mm/gup.c

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