mm/userfaultfd.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  *  mm/userfaultfd.c
   4  *
   5  *  Copyright (C) 2015  Red Hat, Inc.
   6  */
   7
   8 #include <linux/mm.h>
   9 #include <linux/sched/signal.h>
  10 #include <linux/pagemap.h>
  11 #include <linux/rmap.h>
  12 #include <linux/swap.h>
  13 #include <linux/swapops.h>
  14 #include <linux/userfaultfd_k.h>
  15 #include <linux/mmu_notifier.h>
  16 #include <linux/hugetlb.h>
  17 #include <linux/shmem_fs.h>
  18 #include <asm/tlbflush.h>
  19 #include <asm/tlb.h>
  20 #include "internal.h"
  21
  22 static __always_inline
  23 bool validate_dst_vma(struct vm_area_struct *dst_vma, unsigned long dst_end)
  24 {
  25         /* Make sure that the dst range is fully within dst_vma. */
  26         if (dst_end > dst_vma->vm_end)
  27                 return false;
  28
  29         /*
  30          * Check the vma is registered in uffd, this is required to
  31          * enforce the VM_MAYWRITE check done at uffd registration
  32          * time.
  33          */
  34         if (!dst_vma->vm_userfaultfd_ctx.ctx)
  35                 return false;
  36
  37         return true;
  38 }
  39
  40 static __always_inline
  41 struct vm_area_struct *find_vma_and_prepare_anon(struct mm_struct *mm,
  42                                                  unsigned long addr)
  43 {
  44         struct vm_area_struct *vma;
  45
  46         mmap_assert_locked(mm);
  47         vma = vma_lookup(mm, addr);
  48         if (!vma)
  49                 vma = ERR_PTR(-ENOENT);
  50         else if (!(vma->vm_flags & VM_SHARED) &&
  51                  unlikely(anon_vma_prepare(vma)))
  52                 vma = ERR_PTR(-ENOMEM);
  53
  54         return vma;
  55 }
  56
  57 #ifdef CONFIG_PER_VMA_LOCK
  58 /*
  59  * lock_vma() - Lookup and lock vma corresponding to @address.
  60  * @mm: mm to search vma in.
  61  * @address: address that the vma should contain.
  62  *
  63  * Should be called without holding mmap_lock. vma should be unlocked after use
  64  * with unlock_vma().
  65  *
  66  * Return: A locked vma containing @address, -ENOENT if no vma is found, or
  67  * -ENOMEM if anon_vma couldn't be allocated.
  68  */
  69 static struct vm_area_struct *lock_vma(struct mm_struct *mm,
  70                                        unsigned long address)
  71 {
  72         struct vm_area_struct *vma;
  73
  74         vma = lock_vma_under_rcu(mm, address);
  75         if (vma) {
  76                 /*
  77                  * lock_vma_under_rcu() only checks anon_vma for private
  78                  * anonymous mappings. But we need to ensure it is assigned in
  79                  * private file-backed vmas as well.
  80                  */
  81                 if (!(vma->vm_flags & VM_SHARED) && unlikely(!vma->anon_vma))
  82                         vma_end_read(vma);
  83                 else
  84                         return vma;
  85         }
  86
  87         mmap_read_lock(mm);
  88         vma = find_vma_and_prepare_anon(mm, address);
  89         if (!IS_ERR(vma)) {
  90                 /*
  91                  * We cannot use vma_start_read() as it may fail due to
  92                  * false locked (see comment in vma_start_read()). We
  93                  * can avoid that by directly locking vm_lock under
  94                  * mmap_lock, which guarantees that nobody can lock the
  95                  * vma for write (vma_start_write()) under us.
  96                  */
  97                 down_read(&vma->vm_lock->lock);
  98         }
  99
 100         mmap_read_unlock(mm);
 101         return vma;
 102 }
 103
 104 static struct vm_area_struct *uffd_mfill_lock(struct mm_struct *dst_mm,
 105                                               unsigned long dst_start,
 106                                               unsigned long len)
 107 {
 108         struct vm_area_struct *dst_vma;
 109
 110         dst_vma = lock_vma(dst_mm, dst_start);
 111         if (IS_ERR(dst_vma) || validate_dst_vma(dst_vma, dst_start + len))
 112                 return dst_vma;
 113
 114         vma_end_read(dst_vma);
 115         return ERR_PTR(-ENOENT);
 116 }
 117
 118 static void uffd_mfill_unlock(struct vm_area_struct *vma)
 119 {
 120         vma_end_read(vma);
 121 }
 122
 123 #else
 124
 125 static struct vm_area_struct *uffd_mfill_lock(struct mm_struct *dst_mm,
 126                                               unsigned long dst_start,
 127                                               unsigned long len)
 128 {
 129         struct vm_area_struct *dst_vma;
 130
 131         mmap_read_lock(dst_mm);
 132         dst_vma = find_vma_and_prepare_anon(dst_mm, dst_start);
 133         if (IS_ERR(dst_vma))
 134                 goto out_unlock;
 135
 136         if (validate_dst_vma(dst_vma, dst_start + len))
 137                 return dst_vma;
 138
 139         dst_vma = ERR_PTR(-ENOENT);
 140 out_unlock:
 141         mmap_read_unlock(dst_mm);
 142         return dst_vma;
 143 }
 144
 145 static void uffd_mfill_unlock(struct vm_area_struct *vma)
 146 {
 147         mmap_read_unlock(vma->vm_mm);
 148 }
 149 #endif
 150
 151 /* Check if dst_addr is outside of file's size. Must be called with ptl held. */
 152 static bool mfill_file_over_size(struct vm_area_struct *dst_vma,
 153                                  unsigned long dst_addr)
 154 {
 155         struct inode *inode;
 156         pgoff_t offset, max_off;
 157
 158         if (!dst_vma->vm_file)
 159                 return false;
 160
 161         inode = dst_vma->vm_file->f_inode;
 162         offset = linear_page_index(dst_vma, dst_addr);
 163         max_off = DIV_ROUND_UP(i_size_read(inode), PAGE_SIZE);
 164         return offset >= max_off;
 165 }
 166
 167 /*
 168  * Install PTEs, to map dst_addr (within dst_vma) to page.
 169  *
 170  * This function handles both MCOPY_ATOMIC_NORMAL and _CONTINUE for both shmem
 171  * and anon, and for both shared and private VMAs.
 172  */
 173 int mfill_atomic_install_pte(pmd_t *dst_pmd,
 174                              struct vm_area_struct *dst_vma,
 175                              unsigned long dst_addr, struct page *page,
 176                              bool newly_allocated, uffd_flags_t flags)
 177 {
 178         int ret;
 179         struct mm_struct *dst_mm = dst_vma->vm_mm;
 180         pte_t _dst_pte, *dst_pte;
 181         bool writable = dst_vma->vm_flags & VM_WRITE;
 182         bool vm_shared = dst_vma->vm_flags & VM_SHARED;
 183         bool page_in_cache = page_mapping(page);
 184         spinlock_t *ptl;
 185         struct folio *folio;
 186
 187         _dst_pte = mk_pte(page, dst_vma->vm_page_prot);
 188         _dst_pte = pte_mkdirty(_dst_pte);
 189         if (page_in_cache && !vm_shared)
 190                 writable = false;
 191         if (writable)
 192                 _dst_pte = pte_mkwrite(_dst_pte, dst_vma);
 193         if (flags & MFILL_ATOMIC_WP)
 194                 _dst_pte = pte_mkuffd_wp(_dst_pte);
 195
 196         ret = -EAGAIN;
 197         dst_pte = pte_offset_map_lock(dst_mm, dst_pmd, dst_addr, &ptl);
 198         if (!dst_pte)
 199                 goto out;
 200
 201         if (mfill_file_over_size(dst_vma, dst_addr)) {
 202                 ret = -EFAULT;
 203                 goto out_unlock;
 204         }
 205
 206         ret = -EEXIST;
 207         /*
 208          * We allow to overwrite a pte marker: consider when both MISSING|WP
 209          * registered, we firstly wr-protect a none pte which has no page cache
 210          * page backing it, then access the page.
 211          */
 212         if (!pte_none_mostly(ptep_get(dst_pte)))
 213                 goto out_unlock;
 214
 215         folio = page_folio(page);
 216         if (page_in_cache) {
 217                 /* Usually, cache pages are already added to LRU */
 218                 if (newly_allocated)
 219                         folio_add_lru(folio);
 220                 folio_add_file_rmap_pte(folio, page, dst_vma);
 221         } else {
 222                 folio_add_new_anon_rmap(folio, dst_vma, dst_addr);
 223                 folio_add_lru_vma(folio, dst_vma);
 224         }
 225
 226         /*
 227          * Must happen after rmap, as mm_counter() checks mapping (via
 228          * PageAnon()), which is set by __page_set_anon_rmap().
