include/linux/pagemap.h

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
   2 #ifndef _LINUX_PAGEMAP_H
   3 #define _LINUX_PAGEMAP_H
   4
   5 /*
   6  * Copyright 1995 Linus Torvalds
   7  */
   8 #include <linux/mm.h>
   9 #include <linux/fs.h>
  10 #include <linux/list.h>
  11 #include <linux/highmem.h>
  12 #include <linux/compiler.h>
  13 #include <linux/uaccess.h>
  14 #include <linux/gfp.h>
  15 #include <linux/bitops.h>
  16 #include <linux/hardirq.h> /* for in_interrupt() */
  17 #include <linux/hugetlb_inline.h>
  18
  19 struct pagevec;
  20
  21 /*
  22  * Bits in mapping->flags.
  23  */
  24 enum mapping_flags {
  25         AS_EIO          = 0,    /* IO error on async write */
  26         AS_ENOSPC       = 1,    /* ENOSPC on async write */
  27         AS_MM_ALL_LOCKS = 2,    /* under mm_take_all_locks() */
  28         AS_UNEVICTABLE  = 3,    /* e.g., ramdisk, SHM_LOCK */
  29         AS_EXITING      = 4,    /* final truncate in progress */
  30         /* writeback related tags are not used */
  31         AS_NO_WRITEBACK_TAGS = 5,
  32 };
  33
  34 /**
  35  * mapping_set_error - record a writeback error in the address_space
  36  * @mapping - the mapping in which an error should be set
  37  * @error - the error to set in the mapping
  38  *
  39  * When writeback fails in some way, we must record that error so that
  40  * userspace can be informed when fsync and the like are called.  We endeavor
  41  * to report errors on any file that was open at the time of the error.  Some
  42  * internal callers also need to know when writeback errors have occurred.
  43  *
  44  * When a writeback error occurs, most filesystems will want to call
  45  * mapping_set_error to record the error in the mapping so that it can be
  46  * reported when the application calls fsync(2).
  47  */
  48 static inline void mapping_set_error(struct address_space *mapping, int error)
  49 {
  50         if (likely(!error))
  51                 return;
  52
  53         /* Record in wb_err for checkers using errseq_t based tracking */
  54         filemap_set_wb_err(mapping, error);
  55
  56         /* Record it in flags for now, for legacy callers */
  57         if (error == -ENOSPC)
  58                 set_bit(AS_ENOSPC, &mapping->flags);
  59         else
  60                 set_bit(AS_EIO, &mapping->flags);
  61 }
  62
  63 static inline void mapping_set_unevictable(struct address_space *mapping)
  64 {
  65         set_bit(AS_UNEVICTABLE, &mapping->flags);
  66 }
  67
  68 static inline void mapping_clear_unevictable(struct address_space *mapping)
  69 {
  70         clear_bit(AS_UNEVICTABLE, &mapping->flags);
  71 }
  72
  73 static inline int mapping_unevictable(struct address_space *mapping)
  74 {
  75         if (mapping)
  76                 return test_bit(AS_UNEVICTABLE, &mapping->flags);
  77         return !!mapping;
  78 }
  79
  80 static inline void mapping_set_exiting(struct address_space *mapping)
  81 {
  82         set_bit(AS_EXITING, &mapping->flags);
  83 }
  84
  85 static inline int mapping_exiting(struct address_space *mapping)
  86 {
  87         return test_bit(AS_EXITING, &mapping->flags);
  88 }
  89
  90 static inline void mapping_set_no_writeback_tags(struct address_space *mapping)
  91 {
  92         set_bit(AS_NO_WRITEBACK_TAGS, &mapping->flags);
  93 }
  94
  95 static inline int mapping_use_writeback_tags(struct address_space *mapping)
  96 {
  97         return !test_bit(AS_NO_WRITEBACK_TAGS, &mapping->flags);
  98 }
  99
 100 static inline gfp_t mapping_gfp_mask(struct address_space * mapping)
 101 {
 102         return mapping->gfp_mask;
 103 }
 104
 105 /* Restricts the given gfp_mask to what the mapping allows. */
 106 static inline gfp_t mapping_gfp_constraint(struct address_space *mapping,
 107                 gfp_t gfp_mask)
 108 {
 109         return mapping_gfp_mask(mapping) & gfp_mask;
 110 }
 111
 112 /*
 113  * This is non-atomic.  Only to be used before the mapping is activated.
 114  * Probably needs a barrier...
 115  */
 116 static inline void mapping_set_gfp_mask(struct address_space *m, gfp_t mask)
 117 {
 118         m->gfp_mask = mask;
 119 }
 120
 121 void release_pages(struct page **pages, int nr);
 122
 123 /*
 124  * speculatively take a reference to a page.
 125  * If the page is free (_refcount == 0), then _refcount is untouched, and 0
 126  * is returned. Otherwise, _refcount is incremented by 1 and 1 is returned.
 127  *
 128  * This function must be called inside the same rcu_read_lock() section as has
 129  * been used to lookup the page in the pagecache radix-tree (or page table):
 130  * this allows allocators to use a synchronize_rcu() to stabilize _refcount.
 131  *
 132  * Unless an RCU grace period has passed, the count of all pages coming out
 133  * of the allocator must be considered unstable. page_count may return higher
 134  * than expected, and put_page must be able to do the right thing when the
 135  * page has been finished with, no matter what it is subsequently allocated
 136  * for (because put_page is what is used here to drop an invalid speculative
 137  * reference).
 138  *
 139  * This is the interesting part of the lockless pagecache (and lockless
 140  * get_user_pages) locking protocol, where the lookup-side (eg. find_get_page)
 141  * has the following pattern:
 142  * 1. find page in radix tree
 143  * 2. conditionally increment refcount
 144  * 3. check the page is still in pagecache (if no, goto 1)
 145  *
 146  * Remove-side that cares about stability of _refcount (eg. reclaim) has the
 147  * following (with tree_lock held for write):
 148  * A. atomically check refcount is correct and set it to 0 (atomic_cmpxchg)
 149  * B. remove page from pagecache
 150  * C. free the page
 151  *
 152  * There are 2 critical interleavings that matter:
 153  * - 2 runs before A: in this case, A sees elevated refcount and bails out
 154  * - A runs before 2: in this case, 2 sees zero refcount and retries;
 155  *   subsequently, B will complete and 1 will find no page, causing the
 156  *   lookup to return NULL.
 157  *
 158  * It is possible that between 1 and 2, the page is removed then the exact same
 159  * page is inserted into the same position in pagecache. That's OK: the
 160  * old find_get_page using tree_lock could equally have run before or after
 161  * such a re-insertion, depending on order that locks are granted.
 162  *
 163  * Lookups racing against pagecache insertion isn't a big problem: either 1
 164  * will find the page or it will not. Likewise, the old find_get_page could run
 165  * either before the insertion or afterwards, depending on timing.
 166  */
 167 static inline int page_cache_get_speculative(struct page *page)
 168 {
 169 #ifdef CONFIG_TINY_RCU
 170 # ifdef CONFIG_PREEMPT_COUNT
 171         VM_BUG_ON(!in_atomic() && !irqs_disabled());
 172 # endif
 173         /*
 174          * Preempt must be disabled here - we rely on rcu_read_lock doing
 175          * this for us.
 176          *
 177          * Pagecache won't be truncated from interrupt context, so if we have
 178          * found a page in the radix tree here, we have pinned its refcount by
 179          * disabling preempt, and hence no need for the "speculative get" that
 180          * SMP requires.
 181          */
 182         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(page) == 0, page);
 183         page_ref_inc(page);
 184
 185 #else
 186         if (unlikely(!get_page_unless_zero(page))) {
 187                 /*
 188                  * Either the page has been freed, or will be freed.
 189                  * In either case, retry here and the caller should
 190                  * do the right thing (see comments above).
