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