Merge tag 'trace-v6.9-2' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/trace/linux...
[sfrench/cifs-2.6.git] / mm / rmap.c
1 /*
2  * mm/rmap.c - physical to virtual reverse mappings
3  *
4  * Copyright 2001, Rik van Riel <riel@conectiva.com.br>
5  * Released under the General Public License (GPL).
6  *
7  * Simple, low overhead reverse mapping scheme.
8  * Please try to keep this thing as modular as possible.
9  *
10  * Provides methods for unmapping each kind of mapped page:
11  * the anon methods track anonymous pages, and
12  * the file methods track pages belonging to an inode.
13  *
14  * Original design by Rik van Riel <riel@conectiva.com.br> 2001
15  * File methods by Dave McCracken <dmccr@us.ibm.com> 2003, 2004
16  * Anonymous methods by Andrea Arcangeli <andrea@suse.de> 2004
17  * Contributions by Hugh Dickins 2003, 2004
18  */
19
20 /*
21  * Lock ordering in mm:
22  *
23  * inode->i_rwsem       (while writing or truncating, not reading or faulting)
24  *   mm->mmap_lock
25  *     mapping->invalidate_lock (in filemap_fault)
26  *       page->flags PG_locked (lock_page)
27  *         hugetlbfs_i_mmap_rwsem_key (in huge_pmd_share, see hugetlbfs below)
28  *           vma_start_write
29  *             mapping->i_mmap_rwsem
30  *               anon_vma->rwsem
31  *                 mm->page_table_lock or pte_lock
32  *                   swap_lock (in swap_duplicate, swap_info_get)
33  *                     mmlist_lock (in mmput, drain_mmlist and others)
34  *                     mapping->private_lock (in block_dirty_folio)
35  *                       folio_lock_memcg move_lock (in block_dirty_folio)
36  *                         i_pages lock (widely used)
37  *                           lruvec->lru_lock (in folio_lruvec_lock_irq)
38  *                     inode->i_lock (in set_page_dirty's __mark_inode_dirty)
39  *                     bdi.wb->list_lock (in set_page_dirty's __mark_inode_dirty)
40  *                       sb_lock (within inode_lock in fs/fs-writeback.c)
41  *                       i_pages lock (widely used, in set_page_dirty,
42  *                                 in arch-dependent flush_dcache_mmap_lock,
43  *                                 within bdi.wb->list_lock in __sync_single_inode)
44  *
45  * anon_vma->rwsem,mapping->i_mmap_rwsem   (memory_failure, collect_procs_anon)
46  *   ->tasklist_lock
47  *     pte map lock
48  *
49  * hugetlbfs PageHuge() take locks in this order:
50  *   hugetlb_fault_mutex (hugetlbfs specific page fault mutex)
51  *     vma_lock (hugetlb specific lock for pmd_sharing)
52  *       mapping->i_mmap_rwsem (also used for hugetlb pmd sharing)
53  *         page->flags PG_locked (lock_page)
54  */
55
56 #include <linux/mm.h>
57 #include <linux/sched/mm.h>
58 #include <linux/sched/task.h>
59 #include <linux/pagemap.h>
60 #include <linux/swap.h>
61 #include <linux/swapops.h>
62 #include <linux/slab.h>
63 #include <linux/init.h>
64 #include <linux/ksm.h>
65 #include <linux/rmap.h>
66 #include <linux/rcupdate.h>
67 #include <linux/export.h>
68 #include <linux/memcontrol.h>
69 #include <linux/mmu_notifier.h>
70 #include <linux/migrate.h>
71 #include <linux/hugetlb.h>
72 #include <linux/huge_mm.h>
73 #include <linux/backing-dev.h>
74 #include <linux/page_idle.h>
75 #include <linux/memremap.h>
76 #include <linux/userfaultfd_k.h>
77 #include <linux/mm_inline.h>
78
79 #include <asm/tlbflush.h>
80
81 #define CREATE_TRACE_POINTS
82 #include <trace/events/tlb.h>
83 #include <trace/events/migrate.h>
84
85 #include "internal.h"
86
87 static struct kmem_cache *anon_vma_cachep;
88 static struct kmem_cache *anon_vma_chain_cachep;
89
90 static inline struct anon_vma *anon_vma_alloc(void)
91 {
92         struct anon_vma *anon_vma;
93
94         anon_vma = kmem_cache_alloc(anon_vma_cachep, GFP_KERNEL);
95         if (anon_vma) {
96                 atomic_set(&anon_vma->refcount, 1);
97                 anon_vma->num_children = 0;
98                 anon_vma->num_active_vmas = 0;
99                 anon_vma->parent = anon_vma;
100                 /*
101                  * Initialise the anon_vma root to point to itself. If called
102                  * from fork, the root will be reset to the parents anon_vma.
103                  */
104                 anon_vma->root = anon_vma;
105         }
106
107         return anon_vma;
108 }
109
110 static inline void anon_vma_free(struct anon_vma *anon_vma)
111 {
112         VM_BUG_ON(atomic_read(&anon_vma->refcount));
113
114         /*
115          * Synchronize against folio_lock_anon_vma_read() such that
116          * we can safely hold the lock without the anon_vma getting
117          * freed.
118          *
119          * Relies on the full mb implied by the atomic_dec_and_test() from
120          * put_anon_vma() against the acquire barrier implied by
121          * down_read_trylock() from folio_lock_anon_vma_read(). This orders:
122          *
123          * folio_lock_anon_vma_read()   VS      put_anon_vma()
124          *   down_read_trylock()                  atomic_dec_and_test()
125          *   LOCK                                 MB
126          *   atomic_read()                        rwsem_is_locked()
127          *
128          * LOCK should suffice since the actual taking of the lock must
129          * happen _before_ what follows.
130          */
131         might_sleep();
132         if (rwsem_is_locked(&anon_vma->root->rwsem)) {
133                 anon_vma_lock_write(anon_vma);
134                 anon_vma_unlock_write(anon_vma);
135         }
136
137         kmem_cache_free(anon_vma_cachep, anon_vma);
138 }
139
140 static inline struct anon_vma_chain *anon_vma_chain_alloc(gfp_t gfp)
141 {
142         return kmem_cache_alloc(anon_vma_chain_cachep, gfp);
143 }
144
145 static void anon_vma_chain_free(struct anon_vma_chain *anon_vma_chain)
146 {
147         kmem_cache_free(anon_vma_chain_cachep, anon_vma_chain);
148 }
149
150 static void anon_vma_chain_link(struct vm_area_struct *vma,
151                                 struct anon_vma_chain *avc,
152                                 struct anon_vma *anon_vma)
153 {
154         avc->vma = vma;
155         avc->anon_vma = anon_vma;
156         list_add(&avc->same_vma, &vma->anon_vma_chain);
157         anon_vma_interval_tree_insert(avc, &anon_vma->rb_root);
158 }
159
160 /**
161  * __anon_vma_prepare - attach an anon_vma to a memory region
162  * @vma: the memory region in question
163  *
164  * This makes sure the memory mapping described by 'vma' has
165  * an 'anon_vma' attached to it, so that we can associate the
166  * anonymous pages mapped into it with that anon_vma.
167  *
168  * The common case will be that we already have one, which
169  * is handled inline by anon_vma_prepare(). But if
170  * not we either need to find an adjacent mapping that we
171  * can re-use the anon_vma from (very common when the only
172  * reason for splitting a vma has been mprotect()), or we
173  * allocate a new one.
174  *
175  * Anon-vma allocations are very subtle, because we may have
176  * optimistically looked up an anon_vma in folio_lock_anon_vma_read()
177  * and that may actually touch the rwsem even in the newly
178  * allocated vma (it depends on RCU to make sure that the
179  * anon_vma isn't actually destroyed).
180  *
181  * As a result, we need to do proper anon_vma locking even
182  * for the new allocation. At the same time, we do not want
183  * to do any locking for the common case of already having
184  * an anon_vma.
185  *
186  * This must be called with the mmap_lock held for reading.
187  */
188 int __anon_vma_prepare(struct vm_area_struct *vma)
189 {
190         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
191         struct anon_vma *anon_vma, *allocated;
192         struct anon_vma_chain *avc;
193
194         might_sleep();
195
196         avc = anon_vma_chain_alloc(GFP_KERNEL);
197         if (!avc)
198                 goto out_enomem;
199
200         anon_vma = find_mergeable_anon_vma(vma);
201         allocated = NULL;
202         if (!anon_vma) {
203                 anon_vma = anon_vma_alloc();
204                 if (unlikely(!anon_vma))
205                         goto out_enomem_free_avc;
206                 anon_vma->num_children++; /* self-parent link for new root */
207                 allocated = anon_vma;
208         }
209
210         anon_vma_lock_write(anon_vma);
211         /* page_table_lock to protect against threads */
212         spin_lock(&mm->page_table_lock);
213         if (likely(!vma->anon_vma)) {
214                 vma->anon_vma = anon_vma;
215                 anon_vma_chain_link(vma, avc, anon_vma);
216                 anon_vma->num_active_vmas++;
217                 allocated = NULL;
218                 avc = NULL;
219         }
220         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
221         anon_vma_unlock_write(anon_vma);
222
223         if (unlikely(allocated))
224                 put_anon_vma(allocated);
225         if (unlikely(avc))
226                 anon_vma_chain_free(avc);
227
228         return 0;
229
230  out_enomem_free_avc:
231         anon_vma_chain_free(avc);
232  out_enomem:
233         return -ENOMEM;
234 }
235
236 /*
237  * This is a useful helper function for locking the anon_vma root as
238  * we traverse the vma->anon_vma_chain, looping over anon_vma's that
239  * have the same vma.
240  *
241  * Such anon_vma's should have the same root, so you'd expect to see
242  * just a single mutex_lock for the whole traversal.
243  */
244 static inline struct anon_vma *lock_anon_vma_root(struct anon_vma *root, struct anon_vma *anon_vma)
245 {
246         struct anon_vma *new_root = anon_vma->root;
247         if (new_root != root) {
248                 if (WARN_ON_ONCE(root))
249                         up_write(&root->rwsem);
250                 root = new_root;
251                 down_write(&root->rwsem);
252         }
253         return root;
254 }
255
256 static inline void unlock_anon_vma_root(struct anon_vma *root)
257 {
258         if (root)
259                 up_write(&root->rwsem);
260 }
261
262 /*
263  * Attach the anon_vmas from src to dst.
264  * Returns 0 on success, -ENOMEM on failure.
265  *
266  * anon_vma_clone() is called by vma_expand(), vma_merge(), __split_vma(),
267  * copy_vma() and anon_vma_fork(). The first four want an exact copy of src,
268  * while the last one, anon_vma_fork(), may try to reuse an existing anon_vma to
269  * prevent endless growth of anon_vma. Since dst->anon_vma is set to NULL before
270  * call, we can identify this case by checking (!dst->anon_vma &&
271  * src->anon_vma).
272  *
273  * If (!dst->anon_vma && src->anon_vma) is true, this function tries to find
274  * and reuse existing anon_vma which has no vmas and only one child anon_vma.
275  * This prevents degradation of anon_vma hierarchy to endless linear chain in
276  * case of constantly forking task. On the other hand, an anon_vma with more
277  * than one child isn't reused even if there was no alive vma, thus rmap
278  * walker has a good chance of avoiding scanning the whole hierarchy when it
279  * searches where page is mapped.
280  */
281 int anon_vma_clone(struct vm_area_struct *dst, struct vm_area_struct *src)
282 {
283         struct anon_vma_chain *avc, *pavc;
284         struct anon_vma *root = NULL;
285
286         list_for_each_entry_reverse(pavc, &src->anon_vma_chain, same_vma) {
287                 struct anon_vma *anon_vma;
288
289                 avc = anon_vma_chain_alloc(GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN);
290                 if (unlikely(!avc)) {
291                         unlock_anon_vma_root(root);
292                         root = NULL;
293                         avc = anon_vma_chain_alloc(GFP_KERNEL);
294                         if (!avc)
295                                 goto enomem_failure;
296                 }
297                 anon_vma = pavc->anon_vma;
298                 root = lock_anon_vma_root(root, anon_vma);
299                 anon_vma_chain_link(dst, avc, anon_vma);
300
301                 /*
302                  * Reuse existing anon_vma if it has no vma and only one
303                  * anon_vma child.
304                  *
305                  * Root anon_vma is never reused:
306                  * it has self-parent reference and at least one child.
307                  */
308                 if (!dst->anon_vma && src->anon_vma &&
309                     anon_vma->num_children < 2 &&
310                     anon_vma->num_active_vmas == 0)
311                         dst->anon_vma = anon_vma;
312         }
313         if (dst->anon_vma)
314                 dst->anon_vma->num_active_vmas++;
315         unlock_anon_vma_root(root);
316         return 0;
317
318  enomem_failure:
319         /*
320          * dst->anon_vma is dropped here otherwise its num_active_vmas can
321          * be incorrectly decremented in unlink_anon_vmas().
322          * We can safely do this because callers of anon_vma_clone() don't care
323          * about dst->anon_vma if anon_vma_clone() failed.
324          */
325         dst->anon_vma = NULL;
326         unlink_anon_vmas(dst);
327         return -ENOMEM;
328 }
329
330 /*
331  * Attach vma to its own anon_vma, as well as to the anon_vmas that
332  * the corresponding VMA in the parent process is attached to.
333  * Returns 0 on success, non-zero on failure.
