mm/gup.c

   1 #include <linux/kernel.h>
   2 #include <linux/errno.h>
   3 #include <linux/err.h>
   4 #include <linux/spinlock.h>
   5
   6 #include <linux/mm.h>
   7 #include <linux/memremap.h>
   8 #include <linux/pagemap.h>
   9 #include <linux/rmap.h>
  10 #include <linux/swap.h>
  11 #include <linux/swapops.h>
  12
  13 #include <linux/sched/signal.h>
  14 #include <linux/rwsem.h>
  15 #include <linux/hugetlb.h>
  16
  17 #include <asm/mmu_context.h>
  18 #include <asm/pgtable.h>
  19 #include <asm/tlbflush.h>
  20
  21 #include "internal.h"
  22
  23 struct follow_page_context {
  24         struct dev_pagemap *pgmap;
  25         unsigned int page_mask;
  26 };
  27
  28 static struct page *no_page_table(struct vm_area_struct *vma,
  29                 unsigned int flags)
  30 {
  31         /*
  32          * When core dumping an enormous anonymous area that nobody
  33          * has touched so far, we don't want to allocate unnecessary pages or
  34          * page tables.  Return error instead of NULL to skip handle_mm_fault,
  35          * then get_dump_page() will return NULL to leave a hole in the dump.
  36          * But we can only make this optimization where a hole would surely
  37          * be zero-filled if handle_mm_fault() actually did handle it.
  38          */
  39         if ((flags & FOLL_DUMP) && (!vma->vm_ops || !vma->vm_ops->fault))
  40                 return ERR_PTR(-EFAULT);
  41         return NULL;
  42 }
  43
  44 static int follow_pfn_pte(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
  45                 pte_t *pte, unsigned int flags)
  46 {
  47         /* No page to get reference */
  48         if (flags & FOLL_GET)
  49                 return -EFAULT;
  50
  51         if (flags & FOLL_TOUCH) {
  52                 pte_t entry = *pte;
  53
  54                 if (flags & FOLL_WRITE)
  55                         entry = pte_mkdirty(entry);
  56                 entry = pte_mkyoung(entry);
  57
  58                 if (!pte_same(*pte, entry)) {
  59                         set_pte_at(vma->vm_mm, address, pte, entry);
  60                         update_mmu_cache(vma, address, pte);
  61                 }
  62         }
  63
  64         /* Proper page table entry exists, but no corresponding struct page */
  65         return -EEXIST;
  66 }
  67
  68 /*
  69  * FOLL_FORCE can write to even unwritable pte's, but only
  70  * after we've gone through a COW cycle and they are dirty.
  71  */
  72 static inline bool can_follow_write_pte(pte_t pte, unsigned int flags)
  73 {
  74         return pte_write(pte) ||
  75                 ((flags & FOLL_FORCE) && (flags & FOLL_COW) && pte_dirty(pte));
  76 }
  77
  78 static struct page *follow_page_pte(struct vm_area_struct *vma,
  79                 unsigned long address, pmd_t *pmd, unsigned int flags,
  80                 struct dev_pagemap **pgmap)
  81 {
  82         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
  83         struct page *page;
  84         spinlock_t *ptl;
  85         pte_t *ptep, pte;
  86
  87 retry:
  88         if (unlikely(pmd_bad(*pmd)))
  89                 return no_page_table(vma, flags);
  90
  91         ptep = pte_offset_map_lock(mm, pmd, address, &ptl);
  92         pte = *ptep;
  93         if (!pte_present(pte)) {
  94                 swp_entry_t entry;
  95                 /*
  96                  * KSM's break_ksm() relies upon recognizing a ksm page
  97                  * even while it is being migrated, so for that case we
  98                  * need migration_entry_wait().
  99                  */
 100                 if (likely(!(flags & FOLL_MIGRATION)))
 101                         goto no_page;
 102                 if (pte_none(pte))
 103                         goto no_page;
 104                 entry = pte_to_swp_entry(pte);
 105                 if (!is_migration_entry(entry))
 106                         goto no_page;
 107                 pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
 108                 migration_entry_wait(mm, pmd, address);
 109                 goto retry;
 110         }
 111         if ((flags & FOLL_NUMA) && pte_protnone(pte))
 112                 goto no_page;
 113         if ((flags & FOLL_WRITE) && !can_follow_write_pte(pte, flags)) {
 114                 pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
 115                 return NULL;
 116         }
 117
 118         page = vm_normal_page(vma, address, pte);
 119         if (!page && pte_devmap(pte) && (flags & FOLL_GET)) {
 120                 /*
 121                  * Only return device mapping pages in the FOLL_GET case since
 122                  * they are only valid while holding the pgmap reference.
 123                  */
 124                 *pgmap = get_dev_pagemap(pte_pfn(pte), *pgmap);
 125                 if (*pgmap)
 126                         page = pte_page(pte);
 127                 else
 128                         goto no_page;
 129         } else if (unlikely(!page)) {
 130                 if (flags & FOLL_DUMP) {
 131                         /* Avoid special (like zero) pages in core dumps */
 132                         page = ERR_PTR(-EFAULT);
 133                         goto out;
 134                 }
 135
 136                 if (is_zero_pfn(pte_pfn(pte))) {
 137                         page = pte_page(pte);
 138                 } else {
 139                         int ret;
 140
 141                         ret = follow_pfn_pte(vma, address, ptep, flags);
 142                         page = ERR_PTR(ret);
 143                         goto out;
 144                 }
 145         }
 146
 147         if (flags & FOLL_SPLIT && PageTransCompound(page)) {
 148                 int ret;
 149                 get_page(page);
 150                 pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
 151                 lock_page(page);
 152                 ret = split_huge_page(page);
 153                 unlock_page(page);
 154                 put_page(page);
 155                 if (ret)
 156                         return ERR_PTR(ret);
 157                 goto retry;
 158         }
 159
 160         if (flags & FOLL_GET)
 161                 get_page(page);
 162         if (flags & FOLL_TOUCH) {
 163                 if ((flags & FOLL_WRITE) &&
 164                     !pte_dirty(pte) && !PageDirty(page))
 165                         set_page_dirty(page);
 166                 /*
 167                  * pte_mkyoung() would be more correct here, but atomic care
 168                  * is needed to avoid losing the dirty bit: it is easier to use
 169                  * mark_page_accessed().
 170                  */
 171                 mark_page_accessed(page);
 172         }
 173         if ((flags & FOLL_MLOCK) && (vma->vm_flags & VM_LOCKED)) {
 174                 /* Do not mlock pte-mapped THP */
 175                 if (PageTransCompound(page))
 176                         goto out;
 177
 178                 /*
 179                  * The preliminary mapping check is mainly to avoid the
 180                  * pointless overhead of lock_page on the ZERO_PAGE
 181                  * which might bounce very badly if there is contention.
 182                  *
 183                  * If the page is already locked, we don't need to
 184                  * handle it now - vmscan will handle it later if and
 185                  * when it attempts to reclaim the page.
 186                  */
 187                 if (page->mapping && trylock_page(page)) {
 188                         lru_add_drain();  /* push cached pages to LRU */
 189                         /*
 190                          * Because we lock page here, and migration is
 191                          * blocked by the pte's page reference, and we
 192                          * know the page is still mapped, we don't even
 193                          * need to check for file-cache page truncation.
 194                          */
 195                         mlock_vma_page(page);
 196                         unlock_page(page);
 197                 }
 198         }
 199 out:
 200         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
 201         return page;
 202 no_page:
 203         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
 204         if (!pte_none(pte))
 205                 return NULL;
 206         return no_page_table(vma, flags);
 207 }
 208
 209 static struct page *follow_pmd_mask(struct vm_area_struct *vma,
 210                                     unsigned long address, pud_t *pudp,
 211                                     unsigned int flags,
 212                                     struct follow_page_context *ctx)
 213 {
 214         pmd_t *pmd, pmdval;
 215         spinlock_t *ptl;
 216         struct page *page;
 217         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
 218
 219         pmd = pmd_offset(pudp, address);
 220         /*
 221          * The READ_ONCE() will stabilize the pmdval in a register or
 222          * on the stack so that it will stop changing under the code.
