mm/migrate.c

   1 /*
   2  * Memory Migration functionality - linux/mm/migration.c
   3  *
   4  * Copyright (C) 2006 Silicon Graphics, Inc., Christoph Lameter
   5  *
   6  * Page migration was first developed in the context of the memory hotplug
   7  * project. The main authors of the migration code are:
   8  *
   9  * IWAMOTO Toshihiro <iwamoto@valinux.co.jp>
  10  * Hirokazu Takahashi <taka@valinux.co.jp>
  11  * Dave Hansen <haveblue@us.ibm.com>
  12  * Christoph Lameter <clameter@sgi.com>
  13  */
  14
  15 #include <linux/migrate.h>
  16 #include <linux/module.h>
  17 #include <linux/swap.h>
  18 #include <linux/swapops.h>
  19 #include <linux/pagemap.h>
  20 #include <linux/buffer_head.h>
  21 #include <linux/mm_inline.h>
  22 #include <linux/pagevec.h>
  23 #include <linux/rmap.h>
  24 #include <linux/topology.h>
  25 #include <linux/cpu.h>
  26 #include <linux/cpuset.h>
  27
  28 #include "internal.h"
  29
  30 /* The maximum number of pages to take off the LRU for migration */
  31 #define MIGRATE_CHUNK_SIZE 256
  32
  33 #define lru_to_page(_head) (list_entry((_head)->prev, struct page, lru))
  34
  35 /*
  36  * Isolate one page from the LRU lists. If successful put it onto
  37  * the indicated list with elevated page count.
  38  *
  39  * Result:
  40  *  -EBUSY: page not on LRU list
  41  *  0: page removed from LRU list and added to the specified list.
  42  */
  43 int isolate_lru_page(struct page *page, struct list_head *pagelist)
  44 {
  45         int ret = -EBUSY;
  46
  47         if (PageLRU(page)) {
  48                 struct zone *zone = page_zone(page);
  49
  50                 spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
  51                 if (PageLRU(page)) {
  52                         ret = 0;
  53                         get_page(page);
  54                         ClearPageLRU(page);
  55                         if (PageActive(page))
  56                                 del_page_from_active_list(zone, page);
  57                         else
  58                                 del_page_from_inactive_list(zone, page);
  59                         list_add_tail(&page->lru, pagelist);
  60                 }
  61                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
  62         }
  63         return ret;
  64 }
  65
  66 /*
  67  * migrate_prep() needs to be called after we have compiled the list of pages
  68  * to be migrated using isolate_lru_page() but before we begin a series of calls
  69  * to migrate_pages().
  70  */
  71 int migrate_prep(void)
  72 {
  73         /*
  74          * Clear the LRU lists so pages can be isolated.
  75          * Note that pages may be moved off the LRU after we have
  76          * drained them. Those pages will fail to migrate like other
  77          * pages that may be busy.
  78          */
  79         lru_add_drain_all();
  80
  81         return 0;
  82 }
  83
  84 static inline void move_to_lru(struct page *page)
  85 {
  86         list_del(&page->lru);
  87         if (PageActive(page)) {
  88                 /*
  89                  * lru_cache_add_active checks that
  90                  * the PG_active bit is off.
  91                  */
  92                 ClearPageActive(page);
  93                 lru_cache_add_active(page);
  94         } else {
  95                 lru_cache_add(page);
  96         }
  97         put_page(page);
  98 }
  99
 100 /*
 101  * Add isolated pages on the list back to the LRU.
 102  *
 103  * returns the number of pages put back.
 104  */
 105 int putback_lru_pages(struct list_head *l)
 106 {
 107         struct page *page;
 108         struct page *page2;
 109         int count = 0;
 110
 111         list_for_each_entry_safe(page, page2, l, lru) {
 112                 move_to_lru(page);
 113                 count++;
 114         }
 115         return count;
 116 }
 117
 118 static inline int is_swap_pte(pte_t pte)
 119 {
 120         return !pte_none(pte) && !pte_present(pte) && !pte_file(pte);
 121 }
 122
 123 /*
 124  * Restore a potential migration pte to a working pte entry
 125  */
 126 static void remove_migration_pte(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
 127                 struct page *old, struct page *new)
 128 {
 129         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
 130         swp_entry_t entry;
 131         pgd_t *pgd;
 132         pud_t *pud;
 133         pmd_t *pmd;
 134         pte_t *ptep, pte;
 135         spinlock_t *ptl;
 136
 137         pgd = pgd_offset(mm, addr);
 138         if (!pgd_present(*pgd))
 139                 return;
 140
 141         pud = pud_offset(pgd, addr);
 142         if (!pud_present(*pud))
 143                 return;
 144
 145         pmd = pmd_offset(pud, addr);
 146         if (!pmd_present(*pmd))
 147                 return;
 148
 149         ptep = pte_offset_map(pmd, addr);
 150
 151         if (!is_swap_pte(*ptep)) {
 152                 pte_unmap(ptep);
 153                 return;
 154         }
 155
 156         ptl = pte_lockptr(mm, pmd);
 157         spin_lock(ptl);
 158         pte = *ptep;
 159         if (!is_swap_pte(pte))
 160                 goto out;
 161
 162         entry = pte_to_swp_entry(pte);
 163
 164         if (!is_migration_entry(entry) || migration_entry_to_page(entry) != old)
 165                 goto out;
 166
 167         inc_mm_counter(mm, anon_rss);
 168         get_page(new);
 169         pte = pte_mkold(mk_pte(new, vma->vm_page_prot));
 170         if (is_write_migration_entry(entry))
 171                 pte = pte_mkwrite(pte);
 172         set_pte_at(mm, addr, ptep, pte);
 173         page_add_anon_rmap(new, vma, addr);
 174 out:
 175         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
 176 }
 177
 178 /*
 179  * Get rid of all migration entries and replace them by
 180  * references to the indicated page.
 181  *
 182  * Must hold mmap_sem lock on at least one of the vmas containing
 183  * the page so that the anon_vma cannot vanish.
 184  */
 185 static void remove_migration_ptes(struct page *old, struct page *new)
 186 {
 187         struct anon_vma *anon_vma;
 188         struct vm_area_struct *vma;
 189         unsigned long mapping;
 190
 191         mapping = (unsigned long)new->mapping;
 192
 193         if (!mapping || (mapping & PAGE_MAPPING_ANON) == 0)
 194                 return;
 195
 196         /*
 197          * We hold the mmap_sem lock. So no need to call page_lock_anon_vma.
 198          */
 199         anon_vma = (struct anon_vma *) (mapping - PAGE_MAPPING_ANON);
 200         spin_lock(&anon_vma->lock);
 201
 202         list_for_each_entry(vma, &anon_vma->head, anon_vma_node)
 203                 remove_migration_pte(vma, page_address_in_vma(new, vma),
 204                                         old, new);
 205
 206         spin_unlock(&anon_vma->lock);
 207 }
 208
 209 /*
 210  * Something used the pte of a page under migration. We need to
 211  * get to the page and wait until migration is finished.
 212  * When we return from this function the fault will be retried.
 213  *
 214  * This function is called from do_swap_page().
 215  */
 216 void migration_entry_wait(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmd,
 217                                 unsigned long address)
 218 {
 219         pte_t *ptep, pte;
 220         spinlock_t *ptl;
 221         swp_entry_t entry;
 222         struct page *page;
 223
 224         ptep = pte_offset_map_lock(mm, pmd, address, &ptl);
 225         pte = *ptep;
 226         if (!is_swap_pte(pte))
 227                 goto out;
 228
 229         entry = pte_to_swp_entry(pte);
 230         if (!is_migration_entry(entry))
 231                 goto out;
 232
 233         page = migration_entry_to_page(entry);
 234
 235         get_page(page);
 236         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
 237         wait_on_page_locked(page);
 238         put_page(page);
 239         return;
 240 out:
 241         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
 242 }
 243
 244 /*
 245  * Replace the page in the mapping.
 246  *
 247  * The number of remaining references must be:
 248  * 1 for anonymous pages without a mapping
 249  * 2 for pages with a mapping
 250  * 3 for pages with a mapping and PagePrivate set.
 251  */
 252 static int migrate_page_move_mapping(struct address_space *mapping,
 253                 struct page *newpage, struct page *page)
 254 {
 255         struct page **radix_pointer;
 256
 257         write_lock_irq(&mapping->tree_lock);
 258
 259         radix_pointer = (struct page **)radix_tree_lookup_slot(
 260                                                 &mapping->page_tree,
 261                                                 page_index(page));
 262
 263         if (!page_mapping(page) ||
 264                         page_count(page) != 2 + !!PagePrivate(page) ||
 265                         *radix_pointer != page) {
 266                 write_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 267                 return -EAGAIN;
 268         }
 269
 270         /*
 271          * Now we know that no one else is looking at the page.