334  */
335 int anon_vma_fork(struct vm_area_struct *vma, struct vm_area_struct *pvma)
336 {
337         struct anon_vma_chain *avc;
338         struct anon_vma *anon_vma;
339         int error;
340
341         /* Don't bother if the parent process has no anon_vma here. */
342         if (!pvma->anon_vma)
343                 return 0;
344
345         /* Drop inherited anon_vma, we'll reuse existing or allocate new. */
346         vma->anon_vma = NULL;
347
348         /*
349          * First, attach the new VMA to the parent VMA's anon_vmas,
350          * so rmap can find non-COWed pages in child processes.
351          */
352         error = anon_vma_clone(vma, pvma);
353         if (error)
354                 return error;
355
356         /* An existing anon_vma has been reused, all done then. */
357         if (vma->anon_vma)
358                 return 0;
359
360         /* Then add our own anon_vma. */
361         anon_vma = anon_vma_alloc();
362         if (!anon_vma)
363                 goto out_error;
364         anon_vma->num_active_vmas++;
365         avc = anon_vma_chain_alloc(GFP_KERNEL);
366         if (!avc)
367                 goto out_error_free_anon_vma;
368
369         /*
370          * The root anon_vma's rwsem is the lock actually used when we
371          * lock any of the anon_vmas in this anon_vma tree.
372          */
373         anon_vma->root = pvma->anon_vma->root;
374         anon_vma->parent = pvma->anon_vma;
375         /*
376          * With refcounts, an anon_vma can stay around longer than the
377          * process it belongs to. The root anon_vma needs to be pinned until
378          * this anon_vma is freed, because the lock lives in the root.
379          */
380         get_anon_vma(anon_vma->root);
381         /* Mark this anon_vma as the one where our new (COWed) pages go. */
382         vma->anon_vma = anon_vma;
383         anon_vma_lock_write(anon_vma);
384         anon_vma_chain_link(vma, avc, anon_vma);
385         anon_vma->parent->num_children++;
386         anon_vma_unlock_write(anon_vma);
387
388         return 0;
389
390  out_error_free_anon_vma:
391         put_anon_vma(anon_vma);
392  out_error:
393         unlink_anon_vmas(vma);
394         return -ENOMEM;
395 }
396
397 void unlink_anon_vmas(struct vm_area_struct *vma)
398 {
399         struct anon_vma_chain *avc, *next;
400         struct anon_vma *root = NULL;
401
402         /*
403          * Unlink each anon_vma chained to the VMA.  This list is ordered
404          * from newest to oldest, ensuring the root anon_vma gets freed last.
405          */
406         list_for_each_entry_safe(avc, next, &vma->anon_vma_chain, same_vma) {
407                 struct anon_vma *anon_vma = avc->anon_vma;
408
409                 root = lock_anon_vma_root(root, anon_vma);
410                 anon_vma_interval_tree_remove(avc, &anon_vma->rb_root);
411
412                 /*
413                  * Leave empty anon_vmas on the list - we'll need
414                  * to free them outside the lock.
415                  */
416                 if (RB_EMPTY_ROOT(&anon_vma->rb_root.rb_root)) {
417                         anon_vma->parent->num_children--;
418                         continue;
419                 }
420
421                 list_del(&avc->same_vma);
422                 anon_vma_chain_free(avc);
423         }
424         if (vma->anon_vma) {
425                 vma->anon_vma->num_active_vmas--;
426
427                 /*
428                  * vma would still be needed after unlink, and anon_vma will be prepared
429                  * when handle fault.
430                  */
431                 vma->anon_vma = NULL;
432         }
433         unlock_anon_vma_root(root);
434
435         /*
436          * Iterate the list once more, it now only contains empty and unlinked
437          * anon_vmas, destroy them. Could not do before due to __put_anon_vma()
438          * needing to write-acquire the anon_vma->root->rwsem.
439          */
440         list_for_each_entry_safe(avc, next, &vma->anon_vma_chain, same_vma) {
441                 struct anon_vma *anon_vma = avc->anon_vma;
442
443                 VM_WARN_ON(anon_vma->num_children);
444                 VM_WARN_ON(anon_vma->num_active_vmas);
445                 put_anon_vma(anon_vma);
446
447                 list_del(&avc->same_vma);
448                 anon_vma_chain_free(avc);
449         }
450 }
451
452 static void anon_vma_ctor(void *data)
453 {
454         struct anon_vma *anon_vma = data;
455
456         init_rwsem(&anon_vma->rwsem);
457         atomic_set(&anon_vma->refcount, 0);
458         anon_vma->rb_root = RB_ROOT_CACHED;
459 }
460
461 void __init anon_vma_init(void)
462 {
463         anon_vma_cachep = kmem_cache_create("anon_vma", sizeof(struct anon_vma),
464                         0, SLAB_TYPESAFE_BY_RCU|SLAB_PANIC|SLAB_ACCOUNT,
465                         anon_vma_ctor);
466         anon_vma_chain_cachep = KMEM_CACHE(anon_vma_chain,
467                         SLAB_PANIC|SLAB_ACCOUNT);
468 }
469
470 /*
471  * Getting a lock on a stable anon_vma from a page off the LRU is tricky!
472  *
473  * Since there is no serialization what so ever against folio_remove_rmap_*()
474  * the best this function can do is return a refcount increased anon_vma
475  * that might have been relevant to this page.
476  *
477  * The page might have been remapped to a different anon_vma or the anon_vma
478  * returned may already be freed (and even reused).
479  *
480  * In case it was remapped to a different anon_vma, the new anon_vma will be a
481  * child of the old anon_vma, and the anon_vma lifetime rules will therefore
482  * ensure that any anon_vma obtained from the page will still be valid for as
483  * long as we observe page_mapped() [ hence all those page_mapped() tests ].
484  *
485  * All users of this function must be very careful when walking the anon_vma
486  * chain and verify that the page in question is indeed mapped in it
487  * [ something equivalent to page_mapped_in_vma() ].
488  *
489  * Since anon_vma's slab is SLAB_TYPESAFE_BY_RCU and we know from
490  * folio_remove_rmap_*() that the anon_vma pointer from page->mapping is valid
491  * if there is a mapcount, we can dereference the anon_vma after observing
492  * those.
493  *
494  * NOTE: the caller should normally hold folio lock when calling this.  If
495  * not, the caller needs to double check the anon_vma didn't change after
496  * taking the anon_vma lock for either read or write (UFFDIO_MOVE can modify it
497  * concurrently without folio lock protection). See folio_lock_anon_vma_read()
498  * which has already covered that, and comment above remap_pages().
499  */
500 struct anon_vma *folio_get_anon_vma(struct folio *folio)
501 {
502         struct anon_vma *anon_vma = NULL;
503         unsigned long anon_mapping;
504
505         rcu_read_lock();
506         anon_mapping = (unsigned long)READ_ONCE(folio->mapping);
507         if ((anon_mapping & PAGE_MAPPING_FLAGS) != PAGE_MAPPING_ANON)
508                 goto out;
509         if (!folio_mapped(folio))
510                 goto out;
511
512         anon_vma = (struct anon_vma *) (anon_mapping - PAGE_MAPPING_ANON);
513         if (!atomic_inc_not_zero(&anon_vma->refcount)) {
514                 anon_vma = NULL;
515                 goto out;
516         }
517
518         /*
519          * If this folio is still mapped, then its anon_vma cannot have been
520          * freed.  But if it has been unmapped, we have no security against the
521          * anon_vma structure being freed and reused (for another anon_vma:
522          * SLAB_TYPESAFE_BY_RCU guarantees that - so the atomic_inc_not_zero()
523          * above cannot corrupt).
524          */
525         if (!folio_mapped(folio)) {
526                 rcu_read_unlock();
527                 put_anon_vma(anon_vma);
528                 return NULL;
529         }
530 out:
531         rcu_read_unlock();
532
533         return anon_vma;
534 }
535
536 /*
537  * Similar to folio_get_anon_vma() except it locks the anon_vma.
538  *
539  * Its a little more complex as it tries to keep the fast path to a single
540  * atomic op -- the trylock. If we fail the trylock, we fall back to getting a
541  * reference like with folio_get_anon_vma() and then block on the mutex
542  * on !rwc->try_lock case.
543  */
544 struct anon_vma *folio_lock_anon_vma_read(struct folio *folio,
545                                           struct rmap_walk_control *rwc)
546 {
547         struct anon_vma *anon_vma = NULL;
548         struct anon_vma *root_anon_vma;
549         unsigned long anon_mapping;
550
551 retry:
552         rcu_read_lock();
553         anon_mapping = (unsigned long)READ_ONCE(folio->mapping);
554         if ((anon_mapping & PAGE_MAPPING_FLAGS) != PAGE_MAPPING_ANON)
555                 goto out;
556         if (!folio_mapped(folio))
557                 goto out;
558
559         anon_vma = (struct anon_vma *) (anon_mapping - PAGE_MAPPING_ANON);
560         root_anon_vma = READ_ONCE(anon_vma->root);
561         if (down_read_trylock(&root_anon_vma->rwsem)) {
562                 /*
563                  * folio_move_anon_rmap() might have changed the anon_vma as we
564                  * might not hold the folio lock here.
565                  */
566                 if (unlikely((unsigned long)READ_ONCE(folio->mapping) !=
567                              anon_mapping)) {
568                         up_read(&root_anon_vma->rwsem);
569                         rcu_read_unlock();
570                         goto retry;
571                 }
572
573                 /*
574                  * If the folio is still mapped, then this anon_vma is still
575                  * its anon_vma, and holding the mutex ensures that it will
576                  * not go away, see anon_vma_free().
577                  */
578                 if (!folio_mapped(folio)) {
579                         up_read(&root_anon_vma->rwsem);
580                         anon_vma = NULL;
581                 }
582                 goto out;
583         }
584
585         if (rwc && rwc->try_lock) {
586                 anon_vma = NULL;
587                 rwc->contended = true;
588                 goto out;
589         }
590
591         /* trylock failed, we got to sleep */
592         if (!atomic_inc_not_zero(&anon_vma->refcount)) {
593                 anon_vma = NULL;
594                 goto out;
595         }
596
597         if (!folio_mapped(folio)) {
598                 rcu_read_unlock();
599                 put_anon_vma(anon_vma);
600                 return NULL;
601         }
602
603         /* we pinned the anon_vma, its safe to sleep */
604         rcu_read_unlock();
605         anon_vma_lock_read(anon_vma);
606
607         /*
608          * folio_move_anon_rmap() might have changed the anon_vma as we might
609          * not hold the folio lock here.
610          */
611         if (unlikely((unsigned long)READ_ONCE(folio->mapping) !=
612                      anon_mapping)) {
613                 anon_vma_unlock_read(anon_vma);
614                 put_anon_vma(anon_vma);
615                 anon_vma = NULL;
616                 goto retry;
617         }
618
619         if (atomic_dec_and_test(&anon_vma->refcount)) {
620                 /*
621                  * Oops, we held the last refcount, release the lock
622                  * and bail -- can't simply use put_anon_vma() because
623                  * we'll deadlock on the anon_vma_lock_write() recursion.
624                  */
625                 anon_vma_unlock_read(anon_vma);
626                 __put_anon_vma(anon_vma);
627                 anon_vma = NULL;
628         }
629
630         return anon_vma;
631
632 out:
633         rcu_read_unlock();
634         return anon_vma;
635 }
636
637 #ifdef CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH
638 /*
639  * Flush TLB entries for recently unmapped pages from remote CPUs. It is
640  * important if a PTE was dirty when it was unmapped that it's flushed
641  * before any IO is initiated on the page to prevent lost writes. Similarly,
642  * it must be flushed before freeing to prevent data leakage.
643  */
644 void try_to_unmap_flush(void)
645 {
646         struct tlbflush_unmap_batch *tlb_ubc = &current->tlb_ubc;
647
648         if (!tlb_ubc->flush_required)
649                 return;
650
651         arch_tlbbatch_flush(&tlb_ubc->arch);
652         tlb_ubc->flush_required = false;
653         tlb_ubc->writable = false;
654 }
655
656 /* Flush iff there are potentially writable TLB entries that can race with IO */
657 void try_to_unmap_flush_dirty(void)
658 {
659         struct tlbflush_unmap_batch *tlb_ubc = &current->tlb_ubc;
660
661         if (tlb_ubc->writable)
662                 try_to_unmap_flush();
663 }
664
665 /*
666  * Bits 0-14 of mm->tlb_flush_batched record pending generations.
667  * Bits 16-30 of mm->tlb_flush_batched bit record flushed generations.
668  */
669 #define TLB_FLUSH_BATCH_FLUSHED_SHIFT   16
670 #define TLB_FLUSH_BATCH_PENDING_MASK                    \
671         ((1 << (TLB_FLUSH_BATCH_FLUSHED_SHIFT - 1)) - 1)
672 #define TLB_FLUSH_BATCH_PENDING_LARGE                   \
673         (TLB_FLUSH_BATCH_PENDING_MASK / 2)
674
675 static void set_tlb_ubc_flush_pending(struct mm_struct *mm, pte_t pteval,
676                                       unsigned long uaddr)
677 {
678         struct tlbflush_unmap_batch *tlb_ubc = &current->tlb_ubc;
679         int batch;
680         bool writable = pte_dirty(pteval);
681
682         if (!pte_accessible(mm, pteval))
683                 return;
684
685         arch_tlbbatch_add_pending(&tlb_ubc->arch, mm, uaddr);
686         tlb_ubc->flush_required = true;
687
688         /*
689          * Ensure compiler does not re-order the setting of tlb_flush_batched
690          * before the PTE is cleared.
691          */
692         barrier();
693         batch = atomic_read(&mm->tlb_flush_batched);
694 retry:
695         if ((batch & TLB_FLUSH_BATCH_PENDING_MASK) > TLB_FLUSH_BATCH_PENDING_LARGE) {
696                 /*
697                  * Prevent `pending' from catching up with `flushed' because of
698                  * overflow.  Reset `pending' and `flushed' to be 1 and 0 if
699                  * `pending' becomes large.
700                  */
701                 if (!atomic_try_cmpxchg(&mm->tlb_flush_batched, &batch, 1))
702                         goto retry;
703         } else {
704                 atomic_inc(&mm->tlb_flush_batched);
705         }
706
707         /*
708          * If the PTE was dirty then it's best to assume it's writable. The
709          * caller must use try_to_unmap_flush_dirty() or try_to_unmap_flush()
710          * before the page is queued for IO.
711          */
712         if (writable)
713                 tlb_ubc->writable = true;
714 }
715
716 /*
717  * Returns true if the TLB flush should be deferred to the end of a batch of
718  * unmap operations to reduce IPIs.
719  */
720 static bool should_defer_flush(struct mm_struct *mm, enum ttu_flags flags)
721 {
722         if (!(flags & TTU_BATCH_FLUSH))
723                 return false;
724
725         return arch_tlbbatch_should_defer(mm);
726 }
727
728 /*
729  * Reclaim unmaps pages under the PTL but do not flush the TLB prior to
730  * releasing the PTL if TLB flushes are batched. It's possible for a parallel
731  * operation such as mprotect or munmap to race between reclaim unmapping
732  * the page and flushing the page. If this race occurs, it potentially allows
733  * access to data via a stale TLB entry. Tracking all mm's that have TLB
734  * batching in flight would be expensive during reclaim so instead track
735  * whether TLB batching occurred in the past and if so then do a flush here
736  * if required. This will cost one additional flush per reclaim cycle paid
737  * by the first operation at risk such as mprotect and mumap.
738  *
739  * This must be called under the PTL so that an access to tlb_flush_batched
740  * that is potentially a "reclaim vs mprotect/munmap/etc" race will synchronise
741  * via the PTL.
742  */
743 void flush_tlb_batched_pending(struct mm_struct *mm)
744 {
745         int batch = atomic_read(&mm->tlb_flush_batched);
746         int pending = batch & TLB_FLUSH_BATCH_PENDING_MASK;
747         int flushed = batch >> TLB_FLUSH_BATCH_FLUSHED_SHIFT;
748
749         if (pending != flushed) {
750                 arch_flush_tlb_batched_pending(mm);
751                 /*
752                  * If the new TLB flushing is pending during flushing, leave
753                  * mm->tlb_flush_batched as is, to avoid losing flushing.
754                  */
755                 atomic_cmpxchg(&mm->tlb_flush_batched, batch,
756                                pending | (pending << TLB_FLUSH_BATCH_FLUSHED_SHIFT));
757         }
758 }
759 #else
760 static void set_tlb_ubc_flush_pending(struct mm_struct *mm, pte_t pteval,
761                                       unsigned long uaddr)
762 {
763 }
764
765 static bool should_defer_flush(struct mm_struct *mm, enum ttu_flags flags)
766 {
767         return false;
768 }
769 #endif /* CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH */
770
771 /*
772  * At what user virtual address is page expected in vma?
773  * Caller should check the page is actually part of the vma.
774  */
775 unsigned long page_address_in_vma(struct page *page, struct vm_area_struct *vma)
776 {
777         struct folio *folio = page_folio(page);
778         if (folio_test_anon(folio)) {
779                 struct anon_vma *page__anon_vma = folio_anon_vma(folio);
780                 /*
781                  * Note: swapoff's unuse_vma() is more efficient with this
782                  * check, and needs it to match anon_vma when KSM is active.
783                  */
784                 if (!vma->anon_vma || !page__anon_vma ||
785                     vma->anon_vma->root != page__anon_vma->root)
786                         return -EFAULT;
787         } else if (!vma->vm_file) {
788                 return -EFAULT;
789         } else if (vma->vm_file->f_mapping != folio->mapping) {
790                 return -EFAULT;
791         }
792
793         return vma_address(page, vma);
794 }
795
796 /*
797  * Returns the actual pmd_t* where we expect 'address' to be mapped from, or
798  * NULL if it doesn't exist.  No guarantees / checks on what the pmd_t*
799  * represents.
800  */
801 pmd_t *mm_find_pmd(struct mm_struct *mm, unsigned long address)
802 {
803         pgd_t *pgd;
804         p4d_t *p4d;
805         pud_t *pud;
806         pmd_t *pmd = NULL;
807
808         pgd = pgd_offset(mm, address);
809         if (!pgd_present(*pgd))
810                 goto out;
811
812         p4d = p4d_offset(pgd, address);
813         if (!p4d_present(*p4d))
814                 goto out;
815
816         pud = pud_offset(p4d, address);
817         if (!pud_present(*pud))
818                 goto out;
819
820         pmd = pmd_offset(pud, address);
821 out:
822         return pmd;
823 }
824
825 struct folio_referenced_arg {
826         int mapcount;
827         int referenced;
828         unsigned long vm_flags;
829         struct mem_cgroup *memcg;
830 };
831
832 /*
833  * arg: folio_referenced_arg will be passed
834  */
835 static bool folio_referenced_one(struct folio *folio,
836                 struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, void *arg)
837 {
838         struct folio_referenced_arg *pra = arg;
839         DEFINE_FOLIO_VMA_WALK(pvmw, folio, vma, address, 0);
840         int referenced = 0;
841         unsigned long start = address, ptes = 0;
842
843         while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
844                 address = pvmw.address;
845
846                 if (vma->vm_flags & VM_LOCKED) {
847                         if (!folio_test_large(folio) || !pvmw.pte) {
848                                 /* Restore the mlock which got missed */
849                                 mlock_vma_folio(folio, vma);
850                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
851                                 pra->vm_flags |= VM_LOCKED;
852                                 return false; /* To break the loop */
853                         }
854                         /*
855                          * For large folio fully mapped to VMA, will
856                          * be handled after the pvmw loop.
857                          *
858                          * For large folio cross VMA boundaries, it's
859                          * expected to be picked  by page reclaim. But
860                          * should skip reference of pages which are in
861                          * the range of VM_LOCKED vma. As page reclaim
862                          * should just count the reference of pages out
863                          * the range of VM_LOCKED vma.
864                          */
865                         ptes++;
866                         pra->mapcount--;
867                         continue;
868                 }
869
870                 if (pvmw.pte) {
871                         if (lru_gen_enabled() &&
872                             pte_young(ptep_get(pvmw.pte))) {
873                                 lru_gen_look_around(&pvmw);
874                                 referenced++;
875                         }
876
877                         if (ptep_clear_flush_young_notify(vma, address,
878                                                 pvmw.pte))
879                                 referenced++;
880                 } else if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)) {
881                         if (pmdp_clear_flush_young_notify(vma, address,
882                                                 pvmw.pmd))
883                                 referenced++;
884                 } else {
885                         /* unexpected pmd-mapped folio? */
886                         WARN_ON_ONCE(1);
887                 }
888
889                 pra->mapcount--;
890         }
891
892         if ((vma->vm_flags & VM_LOCKED) &&
893                         folio_test_large(folio) &&
894                         folio_within_vma(folio, vma)) {
895                 unsigned long s_align, e_align;
896
897                 s_align = ALIGN_DOWN(start, PMD_SIZE);
898                 e_align = ALIGN_DOWN(start + folio_size(folio) - 1, PMD_SIZE);
899
900                 /* folio doesn't cross page table boundary and fully mapped */
901                 if ((s_align == e_align) && (ptes == folio_nr_pages(folio))) {
902                         /* Restore the mlock which got missed */
903                         mlock_vma_folio(folio, vma);
904                         pra->vm_flags |= VM_LOCKED;
905                         return false; /* To break the loop */
906                 }
907         }
908
909         if (referenced)
910                 folio_clear_idle(folio);
911         if (folio_test_clear_young(folio))
912                 referenced++;
913
914         if (referenced) {
915                 pra->referenced++;
916                 pra->vm_flags |= vma->vm_flags & ~VM_LOCKED;
917         }
918
919         if (!pra->mapcount)
920                 return false; /* To break the loop */
921
922         return true;
923 }
924
925 static bool invalid_folio_referenced_vma(struct vm_area_struct *vma, void *arg)
926 {
927         struct folio_referenced_arg *pra = arg;
928         struct mem_cgroup *memcg = pra->memcg;
929
930         /*
931          * Ignore references from this mapping if it has no recency. If the
932          * folio has been used in another mapping, we will catch it; if this
933          * other mapping is already gone, the unmap path will have set the
934          * referenced flag or activated the folio in zap_pte_range().
935          */
936         if (!vma_has_recency(vma))
937                 return true;
938
939         /*
940          * If we are reclaiming on behalf of a cgroup, skip counting on behalf
941          * of references from different cgroups.
942          */
943         if (memcg && !mm_match_cgroup(vma->vm_mm, memcg))
944                 return true;
945
946         return false;
947 }
948
949 /**
950  * folio_referenced() - Test if the folio was referenced.
951  * @folio: The folio to test.
952  * @is_locked: Caller holds lock on the folio.
953  * @memcg: target memory cgroup
954  * @vm_flags: A combination of all the vma->vm_flags which referenced the folio.
955  *
956  * Quick test_and_clear_referenced for all mappings of a folio,
957  *
958  * Return: The number of mappings which referenced the folio. Return -1 if
959  * the function bailed out due to rmap lock contention.
960  */
961 int folio_referenced(struct folio *folio, int is_locked,
962                      struct mem_cgroup *memcg, unsigned long *vm_flags)
963 {
964         int we_locked = 0;
965         struct folio_referenced_arg pra = {
966                 .mapcount = folio_mapcount(folio),
967                 .memcg = memcg,
968         };
969         struct rmap_walk_control rwc = {
970                 .rmap_one = folio_referenced_one,
971                 .arg = (void *)&pra,
972                 .anon_lock = folio_lock_anon_vma_read,
973                 .try_lock = true,
974                 .invalid_vma = invalid_folio_referenced_vma,
975         };
976
977         *vm_flags = 0;
978         if (!pra.mapcount)
979                 return 0;
980
981         if (!folio_raw_mapping(folio))
982                 return 0;
983
984         if (!is_locked && (!folio_test_anon(folio) || folio_test_ksm(folio))) {
985                 we_locked = folio_trylock(folio);
986                 if (!we_locked)
987                         return 1;
988         }
989
990         rmap_walk(folio, &rwc);
991         *vm_flags = pra.vm_flags;
992
993         if (we_locked)
994                 folio_unlock(folio);
995
996         return rwc.contended ? -1 : pra.referenced;
997 }
998
999 static int page_vma_mkclean_one(struct page_vma_mapped_walk *pvmw)
1000 {
1001         int cleaned = 0;
1002         struct vm_area_struct *vma = pvmw->vma;
1003         struct mmu_notifier_range range;
1004         unsigned long address = pvmw->address;
1005
1006         /*
1007          * We have to assume the worse case ie pmd for invalidation. Note that
1008          * the folio can not be freed from this function.
1009          */
1010         mmu_notifier_range_init(&range, MMU_NOTIFY_PROTECTION_PAGE, 0,
1011                                 vma->vm_mm, address, vma_address_end(pvmw));
1012         mmu_notifier_invalidate_range_start(&range);
1013
1014         while (page_vma_mapped_walk(pvmw)) {
1015                 int ret = 0;
1016
1017                 address = pvmw->address;
1018                 if (pvmw->pte) {
1019                         pte_t *pte = pvmw->pte;
1020                         pte_t entry = ptep_get(pte);
1021
1022                         if (!pte_dirty(entry) && !pte_write(entry))
1023                                 continue;
1024
1025                         flush_cache_page(vma, address, pte_pfn(entry));
1026                         entry = ptep_clear_flush(vma, address, pte);
1027                         entry = pte_wrprotect(entry);
1028                         entry = pte_mkclean(entry);
1029                         set_pte_at(vma->vm_mm, address, pte, entry);
1030                         ret = 1;
1031                 } else {
1032 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1033                         pmd_t *pmd = pvmw->pmd;
1034                         pmd_t entry;
1035
1036                         if (!pmd_dirty(*pmd) && !pmd_write(*pmd))
1037                                 continue;
1038
1039                         flush_cache_range(vma, address,
1040                                           address + HPAGE_PMD_SIZE);
1041                         entry = pmdp_invalidate(vma, address, pmd);
1042                         entry = pmd_wrprotect(entry);
1043                         entry = pmd_mkclean(entry);
1044                         set_pmd_at(vma->vm_mm, address, pmd, entry);
1045                         ret = 1;
1046 #else
1047                         /* unexpected pmd-mapped folio? */
1048                         WARN_ON_ONCE(1);
1049 #endif
1050                 }
1051
1052                 if (ret)
1053                         cleaned++;
1054         }
1055
1056         mmu_notifier_invalidate_range_end(&range);
1057
1058         return cleaned;
1059 }
1060
1061 static bool page_mkclean_one(struct folio *folio, struct vm_area_struct *vma,
1062                              unsigned long address, void *arg)
1063 {
1064         DEFINE_FOLIO_VMA_WALK(pvmw, folio, vma, address, PVMW_SYNC);
1065         int *cleaned = arg;
1066
1067         *cleaned += page_vma_mkclean_one(&pvmw);
1068
1069         return true;
1070 }
1071
1072 static bool invalid_mkclean_vma(struct vm_area_struct *vma, void *arg)
1073 {
1074         if (vma->vm_flags & VM_SHARED)
1075                 return false;
1076
1077         return true;
1078 }
1079
1080 int folio_mkclean(struct folio *folio)
1081 {
1082         int cleaned = 0;
1083         struct address_space *mapping;
1084         struct rmap_walk_control rwc = {
1085                 .arg = (void *)&cleaned,
1086                 .rmap_one = page_mkclean_one,
1087                 .invalid_vma = invalid_mkclean_vma,
1088         };
1089
1090         BUG_ON(!folio_test_locked(folio));
1091
1092         if (!folio_mapped(folio))
1093                 return 0;
1094
1095         mapping = folio_mapping(folio);
1096         if (!mapping)
1097                 return 0;
1098
1099         rmap_walk(folio, &rwc);
1100
1101         return cleaned;
1102 }
1103 EXPORT_SYMBOL_GPL(folio_mkclean);
1104
1105 /**
1106  * pfn_mkclean_range - Cleans the PTEs (including PMDs) mapped with range of
1107  *                     [@pfn, @pfn + @nr_pages) at the specific offset (@pgoff)
1108  *                     within the @vma of shared mappings. And since clean PTEs
1109  *                     should also be readonly, write protects them too.