 223          */
 224         pmdval = READ_ONCE(*pmd);
 225         if (pmd_none(pmdval))
 226                 return no_page_table(vma, flags);
 227         if (pmd_huge(pmdval) && vma->vm_flags & VM_HUGETLB) {
 228                 page = follow_huge_pmd(mm, address, pmd, flags);
 229                 if (page)
 230                         return page;
 231                 return no_page_table(vma, flags);
 232         }
 233         if (is_hugepd(__hugepd(pmd_val(pmdval)))) {
 234                 page = follow_huge_pd(vma, address,
 235                                       __hugepd(pmd_val(pmdval)), flags,
 236                                       PMD_SHIFT);
 237                 if (page)
 238                         return page;
 239                 return no_page_table(vma, flags);
 240         }
 241 retry:
 242         if (!pmd_present(pmdval)) {
 243                 if (likely(!(flags & FOLL_MIGRATION)))
 244                         return no_page_table(vma, flags);
 245                 VM_BUG_ON(thp_migration_supported() &&
 246                                   !is_pmd_migration_entry(pmdval));
 247                 if (is_pmd_migration_entry(pmdval))
 248                         pmd_migration_entry_wait(mm, pmd);
 249                 pmdval = READ_ONCE(*pmd);
 250                 /*
 251                  * MADV_DONTNEED may convert the pmd to null because
 252                  * mmap_sem is held in read mode
 253                  */
 254                 if (pmd_none(pmdval))
 255                         return no_page_table(vma, flags);
 256                 goto retry;
 257         }
 258         if (pmd_devmap(pmdval)) {
 259                 ptl = pmd_lock(mm, pmd);
 260                 page = follow_devmap_pmd(vma, address, pmd, flags, &ctx->pgmap);
 261                 spin_unlock(ptl);
 262                 if (page)
 263                         return page;
 264         }
 265         if (likely(!pmd_trans_huge(pmdval)))
 266                 return follow_page_pte(vma, address, pmd, flags, &ctx->pgmap);
 267
 268         if ((flags & FOLL_NUMA) && pmd_protnone(pmdval))
 269                 return no_page_table(vma, flags);
 270
 271 retry_locked:
 272         ptl = pmd_lock(mm, pmd);
 273         if (unlikely(pmd_none(*pmd))) {
 274                 spin_unlock(ptl);
 275                 return no_page_table(vma, flags);
 276         }
 277         if (unlikely(!pmd_present(*pmd))) {
 278                 spin_unlock(ptl);
 279                 if (likely(!(flags & FOLL_MIGRATION)))
 280                         return no_page_table(vma, flags);
 281                 pmd_migration_entry_wait(mm, pmd);
 282                 goto retry_locked;
 283         }
 284         if (unlikely(!pmd_trans_huge(*pmd))) {
 285                 spin_unlock(ptl);
 286                 return follow_page_pte(vma, address, pmd, flags, &ctx->pgmap);
 287         }
 288         if (flags & FOLL_SPLIT) {
 289                 int ret;
 290                 page = pmd_page(*pmd);
 291                 if (is_huge_zero_page(page)) {
 292                         spin_unlock(ptl);
 293                         ret = 0;
 294                         split_huge_pmd(vma, pmd, address);
 295                         if (pmd_trans_unstable(pmd))
 296                                 ret = -EBUSY;
 297                 } else {
 298                         get_page(page);
 299                         spin_unlock(ptl);
 300                         lock_page(page);
 301                         ret = split_huge_page(page);
 302                         unlock_page(page);
 303                         put_page(page);
 304                         if (pmd_none(*pmd))
 305                                 return no_page_table(vma, flags);
 306                 }
 307
 308                 return ret ? ERR_PTR(ret) :
 309                         follow_page_pte(vma, address, pmd, flags, &ctx->pgmap);
 310         }
 311         page = follow_trans_huge_pmd(vma, address, pmd, flags);
 312         spin_unlock(ptl);
 313         ctx->page_mask = HPAGE_PMD_NR - 1;
 314         return page;
 315 }
 316
 317 static struct page *follow_pud_mask(struct vm_area_struct *vma,
 318                                     unsigned long address, p4d_t *p4dp,
 319                                     unsigned int flags,
 320                                     struct follow_page_context *ctx)
 321 {
 322         pud_t *pud;
 323         spinlock_t *ptl;
 324         struct page *page;
 325         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
 326
 327         pud = pud_offset(p4dp, address);
 328         if (pud_none(*pud))
 329                 return no_page_table(vma, flags);
 330         if (pud_huge(*pud) && vma->vm_flags & VM_HUGETLB) {
 331                 page = follow_huge_pud(mm, address, pud, flags);
 332                 if (page)
 333                         return page;
 334                 return no_page_table(vma, flags);
 335         }
 336         if (is_hugepd(__hugepd(pud_val(*pud)))) {
 337                 page = follow_huge_pd(vma, address,
 338                                       __hugepd(pud_val(*pud)), flags,
 339                                       PUD_SHIFT);
 340                 if (page)
 341                         return page;
 342                 return no_page_table(vma, flags);
 343         }
 344         if (pud_devmap(*pud)) {
 345                 ptl = pud_lock(mm, pud);
 346                 page = follow_devmap_pud(vma, address, pud, flags, &ctx->pgmap);
 347                 spin_unlock(ptl);
 348                 if (page)
 349                         return page;
 350         }
 351         if (unlikely(pud_bad(*pud)))
 352                 return no_page_table(vma, flags);
 353
 354         return follow_pmd_mask(vma, address, pud, flags, ctx);
 355 }
 356
 357 static struct page *follow_p4d_mask(struct vm_area_struct *vma,
 358                                     unsigned long address, pgd_t *pgdp,
 359                                     unsigned int flags,
 360                                     struct follow_page_context *ctx)
 361 {
 362         p4d_t *p4d;
 363         struct page *page;
 364
 365         p4d = p4d_offset(pgdp, address);
 366         if (p4d_none(*p4d))
 367                 return no_page_table(vma, flags);
 368         BUILD_BUG_ON(p4d_huge(*p4d));
 369         if (unlikely(p4d_bad(*p4d)))
 370                 return no_page_table(vma, flags);
 371
 372         if (is_hugepd(__hugepd(p4d_val(*p4d)))) {
 373                 page = follow_huge_pd(vma, address,
 374                                       __hugepd(p4d_val(*p4d)), flags,
 375                                       P4D_SHIFT);
 376                 if (page)
 377                         return page;
 378                 return no_page_table(vma, flags);
 379         }
 380         return follow_pud_mask(vma, address, p4d, flags, ctx);
 381 }
 382
 383 /**
 384  * follow_page_mask - look up a page descriptor from a user-virtual address
 385  * @vma: vm_area_struct mapping @address
 386  * @address: virtual address to look up
 387  * @flags: flags modifying lookup behaviour
 388  * @ctx: contains dev_pagemap for %ZONE_DEVICE memory pinning and a
 389  *       pointer to output page_mask
 390  *
 391  * @flags can have FOLL_ flags set, defined in <linux/mm.h>
 392  *
 393  * When getting pages from ZONE_DEVICE memory, the @ctx->pgmap caches
 394  * the device's dev_pagemap metadata to avoid repeating expensive lookups.
 395  *
 396  * On output, the @ctx->page_mask is set according to the size of the page.
 397  *
 398  * Return: the mapped (struct page *), %NULL if no mapping exists, or
 399  * an error pointer if there is a mapping to something not represented
 400  * by a page descriptor (see also vm_normal_page()).
 401  */
 402 struct page *follow_page_mask(struct vm_area_struct *vma,
 403                               unsigned long address, unsigned int flags,
 404                               struct follow_page_context *ctx)
 405 {
 406         pgd_t *pgd;
 407         struct page *page;
 408         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
 409
 410         ctx->page_mask = 0;
 411
 412         /* make this handle hugepd */
 413         page = follow_huge_addr(mm, address, flags & FOLL_WRITE);
 414         if (!IS_ERR(page)) {
 415                 BUG_ON(flags & FOLL_GET);
 416                 return page;
 417         }
 418
 419         pgd = pgd_offset(mm, address);
 420
 421         if (pgd_none(*pgd) || unlikely(pgd_bad(*pgd)))
 422                 return no_page_table(vma, flags);
 423
 424         if (pgd_huge(*pgd)) {
 425                 page = follow_huge_pgd(mm, address, pgd, flags);
 426                 if (page)
 427                         return page;
 428                 return no_page_table(vma, flags);
 429         }
 430         if (is_hugepd(__hugepd(pgd_val(*pgd)))) {
 431                 page = follow_huge_pd(vma, address,
 432                                       __hugepd(pgd_val(*pgd)), flags,
 433                                       PGDIR_SHIFT);
 434                 if (page)
 435                         return page;
 436                 return no_page_table(vma, flags);
 437         }
 438
 439         return follow_p4d_mask(vma, address, pgd, flags, ctx);
 440 }
 441
 442 struct page *follow_page(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
 443                          unsigned int foll_flags)
 444 {
 445         struct follow_page_context ctx = { NULL };
 446         struct page *page;
 447
 448         page = follow_page_mask(vma, address, foll_flags, &ctx);
 449         if (ctx.pgmap)
 450                 put_dev_pagemap(ctx.pgmap);
 451         return page;
 452 }
 453
 454 static int get_gate_page(struct mm_struct *mm, unsigned long address,
 455                 unsigned int gup_flags, struct vm_area_struct **vma,
 456                 struct page **page)
 457 {
 458         pgd_t *pgd;
 459         p4d_t *p4d;
 460         pud_t *pud;
 461         pmd_t *pmd;
 462         pte_t *pte;
 463         int ret = -EFAULT;
 464
 465         /* user gate pages are read-only */
 466         if (gup_flags & FOLL_WRITE)
 467                 return -EFAULT;
 468         if (address > TASK_SIZE)
 469                 pgd = pgd_offset_k(address);
 470         else
 471                 pgd = pgd_offset_gate(mm, address);
 472         BUG_ON(pgd_none(*pgd));
 473         p4d = p4d_offset(pgd, address);
 474         BUG_ON(p4d_none(*p4d));
 475         pud = pud_offset(p4d, address);
 476         BUG_ON(pud_none(*pud));
 477         pmd = pmd_offset(pud, address);
 478         if (!pmd_present(*pmd))
 479                 return -EFAULT;
 480         VM_BUG_ON(pmd_trans_huge(*pmd));
 481         pte = pte_offset_map(pmd, address);
 482         if (pte_none(*pte))
 483                 goto unmap;
 484         *vma = get_gate_vma(mm);
 485         if (!page)
 486                 goto out;
 487         *page = vm_normal_page(*vma, address, *pte);
 488         if (!*page) {
 489                 if ((gup_flags & FOLL_DUMP) || !is_zero_pfn(pte_pfn(*pte)))
 490                         goto unmap;
 491                 *page = pte_page(*pte);
 492
 493                 /*
 494                  * This should never happen (a device public page in the gate
 495                  * area).