 272          */
 273         get_page(newpage);
 274         if (PageSwapCache(page)) {
 275                 SetPageSwapCache(newpage);
 276                 set_page_private(newpage, page_private(page));
 277         }
 278
 279         *radix_pointer = newpage;
 280         __put_page(page);
 281         write_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 282
 283         return 0;
 284 }
 285
 286 /*
 287  * Copy the page to its new location
 288  */
 289 static void migrate_page_copy(struct page *newpage, struct page *page)
 290 {
 291         copy_highpage(newpage, page);
 292
 293         if (PageError(page))
 294                 SetPageError(newpage);
 295         if (PageReferenced(page))
 296                 SetPageReferenced(newpage);
 297         if (PageUptodate(page))
 298                 SetPageUptodate(newpage);
 299         if (PageActive(page))
 300                 SetPageActive(newpage);
 301         if (PageChecked(page))
 302                 SetPageChecked(newpage);
 303         if (PageMappedToDisk(page))
 304                 SetPageMappedToDisk(newpage);
 305
 306         if (PageDirty(page)) {
 307                 clear_page_dirty_for_io(page);
 308                 set_page_dirty(newpage);
 309         }
 310
 311         ClearPageSwapCache(page);
 312         ClearPageActive(page);
 313         ClearPagePrivate(page);
 314         set_page_private(page, 0);
 315         page->mapping = NULL;
 316
 317         /*
 318          * If any waiters have accumulated on the new page then
 319          * wake them up.
 320          */
 321         if (PageWriteback(newpage))
 322                 end_page_writeback(newpage);
 323 }
 324
 325 /************************************************************
 326  *                    Migration functions
 327  ***********************************************************/
 328
 329 /* Always fail migration. Used for mappings that are not movable */
 330 int fail_migrate_page(struct address_space *mapping,
 331                         struct page *newpage, struct page *page)
 332 {
 333         return -EIO;
 334 }
 335 EXPORT_SYMBOL(fail_migrate_page);
 336
 337 /*
 338  * Common logic to directly migrate a single page suitable for
 339  * pages that do not use PagePrivate.
 340  *
 341  * Pages are locked upon entry and exit.
 342  */
 343 int migrate_page(struct address_space *mapping,
 344                 struct page *newpage, struct page *page)
 345 {
 346         int rc;
 347
 348         BUG_ON(PageWriteback(page));    /* Writeback must be complete */
 349
 350         rc = migrate_page_move_mapping(mapping, newpage, page);
 351
 352         if (rc)
 353                 return rc;
 354
 355         migrate_page_copy(newpage, page);
 356
 357         /*
 358          * Remove auxiliary swap entries and replace
 359          * them with real ptes.
 360          *
 361          * Note that a real pte entry will allow processes that are not
 362          * waiting on the page lock to use the new page via the page tables
 363          * before the new page is unlocked.
 364          */
 365         remove_from_swap(newpage);
 366         return 0;
 367 }
 368 EXPORT_SYMBOL(migrate_page);
 369
 370 /*
 371  * Migration function for pages with buffers. This function can only be used
 372  * if the underlying filesystem guarantees that no other references to "page"
 373  * exist.
 374  */
 375 int buffer_migrate_page(struct address_space *mapping,
 376                 struct page *newpage, struct page *page)
 377 {
 378         struct buffer_head *bh, *head;
 379         int rc;
 380
 381         if (!page_has_buffers(page))
 382                 return migrate_page(mapping, newpage, page);
 383
 384         head = page_buffers(page);
 385
 386         rc = migrate_page_move_mapping(mapping, newpage, page);
 387
 388         if (rc)
 389                 return rc;
 390
 391         bh = head;
 392         do {
 393                 get_bh(bh);
 394                 lock_buffer(bh);
 395                 bh = bh->b_this_page;
 396
 397         } while (bh != head);
 398
 399         ClearPagePrivate(page);
 400         set_page_private(newpage, page_private(page));
 401         set_page_private(page, 0);
 402         put_page(page);
 403         get_page(newpage);
 404
 405         bh = head;
 406         do {
 407                 set_bh_page(bh, newpage, bh_offset(bh));
 408                 bh = bh->b_this_page;
 409
 410         } while (bh != head);
 411
 412         SetPagePrivate(newpage);
 413
 414         migrate_page_copy(newpage, page);
 415
 416         bh = head;
 417         do {
 418                 unlock_buffer(bh);
 419                 put_bh(bh);
 420                 bh = bh->b_this_page;
 421
 422         } while (bh != head);
 423
 424         return 0;
 425 }
 426 EXPORT_SYMBOL(buffer_migrate_page);
 427
 428 static int fallback_migrate_page(struct address_space *mapping,
 429         struct page *newpage, struct page *page)
 430 {
 431         /*
 432          * Default handling if a filesystem does not provide
 433          * a migration function. We can only migrate clean
 434          * pages so try to write out any dirty pages first.
 435          */
 436         if (PageDirty(page)) {
 437                 switch (pageout(page, mapping)) {
 438                 case PAGE_KEEP:
 439                 case PAGE_ACTIVATE:
 440                         return -EAGAIN;
 441
 442                 case PAGE_SUCCESS:
 443                         /* Relock since we lost the lock */
 444                         lock_page(page);
 445                         /* Must retry since page state may have changed */
 446                         return -EAGAIN;
 447
 448                 case PAGE_CLEAN:
 449                         ; /* try to migrate the page below */
 450                 }
 451         }
 452
 453         /*
 454          * Buffers may be managed in a filesystem specific way.
 455          * We must have no buffers or drop them.
 456          */
 457         if (page_has_buffers(page) &&
 458             !try_to_release_page(page, GFP_KERNEL))
 459                 return -EAGAIN;
 460
 461         return migrate_page(mapping, newpage, page);
 462 }
 463
 464 /*
 465  * migrate_pages
 466  *
 467  * Two lists are passed to this function. The first list
 468  * contains the pages isolated from the LRU to be migrated.
 469  * The second list contains new pages that the pages isolated
 470  * can be moved to.
 471  *
 472  * The function returns after 10 attempts or if no pages
 473  * are movable anymore because to has become empty
 474  * or no retryable pages exist anymore.
 475  *
 476  * Return: Number of pages not migrated when "to" ran empty.
 477  */
 478 int migrate_pages(struct list_head *from, struct list_head *to,
 479                   struct list_head *moved, struct list_head *failed)
 480 {
 481         int retry;
 482         int nr_failed = 0;
 483         int pass = 0;
 484         struct page *page;
 485         struct page *page2;
 486         int swapwrite = current->flags & PF_SWAPWRITE;
 487         int rc;
 488
 489         if (!swapwrite)
 490                 current->flags |= PF_SWAPWRITE;
 491
 492 redo:
 493         retry = 0;
 494
 495         list_for_each_entry_safe(page, page2, from, lru) {
 496                 struct page *newpage = NULL;
 497                 struct address_space *mapping;
 498
 499                 cond_resched();
 500
 501                 rc = 0;
 502                 if (page_count(page) == 1)
 503                         /* page was freed from under us. So we are done. */
 504                         goto next;
 505
 506                 if (to && list_empty(to))
 507                         break;
 508
 509                 /*
 510                  * Skip locked pages during the first two passes to give the
 511                  * functions holding the lock time to release the page. Later we
 512                  * use lock_page() to have a higher chance of acquiring the
 513                  * lock.
 514                  */
 515                 rc = -EAGAIN;
 516                 if (pass > 2)
 517                         lock_page(page);
 518                 else
 519                         if (TestSetPageLocked(page))
 520                                 goto next;
 521
 522                 /*
 523                  * Only wait on writeback if we have already done a pass where
 524                  * we we may have triggered writeouts for lots of pages.
 525                  */
 526                 if (pass > 0)
 527                         wait_on_page_writeback(page);
 528                 else
 529                         if (PageWriteback(page))
 530                                 goto unlock_page;
 531
 532                 /*
 533                  * Establish swap ptes for anonymous pages or destroy pte
 534                  * maps for files.
 535                  *
 536                  * In order to reestablish file backed mappings the fault handlers
 537                  * will take the radix tree_lock which may then be used to stop
 538                  * processses from accessing this page until the new page is ready.
 539                  *
 540                  * A process accessing via a swap pte (an anonymous page) will take a
 541                  * page_lock on the old page which will block the process until the
 542                  * migration attempt is complete. At that time the PageSwapCache bit
 543                  * will be examined. If the page was migrated then the PageSwapCache
 544                  * bit will be clear and the operation to retrieve the page will be
 545                  * retried which will find the new page in the radix tree. Then a new
 546                  * direct mapping may be generated based on the radix tree contents.
 547                  *
 548                  * If the page was not migrated then the PageSwapCache bit
 549                  * is still set and the operation may continue.
 550                  */
 551                 rc = -EPERM;
 552                 if (try_to_unmap(page, 1) == SWAP_FAIL)
 553                         /* A vma has VM_LOCKED set -> permanent failure */
 554                         goto unlock_page;
 555
 556                 rc = -EAGAIN;
 557                 if (page_mapped(page))
 558                         goto unlock_page;
 559
 560                 newpage = lru_to_page(to);
 561                 lock_page(newpage);
 562                 /* Prepare mapping for the new page.*/
 563                 newpage->index = page->index;
 564                 newpage->mapping = page->mapping;
 565
 566                 /*
 567                  * Pages are properly locked and writeback is complete.
 568                  * Try to migrate the page.
 569                  */
 570                 mapping = page_mapping(page);
 571                 if (!mapping)
 572                         goto unlock_both;
 573
 574                 if (mapping->a_ops->migratepage)
 575                         /*
 576                          * Most pages have a mapping and most filesystems
 577                          * should provide a migration function. Anonymous
 578                          * pages are part of swap space which also has its
 579                          * own migration function. This is the most common
 580                          * path for page migration.
 581                          */
 582                         rc = mapping->a_ops->migratepage(mapping,
 583                                                         newpage, page);
 584                 else
 585                         rc = fallback_migrate_page(mapping, newpage, page);
 586
 587 unlock_both:
 588                 unlock_page(newpage);
 589
 590 unlock_page:
 591                 unlock_page(page);
 592
 593 next:
 594                 if (rc) {
 595                         if (newpage)
 596                                 newpage->mapping = NULL;
 597
 598                         if (rc == -EAGAIN)
 599                                 retry++;
 600                         else {
 601                                 /* Permanent failure */
 602                                 list_move(&page->lru, failed);
 603                                 nr_failed++;
 604                         }
 605                 } else {
 606                         if (newpage) {
 607                                 /* Successful migration. Return page to LRU */
 608                                 move_to_lru(newpage);
 609                         }
 610                         list_move(&page->lru, moved);
 611                 }
 612         }
 613         if (retry && pass++ < 10)
 614                 goto redo;
 615
 616         if (!swapwrite)
 617                 current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
 618
 619         return nr_failed + retry;
 620 }
 621
 622 /*
 623  * Migrate the list 'pagelist' of pages to a certain destination.
 624  *
 625  * Specify destination with either non-NULL vma or dest_node >= 0
 626  * Return the number of pages not migrated or error code
 627  */
 628 int migrate_pages_to(struct list_head *pagelist,
 629                         struct vm_area_struct *vma, int dest)
 630 {
 631         LIST_HEAD(newlist);
 632         LIST_HEAD(moved);
 633         LIST_HEAD(failed);
 634         int err = 0;
 635         unsigned long offset = 0;
 636         int nr_pages;
 637         struct page *page;
 638         struct list_head *p;
 639
 640 redo:
 641         nr_pages = 0;
 642         list_for_each(p, pagelist) {
 643                 if (vma) {
 644                         /*
 645                          * The address passed to alloc_page_vma is used to
 646                          * generate the proper interleave behavior. We fake
 647                          * the address here by an increasing offset in order
 648                          * to get the proper distribution of pages.
 649                          *
 650                          * No decision has been made as to which page
 651                          * a certain old page is moved to so we cannot
 652                          * specify the correct address.
 653                          */
 654                         page = alloc_page_vma(GFP_HIGHUSER, vma,
 655                                         offset + vma->vm_start);
 656                         offset += PAGE_SIZE;
 657                 }
 658                 else
 659                         page = alloc_pages_node(dest, GFP_HIGHUSER, 0);
 660
 661                 if (!page) {
 662                         err = -ENOMEM;
 663                         goto out;
 664                 }
 665                 list_add_tail(&page->lru, &newlist);
 666                 nr_pages++;
 667                 if (nr_pages > MIGRATE_CHUNK_SIZE)
 668                         break;
 669         }
 670         err = migrate_pages(pagelist, &newlist, &moved, &failed);
 671
 672         putback_lru_pages(&moved);      /* Call release pages instead ?? */
 673
 674         if (err >= 0 && list_empty(&newlist) && !list_empty(pagelist))
 675                 goto redo;
 676 out:
 677         /* Return leftover allocated pages */
 678         while (!list_empty(&newlist)) {
 679                 page = list_entry(newlist.next, struct page, lru);
 680                 list_del(&page->lru);
 681                 __free_page(page);
 682         }
 683         list_splice(&failed, pagelist);
 684         if (err < 0)
 685                 return err;
 686
 687         /* Calculate number of leftover pages */
 688         nr_pages = 0;
 689         list_for_each(p, pagelist)
 690                 nr_pages++;
 691         return nr_pages;
 692 }