1110  * @pfn: start pfn.
1111  * @nr_pages: number of physically contiguous pages srarting with @pfn.
1112  * @pgoff: page offset that the @pfn mapped with.
1113  * @vma: vma that @pfn mapped within.
1114  *
1115  * Returns the number of cleaned PTEs (including PMDs).
1116  */
1117 int pfn_mkclean_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages, pgoff_t pgoff,
1118                       struct vm_area_struct *vma)
1119 {
1120         struct page_vma_mapped_walk pvmw = {
1121                 .pfn            = pfn,
1122                 .nr_pages       = nr_pages,
1123                 .pgoff          = pgoff,
1124                 .vma            = vma,
1125                 .flags          = PVMW_SYNC,
1126         };
1127
1128         if (invalid_mkclean_vma(vma, NULL))
1129                 return 0;
1130
1131         pvmw.address = vma_pgoff_address(pgoff, nr_pages, vma);
1132         VM_BUG_ON_VMA(pvmw.address == -EFAULT, vma);
1133
1134         return page_vma_mkclean_one(&pvmw);
1135 }
1136
1137 int folio_total_mapcount(struct folio *folio)
1138 {
1139         int mapcount = folio_entire_mapcount(folio);
1140         int nr_pages;
1141         int i;
1142
1143         /* In the common case, avoid the loop when no pages mapped by PTE */
1144         if (folio_nr_pages_mapped(folio) == 0)
1145                 return mapcount;
1146         /*
1147          * Add all the PTE mappings of those pages mapped by PTE.
1148          * Limit the loop to folio_nr_pages_mapped()?
1149          * Perhaps: given all the raciness, that may be a good or a bad idea.
1150          */
1151         nr_pages = folio_nr_pages(folio);
1152         for (i = 0; i < nr_pages; i++)
1153                 mapcount += atomic_read(&folio_page(folio, i)->_mapcount);
1154
1155         /* But each of those _mapcounts was based on -1 */
1156         mapcount += nr_pages;
1157         return mapcount;
1158 }
1159
1160 static __always_inline unsigned int __folio_add_rmap(struct folio *folio,
1161                 struct page *page, int nr_pages, enum rmap_level level,
1162                 int *nr_pmdmapped)
1163 {
1164         atomic_t *mapped = &folio->_nr_pages_mapped;
1165         int first, nr = 0;
1166
1167         __folio_rmap_sanity_checks(folio, page, nr_pages, level);
1168
1169         switch (level) {
1170         case RMAP_LEVEL_PTE:
1171                 do {
1172                         first = atomic_inc_and_test(&page->_mapcount);
1173                         if (first && folio_test_large(folio)) {
1174                                 first = atomic_inc_return_relaxed(mapped);
1175                                 first = (first < ENTIRELY_MAPPED);
1176                         }
1177
1178                         if (first)
1179                                 nr++;
1180                 } while (page++, --nr_pages > 0);
1181                 break;
1182         case RMAP_LEVEL_PMD:
1183                 first = atomic_inc_and_test(&folio->_entire_mapcount);
1184                 if (first) {
1185                         nr = atomic_add_return_relaxed(ENTIRELY_MAPPED, mapped);
1186                         if (likely(nr < ENTIRELY_MAPPED + ENTIRELY_MAPPED)) {
1187                                 *nr_pmdmapped = folio_nr_pages(folio);
1188                                 nr = *nr_pmdmapped - (nr & FOLIO_PAGES_MAPPED);
1189                                 /* Raced ahead of a remove and another add? */
1190                                 if (unlikely(nr < 0))
1191                                         nr = 0;
1192                         } else {
1193                                 /* Raced ahead of a remove of ENTIRELY_MAPPED */
1194                                 nr = 0;
1195                         }
1196                 }
1197                 break;
1198         }
1199         return nr;
1200 }
1201
1202 /**
1203  * folio_move_anon_rmap - move a folio to our anon_vma
1204  * @folio:      The folio to move to our anon_vma
1205  * @vma:        The vma the folio belongs to
1206  *
1207  * When a folio belongs exclusively to one process after a COW event,
1208  * that folio can be moved into the anon_vma that belongs to just that
1209  * process, so the rmap code will not search the parent or sibling processes.
1210  */
1211 void folio_move_anon_rmap(struct folio *folio, struct vm_area_struct *vma)
1212 {
1213         void *anon_vma = vma->anon_vma;
1214
1215         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
1216         VM_BUG_ON_VMA(!anon_vma, vma);
1217
1218         anon_vma += PAGE_MAPPING_ANON;
1219         /*
1220          * Ensure that anon_vma and the PAGE_MAPPING_ANON bit are written
1221          * simultaneously, so a concurrent reader (eg folio_referenced()'s
1222          * folio_test_anon()) will not see one without the other.
1223          */
1224         WRITE_ONCE(folio->mapping, anon_vma);
1225 }
1226
1227 /**
1228  * __folio_set_anon - set up a new anonymous rmap for a folio
1229  * @folio:      The folio to set up the new anonymous rmap for.
1230  * @vma:        VM area to add the folio to.
1231  * @address:    User virtual address of the mapping
1232  * @exclusive:  Whether the folio is exclusive to the process.
1233  */
1234 static void __folio_set_anon(struct folio *folio, struct vm_area_struct *vma,
1235                              unsigned long address, bool exclusive)
1236 {
1237         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
1238
1239         BUG_ON(!anon_vma);
1240
1241         /*
1242          * If the folio isn't exclusive to this vma, we must use the _oldest_
1243          * possible anon_vma for the folio mapping!
1244          */
1245         if (!exclusive)
1246                 anon_vma = anon_vma->root;
1247
1248         /*
1249          * page_idle does a lockless/optimistic rmap scan on folio->mapping.
1250          * Make sure the compiler doesn't split the stores of anon_vma and
1251          * the PAGE_MAPPING_ANON type identifier, otherwise the rmap code
1252          * could mistake the mapping for a struct address_space and crash.
1253          */
1254         anon_vma = (void *) anon_vma + PAGE_MAPPING_ANON;
1255         WRITE_ONCE(folio->mapping, (struct address_space *) anon_vma);
1256         folio->index = linear_page_index(vma, address);
1257 }
1258
1259 /**
1260  * __page_check_anon_rmap - sanity check anonymous rmap addition
1261  * @folio:      The folio containing @page.
1262  * @page:       the page to check the mapping of
1263  * @vma:        the vm area in which the mapping is added
1264  * @address:    the user virtual address mapped
1265  */
1266 static void __page_check_anon_rmap(struct folio *folio, struct page *page,
1267         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
1268 {
1269         /*
1270          * The page's anon-rmap details (mapping and index) are guaranteed to
1271          * be set up correctly at this point.
1272          *
1273          * We have exclusion against folio_add_anon_rmap_*() because the caller
1274          * always holds the page locked.
1275          *
1276          * We have exclusion against folio_add_new_anon_rmap because those pages
1277          * are initially only visible via the pagetables, and the pte is locked
1278          * over the call to folio_add_new_anon_rmap.
1279          */
1280         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_anon_vma(folio)->root != vma->anon_vma->root,
1281                         folio);
1282         VM_BUG_ON_PAGE(page_to_pgoff(page) != linear_page_index(vma, address),
1283                        page);
1284 }
1285
1286 static __always_inline void __folio_add_anon_rmap(struct folio *folio,
1287                 struct page *page, int nr_pages, struct vm_area_struct *vma,
1288                 unsigned long address, rmap_t flags, enum rmap_level level)
1289 {
1290         int i, nr, nr_pmdmapped = 0;
1291
1292         nr = __folio_add_rmap(folio, page, nr_pages, level, &nr_pmdmapped);
1293         if (nr_pmdmapped)
1294                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_ANON_THPS, nr_pmdmapped);
1295         if (nr)
1296                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_ANON_MAPPED, nr);
1297
1298         if (unlikely(!folio_test_anon(folio))) {
1299                 VM_WARN_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
1300                 /*
1301                  * For a PTE-mapped large folio, we only know that the single
1302                  * PTE is exclusive. Further, __folio_set_anon() might not get
1303                  * folio->index right when not given the address of the head
1304                  * page.
1305                  */
1306                 VM_WARN_ON_FOLIO(folio_test_large(folio) &&
1307                                  level != RMAP_LEVEL_PMD, folio);
1308                 __folio_set_anon(folio, vma, address,
1309                                  !!(flags & RMAP_EXCLUSIVE));
1310         } else if (likely(!folio_test_ksm(folio))) {
1311                 __page_check_anon_rmap(folio, page, vma, address);
1312         }
1313
1314         if (flags & RMAP_EXCLUSIVE) {
1315                 switch (level) {
1316                 case RMAP_LEVEL_PTE:
1317                         for (i = 0; i < nr_pages; i++)
1318                                 SetPageAnonExclusive(page + i);
1319                         break;
1320                 case RMAP_LEVEL_PMD:
1321                         SetPageAnonExclusive(page);
1322                         break;
1323                 }
1324         }
1325         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
1326                 struct page *cur_page = page + i;
1327
1328                 /* While PTE-mapping a THP we have a PMD and a PTE mapping. */
1329                 VM_WARN_ON_FOLIO((atomic_read(&cur_page->_mapcount) > 0 ||
1330                                   (folio_test_large(folio) &&
1331                                    folio_entire_mapcount(folio) > 1)) &&
1332                                  PageAnonExclusive(cur_page), folio);
1333         }
1334
1335         /*
1336          * For large folio, only mlock it if it's fully mapped to VMA. It's
1337          * not easy to check whether the large folio is fully mapped to VMA
1338          * here. Only mlock normal 4K folio and leave page reclaim to handle
1339          * large folio.
1340          */
1341         if (!folio_test_large(folio))
1342                 mlock_vma_folio(folio, vma);
1343 }
1344
1345 /**
1346  * folio_add_anon_rmap_ptes - add PTE mappings to a page range of an anon folio
1347  * @folio:      The folio to add the mappings to
1348  * @page:       The first page to add
1349  * @nr_pages:   The number of pages which will be mapped
1350  * @vma:        The vm area in which the mappings are added
1351  * @address:    The user virtual address of the first page to map
1352  * @flags:      The rmap flags
1353  *
1354  * The page range of folio is defined by [first_page, first_page + nr_pages)
1355  *
1356  * The caller needs to hold the page table lock, and the page must be locked in
1357  * the anon_vma case: to serialize mapping,index checking after setting,
1358  * and to ensure that an anon folio is not being upgraded racily to a KSM folio
1359  * (but KSM folios are never downgraded).
1360  */
1361 void folio_add_anon_rmap_ptes(struct folio *folio, struct page *page,
1362                 int nr_pages, struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
1363                 rmap_t flags)
1364 {
1365         __folio_add_anon_rmap(folio, page, nr_pages, vma, address, flags,
1366                               RMAP_LEVEL_PTE);
1367 }
1368
1369 /**
1370  * folio_add_anon_rmap_pmd - add a PMD mapping to a page range of an anon folio
1371  * @folio:      The folio to add the mapping to
1372  * @page:       The first page to add
1373  * @vma:        The vm area in which the mapping is added
1374  * @address:    The user virtual address of the first page to map
1375  * @flags:      The rmap flags
1376  *
1377  * The page range of folio is defined by [first_page, first_page + HPAGE_PMD_NR)
1378  *
1379  * The caller needs to hold the page table lock, and the page must be locked in
1380  * the anon_vma case: to serialize mapping,index checking after setting.