 496                  */
 497                 if (is_device_public_page(*page))
 498                         goto unmap;
 499         }
 500         get_page(*page);
 501 out:
 502         ret = 0;
 503 unmap:
 504         pte_unmap(pte);
 505         return ret;
 506 }
 507
 508 /*
 509  * mmap_sem must be held on entry.  If @nonblocking != NULL and
 510  * *@flags does not include FOLL_NOWAIT, the mmap_sem may be released.
 511  * If it is, *@nonblocking will be set to 0 and -EBUSY returned.
 512  */
 513 static int faultin_page(struct task_struct *tsk, struct vm_area_struct *vma,
 514                 unsigned long address, unsigned int *flags, int *nonblocking)
 515 {
 516         unsigned int fault_flags = 0;
 517         vm_fault_t ret;
 518
 519         /* mlock all present pages, but do not fault in new pages */
 520         if ((*flags & (FOLL_POPULATE | FOLL_MLOCK)) == FOLL_MLOCK)
 521                 return -ENOENT;
 522         if (*flags & FOLL_WRITE)
 523                 fault_flags |= FAULT_FLAG_WRITE;
 524         if (*flags & FOLL_REMOTE)
 525                 fault_flags |= FAULT_FLAG_REMOTE;
 526         if (nonblocking)
 527                 fault_flags |= FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY;
 528         if (*flags & FOLL_NOWAIT)
 529                 fault_flags |= FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY | FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT;
 530         if (*flags & FOLL_TRIED) {
 531                 VM_WARN_ON_ONCE(fault_flags & FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY);
 532                 fault_flags |= FAULT_FLAG_TRIED;
 533         }
 534
 535         ret = handle_mm_fault(vma, address, fault_flags);
 536         if (ret & VM_FAULT_ERROR) {
 537                 int err = vm_fault_to_errno(ret, *flags);
 538
 539                 if (err)
 540                         return err;
 541                 BUG();
 542         }
 543
 544         if (tsk) {
 545                 if (ret & VM_FAULT_MAJOR)
 546                         tsk->maj_flt++;
 547                 else
 548                         tsk->min_flt++;
 549         }
 550
 551         if (ret & VM_FAULT_RETRY) {
 552                 if (nonblocking && !(fault_flags & FAULT_FLAG_RETRY_NOWAIT))
 553                         *nonblocking = 0;
 554                 return -EBUSY;
 555         }
 556
 557         /*
 558          * The VM_FAULT_WRITE bit tells us that do_wp_page has broken COW when
 559          * necessary, even if maybe_mkwrite decided not to set pte_write. We
 560          * can thus safely do subsequent page lookups as if they were reads.
 561          * But only do so when looping for pte_write is futile: in some cases
 562          * userspace may also be wanting to write to the gotten user page,
 563          * which a read fault here might prevent (a readonly page might get
 564          * reCOWed by userspace write).
 565          */
 566         if ((ret & VM_FAULT_WRITE) && !(vma->vm_flags & VM_WRITE))
 567                 *flags |= FOLL_COW;
 568         return 0;
 569 }
 570
 571 static int check_vma_flags(struct vm_area_struct *vma, unsigned long gup_flags)
 572 {
 573         vm_flags_t vm_flags = vma->vm_flags;
 574         int write = (gup_flags & FOLL_WRITE);
 575         int foreign = (gup_flags & FOLL_REMOTE);
 576
 577         if (vm_flags & (VM_IO | VM_PFNMAP))
 578                 return -EFAULT;
 579
 580         if (gup_flags & FOLL_ANON && !vma_is_anonymous(vma))
 581                 return -EFAULT;
 582
 583         if (write) {
 584                 if (!(vm_flags & VM_WRITE)) {
 585                         if (!(gup_flags & FOLL_FORCE))
 586                                 return -EFAULT;
 587                         /*
 588                          * We used to let the write,force case do COW in a
 589                          * VM_MAYWRITE VM_SHARED !VM_WRITE vma, so ptrace could
 590                          * set a breakpoint in a read-only mapping of an
 591                          * executable, without corrupting the file (yet only
 592                          * when that file had been opened for writing!).
 593                          * Anon pages in shared mappings are surprising: now
 594                          * just reject it.
 595                          */
 596                         if (!is_cow_mapping(vm_flags))
 597                                 return -EFAULT;
 598                 }
 599         } else if (!(vm_flags & VM_READ)) {
 600                 if (!(gup_flags & FOLL_FORCE))
 601                         return -EFAULT;
 602                 /*
 603                  * Is there actually any vma we can reach here which does not
 604                  * have VM_MAYREAD set?
 605                  */
 606                 if (!(vm_flags & VM_MAYREAD))
 607                         return -EFAULT;
 608         }
 609         /*
 610          * gups are always data accesses, not instruction
 611          * fetches, so execute=false here
 612          */
 613         if (!arch_vma_access_permitted(vma, write, false, foreign))
 614                 return -EFAULT;
 615         return 0;
 616 }
 617
 618 /**
 619  * __get_user_pages() - pin user pages in memory
 620  * @tsk:        task_struct of target task
 621  * @mm:         mm_struct of target mm
 622  * @start:      starting user address
 623  * @nr_pages:   number of pages from start to pin
 624  * @gup_flags:  flags modifying pin behaviour
 625  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
 626  *              Should be at least nr_pages long. Or NULL, if caller
 627  *              only intends to ensure the pages are faulted in.
 628  * @vmas:       array of pointers to vmas corresponding to each page.
 629  *              Or NULL if the caller does not require them.
 630  * @nonblocking: whether waiting for disk IO or mmap_sem contention
 631  *
 632  * Returns number of pages pinned. This may be fewer than the number
 633  * requested. If nr_pages is 0 or negative, returns 0. If no pages
 634  * were pinned, returns -errno. Each page returned must be released
 635  * with a put_page() call when it is finished with. vmas will only
 636  * remain valid while mmap_sem is held.
 637  *
 638  * Must be called with mmap_sem held.  It may be released.  See below.
 639  *
 640  * __get_user_pages walks a process's page tables and takes a reference to
 641  * each struct page that each user address corresponds to at a given
 642  * instant. That is, it takes the page that would be accessed if a user
 643  * thread accesses the given user virtual address at that instant.
 644  *
 645  * This does not guarantee that the page exists in the user mappings when
 646  * __get_user_pages returns, and there may even be a completely different
 647  * page there in some cases (eg. if mmapped pagecache has been invalidated
 648  * and subsequently re faulted). However it does guarantee that the page
 649  * won't be freed completely. And mostly callers simply care that the page
 650  * contains data that was valid *at some point in time*. Typically, an IO
 651  * or similar operation cannot guarantee anything stronger anyway because
 652  * locks can't be held over the syscall boundary.
 653  *
 654  * If @gup_flags & FOLL_WRITE == 0, the page must not be written to. If
 655  * the page is written to, set_page_dirty (or set_page_dirty_lock, as
 656  * appropriate) must be called after the page is finished with, and
 657  * before put_page is called.
 658  *
 659  * If @nonblocking != NULL, __get_user_pages will not wait for disk IO
 660  * or mmap_sem contention, and if waiting is needed to pin all pages,
 661  * *@nonblocking will be set to 0.  Further, if @gup_flags does not
 662  * include FOLL_NOWAIT, the mmap_sem will be released via up_read() in
 663  * this case.
 664  *
 665  * A caller using such a combination of @nonblocking and @gup_flags
 666  * must therefore hold the mmap_sem for reading only, and recognize
 667  * when it's been released.  Otherwise, it must be held for either
 668  * reading or writing and will not be released.
 669  *
 670  * In most cases, get_user_pages or get_user_pages_fast should be used
 671  * instead of __get_user_pages. __get_user_pages should be used only if
 672  * you need some special @gup_flags.
 673  */
 674 static long __get_user_pages(struct task_struct *tsk, struct mm_struct *mm,
 675                 unsigned long start, unsigned long nr_pages,
 676                 unsigned int gup_flags, struct page **pages,
 677                 struct vm_area_struct **vmas, int *nonblocking)
 678 {
 679         long ret = 0, i = 0;
 680         struct vm_area_struct *vma = NULL;
 681         struct follow_page_context ctx = { NULL };
 682
 683         if (!nr_pages)
 684                 return 0;
 685
 686         VM_BUG_ON(!!pages != !!(gup_flags & FOLL_GET));
 687
 688         /*
 689          * If FOLL_FORCE is set then do not force a full fault as the hinting
 690          * fault information is unrelated to the reference behaviour of a task
 691          * using the address space
 692          */
 693         if (!(gup_flags & FOLL_FORCE))
 694                 gup_flags |= FOLL_NUMA;
 695
 696         do {
 697                 struct page *page;
 698                 unsigned int foll_flags = gup_flags;
 699                 unsigned int page_increm;
 700
 701                 /* first iteration or cross vma bound */
 702                 if (!vma || start >= vma->vm_end) {
 703                         vma = find_extend_vma(mm, start);
 704                         if (!vma && in_gate_area(mm, start)) {
 705                                 int ret;
 706                                 ret = get_gate_page(mm, start & PAGE_MASK,
 707                                                 gup_flags, &vma,
 708                                                 pages ? &pages[i] : NULL);
 709                                 if (ret)
 710                                         return i ? : ret;
 711                                 ctx.page_mask = 0;
 712                                 goto next_page;
 713                         }
 714
 715                         if (!vma || check_vma_flags(vma, gup_flags)) {
 716                                 ret = -EFAULT;
 717                                 goto out;
 718                         }
 719                         if (is_vm_hugetlb_page(vma)) {
 720                                 i = follow_hugetlb_page(mm, vma, pages, vmas,
 721                                                 &start, &nr_pages, i,
 722                                                 gup_flags, nonblocking);
 723                                 continue;
 724                         }
 725                 }
 726 retry:
 727                 /*
 728                  * If we have a pending SIGKILL, don't keep faulting pages and
 729                  * potentially allocating memory.
 730                  */
 731                 if (unlikely(fatal_signal_pending(current))) {
 732                         ret = -ERESTARTSYS;
 733                         goto out;
 734                 }
 735                 cond_resched();
 736
 737                 page = follow_page_mask(vma, start, foll_flags, &ctx);
 738                 if (!page) {
 739                         ret = faultin_page(tsk, vma, start, &foll_flags,
 740                                         nonblocking);
 741                         switch (ret) {
 742                         case 0:
 743                                 goto retry;
 744                         case -EBUSY:
 745                                 ret = 0;
 746                                 /* FALLTHRU */
 747                         case -EFAULT:
 748                         case -ENOMEM:
 749                         case -EHWPOISON:
 750                                 goto out;
 751                         case -ENOENT:
 752                                 goto next_page;
 753                         }
 754                         BUG();
 755                 } else if (PTR_ERR(page) == -EEXIST) {
 756                         /*
 757                          * Proper page table entry exists, but no corresponding
 758                          * struct page.
 759                          */
 760                         goto next_page;
 761                 } else if (IS_ERR(page)) {
 762                         ret = PTR_ERR(page);
 763                         goto out;
 764                 }
 765                 if (pages) {
 766                         pages[i] = page;
 767                         flush_anon_page(vma, page, start);
 768                         flush_dcache_page(page);
 769                         ctx.page_mask = 0;
 770                 }
 771 next_page:
 772                 if (vmas) {
 773                         vmas[i] = vma;
 774                         ctx.page_mask = 0;
 775                 }
 776                 page_increm = 1 + (~(start >> PAGE_SHIFT) & ctx.page_mask);
 777                 if (page_increm > nr_pages)
 778                         page_increm = nr_pages;
 779                 i += page_increm;
 780                 start += page_increm * PAGE_SIZE;
 781                 nr_pages -= page_increm;
 782         } while (nr_pages);
 783 out:
 784         if (ctx.pgmap)
 785                 put_dev_pagemap(ctx.pgmap);
 786         return i ? i : ret;
 787 }
 788
 789 static bool vma_permits_fault(struct vm_area_struct *vma,
 790                               unsigned int fault_flags)
 791 {
 792         bool write   = !!(fault_flags & FAULT_FLAG_WRITE);
 793         bool foreign = !!(fault_flags & FAULT_FLAG_REMOTE);
 794         vm_flags_t vm_flags = write ? VM_WRITE : VM_READ;
 795
 796         if (!(vm_flags & vma->vm_flags))
 797                 return false;
 798
 799         /*
 800          * The architecture might have a hardware protection
 801          * mechanism other than read/write that can deny access.
 802          *
 803          * gup always represents data access, not instruction
 804          * fetches, so execute=false here:
 805          */
 806         if (!arch_vma_access_permitted(vma, write, false, foreign))
 807                 return false;
 808
 809         return true;
 810 }
 811
 812 /*
 813  * fixup_user_fault() - manually resolve a user page fault
 814  * @tsk:        the task_struct to use for page fault accounting, or
 815  *              NULL if faults are not to be recorded.
 816  * @mm:         mm_struct of target mm
 817  * @address:    user address
 818  * @fault_flags:flags to pass down to handle_mm_fault()
 819  * @unlocked:   did we unlock the mmap_sem while retrying, maybe NULL if caller
 820  *              does not allow retry
 821  *
 822  * This is meant to be called in the specific scenario where for locking reasons
 823  * we try to access user memory in atomic context (within a pagefault_disable()
 824  * section), this returns -EFAULT, and we want to resolve the user fault before
 825  * trying again.
 826  *
 827  * Typically this is meant to be used by the futex code.
 828  *
 829  * The main difference with get_user_pages() is that this function will
 830  * unconditionally call handle_mm_fault() which will in turn perform all the
 831  * necessary SW fixup of the dirty and young bits in the PTE, while
 832  * get_user_pages() only guarantees to update these in the struct page.
 833  *
 834  * This is important for some architectures where those bits also gate the
 835  * access permission to the page because they are maintained in software.  On
 836  * such architectures, gup() will not be enough to make a subsequent access
 837  * succeed.
 838  *
 839  * This function will not return with an unlocked mmap_sem. So it has not the
 840  * same semantics wrt the @mm->mmap_sem as does filemap_fault().
 841  */
 842 int fixup_user_fault(struct task_struct *tsk, struct mm_struct *mm,
 843                      unsigned long address, unsigned int fault_flags,
 844                      bool *unlocked)
 845 {
 846         struct vm_area_struct *vma;
 847         vm_fault_t ret, major = 0;
 848
 849         if (unlocked)
 850                 fault_flags |= FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY;
 851
 852 retry:
 853         vma = find_extend_vma(mm, address);
 854         if (!vma || address < vma->vm_start)
 855                 return -EFAULT;
 856
 857         if (!vma_permits_fault(vma, fault_flags))
 858                 return -EFAULT;
 859
 860         ret = handle_mm_fault(vma, address, fault_flags);
 861         major |= ret & VM_FAULT_MAJOR;
 862         if (ret & VM_FAULT_ERROR) {
 863                 int err = vm_fault_to_errno(ret, 0);
 864
 865                 if (err)
 866                         return err;
 867                 BUG();
 868         }
 869
 870         if (ret & VM_FAULT_RETRY) {
 871                 down_read(&mm->mmap_sem);
 872                 if (!(fault_flags & FAULT_FLAG_TRIED)) {
 873                         *unlocked = true;
 874                         fault_flags &= ~FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY;
 875                         fault_flags |= FAULT_FLAG_TRIED;
 876                         goto retry;
 877                 }
 878         }
 879
 880         if (tsk) {
 881                 if (major)
 882                         tsk->maj_flt++;
 883                 else
 884                         tsk->min_flt++;
 885         }
 886         return 0;
 887 }
 888 EXPORT_SYMBOL_GPL(fixup_user_fault);
 889
 890 static __always_inline long __get_user_pages_locked(struct task_struct *tsk,
 891                                                 struct mm_struct *mm,
 892                                                 unsigned long start,
 893                                                 unsigned long nr_pages,
 894                                                 struct page **pages,
 895                                                 struct vm_area_struct **vmas,
 896                                                 int *locked,
 897                                                 unsigned int flags)
 898 {
 899         long ret, pages_done;
 900         bool lock_dropped;
 901
 902         if (locked) {
 903                 /* if VM_FAULT_RETRY can be returned, vmas become invalid */
 904                 BUG_ON(vmas);
 905                 /* check caller initialized locked */
 906                 BUG_ON(*locked != 1);
 907         }
 908
 909         if (pages)
 910                 flags |= FOLL_GET;
 911
 912         pages_done = 0;
 913         lock_dropped = false;
 914         for (;;) {
 915                 ret = __get_user_pages(tsk, mm, start, nr_pages, flags, pages,
 916                                        vmas, locked);
 917                 if (!locked)
 918                         /* VM_FAULT_RETRY couldn't trigger, bypass */
 919                         return ret;
 920
 921                 /* VM_FAULT_RETRY cannot return errors */
 922                 if (!*locked) {
 923                         BUG_ON(ret < 0);
 924                         BUG_ON(ret >= nr_pages);
 925                 }
 926
 927                 if (!pages)
 928                         /* If it's a prefault don't insist harder */
 929                         return ret;
 930
 931                 if (ret > 0) {
 932                         nr_pages -= ret;
 933                         pages_done += ret;
 934                         if (!nr_pages)
 935                                 break;
 936                 }
 937                 if (*locked) {
 938                         /*
 939                          * VM_FAULT_RETRY didn't trigger or it was a
 940                          * FOLL_NOWAIT.
 941                          */
 942                         if (!pages_done)
 943                                 pages_done = ret;
 944                         break;
 945                 }
 946                 /* VM_FAULT_RETRY triggered, so seek to the faulting offset */
 947                 pages += ret;
 948                 start += ret << PAGE_SHIFT;
 949
 950                 /*
 951                  * Repeat on the address that fired VM_FAULT_RETRY
 952                  * without FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY but with
 953                  * FAULT_FLAG_TRIED.
 954                  */
 955                 *locked = 1;
 956                 lock_dropped = true;
 957                 down_read(&mm->mmap_sem);
 958                 ret = __get_user_pages(tsk, mm, start, 1, flags | FOLL_TRIED,
 959                                        pages, NULL, NULL);
 960                 if (ret != 1) {
 961                         BUG_ON(ret > 1);
 962                         if (!pages_done)
 963                                 pages_done = ret;
 964                         break;
 965                 }
 966                 nr_pages--;
 967                 pages_done++;
 968                 if (!nr_pages)
 969                         break;
 970                 pages++;
 971                 start += PAGE_SIZE;
 972         }
 973         if (lock_dropped && *locked) {
 974                 /*
 975                  * We must let the caller know we temporarily dropped the lock
 976                  * and so the critical section protected by it was lost.
 977                  */
 978                 up_read(&mm->mmap_sem);
 979                 *locked = 0;
 980         }
 981         return pages_done;
 982 }
 983
 984 /*
 985  * We can leverage the VM_FAULT_RETRY functionality in the page fault
 986  * paths better by using either get_user_pages_locked() or
 987  * get_user_pages_unlocked().
 988  *
 989  * get_user_pages_locked() is suitable to replace the form:
 990  *
 991  *      down_read(&mm->mmap_sem);
 992  *      do_something()
 993  *      get_user_pages(tsk, mm, ..., pages, NULL);
 994  *      up_read(&mm->mmap_sem);
 995  *
 996  *  to:
 997  *
 998  *      int locked = 1;
 999  *      down_read(&mm->mmap_sem);
1000  *      do_something()
1001  *      get_user_pages_locked(tsk, mm, ..., pages, &locked);
1002  *      if (locked)
1003  *          up_read(&mm->mmap_sem);
1004  */
1005 long get_user_pages_locked(unsigned long start, unsigned long nr_pages,
1006                            unsigned int gup_flags, struct page **pages,
1007                            int *locked)
1008 {
1009         return __get_user_pages_locked(current, current->mm, start, nr_pages,
1010                                        pages, NULL, locked,
1011                                        gup_flags | FOLL_TOUCH);
1012 }
1013 EXPORT_SYMBOL(get_user_pages_locked);
1014
1015 /*
1016  * get_user_pages_unlocked() is suitable to replace the form:
1017  *
1018  *      down_read(&mm->mmap_sem);
1019  *      get_user_pages(tsk, mm, ..., pages, NULL);
1020  *      up_read(&mm->mmap_sem);
1021  *
1022  *  with:
1023  *
1024  *      get_user_pages_unlocked(tsk, mm, ..., pages);
1025  *
1026  * It is functionally equivalent to get_user_pages_fast so
1027  * get_user_pages_fast should be used instead if specific gup_flags
1028  * (e.g. FOLL_FORCE) are not required.
1029  */
1030 long get_user_pages_unlocked(unsigned long start, unsigned long nr_pages,
1031                              struct page **pages, unsigned int gup_flags)
1032 {
1033         struct mm_struct *mm = current->mm;
1034         int locked = 1;
1035         long ret;
1036
1037         down_read(&mm->mmap_sem);
1038         ret = __get_user_pages_locked(current, mm, start, nr_pages, pages, NULL,
1039                                       &locked, gup_flags | FOLL_TOUCH);
1040         if (locked)
1041                 up_read(&mm->mmap_sem);
1042         return ret;
1043 }
1044 EXPORT_SYMBOL(get_user_pages_unlocked);
1045
1046 /*
1047  * get_user_pages_remote() - pin user pages in memory
1048  * @tsk:        the task_struct to use for page fault accounting, or
1049  *              NULL if faults are not to be recorded.
1050  * @mm:         mm_struct of target mm
1051  * @start:      starting user address
1052  * @nr_pages:   number of pages from start to pin
1053  * @gup_flags:  flags modifying lookup behaviour
1054  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
1055  *              Should be at least nr_pages long. Or NULL, if caller
1056  *              only intends to ensure the pages are faulted in.
1057  * @vmas:       array of pointers to vmas corresponding to each page.
1058  *              Or NULL if the caller does not require them.
1059  * @locked:     pointer to lock flag indicating whether lock is held and
1060  *              subsequently whether VM_FAULT_RETRY functionality can be
1061  *              utilised. Lock must initially be held.
1062  *
1063  * Returns number of pages pinned. This may be fewer than the number
1064  * requested. If nr_pages is 0 or negative, returns 0. If no pages
1065  * were pinned, returns -errno. Each page returned must be released
1066  * with a put_page() call when it is finished with. vmas will only
1067  * remain valid while mmap_sem is held.
1068  *
1069  * Must be called with mmap_sem held for read or write.
1070  *
1071  * get_user_pages walks a process's page tables and takes a reference to
1072  * each struct page that each user address corresponds to at a given
1073  * instant. That is, it takes the page that would be accessed if a user
1074  * thread accesses the given user virtual address at that instant.
1075  *
1076  * This does not guarantee that the page exists in the user mappings when
1077  * get_user_pages returns, and there may even be a completely different
1078  * page there in some cases (eg. if mmapped pagecache has been invalidated
1079  * and subsequently re faulted). However it does guarantee that the page
1080  * won't be freed completely. And mostly callers simply care that the page
1081  * contains data that was valid *at some point in time*. Typically, an IO
1082  * or similar operation cannot guarantee anything stronger anyway because
1083  * locks can't be held over the syscall boundary.
1084  *
1085  * If gup_flags & FOLL_WRITE == 0, the page must not be written to. If the page
1086  * is written to, set_page_dirty (or set_page_dirty_lock, as appropriate) must
1087  * be called after the page is finished with, and before put_page is called.
1088  *
1089  * get_user_pages is typically used for fewer-copy IO operations, to get a
1090  * handle on the memory by some means other than accesses via the user virtual
1091  * addresses. The pages may be submitted for DMA to devices or accessed via
1092  * their kernel linear mapping (via the kmap APIs). Care should be taken to
1093  * use the correct cache flushing APIs.
1094  *
1095  * See also get_user_pages_fast, for performance critical applications.
1096  *
1097  * get_user_pages should be phased out in favor of
1098  * get_user_pages_locked|unlocked or get_user_pages_fast. Nothing
1099  * should use get_user_pages because it cannot pass
1100  * FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY to handle_mm_fault.
1101  */
1102 long get_user_pages_remote(struct task_struct *tsk, struct mm_struct *mm,
1103                 unsigned long start, unsigned long nr_pages,
1104                 unsigned int gup_flags, struct page **pages,
1105                 struct vm_area_struct **vmas, int *locked)
1106 {
1107         return __get_user_pages_locked(tsk, mm, start, nr_pages, pages, vmas,
1108                                        locked,
1109                                        gup_flags | FOLL_TOUCH | FOLL_REMOTE);
1110 }
1111 EXPORT_SYMBOL(get_user_pages_remote);
1112
1113 /*
1114  * This is the same as get_user_pages_remote(), just with a
1115  * less-flexible calling convention where we assume that the task
1116  * and mm being operated on are the current task's and don't allow
1117  * passing of a locked parameter.  We also obviously don't pass
1118  * FOLL_REMOTE in here.
1119  */
1120 long get_user_pages(unsigned long start, unsigned long nr_pages,
1121                 unsigned int gup_flags, struct page **pages,
1122                 struct vm_area_struct **vmas)
1123 {
1124         return __get_user_pages_locked(current, current->mm, start, nr_pages,
1125                                        pages, vmas, NULL,
1126                                        gup_flags | FOLL_TOUCH);
1127 }
1128 EXPORT_SYMBOL(get_user_pages);
1129
1130 #ifdef CONFIG_FS_DAX
1131 /*
1132  * This is the same as get_user_pages() in that it assumes we are
1133  * operating on the current task's mm, but it goes further to validate
1134  * that the vmas associated with the address range are suitable for
1135  * longterm elevated page reference counts. For example, filesystem-dax
1136  * mappings are subject to the lifetime enforced by the filesystem and
1137  * we need guarantees that longterm users like RDMA and V4L2 only
1138  * establish mappings that have a kernel enforced revocation mechanism.
1139  *
1140  * "longterm" == userspace controlled elevated page count lifetime.
1141  * Contrast this to iov_iter_get_pages() usages which are transient.
1142  */
1143 long get_user_pages_longterm(unsigned long start, unsigned long nr_pages,
1144                 unsigned int gup_flags, struct page **pages,
1145                 struct vm_area_struct **vmas_arg)
1146 {
1147         struct vm_area_struct **vmas = vmas_arg;
1148         struct vm_area_struct *vma_prev = NULL;
1149         long rc, i;
1150
1151         if (!pages)
1152                 return -EINVAL;
1153
1154         if (!vmas) {
1155                 vmas = kcalloc(nr_pages, sizeof(struct vm_area_struct *),
1156                                GFP_KERNEL);
1157                 if (!vmas)
1158                         return -ENOMEM;
1159         }
1160
1161         rc = get_user_pages(start, nr_pages, gup_flags, pages, vmas);
1162
1163         for (i = 0; i < rc; i++) {
1164                 struct vm_area_struct *vma = vmas[i];
1165
1166                 if (vma == vma_prev)
1167                         continue;
1168
1169                 vma_prev = vma;
1170
1171                 if (vma_is_fsdax(vma))
1172                         break;
1173         }
1174
1175         /*
1176          * Either get_user_pages() failed, or the vma validation
1177          * succeeded, in either case we don't need to put_page() before
1178          * returning.
