445                 if (folio_test_locked(folio))
3446                         continue;
3447                 if (!folio_try_get_rcu(folio))
3448                         continue;
3449                 /* Has the page moved or been split? */
3450                 if (unlikely(folio != xas_reload(xas)))
3451                         goto skip;
3452                 if (!folio_test_uptodate(folio) || folio_test_readahead(folio))
3453                         goto skip;
3454                 if (!folio_trylock(folio))
3455                         goto skip;
3456                 if (folio->mapping != mapping)
3457                         goto unlock;
3458                 if (!folio_test_uptodate(folio))
3459                         goto unlock;
3460                 max_idx = DIV_ROUND_UP(i_size_read(mapping->host), PAGE_SIZE);
3461                 if (xas->xa_index >= max_idx)
3462                         goto unlock;
3463                 return folio;
3464 unlock:
3465                 folio_unlock(folio);
3466 skip:
3467                 folio_put(folio);
3468         } while ((folio = xas_next_entry(xas, end_pgoff)) != NULL);
3469
3470         return NULL;
3471 }
3472
3473 static inline struct folio *first_map_page(struct address_space *mapping,
3474                                           struct xa_state *xas,
3475                                           pgoff_t end_pgoff)
3476 {
3477         return next_uptodate_page(xas_find(xas, end_pgoff),
3478                                   mapping, xas, end_pgoff);
3479 }
3480
3481 static inline struct folio *next_map_page(struct address_space *mapping,
3482                                          struct xa_state *xas,
3483                                          pgoff_t end_pgoff)
3484 {
3485         return next_uptodate_page(xas_next_entry(xas, end_pgoff),
3486                                   mapping, xas, end_pgoff);
3487 }
3488
3489 vm_fault_t filemap_map_pages(struct vm_fault *vmf,
3490                              pgoff_t start_pgoff, pgoff_t end_pgoff)
3491 {
3492         struct vm_area_struct *vma = vmf->vma;
3493         struct file *file = vma->vm_file;
3494         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3495         pgoff_t last_pgoff = start_pgoff;
3496         unsigned long addr;
3497         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, start_pgoff);
3498         struct folio *folio;
3499         struct page *page;
3500         unsigned int mmap_miss = READ_ONCE(file->f_ra.mmap_miss);
3501         vm_fault_t ret = 0;
3502
3503         rcu_read_lock();
3504         folio = first_map_page(mapping, &xas, end_pgoff);
3505         if (!folio)
3506                 goto out;
3507
3508         if (filemap_map_pmd(vmf, folio, start_pgoff)) {
3509                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3510                 goto out;
3511         }
3512
3513         addr = vma->vm_start + ((start_pgoff - vma->vm_pgoff) << PAGE_SHIFT);
3514         vmf->pte = pte_offset_map_lock(vma->vm_mm, vmf->pmd, addr, &vmf->ptl);
3515         do {
3516 again:
3517                 page = folio_file_page(folio, xas.xa_index);
3518                 if (PageHWPoison(page))
3519                         goto unlock;
3520
3521                 if (mmap_miss > 0)
3522                         mmap_miss--;
3523
3524                 addr += (xas.xa_index - last_pgoff) << PAGE_SHIFT;
3525                 vmf->pte += xas.xa_index - last_pgoff;
3526                 last_pgoff = xas.xa_index;
3527
3528                 /*
3529                  * NOTE: If there're PTE markers, we'll leave them to be
3530                  * handled in the specific fault path, and it'll prohibit the
3531                  * fault-around logic.
3532                  */
3533                 if (!pte_none(*vmf->pte))
3534                         goto unlock;
3535
3536                 /* We're about to handle the fault */
3537                 if (vmf->address == addr)
3538                         ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3539
3540                 do_set_pte(vmf, page, addr);
3541                 /* no need to invalidate: a not-present page won't be cached */
3542                 update_mmu_cache(vma, addr, vmf->pte);
3543                 if (folio_more_pages(folio, xas.xa_index, end_pgoff)) {
3544                         xas.xa_index++;
3545                         folio_ref_inc(folio);
3546                         goto again;
3547                 }
3548                 folio_unlock(folio);
3549                 continue;
3550 unlock:
3551                 if (folio_more_pages(folio, xas.xa_index, end_pgoff)) {
3552                         xas.xa_index++;
3553                         goto again;
3554                 }
3555                 folio_unlock(folio);
3556                 folio_put(folio);
3557         } while ((folio = next_map_page(mapping, &xas, end_pgoff)) != NULL);
3558         pte_unmap_unlock(vmf->pte, vmf->ptl);
3559 out:
3560         rcu_read_unlock();
3561         WRITE_ONCE(file->f_ra.mmap_miss, mmap_miss);
3562         return ret;
3563 }
3564 EXPORT_SYMBOL(filemap_map_pages);
3565
3566 vm_fault_t filemap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf)
3567 {
3568         struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping;
3569         struct folio *folio = page_folio(vmf->page);
3570         vm_fault_t ret = VM_FAULT_LOCKED;
3571
3572         sb_start_pagefault(mapping->host->i_sb);
3573         file_update_time(vmf->vma->vm_file);
3574         folio_lock(folio);
3575         if (folio->mapping != mapping) {
3576                 folio_unlock(folio);
3577                 ret = VM_FAULT_NOPAGE;
3578                 goto out;
3579         }
3580         /*
3581          * We mark the folio dirty already here so that when freeze is in
3582          * progress, we are guaranteed that writeback during freezing will
3583          * see the dirty folio and writeprotect it again.
3584          */
3585         folio_mark_dirty(folio);
3586         folio_wait_stable(folio);
3587 out:
3588         sb_end_pagefault(mapping->host->i_sb);
3589         return ret;
3590 }
3591
3592 const struct vm_operations_struct generic_file_vm_ops = {
3593         .fault          = filemap_fault,
3594         .map_pages      = filemap_map_pages,
3595         .page_mkwrite   = filemap_page_mkwrite,
3596 };
3597
3598 /* This is used for a general mmap of a disk file */
3599
3600 int generic_file_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3601 {
3602         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3603
3604         if (!mapping->a_ops->read_folio)
3605                 return -ENOEXEC;
3606         file_accessed(file);
3607         vma->vm_ops = &generic_file_vm_ops;
3608         return 0;
3609 }
3610
3611 /*
3612  * This is for filesystems which do not implement ->writepage.
3613  */
3614 int generic_file_readonly_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3615 {
3616         if ((vma->vm_flags & VM_SHARED) && (vma->vm_flags & VM_MAYWRITE))
3617                 return -EINVAL;
3618         return generic_file_mmap(file, vma);
3619 }
3620 #else
3621 vm_fault_t filemap_page_mkwrite(struct vm_fault *vmf)
3622 {
3623         return VM_FAULT_SIGBUS;
3624 }
3625 int generic_file_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3626 {
3627         return -ENOSYS;
3628 }
3629 int generic_file_readonly_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
3630 {
3631         return -ENOSYS;
3632 }
3633 #endif /* CONFIG_MMU */
3634
3635 EXPORT_SYMBOL(filemap_page_mkwrite);
3636 EXPORT_SYMBOL(generic_file_mmap);
3637 EXPORT_SYMBOL(generic_file_readonly_mmap);
3638
3639 static struct folio *do_read_cache_folio(struct address_space *mapping,
3640                 pgoff_t index, filler_t filler, struct file *file, gfp_t gfp)
3641 {
3642         struct folio *folio;
3643         int err;
3644
3645         if (!filler)
3646                 filler = mapping->a_ops->read_folio;
3647 repeat:
3648         folio = filemap_get_folio(mapping, index);
3649         if (IS_ERR(folio)) {
3650                 folio = filemap_alloc_folio(gfp, 0);
3651                 if (!folio)
3652                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
3653                 err = filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp);
3654                 if (unlikely(err)) {
3655                         folio_put(folio);
3656                         if (err == -EEXIST)
3657                                 goto repeat;
3658                         /* Presumably ENOMEM for xarray node */
3659                         return ERR_PTR(err);
3660                 }
3661
3662                 goto filler;
3663         }
3664         if (folio_test_uptodate(folio))
3665                 goto out;
3666
3667         if (!folio_trylock(folio)) {
3668                 folio_put_wait_locked(folio, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
3669                 goto repeat;
3670         }
3671
3672         /* Folio was truncated from mapping */
3673         if (!folio->mapping) {
3674                 folio_unlock(folio);
3675                 folio_put(folio);
3676                 goto repeat;
3677         }
3678
3679         /* Someone else locked and filled the page in a very small window */
3680         if (folio_test_uptodate(folio)) {
3681                 folio_unlock(folio);
3682                 goto out;
3683         }
3684
3685 filler:
3686         err = filemap_read_folio(file, filler, folio);
3687         if (err) {
3688                 folio_put(folio);
3689                 if (err == AOP_TRUNCATED_PAGE)
3690                         goto repeat;
3691                 return ERR_PTR(err);
3692         }
3693
3694 out:
3695         folio_mark_accessed(folio);
3696         return folio;
3697 }
3698
3699 /**
3700  * read_cache_folio - Read into page cache, fill it if needed.
3701  * @mapping: The address_space to read from.
3702  * @index: The index to read.
3703  * @filler: Function to perform the read, or NULL to use aops->read_folio().
3704  * @file: Passed to filler function, may be NULL if not required.
3705  *
3706  * Read one page into the page cache.  If it succeeds, the folio returned
3707  * will contain @index, but it may not be the first page of the folio.
3708  *
3709  * If the filler function returns an error, it will be returned to the
3710  * caller.
3711  *
3712  * Context: May sleep.  Expects mapping->invalidate_lock to be held.
3713  * Return: An uptodate folio on success, ERR_PTR() on failure.
3714  */
3715 struct folio *read_cache_folio(struct address_space *mapping, pgoff_t index,
3716                 filler_t filler, struct file *file)
3717 {
3718         return do_read_cache_folio(mapping, index, filler, file,
3719                         mapping_gfp_mask(mapping));
3720 }
3721 EXPORT_SYMBOL(read_cache_folio);
3722
3723 /**
3724  * mapping_read_folio_gfp - Read into page cache, using specified allocation flags.
3725  * @mapping:    The address_space for the folio.
3726  * @index:      The index that the allocated folio will contain.
3727  * @gfp:        The page allocator flags to use if allocating.
3728  *
3729  * This is the same as "read_cache_folio(mapping, index, NULL, NULL)", but with
3730  * any new memory allocations done using the specified allocation flags.
3731  *
3732  * The most likely error from this function is EIO, but ENOMEM is
3733  * possible and so is EINTR.  If ->read_folio returns another error,
3734  * that will be returned to the caller.
3735  *
3736  * The function expects mapping->invalidate_lock to be already held.
3737  *
3738  * Return: Uptodate folio on success, ERR_PTR() on failure.
3739  */
3740 struct folio *mapping_read_folio_gfp(struct address_space *mapping,
3741                 pgoff_t index, gfp_t gfp)
3742 {
3743         return do_read_cache_folio(mapping, index, NULL, NULL, gfp);
3744 }
3745 EXPORT_SYMBOL(mapping_read_folio_gfp);
3746
3747 static struct page *do_read_cache_page(struct address_space *mapping,
3748                 pgoff_t index, filler_t *filler, struct file *file, gfp_t gfp)
3749 {
3750         struct folio *folio;
3751
3752         folio = do_read_cache_folio(mapping, index, filler, file, gfp);
3753         if (IS_ERR(folio))
3754                 return &folio->page;
3755         return folio_file_page(folio, index);
3756 }
3757
3758 struct page *read_cache_page(struct address_space *mapping,
3759                         pgoff_t index, filler_t *filler, struct file *file)
3760 {
3761         return do_read_cache_page(mapping, index, filler, file,
3762                         mapping_gfp_mask(mapping));
3763 }
3764 EXPORT_SYMBOL(read_cache_page);
3765
3766 /**
3767  * read_cache_page_gfp - read into page cache, using specified page allocation flags.
3768  * @mapping:    the page's address_space
3769  * @index:      the page index
3770  * @gfp:        the page allocator flags to use if allocating
3771  *
3772  * This is the same as "read_mapping_page(mapping, index, NULL)", but with
3773  * any new page allocations done using the specified allocation flags.
3774  *
3775  * If the page does not get brought uptodate, return -EIO.
3776  *
3777  * The function expects mapping->invalidate_lock to be already held.
3778  *
3779  * Return: up to date page on success, ERR_PTR() on failure.
3780  */
3781 struct page *read_cache_page_gfp(struct address_space *mapping,
3782                                 pgoff_t index,
3783                                 gfp_t gfp)
3784 {
3785         return do_read_cache_page(mapping, index, NULL, NULL, gfp);
3786 }
3787 EXPORT_SYMBOL(read_cache_page_gfp);
3788
3789 /*
3790  * Warn about a page cache invalidation failure during a direct I/O write.
3791  */
3792 void dio_warn_stale_pagecache(struct file *filp)
3793 {
3794         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(_rs, 86400 * HZ, DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3795         char pathname[128];
3796         char *path;
3797
3798         errseq_set(&filp->f_mapping->wb_err, -EIO);
3799         if (__ratelimit(&_rs)) {
3800                 path = file_path(filp, pathname, sizeof(pathname));
3801                 if (IS_ERR(path))
3802                         path = "(unknown)";
3803                 pr_crit("Page cache invalidation failure on direct I/O.  Possible data corruption due to collision with buffered I/O!\n");
3804                 pr_crit("File: %s PID: %d Comm: %.20s\n", path, current->pid,
3805                         current->comm);
3806         }
3807 }
3808
3809 ssize_t
3810 generic_file_direct_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
3811 {
3812         struct file     *file = iocb->ki_filp;
3813         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3814         struct inode    *inode = mapping->host;
3815         loff_t          pos = iocb->ki_pos;
3816         ssize_t         written;
3817         size_t          write_len;
3818         pgoff_t         end;
3819
3820         write_len = iov_iter_count(from);
3821         end = (pos + write_len - 1) >> PAGE_SHIFT;
3822
3823         if (iocb->ki_flags & IOCB_NOWAIT) {
3824                 /* If there are pages to writeback, return */
3825                 if (filemap_range_has_page(file->f_mapping, pos,
3826                                            pos + write_len - 1))
3827                         return -EAGAIN;
3828         } else {
3829                 written = filemap_write_and_wait_range(mapping, pos,
3830                                                         pos + write_len - 1);
3831                 if (written)
3832                         goto out;
3833         }
3834
3835         /*
3836          * After a write we want buffered reads to be sure to go to disk to get
3837          * the new data.  We invalidate clean cached page from the region we're
3838          * about to write.  We do this *before* the write so that we can return
3839          * without clobbering -EIOCBQUEUED from ->direct_IO().
3840          */
3841         written = invalidate_inode_pages2_range(mapping,
3842                                         pos >> PAGE_SHIFT, end);
3843         /*
3844          * If a page can not be invalidated, return 0 to fall back
3845          * to buffered write.
3846          */
3847         if (written) {
3848                 if (written == -EBUSY)
3849                         return 0;
3850                 goto out;
3851         }
3852
3853         written = mapping->a_ops->direct_IO(iocb, from);
3854
3855         /*
3856          * Finally, try again to invalidate clean pages which might have been
3857          * cached by non-direct readahead, or faulted in by get_user_pages()
3858          * if the source of the write was an mmap'ed region of the file
3859          * we're writing.  Either one is a pretty crazy thing to do,
3860          * so we don't support it 100%.  If this invalidation
3861          * fails, tough, the write still worked...
3862          *
3863          * Most of the time we do not need this since dio_complete() will do
3864          * the invalidation for us. However there are some file systems that
3865          * do not end up with dio_complete() being called, so let's not break
3866          * them by removing it completely.
3867          *
3868          * Noticeable example is a blkdev_direct_IO().
3869          *
3870          * Skip invalidation for async writes or if mapping has no pages.
3871          */
3872         if (written > 0 && mapping->nrpages &&
3873             invalidate_inode_pages2_range(mapping, pos >> PAGE_SHIFT, end))
3874                 dio_warn_stale_pagecache(file);
3875
3876         if (written > 0) {
3877                 pos += written;
3878                 write_len -= written;
3879                 if (pos > i_size_read(inode) && !S_ISBLK(inode->i_mode)) {
3880                         i_size_write(inode, pos);
3881                         mark_inode_dirty(inode);
3882                 }
3883                 iocb->ki_pos = pos;
3884         }
3885         if (written != -EIOCBQUEUED)
3886                 iov_iter_revert(from, write_len - iov_iter_count(from));
3887 out:
3888         return written;
3889 }
3890 EXPORT_SYMBOL(generic_file_direct_write);
3891
3892 ssize_t generic_perform_write(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *i)
3893 {
3894         struct file *file = iocb->ki_filp;
3895         loff_t pos = iocb->ki_pos;
3896         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3897         const struct address_space_operations *a_ops = mapping->a_ops;
3898         long status = 0;
3899         ssize_t written = 0;
3900
3901         do {
3902                 struct page *page;
3903                 unsigned long offset;   /* Offset into pagecache page */
3904                 unsigned long bytes;    /* Bytes to write to page */
3905                 size_t copied;          /* Bytes copied from user */
3906                 void *fsdata = NULL;
3907
3908                 offset = (pos & (PAGE_SIZE - 1));
3909                 bytes = min_t(unsigned long, PAGE_SIZE - offset,
3910                                                 iov_iter_count(i));
3911
3912 again:
3913                 /*
3914                  * Bring in the user page that we will copy from _first_.