1381  */
1382 void folio_add_anon_rmap_pmd(struct folio *folio, struct page *page,
1383                 struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, rmap_t flags)
1384 {
1385 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1386         __folio_add_anon_rmap(folio, page, HPAGE_PMD_NR, vma, address, flags,
1387                               RMAP_LEVEL_PMD);
1388 #else
1389         WARN_ON_ONCE(true);
1390 #endif
1391 }
1392
1393 /**
1394  * folio_add_new_anon_rmap - Add mapping to a new anonymous folio.
1395  * @folio:      The folio to add the mapping to.
1396  * @vma:        the vm area in which the mapping is added
1397  * @address:    the user virtual address mapped
1398  *
1399  * Like folio_add_anon_rmap_*() but must only be called on *new* folios.
1400  * This means the inc-and-test can be bypassed.
1401  * The folio does not have to be locked.
1402  *
1403  * If the folio is pmd-mappable, it is accounted as a THP.  As the folio
1404  * is new, it's assumed to be mapped exclusively by a single process.
1405  */
1406 void folio_add_new_anon_rmap(struct folio *folio, struct vm_area_struct *vma,
1407                 unsigned long address)
1408 {
1409         int nr = folio_nr_pages(folio);
1410
1411         VM_WARN_ON_FOLIO(folio_test_hugetlb(folio), folio);
1412         VM_BUG_ON_VMA(address < vma->vm_start ||
1413                         address + (nr << PAGE_SHIFT) > vma->vm_end, vma);
1414         __folio_set_swapbacked(folio);
1415         __folio_set_anon(folio, vma, address, true);
1416
1417         if (likely(!folio_test_large(folio))) {
1418                 /* increment count (starts at -1) */
1419                 atomic_set(&folio->_mapcount, 0);
1420                 SetPageAnonExclusive(&folio->page);
1421         } else if (!folio_test_pmd_mappable(folio)) {
1422                 int i;
1423
1424                 for (i = 0; i < nr; i++) {
1425                         struct page *page = folio_page(folio, i);
1426
1427                         /* increment count (starts at -1) */
1428                         atomic_set(&page->_mapcount, 0);
1429                         SetPageAnonExclusive(page);
1430                 }
1431
1432                 atomic_set(&folio->_nr_pages_mapped, nr);
1433         } else {
1434                 /* increment count (starts at -1) */
1435                 atomic_set(&folio->_entire_mapcount, 0);
1436                 atomic_set(&folio->_nr_pages_mapped, ENTIRELY_MAPPED);
1437                 SetPageAnonExclusive(&folio->page);
1438                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_ANON_THPS, nr);
1439         }
1440
1441         __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_ANON_MAPPED, nr);
1442 }
1443
1444 static __always_inline void __folio_add_file_rmap(struct folio *folio,
1445                 struct page *page, int nr_pages, struct vm_area_struct *vma,
1446                 enum rmap_level level)
1447 {
1448         int nr, nr_pmdmapped = 0;
1449
1450         VM_WARN_ON_FOLIO(folio_test_anon(folio), folio);
1451
1452         nr = __folio_add_rmap(folio, page, nr_pages, level, &nr_pmdmapped);
1453         if (nr_pmdmapped)
1454                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, folio_test_swapbacked(folio) ?
1455                         NR_SHMEM_PMDMAPPED : NR_FILE_PMDMAPPED, nr_pmdmapped);
1456         if (nr)
1457                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, NR_FILE_MAPPED, nr);
1458
1459         /* See comments in folio_add_anon_rmap_*() */
1460         if (!folio_test_large(folio))
1461                 mlock_vma_folio(folio, vma);
1462 }
1463
1464 /**
1465  * folio_add_file_rmap_ptes - add PTE mappings to a page range of a folio
1466  * @folio:      The folio to add the mappings to
1467  * @page:       The first page to add
1468  * @nr_pages:   The number of pages that will be mapped using PTEs
1469  * @vma:        The vm area in which the mappings are added
1470  *
1471  * The page range of the folio is defined by [page, page + nr_pages)
1472  *
1473  * The caller needs to hold the page table lock.
1474  */
1475 void folio_add_file_rmap_ptes(struct folio *folio, struct page *page,
1476                 int nr_pages, struct vm_area_struct *vma)
1477 {
1478         __folio_add_file_rmap(folio, page, nr_pages, vma, RMAP_LEVEL_PTE);
1479 }
1480
1481 /**
1482  * folio_add_file_rmap_pmd - add a PMD mapping to a page range of a folio
1483  * @folio:      The folio to add the mapping to
1484  * @page:       The first page to add
1485  * @vma:        The vm area in which the mapping is added
1486  *
1487  * The page range of the folio is defined by [page, page + HPAGE_PMD_NR)
1488  *
1489  * The caller needs to hold the page table lock.
1490  */
1491 void folio_add_file_rmap_pmd(struct folio *folio, struct page *page,
1492                 struct vm_area_struct *vma)
1493 {
1494 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1495         __folio_add_file_rmap(folio, page, HPAGE_PMD_NR, vma, RMAP_LEVEL_PMD);
1496 #else
1497         WARN_ON_ONCE(true);
1498 #endif
1499 }
1500
1501 static __always_inline void __folio_remove_rmap(struct folio *folio,
1502                 struct page *page, int nr_pages, struct vm_area_struct *vma,
1503                 enum rmap_level level)
1504 {
1505         atomic_t *mapped = &folio->_nr_pages_mapped;
1506         int last, nr = 0, nr_pmdmapped = 0;
1507         enum node_stat_item idx;
1508
1509         __folio_rmap_sanity_checks(folio, page, nr_pages, level);
1510
1511         switch (level) {
1512         case RMAP_LEVEL_PTE:
1513                 do {
1514                         last = atomic_add_negative(-1, &page->_mapcount);
1515                         if (last && folio_test_large(folio)) {
1516                                 last = atomic_dec_return_relaxed(mapped);
1517                                 last = (last < ENTIRELY_MAPPED);
1518                         }
1519
1520                         if (last)
1521                                 nr++;
1522                 } while (page++, --nr_pages > 0);
1523                 break;
1524         case RMAP_LEVEL_PMD:
1525                 last = atomic_add_negative(-1, &folio->_entire_mapcount);
1526                 if (last) {
1527                         nr = atomic_sub_return_relaxed(ENTIRELY_MAPPED, mapped);
1528                         if (likely(nr < ENTIRELY_MAPPED)) {
1529                                 nr_pmdmapped = folio_nr_pages(folio);
1530                                 nr = nr_pmdmapped - (nr & FOLIO_PAGES_MAPPED);
1531                                 /* Raced ahead of another remove and an add? */
1532                                 if (unlikely(nr < 0))
1533                                         nr = 0;
1534                         } else {
1535                                 /* An add of ENTIRELY_MAPPED raced ahead */
1536                                 nr = 0;
1537                         }
1538                 }
1539                 break;
1540         }
1541
1542         if (nr_pmdmapped) {
1543                 if (folio_test_anon(folio))
1544                         idx = NR_ANON_THPS;
1545                 else if (folio_test_swapbacked(folio))
1546                         idx = NR_SHMEM_PMDMAPPED;
1547                 else
1548                         idx = NR_FILE_PMDMAPPED;
1549                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, idx, -nr_pmdmapped);
1550         }
1551         if (nr) {
1552                 idx = folio_test_anon(folio) ? NR_ANON_MAPPED : NR_FILE_MAPPED;
1553                 __lruvec_stat_mod_folio(folio, idx, -nr);
1554
1555                 /*
1556                  * Queue anon large folio for deferred split if at least one
1557                  * page of the folio is unmapped and at least one page
1558                  * is still mapped.
1559                  */
1560                 if (folio_test_large(folio) && folio_test_anon(folio))
1561                         if (level == RMAP_LEVEL_PTE || nr < nr_pmdmapped)
1562                                 deferred_split_folio(folio);
1563         }
1564
1565         /*
1566          * It would be tidy to reset folio_test_anon mapping when fully
1567          * unmapped, but that might overwrite a racing folio_add_anon_rmap_*()
1568          * which increments mapcount after us but sets mapping before us:
1569          * so leave the reset to free_pages_prepare, and remember that
1570          * it's only reliable while mapped.
1571          */
1572
1573         munlock_vma_folio(folio, vma);
1574 }
1575
1576 /**
1577  * folio_remove_rmap_ptes - remove PTE mappings from a page range of a folio
1578  * @folio:      The folio to remove the mappings from
1579  * @page:       The first page to remove
1580  * @nr_pages:   The number of pages that will be removed from the mapping
1581  * @vma:        The vm area from which the mappings are removed
1582  *
1583  * The page range of the folio is defined by [page, page + nr_pages)
1584  *
1585  * The caller needs to hold the page table lock.
1586  */
1587 void folio_remove_rmap_ptes(struct folio *folio, struct page *page,
1588                 int nr_pages, struct vm_area_struct *vma)
1589 {
1590         __folio_remove_rmap(folio, page, nr_pages, vma, RMAP_LEVEL_PTE);
1591 }
1592
1593 /**
1594  * folio_remove_rmap_pmd - remove a PMD mapping from a page range of a folio
1595  * @folio:      The folio to remove the mapping from
1596  * @page:       The first page to remove
1597  * @vma:        The vm area from which the mapping is removed
1598  *
1599  * The page range of the folio is defined by [page, page + HPAGE_PMD_NR)
1600  *
1601  * The caller needs to hold the page table lock.
1602  */
1603 void folio_remove_rmap_pmd(struct folio *folio, struct page *page,
1604                 struct vm_area_struct *vma)
1605 {
1606 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1607         __folio_remove_rmap(folio, page, HPAGE_PMD_NR, vma, RMAP_LEVEL_PMD);
1608 #else
1609         WARN_ON_ONCE(true);
1610 #endif
1611 }
1612
1613 /*
1614  * @arg: enum ttu_flags will be passed to this argument
1615  */
1616 static bool try_to_unmap_one(struct folio *folio, struct vm_area_struct *vma,
1617                      unsigned long address, void *arg)
1618 {
1619         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
1620         DEFINE_FOLIO_VMA_WALK(pvmw, folio, vma, address, 0);
1621         pte_t pteval;
1622         struct page *subpage;
1623         bool anon_exclusive, ret = true;
1624         struct mmu_notifier_range range;
1625         enum ttu_flags flags = (enum ttu_flags)(long)arg;
1626         unsigned long pfn;
1627         unsigned long hsz = 0;
1628
1629         /*
1630          * When racing against e.g. zap_pte_range() on another cpu,
1631          * in between its ptep_get_and_clear_full() and folio_remove_rmap_*(),
1632          * try_to_unmap() may return before page_mapped() has become false,
1633          * if page table locking is skipped: use TTU_SYNC to wait for that.
1634          */
1635         if (flags & TTU_SYNC)
1636                 pvmw.flags = PVMW_SYNC;
1637
1638         if (flags & TTU_SPLIT_HUGE_PMD)
1639                 split_huge_pmd_address(vma, address, false, folio);
1640
1641         /*
1642          * For THP, we have to assume the worse case ie pmd for invalidation.
1643          * For hugetlb, it could be much worse if we need to do pud
1644          * invalidation in the case of pmd sharing.
1645          *
1646          * Note that the folio can not be freed in this function as call of
1647          * try_to_unmap() must hold a reference on the folio.
1648          */
1649         range.end = vma_address_end(&pvmw);
1650         mmu_notifier_range_init(&range, MMU_NOTIFY_CLEAR, 0, vma->vm_mm,
1651                                 address, range.end);
1652         if (folio_test_hugetlb(folio)) {
1653                 /*
1654                  * If sharing is possible, start and end will be adjusted
1655                  * accordingly.
1656                  */
1657                 adjust_range_if_pmd_sharing_possible(vma, &range.start,
1658                                                      &range.end);
1659
1660                 /* We need the huge page size for set_huge_pte_at() */
1661                 hsz = huge_page_size(hstate_vma(vma));
1662         }
1663         mmu_notifier_invalidate_range_start(&range);
1664
1665         while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
1666                 /* Unexpected PMD-mapped THP? */
1667                 VM_BUG_ON_FOLIO(!pvmw.pte, folio);
1668
1669                 /*
1670                  * If the folio is in an mlock()d vma, we must not swap it out.
1671                  */
1672                 if (!(flags & TTU_IGNORE_MLOCK) &&
1673                     (vma->vm_flags & VM_LOCKED)) {
1674                         /* Restore the mlock which got missed */
1675                         if (!folio_test_large(folio))
1676                                 mlock_vma_folio(folio, vma);
1677                         page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1678                         ret = false;
1679                         break;
1680                 }
1681
1682                 pfn = pte_pfn(ptep_get(pvmw.pte));
1683                 subpage = folio_page(folio, pfn - folio_pfn(folio));
1684                 address = pvmw.address;
1685                 anon_exclusive = folio_test_anon(folio) &&
1686                                  PageAnonExclusive(subpage);
1687
1688                 if (folio_test_hugetlb(folio)) {
1689                         bool anon = folio_test_anon(folio);
1690
1691                         /*
1692                          * The try_to_unmap() is only passed a hugetlb page
1693                          * in the case where the hugetlb page is poisoned.
1694                          */
1695                         VM_BUG_ON_PAGE(!PageHWPoison(subpage), subpage);
1696                         /*
1697                          * huge_pmd_unshare may unmap an entire PMD page.
1698                          * There is no way of knowing exactly which PMDs may
1699                          * be cached for this mm, so we must flush them all.
1700                          * start/end were already adjusted above to cover this
1701                          * range.