1179          */
1180         if (i >= rc)
1181                 goto out;
1182
1183         for (i = 0; i < rc; i++)
1184                 put_page(pages[i]);
1185         rc = -EOPNOTSUPP;
1186 out:
1187         if (vmas != vmas_arg)
1188                 kfree(vmas);
1189         return rc;
1190 }
1191 EXPORT_SYMBOL(get_user_pages_longterm);
1192 #endif /* CONFIG_FS_DAX */
1193
1194 /**
1195  * populate_vma_page_range() -  populate a range of pages in the vma.
1196  * @vma:   target vma
1197  * @start: start address
1198  * @end:   end address
1199  * @nonblocking:
1200  *
1201  * This takes care of mlocking the pages too if VM_LOCKED is set.
1202  *
1203  * return 0 on success, negative error code on error.
1204  *
1205  * vma->vm_mm->mmap_sem must be held.
1206  *
1207  * If @nonblocking is NULL, it may be held for read or write and will
1208  * be unperturbed.
1209  *
1210  * If @nonblocking is non-NULL, it must held for read only and may be
1211  * released.  If it's released, *@nonblocking will be set to 0.
1212  */
1213 long populate_vma_page_range(struct vm_area_struct *vma,
1214                 unsigned long start, unsigned long end, int *nonblocking)
1215 {
1216         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
1217         unsigned long nr_pages = (end - start) / PAGE_SIZE;
1218         int gup_flags;
1219
1220         VM_BUG_ON(start & ~PAGE_MASK);
1221         VM_BUG_ON(end   & ~PAGE_MASK);
1222         VM_BUG_ON_VMA(start < vma->vm_start, vma);
1223         VM_BUG_ON_VMA(end   > vma->vm_end, vma);
1224         VM_BUG_ON_MM(!rwsem_is_locked(&mm->mmap_sem), mm);
1225
1226         gup_flags = FOLL_TOUCH | FOLL_POPULATE | FOLL_MLOCK;
1227         if (vma->vm_flags & VM_LOCKONFAULT)
1228                 gup_flags &= ~FOLL_POPULATE;
1229         /*
1230          * We want to touch writable mappings with a write fault in order
1231          * to break COW, except for shared mappings because these don't COW
1232          * and we would not want to dirty them for nothing.
1233          */
1234         if ((vma->vm_flags & (VM_WRITE | VM_SHARED)) == VM_WRITE)
1235                 gup_flags |= FOLL_WRITE;
1236
1237         /*
1238          * We want mlock to succeed for regions that have any permissions
1239          * other than PROT_NONE.
1240          */
1241         if (vma->vm_flags & (VM_READ | VM_WRITE | VM_EXEC))
1242                 gup_flags |= FOLL_FORCE;
1243
1244         /*
1245          * We made sure addr is within a VMA, so the following will
1246          * not result in a stack expansion that recurses back here.
1247          */
1248         return __get_user_pages(current, mm, start, nr_pages, gup_flags,
1249                                 NULL, NULL, nonblocking);
1250 }
1251
1252 /*
1253  * __mm_populate - populate and/or mlock pages within a range of address space.
1254  *
1255  * This is used to implement mlock() and the MAP_POPULATE / MAP_LOCKED mmap
1256  * flags. VMAs must be already marked with the desired vm_flags, and
1257  * mmap_sem must not be held.
1258  */
1259 int __mm_populate(unsigned long start, unsigned long len, int ignore_errors)
1260 {
1261         struct mm_struct *mm = current->mm;
1262         unsigned long end, nstart, nend;
1263         struct vm_area_struct *vma = NULL;
1264         int locked = 0;
1265         long ret = 0;
1266
1267         end = start + len;
1268
1269         for (nstart = start; nstart < end; nstart = nend) {
1270                 /*
1271                  * We want to fault in pages for [nstart; end) address range.
1272                  * Find first corresponding VMA.
1273                  */
1274                 if (!locked) {
1275                         locked = 1;
1276                         down_read(&mm->mmap_sem);
1277                         vma = find_vma(mm, nstart);
1278                 } else if (nstart >= vma->vm_end)
1279                         vma = vma->vm_next;
1280                 if (!vma || vma->vm_start >= end)
1281                         break;
1282                 /*
1283                  * Set [nstart; nend) to intersection of desired address
1284                  * range with the first VMA. Also, skip undesirable VMA types.
1285                  */
1286                 nend = min(end, vma->vm_end);
1287                 if (vma->vm_flags & (VM_IO | VM_PFNMAP))
1288                         continue;
1289                 if (nstart < vma->vm_start)
1290                         nstart = vma->vm_start;
1291                 /*
1292                  * Now fault in a range of pages. populate_vma_page_range()
1293                  * double checks the vma flags, so that it won't mlock pages
1294                  * if the vma was already munlocked.
1295                  */
1296                 ret = populate_vma_page_range(vma, nstart, nend, &locked);
1297                 if (ret < 0) {
1298                         if (ignore_errors) {
1299                                 ret = 0;
1300                                 continue;       /* continue at next VMA */
1301                         }
1302                         break;
1303                 }
1304                 nend = nstart + ret * PAGE_SIZE;
1305                 ret = 0;
1306         }
1307         if (locked)
1308                 up_read(&mm->mmap_sem);
1309         return ret;     /* 0 or negative error code */
1310 }
1311
1312 /**
1313  * get_dump_page() - pin user page in memory while writing it to core dump
1314  * @addr: user address
1315  *
1316  * Returns struct page pointer of user page pinned for dump,
1317  * to be freed afterwards by put_page().
1318  *
1319  * Returns NULL on any kind of failure - a hole must then be inserted into
1320  * the corefile, to preserve alignment with its headers; and also returns
1321  * NULL wherever the ZERO_PAGE, or an anonymous pte_none, has been found -
1322  * allowing a hole to be left in the corefile to save diskspace.
1323  *
1324  * Called without mmap_sem, but after all other threads have been killed.
1325  */
1326 #ifdef CONFIG_ELF_CORE
1327 struct page *get_dump_page(unsigned long addr)
1328 {
1329         struct vm_area_struct *vma;
1330         struct page *page;
1331
1332         if (__get_user_pages(current, current->mm, addr, 1,
1333                              FOLL_FORCE | FOLL_DUMP | FOLL_GET, &page, &vma,
1334                              NULL) < 1)
1335                 return NULL;
1336         flush_cache_page(vma, addr, page_to_pfn(page));
1337         return page;
1338 }
1339 #endif /* CONFIG_ELF_CORE */
1340
1341 /*
1342  * Generic Fast GUP
1343  *
1344  * get_user_pages_fast attempts to pin user pages by walking the page
1345  * tables directly and avoids taking locks. Thus the walker needs to be
1346  * protected from page table pages being freed from under it, and should
1347  * block any THP splits.
1348  *
1349  * One way to achieve this is to have the walker disable interrupts, and
1350  * rely on IPIs from the TLB flushing code blocking before the page table
1351  * pages are freed. This is unsuitable for architectures that do not need
1352  * to broadcast an IPI when invalidating TLBs.
1353  *
1354  * Another way to achieve this is to batch up page table containing pages
1355  * belonging to more than one mm_user, then rcu_sched a callback to free those
1356  * pages. Disabling interrupts will allow the fast_gup walker to both block
1357  * the rcu_sched callback, and an IPI that we broadcast for splitting THPs
1358  * (which is a relatively rare event). The code below adopts this strategy.
1359  *
1360  * Before activating this code, please be aware that the following assumptions
1361  * are currently made:
1362  *
1363  *  *) Either HAVE_RCU_TABLE_FREE is enabled, and tlb_remove_table() is used to
1364  *  free pages containing page tables or TLB flushing requires IPI broadcast.
1365  *
1366  *  *) ptes can be read atomically by the architecture.
1367  *
1368  *  *) access_ok is sufficient to validate userspace address ranges.
1369  *
1370  * The last two assumptions can be relaxed by the addition of helper functions.
1371  *
1372  * This code is based heavily on the PowerPC implementation by Nick Piggin.
1373  */
1374 #ifdef CONFIG_HAVE_GENERIC_GUP
1375
1376 #ifndef gup_get_pte
1377 /*
1378  * We assume that the PTE can be read atomically. If this is not the case for
1379  * your architecture, please provide the helper.
1380  */
1381 static inline pte_t gup_get_pte(pte_t *ptep)
1382 {
1383         return READ_ONCE(*ptep);
1384 }
1385 #endif
1386
1387 static void undo_dev_pagemap(int *nr, int nr_start, struct page **pages)
1388 {
1389         while ((*nr) - nr_start) {
1390                 struct page *page = pages[--(*nr)];
1391
1392                 ClearPageReferenced(page);
1393                 put_page(page);
1394         }
1395 }
1396
1397 #ifdef CONFIG_ARCH_HAS_PTE_SPECIAL
1398 static int gup_pte_range(pmd_t pmd, unsigned long addr, unsigned long end,
1399                          int write, struct page **pages, int *nr)
1400 {
1401         struct dev_pagemap *pgmap = NULL;
1402         int nr_start = *nr, ret = 0;
1403         pte_t *ptep, *ptem;
1404
1405         ptem = ptep = pte_offset_map(&pmd, addr);
1406         do {
1407                 pte_t pte = gup_get_pte(ptep);
1408                 struct page *head, *page;
1409
1410                 /*
1411                  * Similar to the PMD case below, NUMA hinting must take slow
1412                  * path using the pte_protnone check.