3915                  * Otherwise there's a nasty deadlock on copying from the
3916                  * same page as we're writing to, without it being marked
3917                  * up-to-date.
3918                  */
3919                 if (unlikely(fault_in_iov_iter_readable(i, bytes) == bytes)) {
3920                         status = -EFAULT;
3921                         break;
3922                 }
3923
3924                 if (fatal_signal_pending(current)) {
3925                         status = -EINTR;
3926                         break;
3927                 }
3928
3929                 status = a_ops->write_begin(file, mapping, pos, bytes,
3930                                                 &page, &fsdata);
3931                 if (unlikely(status < 0))
3932                         break;
3933
3934                 if (mapping_writably_mapped(mapping))
3935                         flush_dcache_page(page);
3936
3937                 copied = copy_page_from_iter_atomic(page, offset, bytes, i);
3938                 flush_dcache_page(page);
3939
3940                 status = a_ops->write_end(file, mapping, pos, bytes, copied,
3941                                                 page, fsdata);
3942                 if (unlikely(status != copied)) {
3943                         iov_iter_revert(i, copied - max(status, 0L));
3944                         if (unlikely(status < 0))
3945                                 break;
3946                 }
3947                 cond_resched();
3948
3949                 if (unlikely(status == 0)) {
3950                         /*
3951                          * A short copy made ->write_end() reject the
3952                          * thing entirely.  Might be memory poisoning
3953                          * halfway through, might be a race with munmap,
3954                          * might be severe memory pressure.
3955                          */
3956                         if (copied)
3957                                 bytes = copied;
3958                         goto again;
3959                 }
3960                 pos += status;
3961                 written += status;
3962
3963                 balance_dirty_pages_ratelimited(mapping);
3964         } while (iov_iter_count(i));
3965
3966         return written ? written : status;
3967 }
3968 EXPORT_SYMBOL(generic_perform_write);
3969
3970 /**
3971  * __generic_file_write_iter - write data to a file
3972  * @iocb:       IO state structure (file, offset, etc.)
3973  * @from:       iov_iter with data to write
3974  *
3975  * This function does all the work needed for actually writing data to a
3976  * file. It does all basic checks, removes SUID from the file, updates
3977  * modification times and calls proper subroutines depending on whether we
3978  * do direct IO or a standard buffered write.
3979  *
3980  * It expects i_rwsem to be grabbed unless we work on a block device or similar
3981  * object which does not need locking at all.
3982  *
3983  * This function does *not* take care of syncing data in case of O_SYNC write.
3984  * A caller has to handle it. This is mainly due to the fact that we want to
3985  * avoid syncing under i_rwsem.
3986  *
3987  * Return:
3988  * * number of bytes written, even for truncated writes
3989  * * negative error code if no data has been written at all
3990  */
3991 ssize_t __generic_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
3992 {
3993         struct file *file = iocb->ki_filp;
3994         struct address_space *mapping = file->f_mapping;
3995         struct inode    *inode = mapping->host;
3996         ssize_t         written = 0;
3997         ssize_t         err;
3998         ssize_t         status;
3999
4000         /* We can write back this queue in page reclaim */
4001         current->backing_dev_info = inode_to_bdi(inode);
4002         err = file_remove_privs(file);
4003         if (err)
4004                 goto out;
4005
4006         err = file_update_time(file);
4007         if (err)
4008                 goto out;
4009
4010         if (iocb->ki_flags & IOCB_DIRECT) {
4011                 loff_t pos, endbyte;
4012
4013                 written = generic_file_direct_write(iocb, from);
4014                 /*
4015                  * If the write stopped short of completing, fall back to
4016                  * buffered writes.  Some filesystems do this for writes to
4017                  * holes, for example.  For DAX files, a buffered write will
4018                  * not succeed (even if it did, DAX does not handle dirty
4019                  * page-cache pages correctly).