1702                          */
1703                         flush_cache_range(vma, range.start, range.end);
1704
1705                         /*
1706                          * To call huge_pmd_unshare, i_mmap_rwsem must be
1707                          * held in write mode.  Caller needs to explicitly
1708                          * do this outside rmap routines.
1709                          *
1710                          * We also must hold hugetlb vma_lock in write mode.
1711                          * Lock order dictates acquiring vma_lock BEFORE
1712                          * i_mmap_rwsem.  We can only try lock here and fail
1713                          * if unsuccessful.
1714                          */
1715                         if (!anon) {
1716                                 VM_BUG_ON(!(flags & TTU_RMAP_LOCKED));
1717                                 if (!hugetlb_vma_trylock_write(vma)) {
1718                                         page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1719                                         ret = false;
1720                                         break;
1721                                 }
1722                                 if (huge_pmd_unshare(mm, vma, address, pvmw.pte)) {
1723                                         hugetlb_vma_unlock_write(vma);
1724                                         flush_tlb_range(vma,
1725                                                 range.start, range.end);
1726                                         /*
1727                                          * The ref count of the PMD page was
1728                                          * dropped which is part of the way map
1729                                          * counting is done for shared PMDs.
1730                                          * Return 'true' here.  When there is
1731                                          * no other sharing, huge_pmd_unshare
1732                                          * returns false and we will unmap the
1733                                          * actual page and drop map count
1734                                          * to zero.
1735                                          */
1736                                         page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1737                                         break;
1738                                 }
1739                                 hugetlb_vma_unlock_write(vma);
1740                         }
1741                         pteval = huge_ptep_clear_flush(vma, address, pvmw.pte);
1742                 } else {
1743                         flush_cache_page(vma, address, pfn);
1744                         /* Nuke the page table entry. */
1745                         if (should_defer_flush(mm, flags)) {
1746                                 /*
1747                                  * We clear the PTE but do not flush so potentially
1748                                  * a remote CPU could still be writing to the folio.
1749                                  * If the entry was previously clean then the
1750                                  * architecture must guarantee that a clear->dirty
1751                                  * transition on a cached TLB entry is written through
1752                                  * and traps if the PTE is unmapped.
1753                                  */
1754                                 pteval = ptep_get_and_clear(mm, address, pvmw.pte);
1755
1756                                 set_tlb_ubc_flush_pending(mm, pteval, address);
1757                         } else {
1758                                 pteval = ptep_clear_flush(vma, address, pvmw.pte);
1759                         }
1760                 }
1761
1762                 /*
1763                  * Now the pte is cleared. If this pte was uffd-wp armed,
1764                  * we may want to replace a none pte with a marker pte if
1765                  * it's file-backed, so we don't lose the tracking info.
1766                  */
1767                 pte_install_uffd_wp_if_needed(vma, address, pvmw.pte, pteval);
1768
1769                 /* Set the dirty flag on the folio now the pte is gone. */
1770                 if (pte_dirty(pteval))
1771                         folio_mark_dirty(folio);
1772
1773                 /* Update high watermark before we lower rss */
1774                 update_hiwater_rss(mm);
1775
1776                 if (PageHWPoison(subpage) && (flags & TTU_HWPOISON)) {
1777                         pteval = swp_entry_to_pte(make_hwpoison_entry(subpage));
1778                         if (folio_test_hugetlb(folio)) {
1779                                 hugetlb_count_sub(folio_nr_pages(folio), mm);
1780                                 set_huge_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval,
1781                                                 hsz);
1782                         } else {
1783                                 dec_mm_counter(mm, mm_counter(folio));
1784                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
1785                         }
1786
1787                 } else if (pte_unused(pteval) && !userfaultfd_armed(vma)) {
1788                         /*
1789                          * The guest indicated that the page content is of no
1790                          * interest anymore. Simply discard the pte, vmscan
1791                          * will take care of the rest.
1792                          * A future reference will then fault in a new zero
1793                          * page. When userfaultfd is active, we must not drop
1794                          * this page though, as its main user (postcopy
1795                          * migration) will not expect userfaults on already
1796                          * copied pages.
1797                          */
1798                         dec_mm_counter(mm, mm_counter(folio));
1799                 } else if (folio_test_anon(folio)) {
1800                         swp_entry_t entry = page_swap_entry(subpage);
1801                         pte_t swp_pte;
1802                         /*
1803                          * Store the swap location in the pte.
1804                          * See handle_pte_fault() ...
1805                          */
1806                         if (unlikely(folio_test_swapbacked(folio) !=
1807                                         folio_test_swapcache(folio))) {
1808                                 WARN_ON_ONCE(1);
1809                                 ret = false;
1810                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1811                                 break;
1812                         }
1813
1814                         /* MADV_FREE page check */
1815                         if (!folio_test_swapbacked(folio)) {
1816                                 int ref_count, map_count;
1817
1818                                 /*
1819                                  * Synchronize with gup_pte_range():
1820                                  * - clear PTE; barrier; read refcount
1821                                  * - inc refcount; barrier; read PTE
1822                                  */
1823                                 smp_mb();
1824
1825                                 ref_count = folio_ref_count(folio);
1826                                 map_count = folio_mapcount(folio);
1827
1828                                 /*
1829                                  * Order reads for page refcount and dirty flag
1830                                  * (see comments in __remove_mapping()).
1831                                  */
1832                                 smp_rmb();
1833
1834                                 /*
1835                                  * The only page refs must be one from isolation
1836                                  * plus the rmap(s) (dropped by discard:).
1837                                  */
1838                                 if (ref_count == 1 + map_count &&
1839                                     !folio_test_dirty(folio)) {
1840                                         dec_mm_counter(mm, MM_ANONPAGES);
1841                                         goto discard;
1842                                 }
1843
1844                                 /*
1845                                  * If the folio was redirtied, it cannot be
1846                                  * discarded. Remap the page to page table.
1847                                  */
1848                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
1849                                 folio_set_swapbacked(folio);
1850                                 ret = false;
1851                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1852                                 break;
1853                         }
1854
1855                         if (swap_duplicate(entry) < 0) {
1856                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
1857                                 ret = false;
1858                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1859                                 break;
1860                         }
1861                         if (arch_unmap_one(mm, vma, address, pteval) < 0) {
1862                                 swap_free(entry);
1863                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
1864                                 ret = false;
1865                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1866                                 break;
1867                         }
1868
1869                         /* See folio_try_share_anon_rmap(): clear PTE first. */
1870                         if (anon_exclusive &&
1871                             folio_try_share_anon_rmap_pte(folio, subpage)) {
1872                                 swap_free(entry);
1873                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
1874                                 ret = false;
1875                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1876                                 break;
1877                         }
1878                         if (list_empty(&mm->mmlist)) {
1879                                 spin_lock(&mmlist_lock);
1880                                 if (list_empty(&mm->mmlist))
1881                                         list_add(&mm->mmlist, &init_mm.mmlist);
1882                                 spin_unlock(&mmlist_lock);
1883                         }
1884                         dec_mm_counter(mm, MM_ANONPAGES);
1885                         inc_mm_counter(mm, MM_SWAPENTS);
1886                         swp_pte = swp_entry_to_pte(entry);
1887                         if (anon_exclusive)
1888                                 swp_pte = pte_swp_mkexclusive(swp_pte);
1889                         if (pte_soft_dirty(pteval))
1890                                 swp_pte = pte_swp_mksoft_dirty(swp_pte);
1891                         if (pte_uffd_wp(pteval))
1892                                 swp_pte = pte_swp_mkuffd_wp(swp_pte);
1893                         set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, swp_pte);
1894                 } else {
1895                         /*
1896                          * This is a locked file-backed folio,
1897                          * so it cannot be removed from the page
1898                          * cache and replaced by a new folio before
1899                          * mmu_notifier_invalidate_range_end, so no
1900                          * concurrent thread might update its page table
1901                          * to point at a new folio while a device is
1902                          * still using this folio.
1903                          *
1904                          * See Documentation/mm/mmu_notifier.rst
1905                          */
1906                         dec_mm_counter(mm, mm_counter_file(folio));
1907                 }
1908 discard:
1909                 if (unlikely(folio_test_hugetlb(folio)))
1910                         hugetlb_remove_rmap(folio);
1911                 else
1912                         folio_remove_rmap_pte(folio, subpage, vma);
1913                 if (vma->vm_flags & VM_LOCKED)
1914                         mlock_drain_local();
1915                 folio_put(folio);
1916         }
1917
1918         mmu_notifier_invalidate_range_end(&range);
1919
1920         return ret;
1921 }
1922
1923 static bool invalid_migration_vma(struct vm_area_struct *vma, void *arg)
1924 {
1925         return vma_is_temporary_stack(vma);
1926 }
1927
1928 static int folio_not_mapped(struct folio *folio)
1929 {
1930         return !folio_mapped(folio);
1931 }
1932
1933 /**
1934  * try_to_unmap - Try to remove all page table mappings to a folio.
1935  * @folio: The folio to unmap.
1936  * @flags: action and flags
1937  *
1938  * Tries to remove all the page table entries which are mapping this
1939  * folio.  It is the caller's responsibility to check if the folio is
1940  * still mapped if needed (use TTU_SYNC to prevent accounting races).
1941  *
1942  * Context: Caller must hold the folio lock.
1943  */
1944 void try_to_unmap(struct folio *folio, enum ttu_flags flags)
1945 {
1946         struct rmap_walk_control rwc = {
1947                 .rmap_one = try_to_unmap_one,
1948                 .arg = (void *)flags,
1949                 .done = folio_not_mapped,
1950                 .anon_lock = folio_lock_anon_vma_read,
1951         };
1952
1953         if (flags & TTU_RMAP_LOCKED)
1954                 rmap_walk_locked(folio, &rwc);
1955         else
1956                 rmap_walk(folio, &rwc);
1957 }
1958
1959 /*
1960  * @arg: enum ttu_flags will be passed to this argument.
1961  *
1962  * If TTU_SPLIT_HUGE_PMD is specified any PMD mappings will be split into PTEs
1963  * containing migration entries.
1964  */
1965 static bool try_to_migrate_one(struct folio *folio, struct vm_area_struct *vma,
1966                      unsigned long address, void *arg)
1967 {
1968         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
1969         DEFINE_FOLIO_VMA_WALK(pvmw, folio, vma, address, 0);
1970         pte_t pteval;
1971         struct page *subpage;
1972         bool anon_exclusive, ret = true;
1973         struct mmu_notifier_range range;
1974         enum ttu_flags flags = (enum ttu_flags)(long)arg;
1975         unsigned long pfn;
1976         unsigned long hsz = 0;
1977
1978         /*
1979          * When racing against e.g. zap_pte_range() on another cpu,
1980          * in between its ptep_get_and_clear_full() and folio_remove_rmap_*(),
1981          * try_to_migrate() may return before page_mapped() has become false,
1982          * if page table locking is skipped: use TTU_SYNC to wait for that.
1983          */
1984         if (flags & TTU_SYNC)
1985                 pvmw.flags = PVMW_SYNC;
1986
1987         /*
1988          * unmap_page() in mm/huge_memory.c is the only user of migration with
1989          * TTU_SPLIT_HUGE_PMD and it wants to freeze.
1990          */
1991         if (flags & TTU_SPLIT_HUGE_PMD)
1992                 split_huge_pmd_address(vma, address, true, folio);
1993
1994         /*
1995          * For THP, we have to assume the worse case ie pmd for invalidation.
1996          * For hugetlb, it could be much worse if we need to do pud
1997          * invalidation in the case of pmd sharing.
1998          *
1999          * Note that the page can not be free in this function as call of
2000          * try_to_unmap() must hold a reference on the page.
2001          */
2002         range.end = vma_address_end(&pvmw);
2003         mmu_notifier_range_init(&range, MMU_NOTIFY_CLEAR, 0, vma->vm_mm,
2004                                 address, range.end);
2005         if (folio_test_hugetlb(folio)) {
2006                 /*
2007                  * If sharing is possible, start and end will be adjusted
2008                  * accordingly.
2009                  */
2010                 adjust_range_if_pmd_sharing_possible(vma, &range.start,
2011                                                      &range.end);
2012
2013                 /* We need the huge page size for set_huge_pte_at() */
2014                 hsz = huge_page_size(hstate_vma(vma));
2015         }
2016         mmu_notifier_invalidate_range_start(&range);
2017
2018         while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
2019 #ifdef CONFIG_ARCH_ENABLE_THP_MIGRATION
2020                 /* PMD-mapped THP migration entry */
2021                 if (!pvmw.pte) {
2022                         subpage = folio_page(folio,
2023                                 pmd_pfn(*pvmw.pmd) - folio_pfn(folio));
2024                         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_hugetlb(folio) ||
2025                                         !folio_test_pmd_mappable(folio), folio);
2026
2027                         if (set_pmd_migration_entry(&pvmw, subpage)) {
2028                                 ret = false;
2029                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
2030                                 break;
2031                         }
2032                         continue;
2033                 }
2034 #endif
2035
2036                 /* Unexpected PMD-mapped THP? */
2037                 VM_BUG_ON_FOLIO(!pvmw.pte, folio);
2038
2039                 pfn = pte_pfn(ptep_get(pvmw.pte));
2040
2041                 if (folio_is_zone_device(folio)) {
2042                         /*
2043                          * Our PTE is a non-present device exclusive entry and
2044                          * calculating the subpage as for the common case would
2045                          * result in an invalid pointer.
2046                          *
2047                          * Since only PAGE_SIZE pages can currently be
2048                          * migrated, just set it to page. This will need to be
2049                          * changed when hugepage migrations to device private
2050                          * memory are supported.
2051                          */
2052                         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_nr_pages(folio) > 1, folio);
2053                         subpage = &folio->page;
2054                 } else {
2055                         subpage = folio_page(folio, pfn - folio_pfn(folio));
2056                 }
2057                 address = pvmw.address;
2058                 anon_exclusive = folio_test_anon(folio) &&
2059                                  PageAnonExclusive(subpage);
2060
2061                 if (folio_test_hugetlb(folio)) {
2062                         bool anon = folio_test_anon(folio);
2063
2064                         /*
2065                          * huge_pmd_unshare may unmap an entire PMD page.
2066                          * There is no way of knowing exactly which PMDs may
2067                          * be cached for this mm, so we must flush them all.
2068                          * start/end were already adjusted above to cover this
2069                          * range.
2070                          */
2071                         flush_cache_range(vma, range.start, range.end);
2072
2073                         /*
2074                          * To call huge_pmd_unshare, i_mmap_rwsem must be
2075                          * held in write mode.  Caller needs to explicitly
2076                          * do this outside rmap routines.
2077                          *
2078                          * We also must hold hugetlb vma_lock in write mode.
2079                          * Lock order dictates acquiring vma_lock BEFORE
2080                          * i_mmap_rwsem.  We can only try lock here and
2081                          * fail if unsuccessful.
2082                          */
2083                         if (!anon) {
2084                                 VM_BUG_ON(!(flags & TTU_RMAP_LOCKED));
2085                                 if (!hugetlb_vma_trylock_write(vma)) {
2086                                         page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
2087                                         ret = false;
2088                                         break;
2089                                 }
2090                                 if (huge_pmd_unshare(mm, vma, address, pvmw.pte)) {
2091                                         hugetlb_vma_unlock_write(vma);
2092                                         flush_tlb_range(vma,
2093                                                 range.start, range.end);
2094
2095                                         /*
2096                                          * The ref count of the PMD page was
2097                                          * dropped which is part of the way map
2098                                          * counting is done for shared PMDs.
2099                                          * Return 'true' here.  When there is
2100                                          * no other sharing, huge_pmd_unshare
2101                                          * returns false and we will unmap the
2102                                          * actual page and drop map count
2103                                          * to zero.
2104                                          */
2105                                         page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
2106                                         break;
2107                                 }
2108                                 hugetlb_vma_unlock_write(vma);
2109                         }
2110                         /* Nuke the hugetlb page table entry */
2111                         pteval = huge_ptep_clear_flush(vma, address, pvmw.pte);
2112                 } else {
2113                         flush_cache_page(vma, address, pfn);
2114                         /* Nuke the page table entry. */
2115                         if (should_defer_flush(mm, flags)) {
2116                                 /*
2117                                  * We clear the PTE but do not flush so potentially
2118                                  * a remote CPU could still be writing to the folio.
2119                                  * If the entry was previously clean then the
2120                                  * architecture must guarantee that a clear->dirty
2121                                  * transition on a cached TLB entry is written through
2122                                  * and traps if the PTE is unmapped.
2123                                  */
2124                                 pteval = ptep_get_and_clear(mm, address, pvmw.pte);
2125
2126                                 set_tlb_ubc_flush_pending(mm, pteval, address);
2127                         } else {
2128                                 pteval = ptep_clear_flush(vma, address, pvmw.pte);
2129                         }
2130                 }
2131
2132                 /* Set the dirty flag on the folio now the pte is gone. */
2133                 if (pte_dirty(pteval))
2134                         folio_mark_dirty(folio);
2135
2136                 /* Update high watermark before we lower rss */
2137                 update_hiwater_rss(mm);
2138
2139                 if (folio_is_device_private(folio)) {
2140                         unsigned long pfn = folio_pfn(folio);
2141                         swp_entry_t entry;
2142                         pte_t swp_pte;
2143
2144                         if (anon_exclusive)
2145                                 WARN_ON_ONCE(folio_try_share_anon_rmap_pte(folio,
2146                                                                            subpage));
2147
2148                         /*
2149                          * Store the pfn of the page in a special migration
2150                          * pte. do_swap_page() will wait until the migration
2151                          * pte is removed and then restart fault handling.
2152                          */
2153                         entry = pte_to_swp_entry(pteval);
2154                         if (is_writable_device_private_entry(entry))
2155                                 entry = make_writable_migration_entry(pfn);
2156                         else if (anon_exclusive)
2157                                 entry = make_readable_exclusive_migration_entry(pfn);
2158                         else
2159                                 entry = make_readable_migration_entry(pfn);
2160                         swp_pte = swp_entry_to_pte(entry);
2161
2162                         /*
2163                          * pteval maps a zone device page and is therefore
2164                          * a swap pte.
2165                          */
2166                         if (pte_swp_soft_dirty(pteval))
2167                                 swp_pte = pte_swp_mksoft_dirty(swp_pte);
2168                         if (pte_swp_uffd_wp(pteval))
2169                                 swp_pte = pte_swp_mkuffd_wp(swp_pte);
2170                         set_pte_at(mm, pvmw.address, pvmw.pte, swp_pte);
2171                         trace_set_migration_pte(pvmw.address, pte_val(swp_pte),
2172                                                 folio_order(folio));
2173                         /*
2174                          * No need to invalidate here it will synchronize on
2175                          * against the special swap migration pte.
2176                          */
2177                 } else if (PageHWPoison(subpage)) {
2178                         pteval = swp_entry_to_pte(make_hwpoison_entry(subpage));
2179                         if (folio_test_hugetlb(folio)) {
2180                                 hugetlb_count_sub(folio_nr_pages(folio), mm);
2181                                 set_huge_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval,
2182                                                 hsz);
2183                         } else {
2184                                 dec_mm_counter(mm, mm_counter(folio));
2185                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
2186                         }
2187
2188                 } else if (pte_unused(pteval) && !userfaultfd_armed(vma)) {
2189                         /*
2190                          * The guest indicated that the page content is of no
2191                          * interest anymore. Simply discard the pte, vmscan
2192                          * will take care of the rest.
2193                          * A future reference will then fault in a new zero
2194                          * page. When userfaultfd is active, we must not drop
2195                          * this page though, as its main user (postcopy
2196                          * migration) will not expect userfaults on already
2197                          * copied pages.
2198                          */
2199                         dec_mm_counter(mm, mm_counter(folio));
2200                 } else {
2201                         swp_entry_t entry;
2202                         pte_t swp_pte;
2203
2204                         if (arch_unmap_one(mm, vma, address, pteval) < 0) {
2205                                 if (folio_test_hugetlb(folio))
2206                                         set_huge_pte_at(mm, address, pvmw.pte,
2207                                                         pteval, hsz);
2208                                 else
2209                                         set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
2210                                 ret = false;
2211                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
2212                                 break;
2213                         }
2214                         VM_BUG_ON_PAGE(pte_write(pteval) && folio_test_anon(folio) &&
2215                                        !anon_exclusive, subpage);
2216
2217                         /* See folio_try_share_anon_rmap_pte(): clear PTE first. */
2218                         if (folio_test_hugetlb(folio)) {
2219                                 if (anon_exclusive &&
2220                                     hugetlb_try_share_anon_rmap(folio)) {
2221                                         set_huge_pte_at(mm, address, pvmw.pte,
2222                                                         pteval, hsz);
2223                                         ret = false;
2224                                         page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
2225                                         break;
2226                                 }
2227                         } else if (anon_exclusive &&
2228                                    folio_try_share_anon_rmap_pte(folio, subpage)) {
2229                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
2230                                 ret = false;
2231                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
2232                                 break;
2233                         }
2234
2235                         /*
2236                          * Store the pfn of the page in a special migration
2237                          * pte. do_swap_page() will wait until the migration
2238                          * pte is removed and then restart fault handling.
2239                          */
2240                         if (pte_write(pteval))
2241                                 entry = make_writable_migration_entry(
2242                                                         page_to_pfn(subpage));
2243                         else if (anon_exclusive)
2244                                 entry = make_readable_exclusive_migration_entry(
2245                                                         page_to_pfn(subpage));
2246                         else
2247                                 entry = make_readable_migration_entry(
2248                                                         page_to_pfn(subpage));
2249                         if (pte_young(pteval))
2250                                 entry = make_migration_entry_young(entry);
2251                         if (pte_dirty(pteval))
2252                                 entry = make_migration_entry_dirty(entry);
2253                         swp_pte = swp_entry_to_pte(entry);
2254                         if (pte_soft_dirty(pteval))
2255                                 swp_pte = pte_swp_mksoft_dirty(swp_pte);
2256                         if (pte_uffd_wp(pteval))
2257                                 swp_pte = pte_swp_mkuffd_wp(swp_pte);
2258                         if (folio_test_hugetlb(folio))
2259                                 set_huge_pte_at(mm, address, pvmw.pte, swp_pte,
2260                                                 hsz);
2261                         else
2262                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, swp_pte);
2263                         trace_set_migration_pte(address, pte_val(swp_pte),
2264                                                 folio_order(folio));
2265                         /*
2266                          * No need to invalidate here it will synchronize on
2267                          * against the special swap migration pte.
2268                          */
2269                 }
2270
2271                 if (unlikely(folio_test_hugetlb(folio)))
2272                         hugetlb_remove_rmap(folio);
2273                 else
2274                         folio_remove_rmap_pte(folio, subpage, vma);
2275                 if (vma->vm_flags & VM_LOCKED)
2276                         mlock_drain_local();
2277                 folio_put(folio);
2278         }
2279
2280         mmu_notifier_invalidate_range_end(&range);
2281
2282         return ret;
2283 }
2284
2285 /**
2286  * try_to_migrate - try to replace all page table mappings with swap entries
2287  * @folio: the folio to replace page table entries for
2288  * @flags: action and flags
2289  *
2290  * Tries to remove all the page table entries which are mapping this folio and
2291  * replace them with special swap entries. Caller must hold the folio lock.
2292  */
2293 void try_to_migrate(struct folio *folio, enum ttu_flags flags)
2294 {
2295         struct rmap_walk_control rwc = {
2296                 .rmap_one = try_to_migrate_one,
2297                 .arg = (void *)flags,
2298                 .done = folio_not_mapped,
2299                 .anon_lock = folio_lock_anon_vma_read,
2300         };
2301
2302         /*
2303          * Migration always ignores mlock and only supports TTU_RMAP_LOCKED and
2304          * TTU_SPLIT_HUGE_PMD, TTU_SYNC, and TTU_BATCH_FLUSH flags.
2305          */
2306         if (WARN_ON_ONCE(flags & ~(TTU_RMAP_LOCKED | TTU_SPLIT_HUGE_PMD |
2307                                         TTU_SYNC | TTU_BATCH_FLUSH)))
2308                 return;
2309
2310         if (folio_is_zone_device(folio) &&
2311             (!folio_is_device_private(folio) && !folio_is_device_coherent(folio)))
2312                 return;
2313
2314         /*
2315          * During exec, a temporary VMA is setup and later moved.
2316          * The VMA is moved under the anon_vma lock but not the
2317          * page tables leading to a race where migration cannot
2318          * find the migration ptes. Rather than increasing the
2319          * locking requirements of exec(), migration skips
2320          * temporary VMAs until after exec() completes.
2321          */
2322         if (!folio_test_ksm(folio) && folio_test_anon(folio))
2323                 rwc.invalid_vma = invalid_migration_vma;
2324
2325         if (flags & TTU_RMAP_LOCKED)
2326                 rmap_walk_locked(folio, &rwc);
2327         else
2328                 rmap_walk(folio, &rwc);
2329 }
2330
2331 #ifdef CONFIG_DEVICE_PRIVATE
2332 struct make_exclusive_args {
2333         struct mm_struct *mm;
2334         unsigned long address;
2335         void *owner;
2336         bool valid;
2337 };
2338
2339 static bool page_make_device_exclusive_one(struct folio *folio,
2340                 struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, void *priv)
2341 {
2342         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
2343         DEFINE_FOLIO_VMA_WALK(pvmw, folio, vma, address, 0);
2344         struct make_exclusive_args *args = priv;
2345         pte_t pteval;
2346         struct page *subpage;
2347         bool ret = true;
2348         struct mmu_notifier_range range;
2349         swp_entry_t entry;
2350         pte_t swp_pte;
2351         pte_t ptent;
2352
2353         mmu_notifier_range_init_owner(&range, MMU_NOTIFY_EXCLUSIVE, 0,
2354                                       vma->vm_mm, address, min(vma->vm_end,
2355                                       address + folio_size(folio)),
2356                                       args->owner);
2357         mmu_notifier_invalidate_range_start(&range);
2358
2359         while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
2360                 /* Unexpected PMD-mapped THP? */
2361                 VM_BUG_ON_FOLIO(!pvmw.pte, folio);
2362
2363                 ptent = ptep_get(pvmw.pte);
2364                 if (!pte_present(ptent)) {
2365                         ret = false;
2366                         page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
2367                         break;
2368                 }
2369
2370                 subpage = folio_page(folio,
2371                                 pte_pfn(ptent) - folio_pfn(folio));
2372                 address = pvmw.address;
2373
2374                 /* Nuke the page table entry. */
2375                 flush_cache_page(vma, address, pte_pfn(ptent));
2376                 pteval = ptep_clear_flush(vma, address, pvmw.pte);
2377
2378                 /* Set the dirty flag on the folio now the pte is gone. */
2379                 if (pte_dirty(pteval))
2380                         folio_mark_dirty(folio);
2381
2382                 /*
2383                  * Check that our target page is still mapped at the expected
2384                  * address.