1413                  */
1414                 if (pte_protnone(pte))
1415                         goto pte_unmap;
1416
1417                 if (!pte_access_permitted(pte, write))
1418                         goto pte_unmap;
1419
1420                 if (pte_devmap(pte)) {
1421                         pgmap = get_dev_pagemap(pte_pfn(pte), pgmap);
1422                         if (unlikely(!pgmap)) {
1423                                 undo_dev_pagemap(nr, nr_start, pages);
1424                                 goto pte_unmap;
1425                         }
1426                 } else if (pte_special(pte))
1427                         goto pte_unmap;
1428
1429                 VM_BUG_ON(!pfn_valid(pte_pfn(pte)));
1430                 page = pte_page(pte);
1431                 head = compound_head(page);
1432
1433                 if (!page_cache_get_speculative(head))
1434                         goto pte_unmap;
1435
1436                 if (unlikely(pte_val(pte) != pte_val(*ptep))) {
1437                         put_page(head);
1438                         goto pte_unmap;
1439                 }
1440
1441                 VM_BUG_ON_PAGE(compound_head(page) != head, page);
1442
1443                 SetPageReferenced(page);
1444                 pages[*nr] = page;
1445                 (*nr)++;
1446
1447         } while (ptep++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
1448
1449         ret = 1;
1450
1451 pte_unmap:
1452         if (pgmap)
1453                 put_dev_pagemap(pgmap);
1454         pte_unmap(ptem);
1455         return ret;
1456 }
1457 #else
1458
1459 /*
1460  * If we can't determine whether or not a pte is special, then fail immediately
1461  * for ptes. Note, we can still pin HugeTLB and THP as these are guaranteed not
1462  * to be special.
1463  *
1464  * For a futex to be placed on a THP tail page, get_futex_key requires a
1465  * __get_user_pages_fast implementation that can pin pages. Thus it's still
1466  * useful to have gup_huge_pmd even if we can't operate on ptes.
1467  */
1468 static int gup_pte_range(pmd_t pmd, unsigned long addr, unsigned long end,
1469                          int write, struct page **pages, int *nr)
1470 {
1471         return 0;
1472 }
1473 #endif /* CONFIG_ARCH_HAS_PTE_SPECIAL */
1474
1475 #if defined(__HAVE_ARCH_PTE_DEVMAP) && defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)
1476 static int __gup_device_huge(unsigned long pfn, unsigned long addr,
1477                 unsigned long end, struct page **pages, int *nr)
1478 {
1479         int nr_start = *nr;
1480         struct dev_pagemap *pgmap = NULL;
1481
1482         do {
1483                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1484
1485                 pgmap = get_dev_pagemap(pfn, pgmap);
1486                 if (unlikely(!pgmap)) {
1487                         undo_dev_pagemap(nr, nr_start, pages);
1488                         return 0;
1489                 }
1490                 SetPageReferenced(page);
1491                 pages[*nr] = page;
1492                 get_page(page);
1493                 (*nr)++;
1494                 pfn++;
1495         } while (addr += PAGE_SIZE, addr != end);
1496
1497         if (pgmap)
1498                 put_dev_pagemap(pgmap);
1499         return 1;
1500 }
1501
1502 static int __gup_device_huge_pmd(pmd_t orig, pmd_t *pmdp, unsigned long addr,
1503                 unsigned long end, struct page **pages, int *nr)
1504 {
1505         unsigned long fault_pfn;
1506         int nr_start = *nr;
1507
1508         fault_pfn = pmd_pfn(orig) + ((addr & ~PMD_MASK) >> PAGE_SHIFT);
1509         if (!__gup_device_huge(fault_pfn, addr, end, pages, nr))
1510                 return 0;
1511
1512         if (unlikely(pmd_val(orig) != pmd_val(*pmdp))) {
1513                 undo_dev_pagemap(nr, nr_start, pages);
1514                 return 0;
1515         }
1516         return 1;
1517 }
1518
1519 static int __gup_device_huge_pud(pud_t orig, pud_t *pudp, unsigned long addr,
1520                 unsigned long end, struct page **pages, int *nr)
1521 {
1522         unsigned long fault_pfn;
1523         int nr_start = *nr;
1524
1525         fault_pfn = pud_pfn(orig) + ((addr & ~PUD_MASK) >> PAGE_SHIFT);
1526         if (!__gup_device_huge(fault_pfn, addr, end, pages, nr))
1527                 return 0;
1528
1529         if (unlikely(pud_val(orig) != pud_val(*pudp))) {
1530                 undo_dev_pagemap(nr, nr_start, pages);
1531                 return 0;
1532         }
1533         return 1;
1534 }
1535 #else
1536 static int __gup_device_huge_pmd(pmd_t orig, pmd_t *pmdp, unsigned long addr,
1537                 unsigned long end, struct page **pages, int *nr)
1538 {
1539         BUILD_BUG();
1540         return 0;
1541 }
1542
1543 static int __gup_device_huge_pud(pud_t pud, pud_t *pudp, unsigned long addr,
1544                 unsigned long end, struct page **pages, int *nr)
1545 {
1546         BUILD_BUG();
1547         return 0;
1548 }
1549 #endif
1550
1551 static int gup_huge_pmd(pmd_t orig, pmd_t *pmdp, unsigned long addr,
1552                 unsigned long end, int write, struct page **pages, int *nr)
1553 {
1554         struct page *head, *page;
1555         int refs;
1556
1557         if (!pmd_access_permitted(orig, write))
1558                 return 0;
1559
1560         if (pmd_devmap(orig))
1561                 return __gup_device_huge_pmd(orig, pmdp, addr, end, pages, nr);
1562
1563         refs = 0;
1564         page = pmd_page(orig) + ((addr & ~PMD_MASK) >> PAGE_SHIFT);
1565         do {
1566                 pages[*nr] = page;
1567                 (*nr)++;
1568                 page++;
1569                 refs++;
1570         } while (addr += PAGE_SIZE, addr != end);
1571
1572         head = compound_head(pmd_page(orig));
1573         if (!page_cache_add_speculative(head, refs)) {
1574                 *nr -= refs;
1575                 return 0;
1576         }
1577
1578         if (unlikely(pmd_val(orig) != pmd_val(*pmdp))) {
1579                 *nr -= refs;
1580                 while (refs--)
1581                         put_page(head);
1582                 return 0;
1583         }
1584
1585         SetPageReferenced(head);
1586         return 1;
1587 }
1588
1589 static int gup_huge_pud(pud_t orig, pud_t *pudp, unsigned long addr,
1590                 unsigned long end, int write, struct page **pages, int *nr)
1591 {
1592         struct page *head, *page;
1593         int refs;
1594
1595         if (!pud_access_permitted(orig, write))
1596                 return 0;
1597
1598         if (pud_devmap(orig))
1599                 return __gup_device_huge_pud(orig, pudp, addr, end, pages, nr);
1600
1601         refs = 0;
1602         page = pud_page(orig) + ((addr & ~PUD_MASK) >> PAGE_SHIFT);
1603         do {
1604                 pages[*nr] = page;
1605                 (*nr)++;
1606                 page++;
1607                 refs++;
1608         } while (addr += PAGE_SIZE, addr != end);
1609
1610         head = compound_head(pud_page(orig));
1611         if (!page_cache_add_speculative(head, refs)) {
1612                 *nr -= refs;
1613                 return 0;
1614         }
1615
1616         if (unlikely(pud_val(orig) != pud_val(*pudp))) {
1617                 *nr -= refs;
1618                 while (refs--)
1619                         put_page(head);
1620                 return 0;
1621         }
1622
1623         SetPageReferenced(head);
1624         return 1;
1625 }
1626
1627 static int gup_huge_pgd(pgd_t orig, pgd_t *pgdp, unsigned long addr,
1628                         unsigned long end, int write,
1629                         struct page **pages, int *nr)
1630 {
1631         int refs;
1632         struct page *head, *page;
1633
1634         if (!pgd_access_permitted(orig, write))
1635                 return 0;
1636
1637         BUILD_BUG_ON(pgd_devmap(orig));
1638         refs = 0;
1639         page = pgd_page(orig) + ((addr & ~PGDIR_MASK) >> PAGE_SHIFT);
1640         do {
1641                 pages[*nr] = page;
1642                 (*nr)++;
1643                 page++;
1644                 refs++;
1645         } while (addr += PAGE_SIZE, addr != end);
1646
1647         head = compound_head(pgd_page(orig));
1648         if (!page_cache_add_speculative(head, refs)) {
1649                 *nr -= refs;
1650                 return 0;
1651         }
1652
1653         if (unlikely(pgd_val(orig) != pgd_val(*pgdp))) {
1654                 *nr -= refs;
1655                 while (refs--)
1656                         put_page(head);
1657                 return 0;
1658         }
1659
1660         SetPageReferenced(head);
1661         return 1;
1662 }
1663
1664 static int gup_pmd_range(pud_t pud, unsigned long addr, unsigned long end,
1665                 int write, struct page **pages, int *nr)
1666 {
1667         unsigned long next;
1668         pmd_t *pmdp;
1669
1670         pmdp = pmd_offset(&pud, addr);
1671         do {
1672                 pmd_t pmd = READ_ONCE(*pmdp);
1673
1674                 next = pmd_addr_end(addr, end);
1675                 if (!pmd_present(pmd))
1676                         return 0;
1677
1678                 if (unlikely(pmd_trans_huge(pmd) || pmd_huge(pmd))) {
1679                         /*
1680                          * NUMA hinting faults need to be handled in the GUP
1681                          * slowpath for accounting purposes and so that they
1682                          * can be serialised against THP migration.
1683                          */
1684                         if (pmd_protnone(pmd))
1685                                 return 0;
1686
1687                         if (!gup_huge_pmd(pmd, pmdp, addr, next, write,
1688                                 pages, nr))
1689                                 return 0;
1690
1691                 } else if (unlikely(is_hugepd(__hugepd(pmd_val(pmd))))) {
1692                         /*
1693                          * architecture have different format for hugetlbfs
1694                          * pmd format and THP pmd format
1695                          */
1696                         if (!gup_huge_pd(__hugepd(pmd_val(pmd)), addr,
1697                                          PMD_SHIFT, next, write, pages, nr))
1698                                 return 0;
1699                 } else if (!gup_pte_range(pmd, addr, next, write, pages, nr))
1700                         return 0;
1701         } while (pmdp++, addr = next, addr != end);
1702
1703         return 1;
1704 }
1705
1706 static int gup_pud_range(p4d_t p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
1707                          int write, struct page **pages, int *nr)
1708 {
1709         unsigned long next;
1710         pud_t *pudp;
1711
1712         pudp = pud_offset(&p4d, addr);
1713         do {
1714                 pud_t pud = READ_ONCE(*pudp);
1715
1716                 next = pud_addr_end(addr, end);
1717                 if (pud_none(pud))
1718                         return 0;
1719                 if (unlikely(pud_huge(pud))) {
1720                         if (!gup_huge_pud(pud, pudp, addr, next, write,
1721                                           pages, nr))
1722                                 return 0;
1723                 } else if (unlikely(is_hugepd(__hugepd(pud_val(pud))))) {
1724                         if (!gup_huge_pd(__hugepd(pud_val(pud)), addr,
1725                                          PUD_SHIFT, next, write, pages, nr))
1726                                 return 0;
1727                 } else if (!gup_pmd_range(pud, addr, next, write, pages, nr))
1728                         return 0;
1729         } while (pudp++, addr = next, addr != end);
1730
1731         return 1;
1732 }
1733
1734 static int gup_p4d_range(pgd_t pgd, unsigned long addr, unsigned long end,
1735                          int write, struct page **pages, int *nr)
1736 {
1737         unsigned long next;
1738         p4d_t *p4dp;
1739
1740         p4dp = p4d_offset(&pgd, addr);
1741         do {
1742                 p4d_t p4d = READ_ONCE(*p4dp);
1743
1744                 next = p4d_addr_end(addr, end);
1745                 if (p4d_none(p4d))
1746                         return 0;
1747                 BUILD_BUG_ON(p4d_huge(p4d));
1748                 if (unlikely(is_hugepd(__hugepd(p4d_val(p4d))))) {
1749                         if (!gup_huge_pd(__hugepd(p4d_val(p4d)), addr,
1750                                          P4D_SHIFT, next, write, pages, nr))
1751                                 return 0;
1752                 } else if (!gup_pud_range(p4d, addr, next, write, pages, nr))
1753                         return 0;
1754         } while (p4dp++, addr = next, addr != end);
1755
1756         return 1;
1757 }
1758
1759 static void gup_pgd_range(unsigned long addr, unsigned long end,
1760                 int write, struct page **pages, int *nr)
1761 {
1762         unsigned long next;
1763         pgd_t *pgdp;
1764
1765         pgdp = pgd_offset(current->mm, addr);
1766         do {
1767                 pgd_t pgd = READ_ONCE(*pgdp);
1768
1769                 next = pgd_addr_end(addr, end);
1770                 if (pgd_none(pgd))
1771                         return;
1772                 if (unlikely(pgd_huge(pgd))) {
1773                         if (!gup_huge_pgd(pgd, pgdp, addr, next, write,
1774                                           pages, nr))
1775                                 return;
1776                 } else if (unlikely(is_hugepd(__hugepd(pgd_val(pgd))))) {
1777                         if (!gup_huge_pd(__hugepd(pgd_val(pgd)), addr,
1778                                          PGDIR_SHIFT, next, write, pages, nr))
1779                                 return;
1780                 } else if (!gup_p4d_range(pgd, addr, next, write, pages, nr))
1781                         return;
1782         } while (pgdp++, addr = next, addr != end);
1783 }
1784
1785 #ifndef gup_fast_permitted
1786 /*
1787  * Check if it's allowed to use __get_user_pages_fast() for the range, or
1788  * we need to fall back to the slow version:
1789  */
1790 bool gup_fast_permitted(unsigned long start, int nr_pages, int write)
1791 {
1792         unsigned long len, end;
1793
1794         len = (unsigned long) nr_pages << PAGE_SHIFT;
1795         end = start + len;
1796         return end >= start;
1797 }
1798 #endif
1799
1800 /*
1801  * Like get_user_pages_fast() except it's IRQ-safe in that it won't fall back to
1802  * the regular GUP.
1803  * Note a difference with get_user_pages_fast: this always returns the
1804  * number of pages pinned, 0 if no pages were pinned.
1805  */
1806 int __get_user_pages_fast(unsigned long start, int nr_pages, int write,
1807                           struct page **pages)
1808 {
1809         unsigned long len, end;
1810         unsigned long flags;
1811         int nr = 0;
1812
1813         start &= PAGE_MASK;
1814         len = (unsigned long) nr_pages << PAGE_SHIFT;
1815         end = start + len;
1816
1817         if (unlikely(!access_ok(write ? VERIFY_WRITE : VERIFY_READ,
1818                                         (void __user *)start, len)))
1819                 return 0;
1820
1821         /*
1822          * Disable interrupts.  We use the nested form as we can already have
1823          * interrupts disabled by get_futex_key.
1824          *
1825          * With interrupts disabled, we block page table pages from being
1826          * freed from under us. See struct mmu_table_batch comments in
1827          * include/asm-generic/tlb.h for more details.
1828          *
1829          * We do not adopt an rcu_read_lock(.) here as we also want to
1830          * block IPIs that come from THPs splitting.
1831          */
1832
1833         if (gup_fast_permitted(start, nr_pages, write)) {
1834                 local_irq_save(flags);
1835                 gup_pgd_range(start, end, write, pages, &nr);
1836                 local_irq_restore(flags);
1837         }
1838
1839         return nr;
1840 }
1841
1842 /**
1843  * get_user_pages_fast() - pin user pages in memory
1844  * @start:      starting user address
1845  * @nr_pages:   number of pages from start to pin
1846  * @write:      whether pages will be written to
1847  * @pages:      array that receives pointers to the pages pinned.
1848  *              Should be at least nr_pages long.
1849  *
1850  * Attempt to pin user pages in memory without taking mm->mmap_sem.
1851  * If not successful, it will fall back to taking the lock and
1852  * calling get_user_pages().
1853  *
1854  * Returns number of pages pinned. This may be fewer than the number
1855  * requested. If nr_pages is 0 or negative, returns 0. If no pages
1856  * were pinned, returns -errno.
1857  */
1858 int get_user_pages_fast(unsigned long start, int nr_pages, int write,
1859                         struct page **pages)
1860 {
1861         unsigned long addr, len, end;
1862         int nr = 0, ret = 0;
1863
1864         start &= PAGE_MASK;
1865         addr = start;
1866         len = (unsigned long) nr_pages << PAGE_SHIFT;
1867         end = start + len;
1868
1869         if (nr_pages <= 0)
1870                 return 0;
1871
1872         if (unlikely(!access_ok(write ? VERIFY_WRITE : VERIFY_READ,
1873                                         (void __user *)start, len)))
1874                 return -EFAULT;
1875
1876         if (gup_fast_permitted(start, nr_pages, write)) {
1877                 local_irq_disable();
1878                 gup_pgd_range(addr, end, write, pages, &nr);
1879                 local_irq_enable();
1880                 ret = nr;
1881         }
1882
1883         if (nr < nr_pages) {
1884                 /* Try to get the remaining pages with get_user_pages */
1885                 start += nr << PAGE_SHIFT;
1886                 pages += nr;
1887
1888                 ret = get_user_pages_unlocked(start, nr_pages - nr, pages,
1889                                 write ? FOLL_WRITE : 0);
1890
1891                 /* Have to be a bit careful with return values */
1892                 if (nr > 0) {
1893                         if (ret < 0)
1894                                 ret = nr;
1895                         else
1896                                 ret += nr;
1897                 }
1898         }
1899
1900         return ret;
1901 }
1902
1903 #endif /* CONFIG_HAVE_GENERIC_GUP */