 229          */
 230         inc_mm_counter(dst_mm, mm_counter(folio));
 231
 232         set_pte_at(dst_mm, dst_addr, dst_pte, _dst_pte);
 233
 234         /* No need to invalidate - it was non-present before */
 235         update_mmu_cache(dst_vma, dst_addr, dst_pte);
 236         ret = 0;
 237 out_unlock:
 238         pte_unmap_unlock(dst_pte, ptl);
 239 out:
 240         return ret;
 241 }
 242
 243 static int mfill_atomic_pte_copy(pmd_t *dst_pmd,
 244                                  struct vm_area_struct *dst_vma,
 245                                  unsigned long dst_addr,
 246                                  unsigned long src_addr,
 247                                  uffd_flags_t flags,
 248                                  struct folio **foliop)
 249 {
 250         void *kaddr;
 251         int ret;
 252         struct folio *folio;
 253
 254         if (!*foliop) {
 255                 ret = -ENOMEM;
 256                 folio = vma_alloc_folio(GFP_HIGHUSER_MOVABLE, 0, dst_vma,
 257                                         dst_addr, false);
 258                 if (!folio)
 259                         goto out;
 260
 261                 kaddr = kmap_local_folio(folio, 0);
 262                 /*
 263                  * The read mmap_lock is held here.  Despite the
 264                  * mmap_lock being read recursive a deadlock is still
 265                  * possible if a writer has taken a lock.  For example:
 266                  *
 267                  * process A thread 1 takes read lock on own mmap_lock
 268                  * process A thread 2 calls mmap, blocks taking write lock
 269                  * process B thread 1 takes page fault, read lock on own mmap lock
 270                  * process B thread 2 calls mmap, blocks taking write lock
 271                  * process A thread 1 blocks taking read lock on process B
 272                  * process B thread 1 blocks taking read lock on process A
 273                  *
 274                  * Disable page faults to prevent potential deadlock
 275                  * and retry the copy outside the mmap_lock.
 276                  */
 277                 pagefault_disable();
 278                 ret = copy_from_user(kaddr, (const void __user *) src_addr,
 279                                      PAGE_SIZE);
 280                 pagefault_enable();
 281                 kunmap_local(kaddr);
 282
 283                 /* fallback to copy_from_user outside mmap_lock */
 284                 if (unlikely(ret)) {
 285                         ret = -ENOENT;
 286                         *foliop = folio;
 287                         /* don't free the page */
 288                         goto out;
 289                 }
 290
 291                 flush_dcache_folio(folio);
 292         } else {
 293                 folio = *foliop;
 294                 *foliop = NULL;
 295         }
 296
 297         /*
 298          * The memory barrier inside __folio_mark_uptodate makes sure that
 299          * preceding stores to the page contents become visible before
 300          * the set_pte_at() write.
 301          */
 302         __folio_mark_uptodate(folio);
 303
 304         ret = -ENOMEM;
 305         if (mem_cgroup_charge(folio, dst_vma->vm_mm, GFP_KERNEL))
 306                 goto out_release;
 307
 308         ret = mfill_atomic_install_pte(dst_pmd, dst_vma, dst_addr,
 309                                        &folio->page, true, flags);
 310         if (ret)
 311                 goto out_release;
 312 out:
 313         return ret;
 314 out_release:
 315         folio_put(folio);
 316         goto out;
 317 }
 318
 319 static int mfill_atomic_pte_zeroed_folio(pmd_t *dst_pmd,
 320                                          struct vm_area_struct *dst_vma,
 321                                          unsigned long dst_addr)
 322 {
 323         struct folio *folio;
 324         int ret = -ENOMEM;
 325
 326         folio = vma_alloc_zeroed_movable_folio(dst_vma, dst_addr);
 327         if (!folio)
 328                 return ret;
 329
 330         if (mem_cgroup_charge(folio, dst_vma->vm_mm, GFP_KERNEL))
 331                 goto out_put;
 332
 333         /*
 334          * The memory barrier inside __folio_mark_uptodate makes sure that
 335          * zeroing out the folio become visible before mapping the page
 336          * using set_pte_at(). See do_anonymous_page().
 337          */
 338         __folio_mark_uptodate(folio);
 339
 340         ret = mfill_atomic_install_pte(dst_pmd, dst_vma, dst_addr,
 341                                        &folio->page, true, 0);
 342         if (ret)
 343                 goto out_put;
 344
 345         return 0;
 346 out_put:
 347         folio_put(folio);
 348         return ret;
 349 }
 350
 351 static int mfill_atomic_pte_zeropage(pmd_t *dst_pmd,
 352                                      struct vm_area_struct *dst_vma,
 353                                      unsigned long dst_addr)
 354 {
 355         pte_t _dst_pte, *dst_pte;
 356         spinlock_t *ptl;
 357         int ret;
 358
 359         if (mm_forbids_zeropage(dst_vma->vm_mm))
 360                 return mfill_atomic_pte_zeroed_folio(dst_pmd, dst_vma, dst_addr);
 361
 362         _dst_pte = pte_mkspecial(pfn_pte(my_zero_pfn(dst_addr),
 363                                          dst_vma->vm_page_prot));
 364         ret = -EAGAIN;
 365         dst_pte = pte_offset_map_lock(dst_vma->vm_mm, dst_pmd, dst_addr, &ptl);
 366         if (!dst_pte)
 367                 goto out;
 368         if (mfill_file_over_size(dst_vma, dst_addr)) {
 369                 ret = -EFAULT;
 370                 goto out_unlock;
 371         }
 372         ret = -EEXIST;
 373         if (!pte_none(ptep_get(dst_pte)))
 374                 goto out_unlock;
 375         set_pte_at(dst_vma->vm_mm, dst_addr, dst_pte, _dst_pte);
 376         /* No need to invalidate - it was non-present before */
 377         update_mmu_cache(dst_vma, dst_addr, dst_pte);
 378         ret = 0;
 379 out_unlock:
 380         pte_unmap_unlock(dst_pte, ptl);
 381 out:
 382         return ret;
 383 }
 384
 385 /* Handles UFFDIO_CONTINUE for all shmem VMAs (shared or private). */
 386 static int mfill_atomic_pte_continue(pmd_t *dst_pmd,
 387                                      struct vm_area_struct *dst_vma,
 388                                      unsigned long dst_addr,
 389                                      uffd_flags_t flags)
 390 {
 391         struct inode *inode = file_inode(dst_vma->vm_file);
 392         pgoff_t pgoff = linear_page_index(dst_vma, dst_addr);
 393         struct folio *folio;
 394         struct page *page;
 395         int ret;
 396
 397         ret = shmem_get_folio(inode, pgoff, &folio, SGP_NOALLOC);
 398         /* Our caller expects us to return -EFAULT if we failed to find folio */
 399         if (ret == -ENOENT)
 400                 ret = -EFAULT;
 401         if (ret)
 402                 goto out;
 403         if (!folio) {
 404                 ret = -EFAULT;
 405                 goto out;
 406         }
 407
 408         page = folio_file_page(folio, pgoff);
 409         if (PageHWPoison(page)) {
 410                 ret = -EIO;
 411                 goto out_release;
 412         }
 413
 414         ret = mfill_atomic_install_pte(dst_pmd, dst_vma, dst_addr,
 415                                        page, false, flags);
 416         if (ret)
 417                 goto out_release;
 418
 419         folio_unlock(folio);
 420         ret = 0;
 421 out:
 422         return ret;
 423 out_release:
 424         folio_unlock(folio);
 425         folio_put(folio);
 426         goto out;
 427 }
 428
 429 /* Handles UFFDIO_POISON for all non-hugetlb VMAs. */
 430 static int mfill_atomic_pte_poison(pmd_t *dst_pmd,
 431                                    struct vm_area_struct *dst_vma,
 432                                    unsigned long dst_addr,
 433                                    uffd_flags_t flags)
 434 {
 435         int ret;
 436         struct mm_struct *dst_mm = dst_vma->vm_mm;
 437         pte_t _dst_pte, *dst_pte;
 438         spinlock_t *ptl;
 439
 440         _dst_pte = make_pte_marker(PTE_MARKER_POISONED);
 441         ret = -EAGAIN;
 442         dst_pte = pte_offset_map_lock(dst_mm, dst_pmd, dst_addr, &ptl);
 443         if (!dst_pte)
 444                 goto out;
 445
 446         if (mfill_file_over_size(dst_vma, dst_addr)) {
 447                 ret = -EFAULT;
 448                 goto out_unlock;
 449         }
 450
 451         ret = -EEXIST;
 452         /* Refuse to overwrite any PTE, even a PTE marker (e.g. UFFD WP). */
 453         if (!pte_none(ptep_get(dst_pte)))
 454                 goto out_unlock;
 455
 456         set_pte_at(dst_mm, dst_addr, dst_pte, _dst_pte);
 457
 458         /* No need to invalidate - it was non-present before */
 459         update_mmu_cache(dst_vma, dst_addr, dst_pte);
 460         ret = 0;
 461 out_unlock:
 462         pte_unmap_unlock(dst_pte, ptl);
 463 out:
 464         return ret;
 465 }
 466
 467 static pmd_t *mm_alloc_pmd(struct mm_struct *mm, unsigned long address)
 468 {
 469         pgd_t *pgd;
 470         p4d_t *p4d;
 471         pud_t *pud;
 472
 473         pgd = pgd_offset(mm, address);
 474         p4d = p4d_alloc(mm, pgd, address);
 475         if (!p4d)
 476                 return NULL;
 477         pud = pud_alloc(mm, p4d, address);
 478         if (!pud)
 479                 return NULL;
 480         /*
 481          * Note that we didn't run this because the pmd was
 482          * missing, the *pmd may be already established and in
 483          * turn it may also be a trans_huge_pmd.
 484          */
 485         return pmd_alloc(mm, pud, address);
 486 }
 487
 488 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 489 /*
 490  * mfill_atomic processing for HUGETLB vmas.  Note that this routine is
 491  * called with either vma-lock or mmap_lock held, it will release the lock
 492  * before returning.
 493  */
 494 static __always_inline ssize_t mfill_atomic_hugetlb(
 495                                               struct userfaultfd_ctx *ctx,
 496                                               struct vm_area_struct *dst_vma,
 497                                               unsigned long dst_start,
 498                                               unsigned long src_start,
 499                                               unsigned long len,
 500                                               uffd_flags_t flags)
 501 {
 502         struct mm_struct *dst_mm = dst_vma->vm_mm;
 503         ssize_t err;
 504         pte_t *dst_pte;
 505         unsigned long src_addr, dst_addr;
 506         long copied;
 507         struct folio *folio;
 508         unsigned long vma_hpagesize;
 509         pgoff_t idx;
 510         u32 hash;
 511         struct address_space *mapping;
 512
 513         /*
 514          * There is no default zero huge page for all huge page sizes as
 515          * supported by hugetlb.  A PMD_SIZE huge pages may exist as used
 516          * by THP.  Since we can not reliably insert a zero page, this
 517          * feature is not supported.
 518          */
 519         if (uffd_flags_mode_is(flags, MFILL_ATOMIC_ZEROPAGE)) {
 520                 up_read(&ctx->map_changing_lock);
 521                 uffd_mfill_unlock(dst_vma);
 522                 return -EINVAL;
 523         }
 524
 525         src_addr = src_start;
 526         dst_addr = dst_start;
 527         copied = 0;
 528         folio = NULL;
 529         vma_hpagesize = vma_kernel_pagesize(dst_vma);
 530
 531         /*
 532          * Validate alignment based on huge page size
 533          */
 534         err = -EINVAL;
 535         if (dst_start & (vma_hpagesize - 1) || len & (vma_hpagesize - 1))
 536                 goto out_unlock;
 537
 538 retry:
 539         /*
 540          * On routine entry dst_vma is set.  If we had to drop mmap_lock and
 541          * retry, dst_vma will be set to NULL and we must lookup again.
 542          */
 543         if (!dst_vma) {
 544                 dst_vma = uffd_mfill_lock(dst_mm, dst_start, len);
 545                 if (IS_ERR(dst_vma)) {
 546                         err = PTR_ERR(dst_vma);
 547                         goto out;
 548                 }
 549
 550                 err = -ENOENT;
 551                 if (!is_vm_hugetlb_page(dst_vma))
 552                         goto out_unlock_vma;
 553
 554                 err = -EINVAL;
 555                 if (vma_hpagesize != vma_kernel_pagesize(dst_vma))
 556                         goto out_unlock_vma;
 557
 558                 /*
 559                  * If memory mappings are changing because of non-cooperative
 560                  * operation (e.g. mremap) running in parallel, bail out and
 561                  * request the user to retry later
 562                  */
 563                 down_read(&ctx->map_changing_lock);
 564                 err = -EAGAIN;
 565                 if (atomic_read(&ctx->mmap_changing))
 566                         goto out_unlock;
 567         }
 568
 569         while (src_addr < src_start + len) {
 570                 BUG_ON(dst_addr >= dst_start + len);
 571
 572                 /*
 573                  * Serialize via vma_lock and hugetlb_fault_mutex.
 574                  * vma_lock ensures the dst_pte remains valid even
 575                  * in the case of shared pmds.  fault mutex prevents
 576                  * races with other faulting threads.
 577                  */
 578                 idx = linear_page_index(dst_vma, dst_addr);
 579                 mapping = dst_vma->vm_file->f_mapping;
 580                 hash = hugetlb_fault_mutex_hash(mapping, idx);
 581                 mutex_lock(&hugetlb_fault_mutex_table[hash]);
 582                 hugetlb_vma_lock_read(dst_vma);
 583
 584                 err = -ENOMEM;
 585                 dst_pte = huge_pte_alloc(dst_mm, dst_vma, dst_addr, vma_hpagesize);
 586                 if (!dst_pte) {
 587                         hugetlb_vma_unlock_read(dst_vma);
 588                         mutex_unlock(&hugetlb_fault_mutex_table[hash]);
 589                         goto out_unlock;
 590                 }
 591
 592                 if (!uffd_flags_mode_is(flags, MFILL_ATOMIC_CONTINUE) &&
 593                     !huge_pte_none_mostly(huge_ptep_get(dst_pte))) {
 594                         err = -EEXIST;
 595                         hugetlb_vma_unlock_read(dst_vma);
 596                         mutex_unlock(&hugetlb_fault_mutex_table[hash]);
 597                         goto out_unlock;
 598                 }
 599
 600                 err = hugetlb_mfill_atomic_pte(dst_pte, dst_vma, dst_addr,
 601                                                src_addr, flags, &folio);
 602
 603                 hugetlb_vma_unlock_read(dst_vma);
 604                 mutex_unlock(&hugetlb_fault_mutex_table[hash]);
 605
 606                 cond_resched();
 607
 608                 if (unlikely(err == -ENOENT)) {
 609                         up_read(&ctx->map_changing_lock);
 610                         uffd_mfill_unlock(dst_vma);
 611                         BUG_ON(!folio);
 612
 613                         err = copy_folio_from_user(folio,
 614                                                    (const void __user *)src_addr, true);
 615                         if (unlikely(err)) {
 616                                 err = -EFAULT;
 617                                 goto out;
 618                         }
 619
 620                         dst_vma = NULL;
 621                         goto retry;
 622                 } else
 623                         BUG_ON(folio);
 624
 625                 if (!err) {
 626                         dst_addr += vma_hpagesize;
 627                         src_addr += vma_hpagesize;
 628                         copied += vma_hpagesize;
 629
 630                         if (fatal_signal_pending(current))
 631                                 err = -EINTR;
 632                 }
 633                 if (err)
 634                         break;
 635         }
 636
 637 out_unlock:
 638         up_read(&ctx->map_changing_lock);
 639 out_unlock_vma:
 640         uffd_mfill_unlock(dst_vma);
 641 out:
 642         if (folio)
 643                 folio_put(folio);
 644         BUG_ON(copied < 0);
 645         BUG_ON(err > 0);
 646         BUG_ON(!copied && !err);
 647         return copied ? copied : err;
 648 }
 649 #else /* !CONFIG_HUGETLB_PAGE */
 650 /* fail at build time if gcc attempts to use this */
 651 extern ssize_t mfill_atomic_hugetlb(struct userfaultfd_ctx *ctx,
 652                                     struct vm_area_struct *dst_vma,
 653                                     unsigned long dst_start,
 654                                     unsigned long src_start,
 655                                     unsigned long len,
 656                                     uffd_flags_t flags);
 657 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE */
 658
 659 static __always_inline ssize_t mfill_atomic_pte(pmd_t *dst_pmd,
 660                                                 struct vm_area_struct *dst_vma,
 661                                                 unsigned long dst_addr,
 662                                                 unsigned long src_addr,
 663                                                 uffd_flags_t flags,
 664                                                 struct folio **foliop)
 665 {
 666         ssize_t err;
 667
 668         if (uffd_flags_mode_is(flags, MFILL_ATOMIC_CONTINUE)) {
 669                 return mfill_atomic_pte_continue(dst_pmd, dst_vma,
 670                                                  dst_addr, flags);
 671         } else if (uffd_flags_mode_is(flags, MFILL_ATOMIC_POISON)) {
 672                 return mfill_atomic_pte_poison(dst_pmd, dst_vma,
 673                                                dst_addr, flags);
 674         }
 675
 676         /*
 677          * The normal page fault path for a shmem will invoke the
 678          * fault, fill the hole in the file and COW it right away. The
 679          * result generates plain anonymous memory. So when we are
 680          * asked to fill an hole in a MAP_PRIVATE shmem mapping, we'll
 681          * generate anonymous memory directly without actually filling
 682          * the hole. For the MAP_PRIVATE case the robustness check
 683          * only happens in the pagetable (to verify it's still none)
 684          * and not in the radix tree.
 685          */
 686         if (!(dst_vma->vm_flags & VM_SHARED)) {
 687                 if (uffd_flags_mode_is(flags, MFILL_ATOMIC_COPY))
 688                         err = mfill_atomic_pte_copy(dst_pmd, dst_vma,
 689                                                     dst_addr, src_addr,
 690                                                     flags, foliop);
 691                 else
 692                         err = mfill_atomic_pte_zeropage(dst_pmd,
 693                                                  dst_vma, dst_addr);
 694         } else {
 695                 err = shmem_mfill_atomic_pte(dst_pmd, dst_vma,
 696                                              dst_addr, src_addr,
 697                                              flags, foliop);
 698         }
 699
 700         return err;
 701 }
 702
 703 static __always_inline ssize_t mfill_atomic(struct userfaultfd_ctx *ctx,
 704                                             unsigned long dst_start,
 705                                             unsigned long src_start,
 706                                             unsigned long len,
 707                                             uffd_flags_t flags)
 708 {
 709         struct mm_struct *dst_mm = ctx->mm;
 710         struct vm_area_struct *dst_vma;
 711         ssize_t err;
 712         pmd_t *dst_pmd;
 713         unsigned long src_addr, dst_addr;
 714         long copied;
 715         struct folio *folio;
 716
 717         /*
 718          * Sanitize the command parameters:
 719          */
 720         BUG_ON(dst_start & ~PAGE_MASK);
 721         BUG_ON(len & ~PAGE_MASK);
 722
 723         /* Does the address range wrap, or is the span zero-sized? */
 724         BUG_ON(src_start + len <= src_start);
 725         BUG_ON(dst_start + len <= dst_start);
 726
 727         src_addr = src_start;
 728         dst_addr = dst_start;
 729         copied = 0;
 730         folio = NULL;
 731 retry:
 732         /*
 733          * Make sure the vma is not shared, that the dst range is
 734          * both valid and fully within a single existing vma.
 735          */
 736         dst_vma = uffd_mfill_lock(dst_mm, dst_start, len);
 737         if (IS_ERR(dst_vma)) {
 738                 err = PTR_ERR(dst_vma);
 739                 goto out;
 740         }
 741
 742         /*
 743          * If memory mappings are changing because of non-cooperative
 744          * operation (e.g. mremap) running in parallel, bail out and
 745          * request the user to retry later
 746          */
 747         down_read(&ctx->map_changing_lock);
 748         err = -EAGAIN;
 749         if (atomic_read(&ctx->mmap_changing))
 750                 goto out_unlock;
 751
 752         err = -EINVAL;
 753         /*
 754          * shmem_zero_setup is invoked in mmap for MAP_ANONYMOUS|MAP_SHARED but
 755          * it will overwrite vm_ops, so vma_is_anonymous must return false.
 756          */
 757         if (WARN_ON_ONCE(vma_is_anonymous(dst_vma) &&
 758             dst_vma->vm_flags & VM_SHARED))
 759                 goto out_unlock;
 760
 761         /*
 762          * validate 'mode' now that we know the dst_vma: don't allow
 763          * a wrprotect copy if the userfaultfd didn't register as WP.
 764          */
 765         if ((flags & MFILL_ATOMIC_WP) && !(dst_vma->vm_flags & VM_UFFD_WP))
 766                 goto out_unlock;
 767
 768         /*
 769          * If this is a HUGETLB vma, pass off to appropriate routine
 770          */
 771         if (is_vm_hugetlb_page(dst_vma))
 772                 return  mfill_atomic_hugetlb(ctx, dst_vma, dst_start,
 773                                              src_start, len, flags);
 774
 775         if (!vma_is_anonymous(dst_vma) && !vma_is_shmem(dst_vma))
 776                 goto out_unlock;
 777         if (!vma_is_shmem(dst_vma) &&
 778             uffd_flags_mode_is(flags, MFILL_ATOMIC_CONTINUE))
 779                 goto out_unlock;
 780
 781         while (src_addr < src_start + len) {
 782                 pmd_t dst_pmdval;
 783
 784                 BUG_ON(dst_addr >= dst_start + len);
 785
 786                 dst_pmd = mm_alloc_pmd(dst_mm, dst_addr);
 787                 if (unlikely(!dst_pmd)) {
 788                         err = -ENOMEM;
 789                         break;
 790                 }
 791
 792                 dst_pmdval = pmdp_get_lockless(dst_pmd);
 793                 /*
 794                  * If the dst_pmd is mapped as THP don't
 795                  * override it and just be strict.
 796                  */
 797                 if (unlikely(pmd_trans_huge(dst_pmdval))) {
 798                         err = -EEXIST;
 799                         break;
 800                 }
 801                 if (unlikely(pmd_none(dst_pmdval)) &&
 802                     unlikely(__pte_alloc(dst_mm, dst_pmd))) {
 803                         err = -ENOMEM;
 804                         break;
 805                 }
 806                 /* If an huge pmd materialized from under us fail */
 807                 if (unlikely(pmd_trans_huge(*dst_pmd))) {
 808                         err = -EFAULT;
 809                         break;
 810                 }
 811
 812                 BUG_ON(pmd_none(*dst_pmd));
 813                 BUG_ON(pmd_trans_huge(*dst_pmd));
 814
 815                 err = mfill_atomic_pte(dst_pmd, dst_vma, dst_addr,
 816                                        src_addr, flags, &folio);
 817                 cond_resched();
 818
 819                 if (unlikely(err == -ENOENT)) {
 820                         void *kaddr;
 821
 822                         up_read(&ctx->map_changing_lock);
 823                         uffd_mfill_unlock(dst_vma);
 824                         BUG_ON(!folio);
 825
 826                         kaddr = kmap_local_folio(folio, 0);
 827                         err = copy_from_user(kaddr,
 828                                              (const void __user *) src_addr,
 829                                              PAGE_SIZE);
 830                         kunmap_local(kaddr);
 831                         if (unlikely(err)) {
 832                                 err = -EFAULT;
 833                                 goto out;
 834                         }
 835                         flush_dcache_folio(folio);
 836                         goto retry;
 837                 } else
 838                         BUG_ON(folio);
 839
 840                 if (!err) {
 841                         dst_addr += PAGE_SIZE;
 842                         src_addr += PAGE_SIZE;
 843                         copied += PAGE_SIZE;
 844
 845                         if (fatal_signal_pending(current))
 846                                 err = -EINTR;
 847                 }
 848                 if (err)
 849                         break;
 850         }
 851
 852 out_unlock:
 853         up_read(&ctx->map_changing_lock);
 854         uffd_mfill_unlock(dst_vma);
 855 out:
 856         if (folio)
 857                 folio_put(folio);
 858         BUG_ON(copied < 0);
 859         BUG_ON(err > 0);
 860         BUG_ON(!copied && !err);
 861         return copied ? copied : err;
 862 }
 863
 864 ssize_t mfill_atomic_copy(struct userfaultfd_ctx *ctx, unsigned long dst_start,
 865                           unsigned long src_start, unsigned long len,
 866                           uffd_flags_t flags)
 867 {
 868         return mfill_atomic(ctx, dst_start, src_start, len,
 869                             uffd_flags_set_mode(flags, MFILL_ATOMIC_COPY));
 870 }
 871
 872 ssize_t mfill_atomic_zeropage(struct userfaultfd_ctx *ctx,
 873                               unsigned long start,
 874                               unsigned long len)
 875 {
 876         return mfill_atomic(ctx, start, 0, len,
 877                             uffd_flags_set_mode(0, MFILL_ATOMIC_ZEROPAGE));
 878 }
 879
 880 ssize_t mfill_atomic_continue(struct userfaultfd_ctx *ctx, unsigned long start,
 881                               unsigned long len, uffd_flags_t flags)
 882 {
 883
 884         /*
 885          * A caller might reasonably assume that UFFDIO_CONTINUE contains an
 886          * smp_wmb() to ensure that any writes to the about-to-be-mapped page by
 887          * the thread doing the UFFDIO_CONTINUE are guaranteed to be visible to
 888          * subsequent loads from the page through the newly mapped address range.
 889          */
 890         smp_wmb();
 891
 892         return mfill_atomic(ctx, start, 0, len,
 893                             uffd_flags_set_mode(flags, MFILL_ATOMIC_CONTINUE));
 894 }
 895
 896 ssize_t mfill_atomic_poison(struct userfaultfd_ctx *ctx, unsigned long start,
 897                             unsigned long len, uffd_flags_t flags)
 898 {
 899         return mfill_atomic(ctx, start, 0, len,
 900                             uffd_flags_set_mode(flags, MFILL_ATOMIC_POISON));
 901 }
 902
 903 long uffd_wp_range(struct vm_area_struct *dst_vma,
 904                    unsigned long start, unsigned long len, bool enable_wp)
 905 {
 906         unsigned int mm_cp_flags;
 907         struct mmu_gather tlb;
 908         long ret;
 909
 910         VM_WARN_ONCE(start < dst_vma->vm_start || start + len > dst_vma->vm_end,
 911                         "The address range exceeds VMA boundary.\n");
 912         if (enable_wp)
 913                 mm_cp_flags = MM_CP_UFFD_WP;
 914         else
 915                 mm_cp_flags = MM_CP_UFFD_WP_RESOLVE;
 916
 917         /*
 918          * vma->vm_page_prot already reflects that uffd-wp is enabled for this
 919          * VMA (see userfaultfd_set_vm_flags()) and that all PTEs are supposed
 920          * to be write-protected as default whenever protection changes.
 921          * Try upgrading write permissions manually.
 922          */
 923         if (!enable_wp && vma_wants_manual_pte_write_upgrade(dst_vma))
 924                 mm_cp_flags |= MM_CP_TRY_CHANGE_WRITABLE;
 925         tlb_gather_mmu(&tlb, dst_vma->vm_mm);
 926         ret = change_protection(&tlb, dst_vma, start, start + len, mm_cp_flags);
 927         tlb_finish_mmu(&tlb);
 928
 929         return ret;
 930 }
 931
 932 int mwriteprotect_range(struct userfaultfd_ctx *ctx, unsigned long start,
 933                         unsigned long len, bool enable_wp)
 934 {
 935         struct mm_struct *dst_mm = ctx->mm;
 936         unsigned long end = start + len;
 937         unsigned long _start, _end;
 938         struct vm_area_struct *dst_vma;
 939         unsigned long page_mask;
 940         long err;
 941         VMA_ITERATOR(vmi, dst_mm, start);
 942
 943         /*
 944          * Sanitize the command parameters:
 945          */
 946         BUG_ON(start & ~PAGE_MASK);
 947         BUG_ON(len & ~PAGE_MASK);
 948
 949         /* Does the address range wrap, or is the span zero-sized? */
 950         BUG_ON(start + len <= start);
 951
 952         mmap_read_lock(dst_mm);
 953
 954         /*
 955          * If memory mappings are changing because of non-cooperative
 956          * operation (e.g. mremap) running in parallel, bail out and
 957          * request the user to retry later
 958          */
 959         down_read(&ctx->map_changing_lock);
 960         err = -EAGAIN;
 961         if (atomic_read(&ctx->mmap_changing))
 962                 goto out_unlock;
 963
 964         err = -ENOENT;
 965         for_each_vma_range(vmi, dst_vma, end) {
 966
 967                 if (!userfaultfd_wp(dst_vma)) {
 968                         err = -ENOENT;
 969                         break;
 970                 }
 971
 972                 if (is_vm_hugetlb_page(dst_vma)) {
 973                         err = -EINVAL;
 974                         page_mask = vma_kernel_pagesize(dst_vma) - 1;
 975                         if ((start & page_mask) || (len & page_mask))
 976                                 break;
 977                 }
 978
 979                 _start = max(dst_vma->vm_start, start);
 980                 _end = min(dst_vma->vm_end, end);
 981
 982                 err = uffd_wp_range(dst_vma, _start, _end - _start, enable_wp);
 983
 984                 /* Return 0 on success, <0 on failures */
 985                 if (err < 0)
 986                         break;
 987                 err = 0;
 988         }
 989 out_unlock:
 990         up_read(&ctx->map_changing_lock);
 991         mmap_read_unlock(dst_mm);
 992         return err;
 993 }
 994
 995
 996 void double_pt_lock(spinlock_t *ptl1,
 997                     spinlock_t *ptl2)
 998         __acquires(ptl1)
 999         __acquires(ptl2)
1000 {
1001         spinlock_t *ptl_tmp;
1002
1003         if (ptl1 > ptl2) {
1004                 /* exchange ptl1 and ptl2 */
1005                 ptl_tmp = ptl1;
1006                 ptl1 = ptl2;
1007                 ptl2 = ptl_tmp;
1008         }
1009         /* lock in virtual address order to avoid lock inversion */
1010         spin_lock(ptl1);
1011         if (ptl1 != ptl2)
1012                 spin_lock_nested(ptl2, SINGLE_DEPTH_NESTING);
1013         else
1014                 __acquire(ptl2);
1015 }
1016
1017 void double_pt_unlock(spinlock_t *ptl1,
1018                       spinlock_t *ptl2)
1019         __releases(ptl1)
1020         __releases(ptl2)
1021 {
1022         spin_unlock(ptl1);
1023         if (ptl1 != ptl2)
1024                 spin_unlock(ptl2);
1025         else
1026                 __release(ptl2);
1027 }
1028
1029
1030 static int move_present_pte(struct mm_struct *mm,
1031                             struct vm_area_struct *dst_vma,
1032                             struct vm_area_struct *src_vma,
1033                             unsigned long dst_addr, unsigned long src_addr,
1034                             pte_t *dst_pte, pte_t *src_pte,
1035                             pte_t orig_dst_pte, pte_t orig_src_pte,
1036                             spinlock_t *dst_ptl, spinlock_t *src_ptl,
1037                             struct folio *src_folio)
1038 {
1039         int err = 0;
1040
1041         double_pt_lock(dst_ptl, src_ptl);
1042
1043         if (!pte_same(ptep_get(src_pte), orig_src_pte) ||
1044             !pte_same(ptep_get(dst_pte), orig_dst_pte)) {
1045                 err = -EAGAIN;
1046                 goto out;
1047         }
1048         if (folio_test_large(src_folio) ||
1049             folio_maybe_dma_pinned(src_folio) ||
1050             !PageAnonExclusive(&src_folio->page)) {
1051                 err = -EBUSY;
1052                 goto out;
1053         }
1054
1055         orig_src_pte = ptep_clear_flush(src_vma, src_addr, src_pte);
1056         /* Folio got pinned from under us. Put it back and fail the move. */
1057         if (folio_maybe_dma_pinned(src_folio)) {
1058                 set_pte_at(mm, src_addr, src_pte, orig_src_pte);
1059                 err = -EBUSY;
1060                 goto out;
1061         }
1062
1063         folio_move_anon_rmap(src_folio, dst_vma);
1064         WRITE_ONCE(src_folio->index, linear_page_index(dst_vma, dst_addr));
1065
1066         orig_dst_pte = mk_pte(&src_folio->page, dst_vma->vm_page_prot);
1067         /* Follow mremap() behavior and treat the entry dirty after the move */
1068         orig_dst_pte = pte_mkwrite(pte_mkdirty(orig_dst_pte), dst_vma);
1069
1070         set_pte_at(mm, dst_addr, dst_pte, orig_dst_pte);
1071 out:
1072         double_pt_unlock(dst_ptl, src_ptl);
1073         return err;
1074 }
1075
1076 static int move_swap_pte(struct mm_struct *mm,
1077                          unsigned long dst_addr, unsigned long src_addr,
1078                          pte_t *dst_pte, pte_t *src_pte,
1079                          pte_t orig_dst_pte, pte_t orig_src_pte,
1080                          spinlock_t *dst_ptl, spinlock_t *src_ptl)
1081 {
1082         if (!pte_swp_exclusive(orig_src_pte))
1083                 return -EBUSY;
1084
1085         double_pt_lock(dst_ptl, src_ptl);
1086
1087         if (!pte_same(ptep_get(src_pte), orig_src_pte) ||
1088             !pte_same(ptep_get(dst_pte), orig_dst_pte)) {
1089                 double_pt_unlock(dst_ptl, src_ptl);
1090                 return -EAGAIN;
1091         }
1092
1093         orig_src_pte = ptep_get_and_clear(mm, src_addr, src_pte);
1094         set_pte_at(mm, dst_addr, dst_pte, orig_src_pte);
1095         double_pt_unlock(dst_ptl, src_ptl);
1096
1097         return 0;
1098 }
1099
1100 static int move_zeropage_pte(struct mm_struct *mm,
1101                              struct vm_area_struct *dst_vma,
1102                              struct vm_area_struct *src_vma,
1103                              unsigned long dst_addr, unsigned long src_addr,
1104                              pte_t *dst_pte, pte_t *src_pte,
1105                              pte_t orig_dst_pte, pte_t orig_src_pte,
1106                              spinlock_t *dst_ptl, spinlock_t *src_ptl)
1107 {
1108         pte_t zero_pte;
1109
1110         double_pt_lock(dst_ptl, src_ptl);
1111         if (!pte_same(ptep_get(src_pte), orig_src_pte) ||
1112             !pte_same(ptep_get(dst_pte), orig_dst_pte)) {
1113                 double_pt_unlock(dst_ptl, src_ptl);
1114                 return -EAGAIN;
1115         }
1116
1117         zero_pte = pte_mkspecial(pfn_pte(my_zero_pfn(dst_addr),
1118                                          dst_vma->vm_page_prot));
1119         ptep_clear_flush(src_vma, src_addr, src_pte);
1120         set_pte_at(mm, dst_addr, dst_pte, zero_pte);
1121         double_pt_unlock(dst_ptl, src_ptl);
1122
1123         return 0;
1124 }
1125
1126
1127 /*
1128  * The mmap_lock for reading is held by the caller. Just move the page
1129  * from src_pmd to dst_pmd if possible, and return true if succeeded
1130  * in moving the page.
1131  */
1132 static int move_pages_pte(struct mm_struct *mm, pmd_t *dst_pmd, pmd_t *src_pmd,
1133                           struct vm_area_struct *dst_vma,
1134                           struct vm_area_struct *src_vma,
1135                           unsigned long dst_addr, unsigned long src_addr,
1136                           __u64 mode)
1137 {
1138         swp_entry_t entry;
1139         pte_t orig_src_pte, orig_dst_pte;
1140         pte_t src_folio_pte;
1141         spinlock_t *src_ptl, *dst_ptl;
1142         pte_t *src_pte = NULL;
1143         pte_t *dst_pte = NULL;
1144
1145         struct folio *src_folio = NULL;
1146         struct anon_vma *src_anon_vma = NULL;
1147         struct mmu_notifier_range range;
1148         int err = 0;
1149
1150         flush_cache_range(src_vma, src_addr, src_addr + PAGE_SIZE);
1151         mmu_notifier_range_init(&range, MMU_NOTIFY_CLEAR, 0, mm,
1152                                 src_addr, src_addr + PAGE_SIZE);
1153         mmu_notifier_invalidate_range_start(&range);
1154 retry:
1155         dst_pte = pte_offset_map_nolock(mm, dst_pmd, dst_addr, &dst_ptl);
1156
1157         /* Retry if a huge pmd materialized from under us */
1158         if (unlikely(!dst_pte)) {
1159                 err = -EAGAIN;
1160                 goto out;
1161         }
1162
1163         src_pte = pte_offset_map_nolock(mm, src_pmd, src_addr, &src_ptl);
1164
1165         /*
1166          * We held the mmap_lock for reading so MADV_DONTNEED
1167          * can zap transparent huge pages under us, or the
1168          * transparent huge page fault can establish new
1169          * transparent huge pages under us.
1170          */
1171         if (unlikely(!src_pte)) {
1172                 err = -EAGAIN;
1173                 goto out;
1174         }
1175
1176         /* Sanity checks before the operation */
1177         if (WARN_ON_ONCE(pmd_none(*dst_pmd)) || WARN_ON_ONCE(pmd_none(*src_pmd)) ||
1178             WARN_ON_ONCE(pmd_trans_huge(*dst_pmd)) || WARN_ON_ONCE(pmd_trans_huge(*src_pmd))) {
1179                 err = -EINVAL;
1180                 goto out;
1181         }
1182
1183         spin_lock(dst_ptl);
1184         orig_dst_pte = ptep_get(dst_pte);
1185         spin_unlock(dst_ptl);
1186         if (!pte_none(orig_dst_pte)) {
1187                 err = -EEXIST;
1188                 goto out;
1189         }
1190
1191         spin_lock(src_ptl);
1192         orig_src_pte = ptep_get(src_pte);
1193         spin_unlock(src_ptl);
1194         if (pte_none(orig_src_pte)) {
1195                 if (!(mode & UFFDIO_MOVE_MODE_ALLOW_SRC_HOLES))
1196                         err = -ENOENT;
1197                 else /* nothing to do to move a hole */
1198                         err = 0;
1199                 goto out;
1200         }
1201
1202         /* If PTE changed after we locked the folio them start over */
1203         if (src_folio && unlikely(!pte_same(src_folio_pte, orig_src_pte))) {
1204                 err = -EAGAIN;
1205                 goto out;
1206         }
1207
1208         if (pte_present(orig_src_pte)) {
1209                 if (is_zero_pfn(pte_pfn(orig_src_pte))) {
1210                         err = move_zeropage_pte(mm, dst_vma, src_vma,
1211                                                dst_addr, src_addr, dst_pte, src_pte,
1212                                                orig_dst_pte, orig_src_pte,
1213                                                dst_ptl, src_ptl);
1214                         goto out;
1215                 }
1216
1217                 /*
1218                  * Pin and lock both source folio and anon_vma. Since we are in
1219                  * RCU read section, we can't block, so on contention have to
1220                  * unmap the ptes, obtain the lock and retry.
1221                  */
1222                 if (!src_folio) {
1223                         struct folio *folio;
1224
1225                         /*
1226                          * Pin the page while holding the lock to be sure the
1227                          * page isn't freed under us
1228                          */
1229                         spin_lock(src_ptl);
1230                         if (!pte_same(orig_src_pte, ptep_get(src_pte))) {
1231                                 spin_unlock(src_ptl);
1232                                 err = -EAGAIN;
1233                                 goto out;
1234                         }
1235
1236                         folio = vm_normal_folio(src_vma, src_addr, orig_src_pte);
1237                         if (!folio || !PageAnonExclusive(&folio->page)) {
1238                                 spin_unlock(src_ptl);
1239                                 err = -EBUSY;
1240                                 goto out;
1241                         }
1242
1243                         folio_get(folio);
1244                         src_folio = folio;
1245                         src_folio_pte = orig_src_pte;
1246                         spin_unlock(src_ptl);
1247
1248                         if (!folio_trylock(src_folio)) {
1249                                 pte_unmap(&orig_src_pte);
1250                                 pte_unmap(&orig_dst_pte);
1251                                 src_pte = dst_pte = NULL;
1252                                 /* now we can block and wait */
1253                                 folio_lock(src_folio);
1254                                 goto retry;
1255                         }
1256
1257                         if (WARN_ON_ONCE(!folio_test_anon(src_folio))) {
1258                                 err = -EBUSY;
1259                                 goto out;
1260                         }
1261                 }
1262
1263                 /* at this point we have src_folio locked */
1264                 if (folio_test_large(src_folio)) {
1265                         /* split_folio() can block */
1266                         pte_unmap(&orig_src_pte);
1267                         pte_unmap(&orig_dst_pte);
1268                         src_pte = dst_pte = NULL;
1269                         err = split_folio(src_folio);
1270                         if (err)
1271                                 goto out;
1272                         /* have to reacquire the folio after it got split */
1273                         folio_unlock(src_folio);
1274                         folio_put(src_folio);
1275                         src_folio = NULL;
1276                         goto retry;
1277                 }
1278
1279                 if (!src_anon_vma) {
1280                         /*
1281                          * folio_referenced walks the anon_vma chain
1282                          * without the folio lock. Serialize against it with
1283                          * the anon_vma lock, the folio lock is not enough.
1284                          */
1285                         src_anon_vma = folio_get_anon_vma(src_folio);
1286                         if (!src_anon_vma) {
1287                                 /* page was unmapped from under us */
1288                                 err = -EAGAIN;
1289                                 goto out;
1290                         }
1291                         if (!anon_vma_trylock_write(src_anon_vma)) {
1292                                 pte_unmap(&orig_src_pte);
1293                                 pte_unmap(&orig_dst_pte);
1294                                 src_pte = dst_pte = NULL;
1295                                 /* now we can block and wait */
1296                                 anon_vma_lock_write(src_anon_vma);
1297                                 goto retry;
1298                         }
1299                 }
1300
1301                 err = move_present_pte(mm,  dst_vma, src_vma,
1302                                        dst_addr, src_addr, dst_pte, src_pte,
1303                                        orig_dst_pte, orig_src_pte,
1304                                        dst_ptl, src_ptl, src_folio);
1305         } else {
1306                 entry = pte_to_swp_entry(orig_src_pte);
1307                 if (non_swap_entry(entry)) {
1308                         if (is_migration_entry(entry)) {
1309                                 pte_unmap(&orig_src_pte);
1310                                 pte_unmap(&orig_dst_pte);
1311                                 src_pte = dst_pte = NULL;
1312                                 migration_entry_wait(mm, src_pmd, src_addr);
1313                                 err = -EAGAIN;
1314                         } else
1315                                 err = -EFAULT;
1316                         goto out;
1317                 }
1318
1319                 err = move_swap_pte(mm, dst_addr, src_addr,
1320                                     dst_pte, src_pte,
1321                                     orig_dst_pte, orig_src_pte,
1322                                     dst_ptl, src_ptl);
1323         }
1324
1325 out:
1326         if (src_anon_vma) {
1327                 anon_vma_unlock_write(src_anon_vma);
1328                 put_anon_vma(src_anon_vma);
1329         }
1330         if (src_folio) {
1331                 folio_unlock(src_folio);
1332                 folio_put(src_folio);
1333         }
1334         if (dst_pte)
1335                 pte_unmap(dst_pte);
1336         if (src_pte)
1337                 pte_unmap(src_pte);
1338         mmu_notifier_invalidate_range_end(&range);
1339
1340         return err;
1341 }
1342
1343 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1344 static inline bool move_splits_huge_pmd(unsigned long dst_addr,
1345                                         unsigned long src_addr,
1346                                         unsigned long src_end)
1347 {
1348         return (src_addr & ~HPAGE_PMD_MASK) || (dst_addr & ~HPAGE_PMD_MASK) ||
1349                 src_end - src_addr < HPAGE_PMD_SIZE;
1350 }
1351 #else
1352 static inline bool move_splits_huge_pmd(unsigned long dst_addr,
1353                                         unsigned long src_addr,
1354                                         unsigned long src_end)
1355 {
1356         /* This is unreachable anyway, just to avoid warnings when HPAGE_PMD_SIZE==0 */
1357         return false;
1358 }
1359 #endif
1360
1361 static inline bool vma_move_compatible(struct vm_area_struct *vma)
1362 {
1363         return !(vma->vm_flags & (VM_PFNMAP | VM_IO |  VM_HUGETLB |
1364                                   VM_MIXEDMAP | VM_SHADOW_STACK));
1365 }
1366
1367 static int validate_move_areas(struct userfaultfd_ctx *ctx,
1368                                struct vm_area_struct *src_vma,
1369                                struct vm_area_struct *dst_vma)
1370 {
1371         /* Only allow moving if both have the same access and protection */
1372         if ((src_vma->vm_flags & VM_ACCESS_FLAGS) != (dst_vma->vm_flags & VM_ACCESS_FLAGS) ||
1373             pgprot_val(src_vma->vm_page_prot) != pgprot_val(dst_vma->vm_page_prot))
1374                 return -EINVAL;
1375
1376         /* Only allow moving if both are mlocked or both aren't */
1377         if ((src_vma->vm_flags & VM_LOCKED) != (dst_vma->vm_flags & VM_LOCKED))
1378                 return -EINVAL;
1379
1380         /*
1381          * For now, we keep it simple and only move between writable VMAs.
1382          * Access flags are equal, therefore cheching only the source is enough.
1383          */
1384         if (!(src_vma->vm_flags & VM_WRITE))
1385                 return -EINVAL;
1386
1387         /* Check if vma flags indicate content which can be moved */
1388         if (!vma_move_compatible(src_vma) || !vma_move_compatible(dst_vma))
1389                 return -EINVAL;
1390
1391         /* Ensure dst_vma is registered in uffd we are operating on */
1392         if (!dst_vma->vm_userfaultfd_ctx.ctx ||
1393             dst_vma->vm_userfaultfd_ctx.ctx != ctx)
1394                 return -EINVAL;
1395
1396         /* Only allow moving across anonymous vmas */
1397         if (!vma_is_anonymous(src_vma) || !vma_is_anonymous(dst_vma))
1398                 return -EINVAL;
1399
1400         return 0;
1401 }
1402
1403 static __always_inline
1404 int find_vmas_mm_locked(struct mm_struct *mm,
1405                         unsigned long dst_start,
1406                         unsigned long src_start,
1407                         struct vm_area_struct **dst_vmap,
1408                         struct vm_area_struct **src_vmap)
1409 {
1410         struct vm_area_struct *vma;
1411
1412         mmap_assert_locked(mm);
1413         vma = find_vma_and_prepare_anon(mm, dst_start);
1414         if (IS_ERR(vma))
1415                 return PTR_ERR(vma);
1416
1417         *dst_vmap = vma;
1418         /* Skip finding src_vma if src_start is in dst_vma */
1419         if (src_start >= vma->vm_start && src_start < vma->vm_end)
1420                 goto out_success;
1421
1422         vma = vma_lookup(mm, src_start);
1423         if (!vma)
1424                 return -ENOENT;
1425 out_success:
1426         *src_vmap = vma;
1427         return 0;
1428 }
1429
1430 #ifdef CONFIG_PER_VMA_LOCK
1431 static int uffd_move_lock(struct mm_struct *mm,
1432                           unsigned long dst_start,
1433                           unsigned long src_start,
1434                           struct vm_area_struct **dst_vmap,
1435                           struct vm_area_struct **src_vmap)
1436 {
1437         struct vm_area_struct *vma;
1438         int err;
1439
1440         vma = lock_vma(mm, dst_start);
1441         if (IS_ERR(vma))
1442                 return PTR_ERR(vma);
1443
1444         *dst_vmap = vma;
1445         /*
1446          * Skip finding src_vma if src_start is in dst_vma. This also ensures
1447          * that we don't lock the same vma twice.
1448          */
1449         if (src_start >= vma->vm_start && src_start < vma->vm_end) {
1450                 *src_vmap = vma;
1451                 return 0;
1452         }
1453
1454         /*
1455          * Using lock_vma() to get src_vma can lead to following deadlock:
1456          *
1457          * Thread1                              Thread2
1458          * -------                              -------
1459          * vma_start_read(dst_vma)
1460          *                                      mmap_write_lock(mm)
1461          *                                      vma_start_write(src_vma)
1462          * vma_start_read(src_vma)
1463          * mmap_read_lock(mm)
1464          *                                      vma_start_write(dst_vma)
1465          */
1466         *src_vmap = lock_vma_under_rcu(mm, src_start);
1467         if (likely(*src_vmap))
1468                 return 0;
1469
1470         /* Undo any locking and retry in mmap_lock critical section */
1471         vma_end_read(*dst_vmap);
1472
1473         mmap_read_lock(mm);
1474         err = find_vmas_mm_locked(mm, dst_start, src_start, dst_vmap, src_vmap);
1475         if (!err) {
1476                 /*
1477                  * See comment in lock_vma() as to why not using
1478                  * vma_start_read() here.
1479                  */
1480                 down_read(&(*dst_vmap)->vm_lock->lock);
1481                 if (*dst_vmap != *src_vmap)
1482                         down_read_nested(&(*src_vmap)->vm_lock->lock,
1483                                          SINGLE_DEPTH_NESTING);
1484         }
1485         mmap_read_unlock(mm);
1486         return err;
1487 }
1488
1489 static void uffd_move_unlock(struct vm_area_struct *dst_vma,
1490                              struct vm_area_struct *src_vma)
1491 {
1492         vma_end_read(src_vma);
1493         if (src_vma != dst_vma)
1494                 vma_end_read(dst_vma);
1495 }
1496
1497 #else
1498
1499 static int uffd_move_lock(struct mm_struct *mm,
1500                           unsigned long dst_start,
1501                           unsigned long src_start,
1502                           struct vm_area_struct **dst_vmap,
1503                           struct vm_area_struct **src_vmap)
1504 {
1505         int err;
1506
1507         mmap_read_lock(mm);
1508         err = find_vmas_mm_locked(mm, dst_start, src_start, dst_vmap, src_vmap);
1509         if (err)
1510                 mmap_read_unlock(mm);
1511         return err;
1512 }
1513
1514 static void uffd_move_unlock(struct vm_area_struct *dst_vma,
1515                              struct vm_area_struct *src_vma)
1516 {
1517         mmap_assert_locked(src_vma->vm_mm);
1518         mmap_read_unlock(dst_vma->vm_mm);
1519 }
1520 #endif
1521
1522 /**
1523  * move_pages - move arbitrary anonymous pages of an existing vma
1524  * @ctx: pointer to the userfaultfd context
1525  * @dst_start: start of the destination virtual memory range
1526  * @src_start: start of the source virtual memory range
1527  * @len: length of the virtual memory range
1528  * @mode: flags from uffdio_move.mode
1529  *
1530  * It will either use the mmap_lock in read mode or per-vma locks
1531  *
1532  * move_pages() remaps arbitrary anonymous pages atomically in zero
1533  * copy. It only works on non shared anonymous pages because those can
1534  * be relocated without generating non linear anon_vmas in the rmap
1535  * code.
1536  *
1537  * It provides a zero copy mechanism to handle userspace page faults.
1538  * The source vma pages should have mapcount == 1, which can be
1539  * enforced by using madvise(MADV_DONTFORK) on src vma.
1540  *
1541  * The thread receiving the page during the userland page fault
1542  * will receive the faulting page in the source vma through the network,
1543  * storage or any other I/O device (MADV_DONTFORK in the source vma
1544  * avoids move_pages() to fail with -EBUSY if the process forks before
1545  * move_pages() is called), then it will call move_pages() to map the
1546  * page in the faulting address in the destination vma.
1547  *
1548  * This userfaultfd command works purely via pagetables, so it's the
1549  * most efficient way to move physical non shared anonymous pages
1550  * across different virtual addresses. Unlike mremap()/mmap()/munmap()
1551  * it does not create any new vmas. The mapping in the destination
1552  * address is atomic.
1553  *
1554  * It only works if the vma protection bits are identical from the
1555  * source and destination vma.
1556  *
1557  * It can remap non shared anonymous pages within the same vma too.
1558  *
1559  * If the source virtual memory range has any unmapped holes, or if
1560  * the destination virtual memory range is not a whole unmapped hole,
1561  * move_pages() will fail respectively with -ENOENT or -EEXIST. This
1562  * provides a very strict behavior to avoid any chance of memory
1563  * corruption going unnoticed if there are userland race conditions.
1564  * Only one thread should resolve the userland page fault at any given
1565  * time for any given faulting address. This means that if two threads
1566  * try to both call move_pages() on the same destination address at the
1567  * same time, the second thread will get an explicit error from this
1568  * command.
1569  *
1570  * The command retval will return "len" is successful. The command
1571  * however can be interrupted by fatal signals or errors. If
1572  * interrupted it will return the number of bytes successfully
1573  * remapped before the interruption if any, or the negative error if
1574  * none. It will never return zero. Either it will return an error or
1575  * an amount of bytes successfully moved. If the retval reports a
1576  * "short" remap, the move_pages() command should be repeated by
1577  * userland with src+retval, dst+reval, len-retval if it wants to know
1578  * about the error that interrupted it.
1579  *
1580  * The UFFDIO_MOVE_MODE_ALLOW_SRC_HOLES flag can be specified to
1581  * prevent -ENOENT errors to materialize if there are holes in the
1582  * source virtual range that is being remapped. The holes will be
1583  * accounted as successfully remapped in the retval of the
1584  * command. This is mostly useful to remap hugepage naturally aligned
1585  * virtual regions without knowing if there are transparent hugepage
1586  * in the regions or not, but preventing the risk of having to split
1587  * the hugepmd during the remap.
1588  *
1589  * If there's any rmap walk that is taking the anon_vma locks without
1590  * first obtaining the folio lock (the only current instance is
1591  * folio_referenced), they will have to verify if the folio->mapping
1592  * has changed after taking the anon_vma lock. If it changed they
1593  * should release the lock and retry obtaining a new anon_vma, because
1594  * it means the anon_vma was changed by move_pages() before the lock
1595  * could be obtained. This is the only additional complexity added to
1596  * the rmap code to provide this anonymous page remapping functionality.
1597  */
1598 ssize_t move_pages(struct userfaultfd_ctx *ctx, unsigned long dst_start,
1599                    unsigned long src_start, unsigned long len, __u64 mode)
1600 {
1601         struct mm_struct *mm = ctx->mm;
1602         struct vm_area_struct *src_vma, *dst_vma;
1603         unsigned long src_addr, dst_addr;
1604         pmd_t *src_pmd, *dst_pmd;
1605         long err = -EINVAL;
1606         ssize_t moved = 0;
1607
1608         /* Sanitize the command parameters. */
1609         if (WARN_ON_ONCE(src_start & ~PAGE_MASK) ||
1610             WARN_ON_ONCE(dst_start & ~PAGE_MASK) ||
1611             WARN_ON_ONCE(len & ~PAGE_MASK))
1612                 goto out;
1613
1614         /* Does the address range wrap, or is the span zero-sized? */
1615         if (WARN_ON_ONCE(src_start + len <= src_start) ||
1616             WARN_ON_ONCE(dst_start + len <= dst_start))
1617                 goto out;
1618
1619         err = uffd_move_lock(mm, dst_start, src_start, &dst_vma, &src_vma);
1620         if (err)
1621                 goto out;
1622
1623         /* Re-check after taking map_changing_lock */
1624         err = -EAGAIN;
1625         down_read(&ctx->map_changing_lock);
1626         if (likely(atomic_read(&ctx->mmap_changing)))
1627                 goto out_unlock;
1628         /*
1629          * Make sure the vma is not shared, that the src and dst remap
1630          * ranges are both valid and fully within a single existing
1631          * vma.
1632          */
1633         err = -EINVAL;
1634         if (src_vma->vm_flags & VM_SHARED)
1635                 goto out_unlock;
1636         if (src_start + len > src_vma->vm_end)
1637                 goto out_unlock;
1638
1639         if (dst_vma->vm_flags & VM_SHARED)
1640                 goto out_unlock;
1641         if (dst_start + len > dst_vma->vm_end)
1642                 goto out_unlock;
1643
1644         err = validate_move_areas(ctx, src_vma, dst_vma);
1645         if (err)
1646                 goto out_unlock;
1647
1648         for (src_addr = src_start, dst_addr = dst_start;
1649              src_addr < src_start + len;) {
1650                 spinlock_t *ptl;
1651                 pmd_t dst_pmdval;
1652                 unsigned long step_size;
1653
1654                 /*
1655                  * Below works because anonymous area would not have a
1656                  * transparent huge PUD. If file-backed support is added,
1657                  * that case would need to be handled here.
1658                  */
1659                 src_pmd = mm_find_pmd(mm, src_addr);
1660                 if (unlikely(!src_pmd)) {
1661                         if (!(mode & UFFDIO_MOVE_MODE_ALLOW_SRC_HOLES)) {
1662                                 err = -ENOENT;
1663                                 break;
1664                         }
1665                         src_pmd = mm_alloc_pmd(mm, src_addr);
1666                         if (unlikely(!src_pmd)) {
1667                                 err = -ENOMEM;
1668                                 break;
1669                         }
1670                 }
1671                 dst_pmd = mm_alloc_pmd(mm, dst_addr);
1672                 if (unlikely(!dst_pmd)) {
1673                         err = -ENOMEM;
1674                         break;
1675                 }
1676
1677                 dst_pmdval = pmdp_get_lockless(dst_pmd);
1678                 /*
1679                  * If the dst_pmd is mapped as THP don't override it and just
1680                  * be strict. If dst_pmd changes into TPH after this check, the
1681                  * move_pages_huge_pmd() will detect the change and retry
1682                  * while move_pages_pte() will detect the change and fail.
1683                  */
1684                 if (unlikely(pmd_trans_huge(dst_pmdval))) {
1685                         err = -EEXIST;
1686                         break;
1687                 }
1688
1689                 ptl = pmd_trans_huge_lock(src_pmd, src_vma);
1690                 if (ptl) {
1691                         if (pmd_devmap(*src_pmd)) {
1692                                 spin_unlock(ptl);
1693                                 err = -ENOENT;
1694                                 break;
1695                         }
1696
1697                         /* Check if we can move the pmd without splitting it. */
1698                         if (move_splits_huge_pmd(dst_addr, src_addr, src_start + len) ||
1699                             !pmd_none(dst_pmdval)) {
1700                                 struct folio *folio = pfn_folio(pmd_pfn(*src_pmd));
1701
1702                                 if (!folio || (!is_huge_zero_page(&folio->page) &&
1703                                                !PageAnonExclusive(&folio->page))) {
1704                                         spin_unlock(ptl);
1705                                         err = -EBUSY;
1706                                         break;
1707                                 }
1708
1709                                 spin_unlock(ptl);
1710                                 split_huge_pmd(src_vma, src_pmd, src_addr);
1711                                 /* The folio will be split by move_pages_pte() */
1712                                 continue;
1713                         }
1714
1715                         err = move_pages_huge_pmd(mm, dst_pmd, src_pmd,
1716                                                   dst_pmdval, dst_vma, src_vma,
1717                                                   dst_addr, src_addr);
1718                         step_size = HPAGE_PMD_SIZE;
1719                 } else {
1720                         if (pmd_none(*src_pmd)) {
1721                                 if (!(mode & UFFDIO_MOVE_MODE_ALLOW_SRC_HOLES)) {
1722                                         err = -ENOENT;
1723                                         break;
1724                                 }
1725                                 if (unlikely(__pte_alloc(mm, src_pmd))) {
1726                                         err = -ENOMEM;
1727                                         break;
1728                                 }
1729                         }
1730
1731                         if (unlikely(pte_alloc(mm, dst_pmd))) {
1732                                 err = -ENOMEM;
1733                                 break;
1734                         }
1735
1736                         err = move_pages_pte(mm, dst_pmd, src_pmd,
1737                                              dst_vma, src_vma,
1738                                              dst_addr, src_addr, mode);
1739                         step_size = PAGE_SIZE;
1740                 }
1741
1742                 cond_resched();
1743
1744                 if (fatal_signal_pending(current)) {
1745                         /* Do not override an error */
1746                         if (!err || err == -EAGAIN)
1747                                 err = -EINTR;
1748                         break;
1749                 }
1750
1751                 if (err) {
1752                         if (err == -EAGAIN)
1753                                 continue;
1754                         break;
1755                 }
1756
1757                 /* Proceed to the next page */
1758                 dst_addr += step_size;
1759                 src_addr += step_size;
1760                 moved += step_size;
1761         }
1762
1763 out_unlock:
1764         up_read(&ctx->map_changing_lock);
1765         uffd_move_unlock(dst_vma, src_vma);
1766 out:
1767         VM_WARN_ON(moved < 0);
1768         VM_WARN_ON(err > 0);
1769         VM_WARN_ON(!moved && !err);
1770         return moved ? moved : err;
1771 }