4020                  */
4021                 if (written < 0 || !iov_iter_count(from) || IS_DAX(inode))
4022                         goto out;
4023
4024                 pos = iocb->ki_pos;
4025                 status = generic_perform_write(iocb, from);
4026                 /*
4027                  * If generic_perform_write() returned a synchronous error
4028                  * then we want to return the number of bytes which were
4029                  * direct-written, or the error code if that was zero.  Note
4030                  * that this differs from normal direct-io semantics, which
4031                  * will return -EFOO even if some bytes were written.
4032                  */
4033                 if (unlikely(status < 0)) {
4034                         err = status;
4035                         goto out;
4036                 }
4037                 /*
4038                  * We need to ensure that the page cache pages are written to
4039                  * disk and invalidated to preserve the expected O_DIRECT
4040                  * semantics.
4041                  */
4042                 endbyte = pos + status - 1;
4043                 err = filemap_write_and_wait_range(mapping, pos, endbyte);
4044                 if (err == 0) {
4045                         iocb->ki_pos = endbyte + 1;
4046                         written += status;
4047                         invalidate_mapping_pages(mapping,
4048                                                  pos >> PAGE_SHIFT,
4049                                                  endbyte >> PAGE_SHIFT);
4050                 } else {
4051                         /*
4052                          * We don't know how much we wrote, so just return
4053                          * the number of bytes which were direct-written
4054                          */
4055                 }
4056         } else {
4057                 written = generic_perform_write(iocb, from);
4058                 if (likely(written > 0))
4059                         iocb->ki_pos += written;
4060         }
4061 out:
4062         current->backing_dev_info = NULL;
4063         return written ? written : err;
4064 }
4065 EXPORT_SYMBOL(__generic_file_write_iter);
4066
4067 /**
4068  * generic_file_write_iter - write data to a file
4069  * @iocb:       IO state structure
4070  * @from:       iov_iter with data to write
4071  *
4072  * This is a wrapper around __generic_file_write_iter() to be used by most
4073  * filesystems. It takes care of syncing the file in case of O_SYNC file
4074  * and acquires i_rwsem as needed.
4075  * Return:
4076  * * negative error code if no data has been written at all of
4077  *   vfs_fsync_range() failed for a synchronous write
4078  * * number of bytes written, even for truncated writes
4079  */
4080 ssize_t generic_file_write_iter(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *from)
4081 {
4082         struct file *file = iocb->ki_filp;
4083         struct inode *inode = file->f_mapping->host;
4084         ssize_t ret;
4085
4086         inode_lock(inode);
4087         ret = generic_write_checks(iocb, from);
4088         if (ret > 0)
4089                 ret = __generic_file_write_iter(iocb, from);
4090         inode_unlock(inode);
4091
4092         if (ret > 0)
4093                 ret = generic_write_sync(iocb, ret);
4094         return ret;
4095 }
4096 EXPORT_SYMBOL(generic_file_write_iter);
4097
4098 /**
4099  * filemap_release_folio() - Release fs-specific metadata on a folio.
4100  * @folio: The folio which the kernel is trying to free.
4101  * @gfp: Memory allocation flags (and I/O mode).
4102  *
4103  * The address_space is trying to release any data attached to a folio
4104  * (presumably at folio->private).
4105  *
4106  * This will also be called if the private_2 flag is set on a page,
4107  * indicating that the folio has other metadata associated with it.
4108  *
4109  * The @gfp argument specifies whether I/O may be performed to release
4110  * this page (__GFP_IO), and whether the call may block
4111  * (__GFP_RECLAIM & __GFP_FS).
4112  *
4113  * Return: %true if the release was successful, otherwise %false.
4114  */
4115 bool filemap_release_folio(struct folio *folio, gfp_t gfp)
4116 {
4117         struct address_space * const mapping = folio->mapping;
4118
4119         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
4120         if (folio_test_writeback(folio))
4121                 return false;
4122
4123         if (mapping && mapping->a_ops->release_folio)
4124                 return mapping->a_ops->release_folio(folio, gfp);
4125         return try_to_free_buffers(folio);
4126 }
4127 EXPORT_SYMBOL(filemap_release_folio);