 191                  */
 192                 return 0;
 193         }
 194 #endif
 195         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
 196
 197         return 1;
 198 }
 199
 200 /*
 201  * Same as above, but add instead of inc (could just be merged)
 202  */
 203 static inline int page_cache_add_speculative(struct page *page, int count)
 204 {
 205         VM_BUG_ON(in_interrupt());
 206
 207 #if !defined(CONFIG_SMP) && defined(CONFIG_TREE_RCU)
 208 # ifdef CONFIG_PREEMPT_COUNT
 209         VM_BUG_ON(!in_atomic() && !irqs_disabled());
 210 # endif
 211         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(page) == 0, page);
 212         page_ref_add(page, count);
 213
 214 #else
 215         if (unlikely(!page_ref_add_unless(page, count, 0)))
 216                 return 0;
 217 #endif
 218         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page) && page != compound_head(page), page);
 219
 220         return 1;
 221 }
 222
 223 #ifdef CONFIG_NUMA
 224 extern struct page *__page_cache_alloc(gfp_t gfp);
 225 #else
 226 static inline struct page *__page_cache_alloc(gfp_t gfp)
 227 {
 228         return alloc_pages(gfp, 0);
 229 }
 230 #endif
 231
 232 static inline struct page *page_cache_alloc(struct address_space *x)
 233 {
 234         return __page_cache_alloc(mapping_gfp_mask(x));
 235 }
 236
 237 static inline gfp_t readahead_gfp_mask(struct address_space *x)
 238 {
 239         return mapping_gfp_mask(x) | __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN;
 240 }
 241
 242 typedef int filler_t(void *, struct page *);
 243
 244 pgoff_t page_cache_next_hole(struct address_space *mapping,
 245                              pgoff_t index, unsigned long max_scan);
 246 pgoff_t page_cache_prev_hole(struct address_space *mapping,
 247                              pgoff_t index, unsigned long max_scan);
 248
 249 #define FGP_ACCESSED            0x00000001
 250 #define FGP_LOCK                0x00000002
 251 #define FGP_CREAT               0x00000004
 252 #define FGP_WRITE               0x00000008
 253 #define FGP_NOFS                0x00000010
 254 #define FGP_NOWAIT              0x00000020
 255
 256 struct page *pagecache_get_page(struct address_space *mapping, pgoff_t offset,
 257                 int fgp_flags, gfp_t cache_gfp_mask);
 258
 259 /**
 260  * find_get_page - find and get a page reference
 261  * @mapping: the address_space to search
 262  * @offset: the page index
 263  *
 264  * Looks up the page cache slot at @mapping & @offset.  If there is a
 265  * page cache page, it is returned with an increased refcount.
 266  *
 267  * Otherwise, %NULL is returned.
 268  */
 269 static inline struct page *find_get_page(struct address_space *mapping,
 270                                         pgoff_t offset)
 271 {
 272         return pagecache_get_page(mapping, offset, 0, 0);
 273 }
 274
 275 static inline struct page *find_get_page_flags(struct address_space *mapping,
 276                                         pgoff_t offset, int fgp_flags)
 277 {
 278         return pagecache_get_page(mapping, offset, fgp_flags, 0);
 279 }
 280
 281 /**
 282  * find_lock_page - locate, pin and lock a pagecache page
 283  * @mapping: the address_space to search
 284  * @offset: the page index
 285  *
 286  * Looks up the page cache slot at @mapping & @offset.  If there is a
 287  * page cache page, it is returned locked and with an increased
 288  * refcount.
 289  *
 290  * Otherwise, %NULL is returned.
 291  *
 292  * find_lock_page() may sleep.
 293  */
 294 static inline struct page *find_lock_page(struct address_space *mapping,
 295                                         pgoff_t offset)
 296 {
 297         return pagecache_get_page(mapping, offset, FGP_LOCK, 0);
 298 }
 299
 300 /**
 301  * find_or_create_page - locate or add a pagecache page
 302  * @mapping: the page's address_space
 303  * @index: the page's index into the mapping
 304  * @gfp_mask: page allocation mode
 305  *
 306  * Looks up the page cache slot at @mapping & @offset.  If there is a
 307  * page cache page, it is returned locked and with an increased
 308  * refcount.
 309  *
 310  * If the page is not present, a new page is allocated using @gfp_mask
 311  * and added to the page cache and the VM's LRU list.  The page is
 312  * returned locked and with an increased refcount.
 313  *
 314  * On memory exhaustion, %NULL is returned.
 315  *
 316  * find_or_create_page() may sleep, even if @gfp_flags specifies an
 317  * atomic allocation!
 318  */
 319 static inline struct page *find_or_create_page(struct address_space *mapping,
 320                                         pgoff_t offset, gfp_t gfp_mask)
 321 {
 322         return pagecache_get_page(mapping, offset,
 323                                         FGP_LOCK|FGP_ACCESSED|FGP_CREAT,
 324                                         gfp_mask);
 325 }
 326
 327 /**
 328  * grab_cache_page_nowait - returns locked page at given index in given cache
 329  * @mapping: target address_space
 330  * @index: the page index
 331  *
 332  * Same as grab_cache_page(), but do not wait if the page is unavailable.
 333  * This is intended for speculative data generators, where the data can
 334  * be regenerated if the page couldn't be grabbed.  This routine should
 335  * be safe to call while holding the lock for another page.
 336  *
 337  * Clear __GFP_FS when allocating the page to avoid recursion into the fs
 338  * and deadlock against the caller's locked page.
 339  */
 340 static inline struct page *grab_cache_page_nowait(struct address_space *mapping,
 341                                 pgoff_t index)
 342 {
 343         return pagecache_get_page(mapping, index,
 344                         FGP_LOCK|FGP_CREAT|FGP_NOFS|FGP_NOWAIT,
 345                         mapping_gfp_mask(mapping));
 346 }
 347
 348 struct page *find_get_entry(struct address_space *mapping, pgoff_t offset);
 349 struct page *find_lock_entry(struct address_space *mapping, pgoff_t offset);
 350 unsigned find_get_entries(struct address_space *mapping, pgoff_t start,
 351                           unsigned int nr_entries, struct page **entries,
 352                           pgoff_t *indices);
 353 unsigned find_get_pages_range(struct address_space *mapping, pgoff_t *start,
 354                         pgoff_t end, unsigned int nr_pages,
 355                         struct page **pages);
 356 static inline unsigned find_get_pages(struct address_space *mapping,
 357                         pgoff_t *start, unsigned int nr_pages,
 358                         struct page **pages)
 359 {
 360         return find_get_pages_range(mapping, start, (pgoff_t)-1, nr_pages,
 361                                     pages);
 362 }
 363 unsigned find_get_pages_contig(struct address_space *mapping, pgoff_t start,
 364                                unsigned int nr_pages, struct page **pages);
 365 unsigned find_get_pages_range_tag(struct address_space *mapping, pgoff_t *index,
 366                         pgoff_t end, int tag, unsigned int nr_pages,
 367                         struct page **pages);
 368 static inline unsigned find_get_pages_tag(struct address_space *mapping,
 369                         pgoff_t *index, int tag, unsigned int nr_pages,
 370                         struct page **pages)
 371 {
 372         return find_get_pages_range_tag(mapping, index, (pgoff_t)-1, tag,
 373                                         nr_pages, pages);
 374 }
 375 unsigned find_get_entries_tag(struct address_space *mapping, pgoff_t start,
 376                         int tag, unsigned int nr_entries,
 377                         struct page **entries, pgoff_t *indices);
 378
 379 struct page *grab_cache_page_write_begin(struct address_space *mapping,
 380                         pgoff_t index, unsigned flags);
 381
 382 /*
 383  * Returns locked page at given index in given cache, creating it if needed.
 384  */
 385 static inline struct page *grab_cache_page(struct address_space *mapping,
 386                                                                 pgoff_t index)
 387 {
 388         return find_or_create_page(mapping, index, mapping_gfp_mask(mapping));
 389 }
 390
 391 extern struct page * read_cache_page(struct address_space *mapping,
 392                                 pgoff_t index, filler_t *filler, void *data);
 393 extern struct page * read_cache_page_gfp(struct address_space *mapping,
 394                                 pgoff_t index, gfp_t gfp_mask);
 395 extern int read_cache_pages(struct address_space *mapping,
 396                 struct list_head *pages, filler_t *filler, void *data);
 397
 398 static inline struct page *read_mapping_page(struct address_space *mapping,
 399                                 pgoff_t index, void *data)
 400 {
 401         filler_t *filler = (filler_t *)mapping->a_ops->readpage;
 402         return read_cache_page(mapping, index, filler, data);
 403 }
 404
 405 /*
 406  * Get index of the page with in radix-tree
 407  * (TODO: remove once hugetlb pages will have ->index in PAGE_SIZE)
 408  */
 409 static inline pgoff_t page_to_index(struct page *page)
 410 {
 411         pgoff_t pgoff;
 412
 413         if (likely(!PageTransTail(page)))
 414                 return page->index;
 415
 416         /*
 417          *  We don't initialize ->index for tail pages: calculate based on
 418          *  head page
 419          */
 420         pgoff = compound_head(page)->index;
 421         pgoff += page - compound_head(page);
 422         return pgoff;
 423 }
 424
 425 /*
 426  * Get the offset in PAGE_SIZE.
 427  * (TODO: hugepage should have ->index in PAGE_SIZE)
 428  */
 429 static inline pgoff_t page_to_pgoff(struct page *page)
 430 {
 431         if (unlikely(PageHeadHuge(page)))
 432                 return page->index << compound_order(page);
 433
 434         return page_to_index(page);
 435 }
 436
 437 /*
 438  * Return byte-offset into filesystem object for page.
 439  */
 440 static inline loff_t page_offset(struct page *page)
 441 {
 442         return ((loff_t)page->index) << PAGE_SHIFT;
 443 }
 444
 445 static inline loff_t page_file_offset(struct page *page)
 446 {
 447         return ((loff_t)page_index(page)) << PAGE_SHIFT;
 448 }
 449
 450 extern pgoff_t linear_hugepage_index(struct vm_area_struct *vma,
 451                                      unsigned long address);
 452
 453 static inline pgoff_t linear_page_index(struct vm_area_struct *vma,
 454                                         unsigned long address)
 455 {
 456         pgoff_t pgoff;
 457         if (unlikely(is_vm_hugetlb_page(vma)))
 458                 return linear_hugepage_index(vma, address);
 459         pgoff = (address - vma->vm_start) >> PAGE_SHIFT;
 460         pgoff += vma->vm_pgoff;
 461         return pgoff;
 462 }
 463
 464 extern void __lock_page(struct page *page);
 465 extern int __lock_page_killable(struct page *page);
 466 extern int __lock_page_or_retry(struct page *page, struct mm_struct *mm,
 467                                 unsigned int flags);
 468 extern void unlock_page(struct page *page);
 469
 470 static inline int trylock_page(struct page *page)
 471 {
 472         page = compound_head(page);
 473         return (likely(!test_and_set_bit_lock(PG_locked, &page->flags)));
 474 }
 475
 476 /*
 477  * lock_page may only be called if we have the page's inode pinned.
 478  */
 479 static inline void lock_page(struct page *page)
 480 {
 481         might_sleep();
 482         if (!trylock_page(page))
 483                 __lock_page(page);
 484 }
 485
 486 /*
 487  * lock_page_killable is like lock_page but can be interrupted by fatal
 488  * signals.  It returns 0 if it locked the page and -EINTR if it was
 489  * killed while waiting.
 490  */
 491 static inline int lock_page_killable(struct page *page)
 492 {
 493         might_sleep();
 494         if (!trylock_page(page))
 495                 return __lock_page_killable(page);
 496         return 0;
 497 }
 498
 499 /*
 500  * lock_page_or_retry - Lock the page, unless this would block and the
 501  * caller indicated that it can handle a retry.
 502  *
 503  * Return value and mmap_sem implications depend on flags; see
 504  * __lock_page_or_retry().
 505  */
 506 static inline int lock_page_or_retry(struct page *page, struct mm_struct *mm,
 507                                      unsigned int flags)
 508 {
 509         might_sleep();
 510         return trylock_page(page) || __lock_page_or_retry(page, mm, flags);
 511 }
 512
 513 /*
 514  * This is exported only for wait_on_page_locked/wait_on_page_writeback, etc.,
 515  * and should not be used directly.
 516  */
 517 extern void wait_on_page_bit(struct page *page, int bit_nr);
 518 extern int wait_on_page_bit_killable(struct page *page, int bit_nr);
 519
 520 /*
 521  * Wait for a page to be unlocked.
 522  *
 523  * This must be called with the caller "holding" the page,
 524  * ie with increased "page->count" so that the page won't
 525  * go away during the wait..
 526  */
 527 static inline void wait_on_page_locked(struct page *page)
 528 {
 529         if (PageLocked(page))
 530                 wait_on_page_bit(compound_head(page), PG_locked);
 531 }
 532
 533 static inline int wait_on_page_locked_killable(struct page *page)
 534 {
 535         if (!PageLocked(page))
 536                 return 0;
 537         return wait_on_page_bit_killable(compound_head(page), PG_locked);
 538 }
 539
 540 /*
 541  * Wait for a page to complete writeback
 542  */
 543 static inline void wait_on_page_writeback(struct page *page)
 544 {
 545         if (PageWriteback(page))
 546                 wait_on_page_bit(page, PG_writeback);
 547 }
 548
 549 extern void end_page_writeback(struct page *page);
 550 void wait_for_stable_page(struct page *page);
 551
 552 void page_endio(struct page *page, bool is_write, int err);
 553
 554 /*
 555  * Add an arbitrary waiter to a page's wait queue
 556  */
 557 extern void add_page_wait_queue(struct page *page, wait_queue_entry_t *waiter);
 558
 559 /*
 560  * Fault everything in given userspace address range in.
 561  */
 562 static inline int fault_in_pages_writeable(char __user *uaddr, int size)
 563 {
 564         char __user *end = uaddr + size - 1;
 565
 566         if (unlikely(size == 0))
 567                 return 0;
 568
 569         if (unlikely(uaddr > end))
 570                 return -EFAULT;
 571         /*
 572          * Writing zeroes into userspace here is OK, because we know that if
 573          * the zero gets there, we'll be overwriting it.
 574          */
 575         do {
 576                 if (unlikely(__put_user(0, uaddr) != 0))
 577                         return -EFAULT;
 578                 uaddr += PAGE_SIZE;
 579         } while (uaddr <= end);
 580
 581         /* Check whether the range spilled into the next page. */
 582         if (((unsigned long)uaddr & PAGE_MASK) ==
 583                         ((unsigned long)end & PAGE_MASK))
 584                 return __put_user(0, end);
 585
 586         return 0;
 587 }
 588
 589 static inline int fault_in_pages_readable(const char __user *uaddr, int size)
 590 {
 591         volatile char c;
 592         const char __user *end = uaddr + size - 1;
 593
 594         if (unlikely(size == 0))
 595                 return 0;
 596
 597         if (unlikely(uaddr > end))
 598                 return -EFAULT;
 599
 600         do {
 601                 if (unlikely(__get_user(c, uaddr) != 0))
 602                         return -EFAULT;
 603                 uaddr += PAGE_SIZE;
 604         } while (uaddr <= end);
 605
 606         /* Check whether the range spilled into the next page. */
 607         if (((unsigned long)uaddr & PAGE_MASK) ==
 608                         ((unsigned long)end & PAGE_MASK)) {
 609                 return __get_user(c, end);
 610         }
 611
 612         (void)c;
 613         return 0;
 614 }
 615
 616 int add_to_page_cache_locked(struct page *page, struct address_space *mapping,
 617                                 pgoff_t index, gfp_t gfp_mask);
 618 int add_to_page_cache_lru(struct page *page, struct address_space *mapping,
 619                                 pgoff_t index, gfp_t gfp_mask);
 620 extern void delete_from_page_cache(struct page *page);
 621 extern void __delete_from_page_cache(struct page *page, void *shadow);
 622 int replace_page_cache_page(struct page *old, struct page *new, gfp_t gfp_mask);
 623 void delete_from_page_cache_batch(struct address_space *mapping,
 624                                   struct pagevec *pvec);
 625
 626 /*
 627  * Like add_to_page_cache_locked, but used to add newly allocated pages:
 628  * the page is new, so we can just run __SetPageLocked() against it.
 629  */
 630 static inline int add_to_page_cache(struct page *page,
 631                 struct address_space *mapping, pgoff_t offset, gfp_t gfp_mask)
 632 {
 633         int error;
 634
 635         __SetPageLocked(page);
 636         error = add_to_page_cache_locked(page, mapping, offset, gfp_mask);
 637         if (unlikely(error))
 638                 __ClearPageLocked(page);
 639         return error;
 640 }
 641
 642 static inline unsigned long dir_pages(struct inode *inode)
 643 {
 644         return (unsigned long)(inode->i_size + PAGE_SIZE - 1) >>
 645                                PAGE_SHIFT;
 646 }
 647
 648 #endif /* _LINUX_PAGEMAP_H */