2385                  */
2386                 if (args->mm == mm && args->address == address &&
2387                     pte_write(pteval))
2388                         args->valid = true;
2389
2390                 /*
2391                  * Store the pfn of the page in a special migration
2392                  * pte. do_swap_page() will wait until the migration
2393                  * pte is removed and then restart fault handling.
2394                  */
2395                 if (pte_write(pteval))
2396                         entry = make_writable_device_exclusive_entry(
2397                                                         page_to_pfn(subpage));
2398                 else
2399                         entry = make_readable_device_exclusive_entry(
2400                                                         page_to_pfn(subpage));
2401                 swp_pte = swp_entry_to_pte(entry);
2402                 if (pte_soft_dirty(pteval))
2403                         swp_pte = pte_swp_mksoft_dirty(swp_pte);
2404                 if (pte_uffd_wp(pteval))
2405                         swp_pte = pte_swp_mkuffd_wp(swp_pte);
2406
2407                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, swp_pte);
2408
2409                 /*
2410                  * There is a reference on the page for the swap entry which has
2411                  * been removed, so shouldn't take another.
2412                  */
2413                 folio_remove_rmap_pte(folio, subpage, vma);
2414         }
2415
2416         mmu_notifier_invalidate_range_end(&range);
2417
2418         return ret;
2419 }
2420
2421 /**
2422  * folio_make_device_exclusive - Mark the folio exclusively owned by a device.
2423  * @folio: The folio to replace page table entries for.
2424  * @mm: The mm_struct where the folio is expected to be mapped.
2425  * @address: Address where the folio is expected to be mapped.
2426  * @owner: passed to MMU_NOTIFY_EXCLUSIVE range notifier callbacks
2427  *
2428  * Tries to remove all the page table entries which are mapping this
2429  * folio and replace them with special device exclusive swap entries to
2430  * grant a device exclusive access to the folio.
2431  *
2432  * Context: Caller must hold the folio lock.
2433  * Return: false if the page is still mapped, or if it could not be unmapped
2434  * from the expected address. Otherwise returns true (success).
2435  */
2436 static bool folio_make_device_exclusive(struct folio *folio,
2437                 struct mm_struct *mm, unsigned long address, void *owner)
2438 {
2439         struct make_exclusive_args args = {
2440                 .mm = mm,
2441                 .address = address,
2442                 .owner = owner,
2443                 .valid = false,
2444         };
2445         struct rmap_walk_control rwc = {
2446                 .rmap_one = page_make_device_exclusive_one,
2447                 .done = folio_not_mapped,
2448                 .anon_lock = folio_lock_anon_vma_read,
2449                 .arg = &args,
2450         };
2451
2452         /*
2453          * Restrict to anonymous folios for now to avoid potential writeback
2454          * issues.
2455          */
2456         if (!folio_test_anon(folio))
2457                 return false;
2458
2459         rmap_walk(folio, &rwc);
2460
2461         return args.valid && !folio_mapcount(folio);
2462 }
2463
2464 /**
2465  * make_device_exclusive_range() - Mark a range for exclusive use by a device
2466  * @mm: mm_struct of associated target process
2467  * @start: start of the region to mark for exclusive device access
2468  * @end: end address of region
2469  * @pages: returns the pages which were successfully marked for exclusive access
2470  * @owner: passed to MMU_NOTIFY_EXCLUSIVE range notifier to allow filtering
2471  *
2472  * Returns: number of pages found in the range by GUP. A page is marked for
2473  * exclusive access only if the page pointer is non-NULL.
2474  *
2475  * This function finds ptes mapping page(s) to the given address range, locks
2476  * them and replaces mappings with special swap entries preventing userspace CPU
2477  * access. On fault these entries are replaced with the original mapping after
2478  * calling MMU notifiers.
2479  *
2480  * A driver using this to program access from a device must use a mmu notifier
2481  * critical section to hold a device specific lock during programming. Once
2482  * programming is complete it should drop the page lock and reference after
2483  * which point CPU access to the page will revoke the exclusive access.
2484  */
2485 int make_device_exclusive_range(struct mm_struct *mm, unsigned long start,
2486                                 unsigned long end, struct page **pages,
2487                                 void *owner)
2488 {
2489         long npages = (end - start) >> PAGE_SHIFT;
2490         long i;
2491
2492         npages = get_user_pages_remote(mm, start, npages,
2493                                        FOLL_GET | FOLL_WRITE | FOLL_SPLIT_PMD,
2494                                        pages, NULL);
2495         if (npages < 0)
2496                 return npages;
2497
2498         for (i = 0; i < npages; i++, start += PAGE_SIZE) {
2499                 struct folio *folio = page_folio(pages[i]);
2500                 if (PageTail(pages[i]) || !folio_trylock(folio)) {
2501                         folio_put(folio);
2502                         pages[i] = NULL;
2503                         continue;
2504                 }
2505
2506                 if (!folio_make_device_exclusive(folio, mm, start, owner)) {
2507                         folio_unlock(folio);
2508                         folio_put(folio);
2509                         pages[i] = NULL;
2510                 }
2511         }
2512
2513         return npages;
2514 }
2515 EXPORT_SYMBOL_GPL(make_device_exclusive_range);
2516 #endif
2517
2518 void __put_anon_vma(struct anon_vma *anon_vma)
2519 {
2520         struct anon_vma *root = anon_vma->root;
2521
2522         anon_vma_free(anon_vma);
2523         if (root != anon_vma && atomic_dec_and_test(&root->refcount))
2524                 anon_vma_free(root);
2525 }
2526
2527 static struct anon_vma *rmap_walk_anon_lock(struct folio *folio,
2528                                             struct rmap_walk_control *rwc)
2529 {
2530         struct anon_vma *anon_vma;
2531
2532         if (rwc->anon_lock)
2533                 return rwc->anon_lock(folio, rwc);
2534
2535         /*
2536          * Note: remove_migration_ptes() cannot use folio_lock_anon_vma_read()
2537          * because that depends on page_mapped(); but not all its usages
2538          * are holding mmap_lock. Users without mmap_lock are required to
2539          * take a reference count to prevent the anon_vma disappearing
2540          */
2541         anon_vma = folio_anon_vma(folio);
2542         if (!anon_vma)
2543                 return NULL;
2544
2545         if (anon_vma_trylock_read(anon_vma))
2546                 goto out;
2547
2548         if (rwc->try_lock) {
2549                 anon_vma = NULL;
2550                 rwc->contended = true;
2551                 goto out;
2552         }
2553
2554         anon_vma_lock_read(anon_vma);
2555 out:
2556         return anon_vma;
2557 }
2558
2559 /*
2560  * rmap_walk_anon - do something to anonymous page using the object-based
2561  * rmap method
2562  * @folio: the folio to be handled
2563  * @rwc: control variable according to each walk type
2564  * @locked: caller holds relevant rmap lock
2565  *
2566  * Find all the mappings of a folio using the mapping pointer and the vma
2567  * chains contained in the anon_vma struct it points to.
2568  */
2569 static void rmap_walk_anon(struct folio *folio,
2570                 struct rmap_walk_control *rwc, bool locked)
2571 {
2572         struct anon_vma *anon_vma;
2573         pgoff_t pgoff_start, pgoff_end;
2574         struct anon_vma_chain *avc;
2575
2576         if (locked) {
2577                 anon_vma = folio_anon_vma(folio);
2578                 /* anon_vma disappear under us? */
2579                 VM_BUG_ON_FOLIO(!anon_vma, folio);
2580         } else {
2581                 anon_vma = rmap_walk_anon_lock(folio, rwc);
2582         }
2583         if (!anon_vma)
2584                 return;
2585
2586         pgoff_start = folio_pgoff(folio);
2587         pgoff_end = pgoff_start + folio_nr_pages(folio) - 1;
2588         anon_vma_interval_tree_foreach(avc, &anon_vma->rb_root,
2589                         pgoff_start, pgoff_end) {
2590                 struct vm_area_struct *vma = avc->vma;
2591                 unsigned long address = vma_address(&folio->page, vma);
2592
2593                 VM_BUG_ON_VMA(address == -EFAULT, vma);
2594                 cond_resched();
2595
2596                 if (rwc->invalid_vma && rwc->invalid_vma(vma, rwc->arg))
2597                         continue;
2598
2599                 if (!rwc->rmap_one(folio, vma, address, rwc->arg))
2600                         break;
2601                 if (rwc->done && rwc->done(folio))
2602                         break;
2603         }
2604
2605         if (!locked)
2606                 anon_vma_unlock_read(anon_vma);
2607 }
2608
2609 /*
2610  * rmap_walk_file - do something to file page using the object-based rmap method
2611  * @folio: the folio to be handled
2612  * @rwc: control variable according to each walk type
2613  * @locked: caller holds relevant rmap lock
2614  *
2615  * Find all the mappings of a folio using the mapping pointer and the vma chains
2616  * contained in the address_space struct it points to.
2617  */
2618 static void rmap_walk_file(struct folio *folio,
2619                 struct rmap_walk_control *rwc, bool locked)
2620 {
2621         struct address_space *mapping = folio_mapping(folio);
2622         pgoff_t pgoff_start, pgoff_end;
2623         struct vm_area_struct *vma;
2624
2625         /*
2626          * The page lock not only makes sure that page->mapping cannot
2627          * suddenly be NULLified by truncation, it makes sure that the
2628          * structure at mapping cannot be freed and reused yet,
2629          * so we can safely take mapping->i_mmap_rwsem.
2630          */
2631         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
2632
2633         if (!mapping)
2634                 return;
2635
2636         pgoff_start = folio_pgoff(folio);
2637         pgoff_end = pgoff_start + folio_nr_pages(folio) - 1;
2638         if (!locked) {
2639                 if (i_mmap_trylock_read(mapping))
2640                         goto lookup;
2641
2642                 if (rwc->try_lock) {
2643                         rwc->contended = true;
2644                         return;
2645                 }
2646
2647                 i_mmap_lock_read(mapping);
2648         }
2649 lookup:
2650         vma_interval_tree_foreach(vma, &mapping->i_mmap,
2651                         pgoff_start, pgoff_end) {
2652                 unsigned long address = vma_address(&folio->page, vma);
2653
2654                 VM_BUG_ON_VMA(address == -EFAULT, vma);
2655                 cond_resched();
2656
2657                 if (rwc->invalid_vma && rwc->invalid_vma(vma, rwc->arg))
2658                         continue;
2659
2660                 if (!rwc->rmap_one(folio, vma, address, rwc->arg))
2661                         goto done;
2662                 if (rwc->done && rwc->done(folio))
2663                         goto done;
2664         }
2665
2666 done:
2667         if (!locked)
2668                 i_mmap_unlock_read(mapping);
2669 }
2670
2671 void rmap_walk(struct folio *folio, struct rmap_walk_control *rwc)
2672 {
2673         if (unlikely(folio_test_ksm(folio)))
2674                 rmap_walk_ksm(folio, rwc);
2675         else if (folio_test_anon(folio))
2676                 rmap_walk_anon(folio, rwc, false);
2677         else
2678                 rmap_walk_file(folio, rwc, false);
2679 }
2680
2681 /* Like rmap_walk, but caller holds relevant rmap lock */
2682 void rmap_walk_locked(struct folio *folio, struct rmap_walk_control *rwc)
2683 {
2684         /* no ksm support for now */
2685         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_ksm(folio), folio);
2686         if (folio_test_anon(folio))
2687                 rmap_walk_anon(folio, rwc, true);
2688         else
2689                 rmap_walk_file(folio, rwc, true);
2690 }
2691
2692 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
2693 /*
2694  * The following two functions are for anonymous (private mapped) hugepages.
2695  * Unlike common anonymous pages, anonymous hugepages have no accounting code
2696  * and no lru code, because we handle hugepages differently from common pages.
2697  */
2698 void hugetlb_add_anon_rmap(struct folio *folio, struct vm_area_struct *vma,
2699                 unsigned long address, rmap_t flags)
2700 {
2701         VM_WARN_ON_FOLIO(!folio_test_hugetlb(folio), folio);
2702         VM_WARN_ON_FOLIO(!folio_test_anon(folio), folio);
2703
2704         atomic_inc(&folio->_entire_mapcount);
2705         if (flags & RMAP_EXCLUSIVE)
2706                 SetPageAnonExclusive(&folio->page);
2707         VM_WARN_ON_FOLIO(folio_entire_mapcount(folio) > 1 &&
2708                          PageAnonExclusive(&folio->page), folio);
2709 }
2710
2711 void hugetlb_add_new_anon_rmap(struct folio *folio,
2712                 struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
2713 {
2714         VM_WARN_ON_FOLIO(!folio_test_hugetlb(folio), folio);
2715
2716         BUG_ON(address < vma->vm_start || address >= vma->vm_end);
2717         /* increment count (starts at -1) */
2718         atomic_set(&folio->_entire_mapcount, 0);
2719         folio_clear_hugetlb_restore_reserve(folio);
2720         __folio_set_anon(folio, vma, address, true);
2721         SetPageAnonExclusive(&folio->page);
2722 }
2723 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE */