GNU Linux-libre 4.14.266-gnu1
[releases.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_mutex       (while writing or truncating, not reading or faulting)
24  *   mm->mmap_sem
25  *     page->flags PG_locked (lock_page)
26  *       hugetlbfs_i_mmap_rwsem_key (in huge_pmd_share)
27  *         mapping->i_mmap_rwsem
28  *           anon_vma->rwsem
29  *             mm->page_table_lock or pte_lock
30  *               zone_lru_lock (in mark_page_accessed, isolate_lru_page)
31  *               swap_lock (in swap_duplicate, swap_info_get)
32  *                 mmlist_lock (in mmput, drain_mmlist and others)
33  *                 mapping->private_lock (in __set_page_dirty_buffers)
34  *                   mem_cgroup_{begin,end}_page_stat (memcg->move_lock)
35  *                     mapping->tree_lock (widely used)
36  *                 inode->i_lock (in set_page_dirty's __mark_inode_dirty)
37  *                 bdi.wb->list_lock (in set_page_dirty's __mark_inode_dirty)
38  *                   sb_lock (within inode_lock in fs/fs-writeback.c)
39  *                   mapping->tree_lock (widely used, in set_page_dirty,
40  *                             in arch-dependent flush_dcache_mmap_lock,
41  *                             within bdi.wb->list_lock in __sync_single_inode)
42  *
43  * anon_vma->rwsem,mapping->i_mutex      (memory_failure, collect_procs_anon)
44  *   ->tasklist_lock
45  *     pte map lock
46  */
47
48 #include <linux/mm.h>
49 #include <linux/sched/mm.h>
50 #include <linux/sched/task.h>
51 #include <linux/pagemap.h>
52 #include <linux/swap.h>
53 #include <linux/swapops.h>
54 #include <linux/slab.h>
55 #include <linux/init.h>
56 #include <linux/ksm.h>
57 #include <linux/rmap.h>
58 #include <linux/rcupdate.h>
59 #include <linux/export.h>
60 #include <linux/memcontrol.h>
61 #include <linux/mmu_notifier.h>
62 #include <linux/migrate.h>
63 #include <linux/hugetlb.h>
64 #include <linux/backing-dev.h>
65 #include <linux/page_idle.h>
66 #include <linux/memremap.h>
67 #include <linux/userfaultfd_k.h>
68
69 #include <asm/tlbflush.h>
70
71 #include <trace/events/tlb.h>
72
73 #include "internal.h"
74
75 static struct kmem_cache *anon_vma_cachep;
76 static struct kmem_cache *anon_vma_chain_cachep;
77
78 static inline struct anon_vma *anon_vma_alloc(void)
79 {
80         struct anon_vma *anon_vma;
81
82         anon_vma = kmem_cache_alloc(anon_vma_cachep, GFP_KERNEL);
83         if (anon_vma) {
84                 atomic_set(&anon_vma->refcount, 1);
85                 anon_vma->degree = 1;   /* Reference for first vma */
86                 anon_vma->parent = anon_vma;
87                 /*
88                  * Initialise the anon_vma root to point to itself. If called
89                  * from fork, the root will be reset to the parents anon_vma.
90                  */
91                 anon_vma->root = anon_vma;
92         }
93
94         return anon_vma;
95 }
96
97 static inline void anon_vma_free(struct anon_vma *anon_vma)
98 {
99         VM_BUG_ON(atomic_read(&anon_vma->refcount));
100
101         /*
102          * Synchronize against page_lock_anon_vma_read() such that
103          * we can safely hold the lock without the anon_vma getting
104          * freed.
105          *
106          * Relies on the full mb implied by the atomic_dec_and_test() from
107          * put_anon_vma() against the acquire barrier implied by
108          * down_read_trylock() from page_lock_anon_vma_read(). This orders:
109          *
110          * page_lock_anon_vma_read()    VS      put_anon_vma()
111          *   down_read_trylock()                  atomic_dec_and_test()
112          *   LOCK                                 MB
113          *   atomic_read()                        rwsem_is_locked()
114          *
115          * LOCK should suffice since the actual taking of the lock must
116          * happen _before_ what follows.
117          */
118         might_sleep();
119         if (rwsem_is_locked(&anon_vma->root->rwsem)) {
120                 anon_vma_lock_write(anon_vma);
121                 anon_vma_unlock_write(anon_vma);
122         }
123
124         kmem_cache_free(anon_vma_cachep, anon_vma);
125 }
126
127 static inline struct anon_vma_chain *anon_vma_chain_alloc(gfp_t gfp)
128 {
129         return kmem_cache_alloc(anon_vma_chain_cachep, gfp);
130 }
131
132 static void anon_vma_chain_free(struct anon_vma_chain *anon_vma_chain)
133 {
134         kmem_cache_free(anon_vma_chain_cachep, anon_vma_chain);
135 }
136
137 static void anon_vma_chain_link(struct vm_area_struct *vma,
138                                 struct anon_vma_chain *avc,
139                                 struct anon_vma *anon_vma)
140 {
141         avc->vma = vma;
142         avc->anon_vma = anon_vma;
143         list_add(&avc->same_vma, &vma->anon_vma_chain);
144         anon_vma_interval_tree_insert(avc, &anon_vma->rb_root);
145 }
146
147 /**
148  * __anon_vma_prepare - attach an anon_vma to a memory region
149  * @vma: the memory region in question
150  *
151  * This makes sure the memory mapping described by 'vma' has
152  * an 'anon_vma' attached to it, so that we can associate the
153  * anonymous pages mapped into it with that anon_vma.
154  *
155  * The common case will be that we already have one, which
156  * is handled inline by anon_vma_prepare(). But if
157  * not we either need to find an adjacent mapping that we
158  * can re-use the anon_vma from (very common when the only
159  * reason for splitting a vma has been mprotect()), or we
160  * allocate a new one.
161  *
162  * Anon-vma allocations are very subtle, because we may have
163  * optimistically looked up an anon_vma in page_lock_anon_vma_read()
164  * and that may actually touch the spinlock even in the newly
165  * allocated vma (it depends on RCU to make sure that the
166  * anon_vma isn't actually destroyed).
167  *
168  * As a result, we need to do proper anon_vma locking even
169  * for the new allocation. At the same time, we do not want
170  * to do any locking for the common case of already having
171  * an anon_vma.
172  *
173  * This must be called with the mmap_sem held for reading.
174  */
175 int __anon_vma_prepare(struct vm_area_struct *vma)
176 {
177         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
178         struct anon_vma *anon_vma, *allocated;
179         struct anon_vma_chain *avc;
180
181         might_sleep();
182
183         avc = anon_vma_chain_alloc(GFP_KERNEL);
184         if (!avc)
185                 goto out_enomem;
186
187         anon_vma = find_mergeable_anon_vma(vma);
188         allocated = NULL;
189         if (!anon_vma) {
190                 anon_vma = anon_vma_alloc();
191                 if (unlikely(!anon_vma))
192                         goto out_enomem_free_avc;
193                 allocated = anon_vma;
194         }
195
196         anon_vma_lock_write(anon_vma);
197         /* page_table_lock to protect against threads */
198         spin_lock(&mm->page_table_lock);
199         if (likely(!vma->anon_vma)) {
200                 vma->anon_vma = anon_vma;
201                 anon_vma_chain_link(vma, avc, anon_vma);
202                 /* vma reference or self-parent link for new root */
203                 anon_vma->degree++;
204                 allocated = NULL;
205                 avc = NULL;
206         }
207         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
208         anon_vma_unlock_write(anon_vma);
209
210         if (unlikely(allocated))
211                 put_anon_vma(allocated);
212         if (unlikely(avc))
213                 anon_vma_chain_free(avc);
214
215         return 0;
216
217  out_enomem_free_avc:
218         anon_vma_chain_free(avc);
219  out_enomem:
220         return -ENOMEM;
221 }
222
223 /*
224  * This is a useful helper function for locking the anon_vma root as
225  * we traverse the vma->anon_vma_chain, looping over anon_vma's that
226  * have the same vma.
227  *
228  * Such anon_vma's should have the same root, so you'd expect to see
229  * just a single mutex_lock for the whole traversal.
230  */
231 static inline struct anon_vma *lock_anon_vma_root(struct anon_vma *root, struct anon_vma *anon_vma)
232 {
233         struct anon_vma *new_root = anon_vma->root;
234         if (new_root != root) {
235                 if (WARN_ON_ONCE(root))
236                         up_write(&root->rwsem);
237                 root = new_root;
238                 down_write(&root->rwsem);
239         }
240         return root;
241 }
242
243 static inline void unlock_anon_vma_root(struct anon_vma *root)
244 {
245         if (root)
246                 up_write(&root->rwsem);
247 }
248
249 /*
250  * Attach the anon_vmas from src to dst.
251  * Returns 0 on success, -ENOMEM on failure.
252  *
253  * If dst->anon_vma is NULL this function tries to find and reuse existing
254  * anon_vma which has no vmas and only one child anon_vma. This prevents
255  * degradation of anon_vma hierarchy to endless linear chain in case of
256  * constantly forking task. On the other hand, an anon_vma with more than one
257  * child isn't reused even if there was no alive vma, thus rmap walker has a
258  * good chance of avoiding scanning the whole hierarchy when it searches where
259  * page is mapped.
260  */
261 int anon_vma_clone(struct vm_area_struct *dst, struct vm_area_struct *src)
262 {
263         struct anon_vma_chain *avc, *pavc;
264         struct anon_vma *root = NULL;
265
266         list_for_each_entry_reverse(pavc, &src->anon_vma_chain, same_vma) {
267                 struct anon_vma *anon_vma;
268
269                 avc = anon_vma_chain_alloc(GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN);
270                 if (unlikely(!avc)) {
271                         unlock_anon_vma_root(root);
272                         root = NULL;
273                         avc = anon_vma_chain_alloc(GFP_KERNEL);
274                         if (!avc)
275                                 goto enomem_failure;
276                 }
277                 anon_vma = pavc->anon_vma;
278                 root = lock_anon_vma_root(root, anon_vma);
279                 anon_vma_chain_link(dst, avc, anon_vma);
280
281                 /*
282                  * Reuse existing anon_vma if its degree lower than two,
283                  * that means it has no vma and only one anon_vma child.
284                  *
285                  * Do not chose parent anon_vma, otherwise first child
286                  * will always reuse it. Root anon_vma is never reused:
287                  * it has self-parent reference and at least one child.
288                  */
289                 if (!dst->anon_vma && anon_vma != src->anon_vma &&
290                                 anon_vma->degree < 2)
291                         dst->anon_vma = anon_vma;
292         }
293         if (dst->anon_vma)
294                 dst->anon_vma->degree++;
295         unlock_anon_vma_root(root);
296         return 0;
297
298  enomem_failure:
299         /*
300          * dst->anon_vma is dropped here otherwise its degree can be incorrectly
301          * decremented in unlink_anon_vmas().
302          * We can safely do this because callers of anon_vma_clone() don't care
303          * about dst->anon_vma if anon_vma_clone() failed.
304          */
305         dst->anon_vma = NULL;
306         unlink_anon_vmas(dst);
307         return -ENOMEM;
308 }
309
310 /*
311  * Attach vma to its own anon_vma, as well as to the anon_vmas that
312  * the corresponding VMA in the parent process is attached to.
313  * Returns 0 on success, non-zero on failure.
314  */
315 int anon_vma_fork(struct vm_area_struct *vma, struct vm_area_struct *pvma)
316 {
317         struct anon_vma_chain *avc;
318         struct anon_vma *anon_vma;
319         int error;
320
321         /* Don't bother if the parent process has no anon_vma here. */
322         if (!pvma->anon_vma)
323                 return 0;
324
325         /* Drop inherited anon_vma, we'll reuse existing or allocate new. */
326         vma->anon_vma = NULL;
327
328         /*
329          * First, attach the new VMA to the parent VMA's anon_vmas,
330          * so rmap can find non-COWed pages in child processes.
331          */
332         error = anon_vma_clone(vma, pvma);
333         if (error)
334                 return error;
335
336         /* An existing anon_vma has been reused, all done then. */
337         if (vma->anon_vma)
338                 return 0;
339
340         /* Then add our own anon_vma. */
341         anon_vma = anon_vma_alloc();
342         if (!anon_vma)
343                 goto out_error;
344         avc = anon_vma_chain_alloc(GFP_KERNEL);
345         if (!avc)
346                 goto out_error_free_anon_vma;
347
348         /*
349          * The root anon_vma's spinlock is the lock actually used when we
350          * lock any of the anon_vmas in this anon_vma tree.
351          */
352         anon_vma->root = pvma->anon_vma->root;
353         anon_vma->parent = pvma->anon_vma;
354         /*
355          * With refcounts, an anon_vma can stay around longer than the
356          * process it belongs to. The root anon_vma needs to be pinned until
357          * this anon_vma is freed, because the lock lives in the root.
358          */
359         get_anon_vma(anon_vma->root);
360         /* Mark this anon_vma as the one where our new (COWed) pages go. */
361         vma->anon_vma = anon_vma;
362         anon_vma_lock_write(anon_vma);
363         anon_vma_chain_link(vma, avc, anon_vma);
364         anon_vma->parent->degree++;
365         anon_vma_unlock_write(anon_vma);
366
367         return 0;
368
369  out_error_free_anon_vma:
370         put_anon_vma(anon_vma);
371  out_error:
372         unlink_anon_vmas(vma);
373         return -ENOMEM;
374 }
375
376 void unlink_anon_vmas(struct vm_area_struct *vma)
377 {
378         struct anon_vma_chain *avc, *next;
379         struct anon_vma *root = NULL;
380
381         /*
382          * Unlink each anon_vma chained to the VMA.  This list is ordered
383          * from newest to oldest, ensuring the root anon_vma gets freed last.
384          */
385         list_for_each_entry_safe(avc, next, &vma->anon_vma_chain, same_vma) {
386                 struct anon_vma *anon_vma = avc->anon_vma;
387
388                 root = lock_anon_vma_root(root, anon_vma);
389                 anon_vma_interval_tree_remove(avc, &anon_vma->rb_root);
390
391                 /*
392                  * Leave empty anon_vmas on the list - we'll need
393                  * to free them outside the lock.
394                  */
395                 if (RB_EMPTY_ROOT(&anon_vma->rb_root.rb_root)) {
396                         anon_vma->parent->degree--;
397                         continue;
398                 }
399
400                 list_del(&avc->same_vma);
401                 anon_vma_chain_free(avc);
402         }
403         if (vma->anon_vma)
404                 vma->anon_vma->degree--;
405         unlock_anon_vma_root(root);
406
407         /*
408          * Iterate the list once more, it now only contains empty and unlinked
409          * anon_vmas, destroy them. Could not do before due to __put_anon_vma()
410          * needing to write-acquire the anon_vma->root->rwsem.
411          */
412         list_for_each_entry_safe(avc, next, &vma->anon_vma_chain, same_vma) {
413                 struct anon_vma *anon_vma = avc->anon_vma;
414
415                 VM_WARN_ON(anon_vma->degree);
416                 put_anon_vma(anon_vma);
417
418                 list_del(&avc->same_vma);
419                 anon_vma_chain_free(avc);
420         }
421 }
422
423 static void anon_vma_ctor(void *data)
424 {
425         struct anon_vma *anon_vma = data;
426
427         init_rwsem(&anon_vma->rwsem);
428         atomic_set(&anon_vma->refcount, 0);
429         anon_vma->rb_root = RB_ROOT_CACHED;
430 }
431
432 void __init anon_vma_init(void)
433 {
434         anon_vma_cachep = kmem_cache_create("anon_vma", sizeof(struct anon_vma),
435                         0, SLAB_TYPESAFE_BY_RCU|SLAB_PANIC|SLAB_ACCOUNT,
436                         anon_vma_ctor);
437         anon_vma_chain_cachep = KMEM_CACHE(anon_vma_chain,
438                         SLAB_PANIC|SLAB_ACCOUNT);
439 }
440
441 /*
442  * Getting a lock on a stable anon_vma from a page off the LRU is tricky!
443  *
444  * Since there is no serialization what so ever against page_remove_rmap()
445  * the best this function can do is return a locked anon_vma that might
446  * have been relevant to this page.
447  *
448  * The page might have been remapped to a different anon_vma or the anon_vma
449  * returned may already be freed (and even reused).
450  *
451  * In case it was remapped to a different anon_vma, the new anon_vma will be a
452  * child of the old anon_vma, and the anon_vma lifetime rules will therefore
453  * ensure that any anon_vma obtained from the page will still be valid for as
454  * long as we observe page_mapped() [ hence all those page_mapped() tests ].
455  *
456  * All users of this function must be very careful when walking the anon_vma
457  * chain and verify that the page in question is indeed mapped in it
458  * [ something equivalent to page_mapped_in_vma() ].
459  *
460  * Since anon_vma's slab is DESTROY_BY_RCU and we know from page_remove_rmap()
461  * that the anon_vma pointer from page->mapping is valid if there is a
462  * mapcount, we can dereference the anon_vma after observing those.
463  */
464 struct anon_vma *page_get_anon_vma(struct page *page)
465 {
466         struct anon_vma *anon_vma = NULL;
467         unsigned long anon_mapping;
468
469         rcu_read_lock();
470         anon_mapping = (unsigned long)READ_ONCE(page->mapping);
471         if ((anon_mapping & PAGE_MAPPING_FLAGS) != PAGE_MAPPING_ANON)
472                 goto out;
473         if (!page_mapped(page))
474                 goto out;
475
476         anon_vma = (struct anon_vma *) (anon_mapping - PAGE_MAPPING_ANON);
477         if (!atomic_inc_not_zero(&anon_vma->refcount)) {
478                 anon_vma = NULL;
479                 goto out;
480         }
481
482         /*
483          * If this page is still mapped, then its anon_vma cannot have been
484          * freed.  But if it has been unmapped, we have no security against the
485          * anon_vma structure being freed and reused (for another anon_vma:
486          * SLAB_TYPESAFE_BY_RCU guarantees that - so the atomic_inc_not_zero()
487          * above cannot corrupt).
488          */
489         if (!page_mapped(page)) {
490                 rcu_read_unlock();
491                 put_anon_vma(anon_vma);
492                 return NULL;
493         }
494 out:
495         rcu_read_unlock();
496
497         return anon_vma;
498 }
499
500 /*
501  * Similar to page_get_anon_vma() except it locks the anon_vma.
502  *
503  * Its a little more complex as it tries to keep the fast path to a single
504  * atomic op -- the trylock. If we fail the trylock, we fall back to getting a
505  * reference like with page_get_anon_vma() and then block on the mutex.
506  */
507 struct anon_vma *page_lock_anon_vma_read(struct page *page)
508 {
509         struct anon_vma *anon_vma = NULL;
510         struct anon_vma *root_anon_vma;
511         unsigned long anon_mapping;
512
513         rcu_read_lock();
514         anon_mapping = (unsigned long)READ_ONCE(page->mapping);
515         if ((anon_mapping & PAGE_MAPPING_FLAGS) != PAGE_MAPPING_ANON)
516                 goto out;
517         if (!page_mapped(page))
518                 goto out;
519
520         anon_vma = (struct anon_vma *) (anon_mapping - PAGE_MAPPING_ANON);
521         root_anon_vma = READ_ONCE(anon_vma->root);
522         if (down_read_trylock(&root_anon_vma->rwsem)) {
523                 /*
524                  * If the page is still mapped, then this anon_vma is still
525                  * its anon_vma, and holding the mutex ensures that it will
526                  * not go away, see anon_vma_free().
527                  */
528                 if (!page_mapped(page)) {
529                         up_read(&root_anon_vma->rwsem);
530                         anon_vma = NULL;
531                 }
532                 goto out;
533         }
534
535         /* trylock failed, we got to sleep */
536         if (!atomic_inc_not_zero(&anon_vma->refcount)) {
537                 anon_vma = NULL;
538                 goto out;
539         }
540
541         if (!page_mapped(page)) {
542                 rcu_read_unlock();
543                 put_anon_vma(anon_vma);
544                 return NULL;
545         }
546
547         /* we pinned the anon_vma, its safe to sleep */
548         rcu_read_unlock();
549         anon_vma_lock_read(anon_vma);
550
551         if (atomic_dec_and_test(&anon_vma->refcount)) {
552                 /*
553                  * Oops, we held the last refcount, release the lock
554                  * and bail -- can't simply use put_anon_vma() because
555                  * we'll deadlock on the anon_vma_lock_write() recursion.
556                  */
557                 anon_vma_unlock_read(anon_vma);
558                 __put_anon_vma(anon_vma);
559                 anon_vma = NULL;
560         }
561
562         return anon_vma;
563
564 out:
565         rcu_read_unlock();
566         return anon_vma;
567 }
568
569 void page_unlock_anon_vma_read(struct anon_vma *anon_vma)
570 {
571         anon_vma_unlock_read(anon_vma);
572 }
573
574 #ifdef CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH
575 /*
576  * Flush TLB entries for recently unmapped pages from remote CPUs. It is
577  * important if a PTE was dirty when it was unmapped that it's flushed
578  * before any IO is initiated on the page to prevent lost writes. Similarly,
579  * it must be flushed before freeing to prevent data leakage.
580  */
581 void try_to_unmap_flush(void)
582 {
583         struct tlbflush_unmap_batch *tlb_ubc = &current->tlb_ubc;
584
585         if (!tlb_ubc->flush_required)
586                 return;
587
588         arch_tlbbatch_flush(&tlb_ubc->arch);
589         tlb_ubc->flush_required = false;
590         tlb_ubc->writable = false;
591 }
592
593 /* Flush iff there are potentially writable TLB entries that can race with IO */
594 void try_to_unmap_flush_dirty(void)
595 {
596         struct tlbflush_unmap_batch *tlb_ubc = &current->tlb_ubc;
597
598         if (tlb_ubc->writable)
599                 try_to_unmap_flush();
600 }
601
602 static void set_tlb_ubc_flush_pending(struct mm_struct *mm, bool writable)
603 {
604         struct tlbflush_unmap_batch *tlb_ubc = &current->tlb_ubc;
605
606         arch_tlbbatch_add_mm(&tlb_ubc->arch, mm);
607         tlb_ubc->flush_required = true;
608
609         /*
610          * Ensure compiler does not re-order the setting of tlb_flush_batched
611          * before the PTE is cleared.
612          */
613         barrier();
614         mm->tlb_flush_batched = true;
615
616         /*
617          * If the PTE was dirty then it's best to assume it's writable. The
618          * caller must use try_to_unmap_flush_dirty() or try_to_unmap_flush()
619          * before the page is queued for IO.
620          */
621         if (writable)
622                 tlb_ubc->writable = true;
623 }
624
625 /*
626  * Returns true if the TLB flush should be deferred to the end of a batch of
627  * unmap operations to reduce IPIs.
628  */
629 static bool should_defer_flush(struct mm_struct *mm, enum ttu_flags flags)
630 {
631         bool should_defer = false;
632
633         if (!(flags & TTU_BATCH_FLUSH))
634                 return false;
635
636         /* If remote CPUs need to be flushed then defer batch the flush */
637         if (cpumask_any_but(mm_cpumask(mm), get_cpu()) < nr_cpu_ids)
638                 should_defer = true;
639         put_cpu();
640
641         return should_defer;
642 }
643
644 /*
645  * Reclaim unmaps pages under the PTL but do not flush the TLB prior to
646  * releasing the PTL if TLB flushes are batched. It's possible for a parallel
647  * operation such as mprotect or munmap to race between reclaim unmapping
648  * the page and flushing the page. If this race occurs, it potentially allows
649  * access to data via a stale TLB entry. Tracking all mm's that have TLB
650  * batching in flight would be expensive during reclaim so instead track
651  * whether TLB batching occurred in the past and if so then do a flush here
652  * if required. This will cost one additional flush per reclaim cycle paid
653  * by the first operation at risk such as mprotect and mumap.
654  *
655  * This must be called under the PTL so that an access to tlb_flush_batched
656  * that is potentially a "reclaim vs mprotect/munmap/etc" race will synchronise
657  * via the PTL.
658  */
659 void flush_tlb_batched_pending(struct mm_struct *mm)
660 {
661         if (mm->tlb_flush_batched) {
662                 flush_tlb_mm(mm);
663
664                 /*
665                  * Do not allow the compiler to re-order the clearing of
666                  * tlb_flush_batched before the tlb is flushed.
667                  */
668                 barrier();
669                 mm->tlb_flush_batched = false;
670         }
671 }
672 #else
673 static void set_tlb_ubc_flush_pending(struct mm_struct *mm, bool writable)
674 {
675 }
676
677 static bool should_defer_flush(struct mm_struct *mm, enum ttu_flags flags)
678 {
679         return false;
680 }
681 #endif /* CONFIG_ARCH_WANT_BATCHED_UNMAP_TLB_FLUSH */
682
683 /*
684  * At what user virtual address is page expected in vma?
685  * Caller should check the page is actually part of the vma.
686  */
687 unsigned long page_address_in_vma(struct page *page, struct vm_area_struct *vma)
688 {
689         if (PageAnon(page)) {
690                 struct anon_vma *page__anon_vma = page_anon_vma(page);
691                 /*
692                  * Note: swapoff's unuse_vma() is more efficient with this
693                  * check, and needs it to match anon_vma when KSM is active.
694                  */
695                 if (!vma->anon_vma || !page__anon_vma ||
696                     vma->anon_vma->root != page__anon_vma->root)
697                         return -EFAULT;
698         } else if (!vma->vm_file) {
699                 return -EFAULT;
700         } else if (vma->vm_file->f_mapping != compound_head(page)->mapping) {
701                 return -EFAULT;
702         }
703
704         return vma_address(page, vma);
705 }
706
707 pmd_t *mm_find_pmd(struct mm_struct *mm, unsigned long address)
708 {
709         pgd_t *pgd;
710         p4d_t *p4d;
711         pud_t *pud;
712         pmd_t *pmd = NULL;
713         pmd_t pmde;
714
715         pgd = pgd_offset(mm, address);
716         if (!pgd_present(*pgd))
717                 goto out;
718
719         p4d = p4d_offset(pgd, address);
720         if (!p4d_present(*p4d))
721                 goto out;
722
723         pud = pud_offset(p4d, address);
724         if (!pud_present(*pud))
725                 goto out;
726
727         pmd = pmd_offset(pud, address);
728         /*
729          * Some THP functions use the sequence pmdp_huge_clear_flush(), set_pmd_at()
730          * without holding anon_vma lock for write.  So when looking for a
731          * genuine pmde (in which to find pte), test present and !THP together.
732          */
733         pmde = *pmd;
734         barrier();
735         if (!pmd_present(pmde) || pmd_trans_huge(pmde))
736                 pmd = NULL;
737 out:
738         return pmd;
739 }
740
741 struct page_referenced_arg {
742         int mapcount;
743         int referenced;
744         unsigned long vm_flags;
745         struct mem_cgroup *memcg;
746 };
747 /*
748  * arg: page_referenced_arg will be passed
749  */
750 static bool page_referenced_one(struct page *page, struct vm_area_struct *vma,
751                         unsigned long address, void *arg)
752 {
753         struct page_referenced_arg *pra = arg;
754         struct page_vma_mapped_walk pvmw = {
755                 .page = page,
756                 .vma = vma,
757                 .address = address,
758         };
759         int referenced = 0;
760
761         while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
762                 address = pvmw.address;
763
764                 if (vma->vm_flags & VM_LOCKED) {
765                         page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
766                         pra->vm_flags |= VM_LOCKED;
767                         return false; /* To break the loop */
768                 }
769
770                 if (pvmw.pte) {
771                         if (ptep_clear_flush_young_notify(vma, address,
772                                                 pvmw.pte)) {
773                                 /*
774                                  * Don't treat a reference through
775                                  * a sequentially read mapping as such.
776                                  * If the page has been used in another mapping,
777                                  * we will catch it; if this other mapping is
778                                  * already gone, the unmap path will have set
779                                  * PG_referenced or activated the page.
780                                  */
781                                 if (likely(!(vma->vm_flags & VM_SEQ_READ)))
782                                         referenced++;
783                         }
784                 } else if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)) {
785                         if (pmdp_clear_flush_young_notify(vma, address,
786                                                 pvmw.pmd))
787                                 referenced++;
788                 } else {
789                         /* unexpected pmd-mapped page? */
790                         WARN_ON_ONCE(1);
791                 }
792
793                 pra->mapcount--;
794         }
795
796         if (referenced)
797                 clear_page_idle(page);
798         if (test_and_clear_page_young(page))
799                 referenced++;
800
801         if (referenced) {
802                 pra->referenced++;
803                 pra->vm_flags |= vma->vm_flags;
804         }
805
806         if (!pra->mapcount)
807                 return false; /* To break the loop */
808
809         return true;
810 }
811
812 static bool invalid_page_referenced_vma(struct vm_area_struct *vma, void *arg)
813 {
814         struct page_referenced_arg *pra = arg;
815         struct mem_cgroup *memcg = pra->memcg;
816
817         if (!mm_match_cgroup(vma->vm_mm, memcg))
818                 return true;
819
820         return false;
821 }
822
823 /**
824  * page_referenced - test if the page was referenced
825  * @page: the page to test
826  * @is_locked: caller holds lock on the page
827  * @memcg: target memory cgroup
828  * @vm_flags: collect encountered vma->vm_flags who actually referenced the page
829  *
830  * Quick test_and_clear_referenced for all mappings to a page,
831  * returns the number of ptes which referenced the page.
832  */
833 int page_referenced(struct page *page,
834                     int is_locked,
835                     struct mem_cgroup *memcg,
836                     unsigned long *vm_flags)
837 {
838         int we_locked = 0;
839         struct page_referenced_arg pra = {
840                 .mapcount = total_mapcount(page),
841                 .memcg = memcg,
842         };
843         struct rmap_walk_control rwc = {
844                 .rmap_one = page_referenced_one,
845                 .arg = (void *)&pra,
846                 .anon_lock = page_lock_anon_vma_read,
847         };
848
849         *vm_flags = 0;
850         if (!page_mapped(page))
851                 return 0;
852
853         if (!page_rmapping(page))
854                 return 0;
855
856         if (!is_locked && (!PageAnon(page) || PageKsm(page))) {
857                 we_locked = trylock_page(page);
858                 if (!we_locked)
859                         return 1;
860         }
861
862         /*
863          * If we are reclaiming on behalf of a cgroup, skip
864          * counting on behalf of references from different
865          * cgroups
866          */
867         if (memcg) {
868                 rwc.invalid_vma = invalid_page_referenced_vma;
869         }
870
871         rmap_walk(page, &rwc);
872         *vm_flags = pra.vm_flags;
873
874         if (we_locked)
875                 unlock_page(page);
876
877         return pra.referenced;
878 }
879
880 static bool page_mkclean_one(struct page *page, struct vm_area_struct *vma,
881                             unsigned long address, void *arg)
882 {
883         struct page_vma_mapped_walk pvmw = {
884                 .page = page,
885                 .vma = vma,
886                 .address = address,
887                 .flags = PVMW_SYNC,
888         };
889         unsigned long start = address, end;
890         int *cleaned = arg;
891
892         /*
893          * We have to assume the worse case ie pmd for invalidation. Note that
894          * the page can not be free from this function.
895          */
896         end = vma_address_end(page, vma);
897         mmu_notifier_invalidate_range_start(vma->vm_mm, start, end);
898
899         while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
900                 unsigned long cstart, cend;
901                 int ret = 0;
902
903                 cstart = address = pvmw.address;
904                 if (pvmw.pte) {
905                         pte_t entry;
906                         pte_t *pte = pvmw.pte;
907
908                         if (!pte_dirty(*pte) && !pte_write(*pte))
909                                 continue;
910
911                         flush_cache_page(vma, address, pte_pfn(*pte));
912                         entry = ptep_clear_flush(vma, address, pte);
913                         entry = pte_wrprotect(entry);
914                         entry = pte_mkclean(entry);
915                         set_pte_at(vma->vm_mm, address, pte, entry);
916                         cend = cstart + PAGE_SIZE;
917                         ret = 1;
918                 } else {
919 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGE_PAGECACHE
920                         pmd_t *pmd = pvmw.pmd;
921                         pmd_t entry;
922
923                         if (!pmd_dirty(*pmd) && !pmd_write(*pmd))
924                                 continue;
925
926                         flush_cache_page(vma, address, page_to_pfn(page));
927                         entry = pmdp_huge_clear_flush(vma, address, pmd);
928                         entry = pmd_wrprotect(entry);
929                         entry = pmd_mkclean(entry);
930                         set_pmd_at(vma->vm_mm, address, pmd, entry);
931                         cstart &= PMD_MASK;
932                         cend = cstart + PMD_SIZE;
933                         ret = 1;
934 #else
935                         /* unexpected pmd-mapped page? */
936                         WARN_ON_ONCE(1);
937 #endif
938                 }
939
940                 if (ret) {
941                         mmu_notifier_invalidate_range(vma->vm_mm, cstart, cend);
942                         (*cleaned)++;
943                 }
944         }
945
946         mmu_notifier_invalidate_range_end(vma->vm_mm, start, end);
947
948         return true;
949 }
950
951 static bool invalid_mkclean_vma(struct vm_area_struct *vma, void *arg)
952 {
953         if (vma->vm_flags & VM_SHARED)
954                 return false;
955
956         return true;
957 }
958
959 int page_mkclean(struct page *page)
960 {
961         int cleaned = 0;
962         struct address_space *mapping;
963         struct rmap_walk_control rwc = {
964                 .arg = (void *)&cleaned,
965                 .rmap_one = page_mkclean_one,
966                 .invalid_vma = invalid_mkclean_vma,
967         };
968
969         BUG_ON(!PageLocked(page));
970
971         if (!page_mapped(page))
972                 return 0;
973
974         mapping = page_mapping(page);
975         if (!mapping)
976                 return 0;
977
978         rmap_walk(page, &rwc);
979
980         return cleaned;
981 }
982 EXPORT_SYMBOL_GPL(page_mkclean);
983
984 /**
985  * page_move_anon_rmap - move a page to our anon_vma
986  * @page:       the page to move to our anon_vma
987  * @vma:        the vma the page belongs to
988  *
989  * When a page belongs exclusively to one process after a COW event,
990  * that page can be moved into the anon_vma that belongs to just that
991  * process, so the rmap code will not search the parent or sibling
992  * processes.
993  */
994 void page_move_anon_rmap(struct page *page, struct vm_area_struct *vma)
995 {
996         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
997
998         page = compound_head(page);
999
1000         VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(page), page);
1001         VM_BUG_ON_VMA(!anon_vma, vma);
1002
1003         anon_vma = (void *) anon_vma + PAGE_MAPPING_ANON;
1004         /*
1005          * Ensure that anon_vma and the PAGE_MAPPING_ANON bit are written
1006          * simultaneously, so a concurrent reader (eg page_referenced()'s
1007          * PageAnon()) will not see one without the other.
1008          */
1009         WRITE_ONCE(page->mapping, (struct address_space *) anon_vma);
1010 }
1011
1012 /**
1013  * __page_set_anon_rmap - set up new anonymous rmap
1014  * @page:       Page to add to rmap     
1015  * @vma:        VM area to add page to.
1016  * @address:    User virtual address of the mapping     
1017  * @exclusive:  the page is exclusively owned by the current process
1018  */
1019 static void __page_set_anon_rmap(struct page *page,
1020         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, int exclusive)
1021 {
1022         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
1023
1024         BUG_ON(!anon_vma);
1025
1026         if (PageAnon(page))
1027                 return;
1028
1029         /*
1030          * If the page isn't exclusively mapped into this vma,
1031          * we must use the _oldest_ possible anon_vma for the
1032          * page mapping!
1033          */
1034         if (!exclusive)
1035                 anon_vma = anon_vma->root;
1036
1037         anon_vma = (void *) anon_vma + PAGE_MAPPING_ANON;
1038         page->mapping = (struct address_space *) anon_vma;
1039         page->index = linear_page_index(vma, address);
1040 }
1041
1042 /**
1043  * __page_check_anon_rmap - sanity check anonymous rmap addition
1044  * @page:       the page to add the mapping to
1045  * @vma:        the vm area in which the mapping is added
1046  * @address:    the user virtual address mapped
1047  */
1048 static void __page_check_anon_rmap(struct page *page,
1049         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
1050 {
1051 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1052         /*
1053          * The page's anon-rmap details (mapping and index) are guaranteed to
1054          * be set up correctly at this point.
1055          *
1056          * We have exclusion against page_add_anon_rmap because the caller
1057          * always holds the page locked, except if called from page_dup_rmap,
1058          * in which case the page is already known to be setup.
1059          *
1060          * We have exclusion against page_add_new_anon_rmap because those pages
1061          * are initially only visible via the pagetables, and the pte is locked
1062          * over the call to page_add_new_anon_rmap.
1063          */
1064         BUG_ON(page_anon_vma(page)->root != vma->anon_vma->root);
1065         BUG_ON(page_to_pgoff(page) != linear_page_index(vma, address));
1066 #endif
1067 }
1068
1069 /**
1070  * page_add_anon_rmap - add pte mapping to an anonymous page
1071  * @page:       the page to add the mapping to
1072  * @vma:        the vm area in which the mapping is added
1073  * @address:    the user virtual address mapped
1074  * @compound:   charge the page as compound or small page
1075  *
1076  * The caller needs to hold the pte lock, and the page must be locked in
1077  * the anon_vma case: to serialize mapping,index checking after setting,
1078  * and to ensure that PageAnon is not being upgraded racily to PageKsm
1079  * (but PageKsm is never downgraded to PageAnon).
1080  */
1081 void page_add_anon_rmap(struct page *page,
1082         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, bool compound)
1083 {
1084         do_page_add_anon_rmap(page, vma, address, compound ? RMAP_COMPOUND : 0);
1085 }
1086
1087 /*
1088  * Special version of the above for do_swap_page, which often runs
1089  * into pages that are exclusively owned by the current process.
1090  * Everybody else should continue to use page_add_anon_rmap above.
1091  */
1092 void do_page_add_anon_rmap(struct page *page,
1093         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, int flags)
1094 {
1095         bool compound = flags & RMAP_COMPOUND;
1096         bool first;
1097
1098         if (compound) {
1099                 atomic_t *mapcount;
1100                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(page), page);
1101                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageTransHuge(page), page);
1102                 mapcount = compound_mapcount_ptr(page);
1103                 first = atomic_inc_and_test(mapcount);
1104         } else {
1105                 first = atomic_inc_and_test(&page->_mapcount);
1106         }
1107
1108         if (first) {
1109                 int nr = compound ? hpage_nr_pages(page) : 1;
1110                 /*
1111                  * We use the irq-unsafe __{inc|mod}_zone_page_stat because
1112                  * these counters are not modified in interrupt context, and
1113                  * pte lock(a spinlock) is held, which implies preemption
1114                  * disabled.
1115                  */
1116                 if (compound)
1117                         __inc_node_page_state(page, NR_ANON_THPS);
1118                 __mod_node_page_state(page_pgdat(page), NR_ANON_MAPPED, nr);
1119         }
1120         if (unlikely(PageKsm(page)))
1121                 return;
1122
1123         VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(page), page);
1124
1125         /* address might be in next vma when migration races vma_adjust */
1126         if (first)
1127                 __page_set_anon_rmap(page, vma, address,
1128                                 flags & RMAP_EXCLUSIVE);
1129         else
1130                 __page_check_anon_rmap(page, vma, address);
1131 }
1132
1133 /**
1134  * page_add_new_anon_rmap - add pte mapping to a new anonymous page
1135  * @page:       the page to add the mapping to
1136  * @vma:        the vm area in which the mapping is added
1137  * @address:    the user virtual address mapped
1138  * @compound:   charge the page as compound or small page
1139  *
1140  * Same as page_add_anon_rmap but must only be called on *new* pages.
1141  * This means the inc-and-test can be bypassed.
1142  * Page does not have to be locked.
1143  */
1144 void page_add_new_anon_rmap(struct page *page,
1145         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, bool compound)
1146 {
1147         int nr = compound ? hpage_nr_pages(page) : 1;
1148
1149         VM_BUG_ON_VMA(address < vma->vm_start || address >= vma->vm_end, vma);
1150         __SetPageSwapBacked(page);
1151         if (compound) {
1152                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageTransHuge(page), page);
1153                 /* increment count (starts at -1) */
1154                 atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), 0);
1155                 __inc_node_page_state(page, NR_ANON_THPS);
1156         } else {
1157                 /* Anon THP always mapped first with PMD */
1158                 VM_BUG_ON_PAGE(PageTransCompound(page), page);
1159                 /* increment count (starts at -1) */
1160                 atomic_set(&page->_mapcount, 0);
1161         }
1162         __mod_node_page_state(page_pgdat(page), NR_ANON_MAPPED, nr);
1163         __page_set_anon_rmap(page, vma, address, 1);
1164 }
1165
1166 /**
1167  * page_add_file_rmap - add pte mapping to a file page
1168  * @page: the page to add the mapping to
1169  *
1170  * The caller needs to hold the pte lock.
1171  */
1172 void page_add_file_rmap(struct page *page, bool compound)
1173 {
1174         int i, nr = 1;
1175
1176         VM_BUG_ON_PAGE(compound && !PageTransHuge(page), page);
1177         lock_page_memcg(page);
1178         if (compound && PageTransHuge(page)) {
1179                 for (i = 0, nr = 0; i < HPAGE_PMD_NR; i++) {
1180                         if (atomic_inc_and_test(&page[i]._mapcount))
1181                                 nr++;
1182                 }
1183                 if (!atomic_inc_and_test(compound_mapcount_ptr(page)))
1184                         goto out;
1185                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageSwapBacked(page), page);
1186                 __inc_node_page_state(page, NR_SHMEM_PMDMAPPED);
1187         } else {
1188                 if (PageTransCompound(page) && page_mapping(page)) {
1189                         VM_WARN_ON_ONCE(!PageLocked(page));
1190
1191                         SetPageDoubleMap(compound_head(page));
1192                         if (PageMlocked(page))
1193                                 clear_page_mlock(compound_head(page));
1194                 }
1195                 if (!atomic_inc_and_test(&page->_mapcount))
1196                         goto out;
1197         }
1198         __mod_lruvec_page_state(page, NR_FILE_MAPPED, nr);
1199 out:
1200         unlock_page_memcg(page);
1201 }
1202
1203 static void page_remove_file_rmap(struct page *page, bool compound)
1204 {
1205         int i, nr = 1;
1206
1207         VM_BUG_ON_PAGE(compound && !PageHead(page), page);
1208         lock_page_memcg(page);
1209
1210         /* Hugepages are not counted in NR_FILE_MAPPED for now. */
1211         if (unlikely(PageHuge(page))) {
1212                 /* hugetlb pages are always mapped with pmds */
1213                 atomic_dec(compound_mapcount_ptr(page));
1214                 goto out;
1215         }
1216
1217         /* page still mapped by someone else? */
1218         if (compound && PageTransHuge(page)) {
1219                 for (i = 0, nr = 0; i < HPAGE_PMD_NR; i++) {
1220                         if (atomic_add_negative(-1, &page[i]._mapcount))
1221                                 nr++;
1222                 }
1223                 if (!atomic_add_negative(-1, compound_mapcount_ptr(page)))
1224                         goto out;
1225                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageSwapBacked(page), page);
1226                 __dec_node_page_state(page, NR_SHMEM_PMDMAPPED);
1227         } else {
1228                 if (!atomic_add_negative(-1, &page->_mapcount))
1229                         goto out;
1230         }
1231
1232         /*
1233          * We use the irq-unsafe __{inc|mod}_lruvec_page_state because
1234          * these counters are not modified in interrupt context, and
1235          * pte lock(a spinlock) is held, which implies preemption disabled.
1236          */
1237         __mod_lruvec_page_state(page, NR_FILE_MAPPED, -nr);
1238
1239         if (unlikely(PageMlocked(page)))
1240                 clear_page_mlock(page);
1241 out:
1242         unlock_page_memcg(page);
1243 }
1244
1245 static void page_remove_anon_compound_rmap(struct page *page)
1246 {
1247         int i, nr;
1248
1249         if (!atomic_add_negative(-1, compound_mapcount_ptr(page)))
1250                 return;
1251
1252         /* Hugepages are not counted in NR_ANON_PAGES for now. */
1253         if (unlikely(PageHuge(page)))
1254                 return;
1255
1256         if (!IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE))
1257                 return;
1258
1259         __dec_node_page_state(page, NR_ANON_THPS);
1260
1261         if (TestClearPageDoubleMap(page)) {
1262                 /*
1263                  * Subpages can be mapped with PTEs too. Check how many of
1264                  * themi are still mapped.
1265                  */
1266                 for (i = 0, nr = 0; i < HPAGE_PMD_NR; i++) {
1267                         if (atomic_add_negative(-1, &page[i]._mapcount))
1268                                 nr++;
1269                 }
1270         } else {
1271                 nr = HPAGE_PMD_NR;
1272         }
1273
1274         if (unlikely(PageMlocked(page)))
1275                 clear_page_mlock(page);
1276
1277         if (nr) {
1278                 __mod_node_page_state(page_pgdat(page), NR_ANON_MAPPED, -nr);
1279                 deferred_split_huge_page(page);
1280         }
1281 }
1282
1283 /**
1284  * page_remove_rmap - take down pte mapping from a page
1285  * @page:       page to remove mapping from
1286  * @compound:   uncharge the page as compound or small page
1287  *
1288  * The caller needs to hold the pte lock.
1289  */
1290 void page_remove_rmap(struct page *page, bool compound)
1291 {
1292         if (!PageAnon(page))
1293                 return page_remove_file_rmap(page, compound);
1294
1295         if (compound)
1296                 return page_remove_anon_compound_rmap(page);
1297
1298         /* page still mapped by someone else? */
1299         if (!atomic_add_negative(-1, &page->_mapcount))
1300                 return;
1301
1302         /*
1303          * We use the irq-unsafe __{inc|mod}_zone_page_stat because
1304          * these counters are not modified in interrupt context, and
1305          * pte lock(a spinlock) is held, which implies preemption disabled.
1306          */
1307         __dec_node_page_state(page, NR_ANON_MAPPED);
1308
1309         if (unlikely(PageMlocked(page)))
1310                 clear_page_mlock(page);
1311
1312         if (PageTransCompound(page))
1313                 deferred_split_huge_page(compound_head(page));
1314
1315         /*
1316          * It would be tidy to reset the PageAnon mapping here,
1317          * but that might overwrite a racing page_add_anon_rmap
1318          * which increments mapcount after us but sets mapping
1319          * before us: so leave the reset to free_hot_cold_page,
1320          * and remember that it's only reliable while mapped.
1321          * Leaving it set also helps swapoff to reinstate ptes
1322          * faster for those pages still in swapcache.
1323          */
1324 }
1325
1326 /*
1327  * @arg: enum ttu_flags will be passed to this argument
1328  */
1329 static bool try_to_unmap_one(struct page *page, struct vm_area_struct *vma,
1330                      unsigned long address, void *arg)
1331 {
1332         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
1333         struct page_vma_mapped_walk pvmw = {
1334                 .page = page,
1335                 .vma = vma,
1336                 .address = address,
1337         };
1338         pte_t pteval;
1339         struct page *subpage;
1340         bool ret = true;
1341         unsigned long start = address, end;
1342         enum ttu_flags flags = (enum ttu_flags)arg;
1343
1344         /*
1345          * When racing against e.g. zap_pte_range() on another cpu,
1346          * in between its ptep_get_and_clear_full() and page_remove_rmap(),
1347          * try_to_unmap() may return false when it is about to become true,
1348          * if page table locking is skipped: use TTU_SYNC to wait for that.
1349          */
1350         if (flags & TTU_SYNC)
1351                 pvmw.flags = PVMW_SYNC;
1352
1353         /* munlock has nothing to gain from examining un-locked vmas */
1354         if ((flags & TTU_MUNLOCK) && !(vma->vm_flags & VM_LOCKED))
1355                 return true;
1356
1357         if (IS_ENABLED(CONFIG_MIGRATION) && (flags & TTU_MIGRATION) &&
1358             is_zone_device_page(page) && !is_device_private_page(page))
1359                 return true;
1360
1361         if (flags & TTU_SPLIT_HUGE_PMD) {
1362                 split_huge_pmd_address(vma, address,
1363                                 flags & TTU_SPLIT_FREEZE, page);
1364         }
1365
1366         /*
1367          * For THP, we have to assume the worse case ie pmd for invalidation.
1368          * For hugetlb, it could be much worse if we need to do pud
1369          * invalidation in the case of pmd sharing.
1370          *
1371          * Note that the page can not be free in this function as call of
1372          * try_to_unmap() must hold a reference on the page.
1373          */
1374         end = PageKsm(page) ?
1375                         address + PAGE_SIZE : vma_address_end(page, vma);
1376         if (PageHuge(page)) {
1377                 /*
1378                  * If sharing is possible, start and end will be adjusted
1379                  * accordingly.
1380                  */
1381                 adjust_range_if_pmd_sharing_possible(vma, &start, &end);
1382         }
1383         mmu_notifier_invalidate_range_start(vma->vm_mm, start, end);
1384
1385         while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
1386 #ifdef CONFIG_ARCH_ENABLE_THP_MIGRATION
1387                 /* PMD-mapped THP migration entry */
1388                 if (!pvmw.pte && (flags & TTU_MIGRATION)) {
1389                         VM_BUG_ON_PAGE(PageHuge(page) || !PageTransCompound(page), page);
1390
1391                         if (!PageAnon(page))
1392                                 continue;
1393
1394                         set_pmd_migration_entry(&pvmw, page);
1395                         continue;
1396                 }
1397 #endif
1398
1399                 /*
1400                  * If the page is mlock()d, we cannot swap it out.
1401                  * If it's recently referenced (perhaps page_referenced
1402                  * skipped over this mm) then we should reactivate it.
1403                  */
1404                 if (!(flags & TTU_IGNORE_MLOCK)) {
1405                         if (vma->vm_flags & VM_LOCKED) {
1406                                 /* PTE-mapped THP are never mlocked */
1407                                 if (!PageTransCompound(page)) {
1408                                         /*
1409                                          * Holding pte lock, we do *not* need
1410                                          * mmap_sem here
1411                                          */
1412                                         mlock_vma_page(page);
1413                                 }
1414                                 ret = false;
1415                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1416                                 break;
1417                         }
1418                         if (flags & TTU_MUNLOCK)
1419                                 continue;
1420                 }
1421
1422                 /* Unexpected PMD-mapped THP? */
1423                 VM_BUG_ON_PAGE(!pvmw.pte, page);
1424
1425                 subpage = page - page_to_pfn(page) + pte_pfn(*pvmw.pte);
1426                 address = pvmw.address;
1427
1428                 if (PageHuge(page)) {
1429                         if (huge_pmd_unshare(mm, &address, pvmw.pte)) {
1430                                 /*
1431                                  * huge_pmd_unshare unmapped an entire PMD
1432                                  * page.  There is no way of knowing exactly
1433                                  * which PMDs may be cached for this mm, so
1434                                  * we must flush them all.  start/end were
1435                                  * already adjusted above to cover this range.
1436                                  */
1437                                 flush_cache_range(vma, start, end);
1438                                 flush_tlb_range(vma, start, end);
1439                                 mmu_notifier_invalidate_range(mm, start, end);
1440
1441                                 /*
1442                                  * The ref count of the PMD page was dropped
1443                                  * which is part of the way map counting
1444                                  * is done for shared PMDs.  Return 'true'
1445                                  * here.  When there is no other sharing,
1446                                  * huge_pmd_unshare returns false and we will
1447                                  * unmap the actual page and drop map count
1448                                  * to zero.
1449                                  */
1450                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1451                                 break;
1452                         }
1453                 }
1454
1455                 if (IS_ENABLED(CONFIG_MIGRATION) &&
1456                     (flags & TTU_MIGRATION) &&
1457                     is_zone_device_page(page)) {
1458                         swp_entry_t entry;
1459                         pte_t swp_pte;
1460
1461                         pteval = ptep_get_and_clear(mm, pvmw.address, pvmw.pte);
1462
1463                         /*
1464                          * Store the pfn of the page in a special migration
1465                          * pte. do_swap_page() will wait until the migration
1466                          * pte is removed and then restart fault handling.
1467                          */
1468                         entry = make_migration_entry(page, 0);
1469                         swp_pte = swp_entry_to_pte(entry);
1470                         if (pte_soft_dirty(pteval))
1471                                 swp_pte = pte_swp_mksoft_dirty(swp_pte);
1472                         set_pte_at(mm, pvmw.address, pvmw.pte, swp_pte);
1473                         goto discard;
1474                 }
1475
1476                 if (!(flags & TTU_IGNORE_ACCESS)) {
1477                         if (ptep_clear_flush_young_notify(vma, address,
1478                                                 pvmw.pte)) {
1479                                 ret = false;
1480                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1481                                 break;
1482                         }
1483                 }
1484
1485                 /* Nuke the page table entry. */
1486                 flush_cache_page(vma, address, pte_pfn(*pvmw.pte));
1487                 if (should_defer_flush(mm, flags)) {
1488                         /*
1489                          * We clear the PTE but do not flush so potentially
1490                          * a remote CPU could still be writing to the page.
1491                          * If the entry was previously clean then the
1492                          * architecture must guarantee that a clear->dirty
1493                          * transition on a cached TLB entry is written through
1494                          * and traps if the PTE is unmapped.
1495                          */
1496                         pteval = ptep_get_and_clear(mm, address, pvmw.pte);
1497
1498                         set_tlb_ubc_flush_pending(mm, pte_dirty(pteval));
1499                 } else {
1500                         pteval = ptep_clear_flush(vma, address, pvmw.pte);
1501                 }
1502
1503                 /* Move the dirty bit to the page. Now the pte is gone. */
1504                 if (pte_dirty(pteval))
1505                         set_page_dirty(page);
1506
1507                 /* Update high watermark before we lower rss */
1508                 update_hiwater_rss(mm);
1509
1510                 if (PageHWPoison(page) && !(flags & TTU_IGNORE_HWPOISON)) {
1511                         pteval = swp_entry_to_pte(make_hwpoison_entry(subpage));
1512                         if (PageHuge(page)) {
1513                                 int nr = 1 << compound_order(page);
1514                                 hugetlb_count_sub(nr, mm);
1515                                 set_huge_swap_pte_at(mm, address,
1516                                                      pvmw.pte, pteval,
1517                                                      vma_mmu_pagesize(vma));
1518                         } else {
1519                                 dec_mm_counter(mm, mm_counter(page));
1520                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
1521                         }
1522
1523                 } else if (pte_unused(pteval) && !userfaultfd_armed(vma)) {
1524                         /*
1525                          * The guest indicated that the page content is of no
1526                          * interest anymore. Simply discard the pte, vmscan
1527                          * will take care of the rest.
1528                          * A future reference will then fault in a new zero
1529                          * page. When userfaultfd is active, we must not drop
1530                          * this page though, as its main user (postcopy
1531                          * migration) will not expect userfaults on already
1532                          * copied pages.
1533                          */
1534                         dec_mm_counter(mm, mm_counter(page));
1535                 } else if (IS_ENABLED(CONFIG_MIGRATION) &&
1536                                 (flags & (TTU_MIGRATION|TTU_SPLIT_FREEZE))) {
1537                         swp_entry_t entry;
1538                         pte_t swp_pte;
1539                         /*
1540                          * Store the pfn of the page in a special migration
1541                          * pte. do_swap_page() will wait until the migration
1542                          * pte is removed and then restart fault handling.
1543                          */
1544                         entry = make_migration_entry(subpage,
1545                                         pte_write(pteval));
1546                         swp_pte = swp_entry_to_pte(entry);
1547                         if (pte_soft_dirty(pteval))
1548                                 swp_pte = pte_swp_mksoft_dirty(swp_pte);
1549                         set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, swp_pte);
1550                 } else if (PageAnon(page)) {
1551                         swp_entry_t entry = { .val = page_private(subpage) };
1552                         pte_t swp_pte;
1553                         /*
1554                          * Store the swap location in the pte.
1555                          * See handle_pte_fault() ...
1556                          */
1557                         if (unlikely(PageSwapBacked(page) != PageSwapCache(page))) {
1558                                 WARN_ON_ONCE(1);
1559                                 ret = false;
1560                                 /* We have to invalidate as we cleared the pte */
1561                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1562                                 break;
1563                         }
1564
1565                         /* MADV_FREE page check */
1566                         if (!PageSwapBacked(page)) {
1567                                 if (!PageDirty(page)) {
1568                                         dec_mm_counter(mm, MM_ANONPAGES);
1569                                         goto discard;
1570                                 }
1571
1572                                 /*
1573                                  * If the page was redirtied, it cannot be
1574                                  * discarded. Remap the page to page table.
1575                                  */
1576                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
1577                                 SetPageSwapBacked(page);
1578                                 ret = false;
1579                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1580                                 break;
1581                         }
1582
1583                         if (swap_duplicate(entry) < 0) {
1584                                 set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, pteval);
1585                                 ret = false;
1586                                 page_vma_mapped_walk_done(&pvmw);
1587                                 break;
1588                         }
1589                         if (list_empty(&mm->mmlist)) {
1590                                 spin_lock(&mmlist_lock);
1591                                 if (list_empty(&mm->mmlist))
1592                                         list_add(&mm->mmlist, &init_mm.mmlist);
1593                                 spin_unlock(&mmlist_lock);
1594                         }
1595                         dec_mm_counter(mm, MM_ANONPAGES);
1596                         inc_mm_counter(mm, MM_SWAPENTS);
1597                         swp_pte = swp_entry_to_pte(entry);
1598                         if (pte_soft_dirty(pteval))
1599                                 swp_pte = pte_swp_mksoft_dirty(swp_pte);
1600                         set_pte_at(mm, address, pvmw.pte, swp_pte);
1601                 } else
1602                         dec_mm_counter(mm, mm_counter_file(page));
1603 discard:
1604                 page_remove_rmap(subpage, PageHuge(page));
1605                 put_page(page);
1606                 mmu_notifier_invalidate_range(mm, address,
1607                                               address + PAGE_SIZE);
1608         }
1609
1610         mmu_notifier_invalidate_range_end(vma->vm_mm, start, end);
1611
1612         return ret;
1613 }
1614
1615 bool is_vma_temporary_stack(struct vm_area_struct *vma)
1616 {
1617         int maybe_stack = vma->vm_flags & (VM_GROWSDOWN | VM_GROWSUP);
1618
1619         if (!maybe_stack)
1620                 return false;
1621
1622         if ((vma->vm_flags & VM_STACK_INCOMPLETE_SETUP) ==
1623                                                 VM_STACK_INCOMPLETE_SETUP)
1624                 return true;
1625
1626         return false;
1627 }
1628
1629 static bool invalid_migration_vma(struct vm_area_struct *vma, void *arg)
1630 {
1631         return is_vma_temporary_stack(vma);
1632 }
1633
1634 static int page_not_mapped(struct page *page)
1635 {
1636         return !page_mapped(page);
1637 }
1638
1639 /**
1640  * try_to_unmap - try to remove all page table mappings to a page
1641  * @page: the page to get unmapped
1642  * @flags: action and flags
1643  *
1644  * Tries to remove all the page table entries which are mapping this
1645  * page, used in the pageout path.  Caller must hold the page lock.
1646  *
1647  * If unmap is successful, return true. Otherwise, false.
1648  */
1649 bool try_to_unmap(struct page *page, enum ttu_flags flags)
1650 {
1651         struct rmap_walk_control rwc = {
1652                 .rmap_one = try_to_unmap_one,
1653                 .arg = (void *)flags,
1654                 .done = page_not_mapped,
1655                 .anon_lock = page_lock_anon_vma_read,
1656         };
1657
1658         /*
1659          * During exec, a temporary VMA is setup and later moved.
1660          * The VMA is moved under the anon_vma lock but not the
1661          * page tables leading to a race where migration cannot
1662          * find the migration ptes. Rather than increasing the
1663          * locking requirements of exec(), migration skips
1664          * temporary VMAs until after exec() completes.
1665          */
1666         if ((flags & (TTU_MIGRATION|TTU_SPLIT_FREEZE))
1667             && !PageKsm(page) && PageAnon(page))
1668                 rwc.invalid_vma = invalid_migration_vma;
1669
1670         if (flags & TTU_RMAP_LOCKED)
1671                 rmap_walk_locked(page, &rwc);
1672         else
1673                 rmap_walk(page, &rwc);
1674
1675         /*
1676          * When racing against e.g. zap_pte_range() on another cpu,
1677          * in between its ptep_get_and_clear_full() and page_remove_rmap(),
1678          * try_to_unmap() may return false when it is about to become true,
1679          * if page table locking is skipped: use TTU_SYNC to wait for that.
1680          */
1681         return !page_mapcount(page);
1682 }
1683
1684 /**
1685  * try_to_munlock - try to munlock a page
1686  * @page: the page to be munlocked
1687  *
1688  * Called from munlock code.  Checks all of the VMAs mapping the page
1689  * to make sure nobody else has this page mlocked. The page will be
1690  * returned with PG_mlocked cleared if no other vmas have it mlocked.
1691  */
1692
1693 void try_to_munlock(struct page *page)
1694 {
1695         struct rmap_walk_control rwc = {
1696                 .rmap_one = try_to_unmap_one,
1697                 .arg = (void *)TTU_MUNLOCK,
1698                 .done = page_not_mapped,
1699                 .anon_lock = page_lock_anon_vma_read,
1700
1701         };
1702
1703         VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(page) || PageLRU(page), page);
1704         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page) && PageDoubleMap(page), page);
1705
1706         rmap_walk(page, &rwc);
1707 }
1708
1709 void __put_anon_vma(struct anon_vma *anon_vma)
1710 {
1711         struct anon_vma *root = anon_vma->root;
1712
1713         anon_vma_free(anon_vma);
1714         if (root != anon_vma && atomic_dec_and_test(&root->refcount))
1715                 anon_vma_free(root);
1716 }
1717
1718 static struct anon_vma *rmap_walk_anon_lock(struct page *page,
1719                                         struct rmap_walk_control *rwc)
1720 {
1721         struct anon_vma *anon_vma;
1722
1723         if (rwc->anon_lock)
1724                 return rwc->anon_lock(page);
1725
1726         /*
1727          * Note: remove_migration_ptes() cannot use page_lock_anon_vma_read()
1728          * because that depends on page_mapped(); but not all its usages
1729          * are holding mmap_sem. Users without mmap_sem are required to
1730          * take a reference count to prevent the anon_vma disappearing
1731          */
1732         anon_vma = page_anon_vma(page);
1733         if (!anon_vma)
1734                 return NULL;
1735
1736         anon_vma_lock_read(anon_vma);
1737         return anon_vma;
1738 }
1739
1740 /*
1741  * rmap_walk_anon - do something to anonymous page using the object-based
1742  * rmap method
1743  * @page: the page to be handled
1744  * @rwc: control variable according to each walk type
1745  *
1746  * Find all the mappings of a page using the mapping pointer and the vma chains
1747  * contained in the anon_vma struct it points to.
1748  *
1749  * When called from try_to_munlock(), the mmap_sem of the mm containing the vma
1750  * where the page was found will be held for write.  So, we won't recheck
1751  * vm_flags for that VMA.  That should be OK, because that vma shouldn't be
1752  * LOCKED.
1753  */
1754 static void rmap_walk_anon(struct page *page, struct rmap_walk_control *rwc,
1755                 bool locked)
1756 {
1757         struct anon_vma *anon_vma;
1758         pgoff_t pgoff_start, pgoff_end;
1759         struct anon_vma_chain *avc;
1760
1761         if (locked) {
1762                 anon_vma = page_anon_vma(page);
1763                 /* anon_vma disappear under us? */
1764                 VM_BUG_ON_PAGE(!anon_vma, page);
1765         } else {
1766                 anon_vma = rmap_walk_anon_lock(page, rwc);
1767         }
1768         if (!anon_vma)
1769                 return;
1770
1771         pgoff_start = page_to_pgoff(page);
1772         pgoff_end = pgoff_start + hpage_nr_pages(page) - 1;
1773         anon_vma_interval_tree_foreach(avc, &anon_vma->rb_root,
1774                         pgoff_start, pgoff_end) {
1775                 struct vm_area_struct *vma = avc->vma;
1776                 unsigned long address = vma_address(page, vma);
1777
1778                 VM_BUG_ON_VMA(address == -EFAULT, vma);
1779                 cond_resched();
1780
1781                 if (rwc->invalid_vma && rwc->invalid_vma(vma, rwc->arg))
1782                         continue;
1783
1784                 if (!rwc->rmap_one(page, vma, address, rwc->arg))
1785                         break;
1786                 if (rwc->done && rwc->done(page))
1787                         break;
1788         }
1789
1790         if (!locked)
1791                 anon_vma_unlock_read(anon_vma);
1792 }
1793
1794 /*
1795  * rmap_walk_file - do something to file page using the object-based rmap method
1796  * @page: the page to be handled
1797  * @rwc: control variable according to each walk type
1798  *
1799  * Find all the mappings of a page using the mapping pointer and the vma chains
1800  * contained in the address_space struct it points to.
1801  *
1802  * When called from try_to_munlock(), the mmap_sem of the mm containing the vma
1803  * where the page was found will be held for write.  So, we won't recheck
1804  * vm_flags for that VMA.  That should be OK, because that vma shouldn't be
1805  * LOCKED.
1806  */
1807 static void rmap_walk_file(struct page *page, struct rmap_walk_control *rwc,
1808                 bool locked)
1809 {
1810         struct address_space *mapping = page_mapping(page);
1811         pgoff_t pgoff_start, pgoff_end;
1812         struct vm_area_struct *vma;
1813
1814         /*
1815          * The page lock not only makes sure that page->mapping cannot
1816          * suddenly be NULLified by truncation, it makes sure that the
1817          * structure at mapping cannot be freed and reused yet,
1818          * so we can safely take mapping->i_mmap_rwsem.
1819          */
1820         VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(page), page);
1821
1822         if (!mapping)
1823                 return;
1824
1825         pgoff_start = page_to_pgoff(page);
1826         pgoff_end = pgoff_start + hpage_nr_pages(page) - 1;
1827         if (!locked)
1828                 i_mmap_lock_read(mapping);
1829         vma_interval_tree_foreach(vma, &mapping->i_mmap,
1830                         pgoff_start, pgoff_end) {
1831                 unsigned long address = vma_address(page, vma);
1832
1833                 VM_BUG_ON_VMA(address == -EFAULT, vma);
1834                 cond_resched();
1835
1836                 if (rwc->invalid_vma && rwc->invalid_vma(vma, rwc->arg))
1837                         continue;
1838
1839                 if (!rwc->rmap_one(page, vma, address, rwc->arg))
1840                         goto done;
1841                 if (rwc->done && rwc->done(page))
1842                         goto done;
1843         }
1844
1845 done:
1846         if (!locked)
1847                 i_mmap_unlock_read(mapping);
1848 }
1849
1850 void rmap_walk(struct page *page, struct rmap_walk_control *rwc)
1851 {
1852         if (unlikely(PageKsm(page)))
1853                 rmap_walk_ksm(page, rwc);
1854         else if (PageAnon(page))
1855                 rmap_walk_anon(page, rwc, false);
1856         else
1857                 rmap_walk_file(page, rwc, false);
1858 }
1859
1860 /* Like rmap_walk, but caller holds relevant rmap lock */
1861 void rmap_walk_locked(struct page *page, struct rmap_walk_control *rwc)
1862 {
1863         /* no ksm support for now */
1864         VM_BUG_ON_PAGE(PageKsm(page), page);
1865         if (PageAnon(page))
1866                 rmap_walk_anon(page, rwc, true);
1867         else
1868                 rmap_walk_file(page, rwc, true);
1869 }
1870
1871 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
1872 /*
1873  * The following three functions are for anonymous (private mapped) hugepages.
1874  * Unlike common anonymous pages, anonymous hugepages have no accounting code
1875  * and no lru code, because we handle hugepages differently from common pages.
1876  */
1877 static void __hugepage_set_anon_rmap(struct page *page,
1878         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, int exclusive)
1879 {
1880         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
1881
1882         BUG_ON(!anon_vma);
1883
1884         if (PageAnon(page))
1885                 return;
1886         if (!exclusive)
1887                 anon_vma = anon_vma->root;
1888
1889         anon_vma = (void *) anon_vma + PAGE_MAPPING_ANON;
1890         page->mapping = (struct address_space *) anon_vma;
1891         page->index = linear_page_index(vma, address);
1892 }
1893
1894 void hugepage_add_anon_rmap(struct page *page,
1895                             struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
1896 {
1897         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
1898         int first;
1899
1900         BUG_ON(!PageLocked(page));
1901         BUG_ON(!anon_vma);
1902         /* address might be in next vma when migration races vma_adjust */
1903         first = atomic_inc_and_test(compound_mapcount_ptr(page));
1904         if (first)
1905                 __hugepage_set_anon_rmap(page, vma, address, 0);
1906 }
1907
1908 void hugepage_add_new_anon_rmap(struct page *page,
1909                         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
1910 {
1911         BUG_ON(address < vma->vm_start || address >= vma->vm_end);
1912         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), 0);
1913         __hugepage_set_anon_rmap(page, vma, address, 1);
1914 }
1915 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE */