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/pagemap.h>
  19 #include <linux/buffer_head.h>
  20 #include <linux/mm_inline.h>
  21 #include <linux/pagevec.h>
  22 #include <linux/rmap.h>
  23 #include <linux/topology.h>
  24 #include <linux/cpu.h>
  25 #include <linux/cpuset.h>
  26 #include <linux/swapops.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         /* Must have swap device for migration */
  74         if (nr_swap_pages <= 0)
  75                 return -ENODEV;
  76
  77         /*
  78          * Clear the LRU lists so pages can be isolated.
  79          * Note that pages may be moved off the LRU after we have
  80          * drained them. Those pages will fail to migrate like other
  81          * pages that may be busy.
  82          */
  83         lru_add_drain_all();
  84
  85         return 0;
  86 }
  87
  88 static inline void move_to_lru(struct page *page)
  89 {
  90         list_del(&page->lru);
  91         if (PageActive(page)) {
  92                 /*
  93                  * lru_cache_add_active checks that
  94                  * the PG_active bit is off.
  95                  */
  96                 ClearPageActive(page);
  97                 lru_cache_add_active(page);
  98         } else {
  99                 lru_cache_add(page);
 100         }
 101         put_page(page);
 102 }
 103
 104 /*
 105  * Add isolated pages on the list back to the LRU.
 106  *
 107  * returns the number of pages put back.
 108  */
 109 int putback_lru_pages(struct list_head *l)
 110 {
 111         struct page *page;
 112         struct page *page2;
 113         int count = 0;
 114
 115         list_for_each_entry_safe(page, page2, l, lru) {
 116                 move_to_lru(page);
 117                 count++;
 118         }
 119         return count;
 120 }
 121
 122 /*
 123  * swapout a single page
 124  * page is locked upon entry, unlocked on exit
 125  */
 126 static int swap_page(struct page *page)
 127 {
 128         struct address_space *mapping = page_mapping(page);
 129
 130         if (page_mapped(page) && mapping)
 131                 if (try_to_unmap(page, 1) != SWAP_SUCCESS)
 132                         goto unlock_retry;
 133
 134         if (PageDirty(page)) {
 135                 /* Page is dirty, try to write it out here */
 136                 switch(pageout(page, mapping)) {
 137                 case PAGE_KEEP:
 138                 case PAGE_ACTIVATE:
 139                         goto unlock_retry;
 140
 141                 case PAGE_SUCCESS:
 142                         goto retry;
 143
 144                 case PAGE_CLEAN:
 145                         ; /* try to free the page below */
 146                 }
 147         }
 148
 149         if (PagePrivate(page)) {
 150                 if (!try_to_release_page(page, GFP_KERNEL) ||
 151                     (!mapping && page_count(page) == 1))
 152                         goto unlock_retry;
 153         }
 154
 155         if (remove_mapping(mapping, page)) {
 156                 /* Success */
 157                 unlock_page(page);
 158                 return 0;
 159         }
 160
 161 unlock_retry:
 162         unlock_page(page);
 163
 164 retry:
 165         return -EAGAIN;
 166 }
 167
 168 /*
 169  * Remove references for a page and establish the new page with the correct
 170  * basic settings to be able to stop accesses to the page.
 171  *
 172  * The number of remaining references must be:
 173  * 1 for anonymous pages without a mapping
 174  * 2 for pages with a mapping
 175  * 3 for pages with a mapping and PagePrivate set.
 176  */
 177 static int migrate_page_remove_references(struct page *newpage,
 178                                 struct page *page)
 179 {
 180         struct address_space *mapping = page_mapping(page);
 181         struct page **radix_pointer;
 182
 183         if (!mapping)
 184                 return -EAGAIN;
 185
 186         /*
 187          * Establish swap ptes for anonymous pages or destroy pte
 188          * maps for files.
 189          *
 190          * In order to reestablish file backed mappings the fault handlers
 191          * will take the radix tree_lock which may then be used to stop
 192          * processses from accessing this page until the new page is ready.
 193          *
 194          * A process accessing via a swap pte (an anonymous page) will take a
 195          * page_lock on the old page which will block the process until the
 196          * migration attempt is complete. At that time the PageSwapCache bit
 197          * will be examined. If the page was migrated then the PageSwapCache
 198          * bit will be clear and the operation to retrieve the page will be
 199          * retried which will find the new page in the radix tree. Then a new
 200          * direct mapping may be generated based on the radix tree contents.
 201          *
 202          * If the page was not migrated then the PageSwapCache bit
 203          * is still set and the operation may continue.
 204          */
 205         if (try_to_unmap(page, 1) == SWAP_FAIL)
 206                 /* A vma has VM_LOCKED set -> permanent failure */
 207                 return -EPERM;
 208
 209         /*
 210          * Give up if we were unable to remove all mappings.
 211          */
 212         if (page_mapcount(page))
 213                 return -EAGAIN;
 214
 215         write_lock_irq(&mapping->tree_lock);
 216
 217         radix_pointer = (struct page **)radix_tree_lookup_slot(
 218                                                 &mapping->page_tree,
 219                                                 page_index(page));
 220
 221         if (!page_mapping(page) ||
 222                         page_count(page) != 2 + !!PagePrivate(page) ||
 223                         *radix_pointer != page) {
 224                 write_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 225                 return -EAGAIN;
 226         }
 227
 228         /*
 229          * Now we know that no one else is looking at the page.
 230          *
 231          * Certain minimal information about a page must be available
 232          * in order for other subsystems to properly handle the page if they
 233          * find it through the radix tree update before we are finished
 234          * copying the page.
 235          */
 236         get_page(newpage);
 237         newpage->index = page->index;
 238         newpage->mapping = page->mapping;
 239         if (PageSwapCache(page)) {
 240                 SetPageSwapCache(newpage);
 241                 set_page_private(newpage, page_private(page));
 242         }
 243
 244         *radix_pointer = newpage;
 245         __put_page(page);
 246         write_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 247
 248         return 0;
 249 }
 250
 251 /*
 252  * Copy the page to its new location
 253  */
 254 static void migrate_page_copy(struct page *newpage, struct page *page)
 255 {
 256         copy_highpage(newpage, page);
 257
 258         if (PageError(page))
 259                 SetPageError(newpage);
 260         if (PageReferenced(page))
 261                 SetPageReferenced(newpage);
 262         if (PageUptodate(page))
 263                 SetPageUptodate(newpage);
 264         if (PageActive(page))
 265                 SetPageActive(newpage);
 266         if (PageChecked(page))
 267                 SetPageChecked(newpage);
 268         if (PageMappedToDisk(page))
 269                 SetPageMappedToDisk(newpage);
 270
 271         if (PageDirty(page)) {
 272                 clear_page_dirty_for_io(page);
 273                 set_page_dirty(newpage);
 274         }
 275
 276         ClearPageSwapCache(page);
 277         ClearPageActive(page);
 278         ClearPagePrivate(page);
 279         set_page_private(page, 0);
 280         page->mapping = NULL;
 281
 282         /*
 283          * If any waiters have accumulated on the new page then
 284          * wake them up.
 285          */
 286         if (PageWriteback(newpage))
 287                 end_page_writeback(newpage);
 288 }
 289
 290 /************************************************************
 291  *                    Migration functions
 292  ***********************************************************/
 293
 294 /* Always fail migration. Used for mappings that are not movable */
 295 int fail_migrate_page(struct page *newpage, struct page *page)
 296 {
 297         return -EIO;
 298 }
 299 EXPORT_SYMBOL(fail_migrate_page);
 300
 301 /*
 302  * Common logic to directly migrate a single page suitable for
 303  * pages that do not use PagePrivate.
 304  *
 305  * Pages are locked upon entry and exit.
 306  */
 307 int migrate_page(struct page *newpage, struct page *page)
 308 {
 309         int rc;
 310
 311         BUG_ON(PageWriteback(page));    /* Writeback must be complete */
 312
 313         rc = migrate_page_remove_references(newpage, page);
 314
 315         if (rc)
 316                 return rc;
 317
 318         migrate_page_copy(newpage, page);
 319
 320         /*
 321          * Remove auxiliary swap entries and replace
 322          * them with real ptes.
 323          *
 324          * Note that a real pte entry will allow processes that are not
 325          * waiting on the page lock to use the new page via the page tables
 326          * before the new page is unlocked.
 327          */
 328         remove_from_swap(newpage);
 329         return 0;
 330 }
 331 EXPORT_SYMBOL(migrate_page);
 332
 333 /*
 334  * Migration function for pages with buffers. This function can only be used
 335  * if the underlying filesystem guarantees that no other references to "page"
 336  * exist.
 337  */
 338 int buffer_migrate_page(struct page *newpage, struct page *page)
 339 {
 340         struct address_space *mapping = page->mapping;
 341         struct buffer_head *bh, *head;
 342         int rc;
 343
 344         if (!mapping)
 345                 return -EAGAIN;
 346
 347         if (!page_has_buffers(page))
 348                 return migrate_page(newpage, page);
 349
 350         head = page_buffers(page);
 351
 352         rc = migrate_page_remove_references(newpage, page);
 353
 354         if (rc)
 355                 return rc;
 356
 357         bh = head;
 358         do {
 359                 get_bh(bh);
 360                 lock_buffer(bh);
 361                 bh = bh->b_this_page;
 362
 363         } while (bh != head);
 364
 365         ClearPagePrivate(page);
 366         set_page_private(newpage, page_private(page));
 367         set_page_private(page, 0);
 368         put_page(page);
 369         get_page(newpage);
 370
 371         bh = head;
 372         do {
 373                 set_bh_page(bh, newpage, bh_offset(bh));
 374                 bh = bh->b_this_page;
 375
 376         } while (bh != head);
 377
 378         SetPagePrivate(newpage);
 379
 380         migrate_page_copy(newpage, page);
 381
 382         bh = head;
 383         do {
 384                 unlock_buffer(bh);
 385                 put_bh(bh);
 386                 bh = bh->b_this_page;
 387
 388         } while (bh != head);
 389
 390         return 0;
 391 }
 392 EXPORT_SYMBOL(buffer_migrate_page);
 393
 394 /*
 395  * migrate_pages
 396  *
 397  * Two lists are passed to this function. The first list
 398  * contains the pages isolated from the LRU to be migrated.
 399  * The second list contains new pages that the pages isolated
 400  * can be moved to. If the second list is NULL then all
 401  * pages are swapped out.
 402  *
 403  * The function returns after 10 attempts or if no pages
 404  * are movable anymore because to has become empty
 405  * or no retryable pages exist anymore.
 406  *
 407  * Return: Number of pages not migrated when "to" ran empty.
 408  */
 409 int migrate_pages(struct list_head *from, struct list_head *to,
 410                   struct list_head *moved, struct list_head *failed)
 411 {
 412         int retry;
 413         int nr_failed = 0;
 414         int pass = 0;
 415         struct page *page;
 416         struct page *page2;
 417         int swapwrite = current->flags & PF_SWAPWRITE;
 418         int rc;
 419
 420         if (!swapwrite)
 421                 current->flags |= PF_SWAPWRITE;
 422
 423 redo:
 424         retry = 0;
 425
 426         list_for_each_entry_safe(page, page2, from, lru) {
 427                 struct page *newpage = NULL;
 428                 struct address_space *mapping;
 429
 430                 cond_resched();
 431
 432                 rc = 0;
 433                 if (page_count(page) == 1)
 434                         /* page was freed from under us. So we are done. */
 435                         goto next;
 436
 437                 if (to && list_empty(to))
 438                         break;
 439
 440                 /*
 441                  * Skip locked pages during the first two passes to give the
 442                  * functions holding the lock time to release the page. Later we
 443                  * use lock_page() to have a higher chance of acquiring the
 444                  * lock.
 445                  */
 446                 rc = -EAGAIN;
 447                 if (pass > 2)
 448                         lock_page(page);
 449                 else
 450                         if (TestSetPageLocked(page))
 451                                 goto next;
 452
 453                 /*
 454                  * Only wait on writeback if we have already done a pass where
 455                  * we we may have triggered writeouts for lots of pages.
 456                  */
 457                 if (pass > 0) {
 458                         wait_on_page_writeback(page);
 459                 } else {
 460                         if (PageWriteback(page))
 461                                 goto unlock_page;
 462                 }
 463
 464                 /*
 465                  * Anonymous pages must have swap cache references otherwise
 466                  * the information contained in the page maps cannot be
 467                  * preserved.
 468                  */
 469                 if (PageAnon(page) && !PageSwapCache(page)) {
 470                         if (!add_to_swap(page, GFP_KERNEL)) {
 471                                 rc = -ENOMEM;
 472                                 goto unlock_page;
 473                         }
 474                 }
 475
 476                 if (!to) {
 477                         rc = swap_page(page);
 478                         goto next;
 479                 }
 480
 481                 newpage = lru_to_page(to);
 482                 lock_page(newpage);
 483
 484                 /*
 485                  * Pages are properly locked and writeback is complete.
 486                  * Try to migrate the page.
 487                  */
 488                 mapping = page_mapping(page);
 489                 if (!mapping)
 490                         goto unlock_both;
 491
 492                 if (mapping->a_ops->migratepage) {
 493                         /*
 494                          * Most pages have a mapping and most filesystems
 495                          * should provide a migration function. Anonymous
 496                          * pages are part of swap space which also has its
 497                          * own migration function. This is the most common
 498                          * path for page migration.
 499                          */
 500                         rc = mapping->a_ops->migratepage(newpage, page);
 501                         goto unlock_both;
 502                 }
 503
 504                 /* Make sure the dirty bit is up to date */
 505                 if (try_to_unmap(page, 1) == SWAP_FAIL) {
 506                         rc = -EPERM;
 507                         goto unlock_both;
 508                 }
 509
 510                 if (page_mapcount(page)) {
 511                         rc = -EAGAIN;
 512                         goto unlock_both;
 513                 }
 514
 515                 /*
 516                  * Default handling if a filesystem does not provide
 517                  * a migration function. We can only migrate clean
 518                  * pages so try to write out any dirty pages first.
 519                  */
 520                 if (PageDirty(page)) {
 521                         switch (pageout(page, mapping)) {
 522                         case PAGE_KEEP:
 523                         case PAGE_ACTIVATE:
 524                                 goto unlock_both;
 525
 526                         case PAGE_SUCCESS:
 527                                 unlock_page(newpage);
 528                                 goto next;
 529
 530                         case PAGE_CLEAN:
 531                                 ; /* try to migrate the page below */
 532                         }
 533                 }
 534
 535                 /*
 536                  * Buffers are managed in a filesystem specific way.
 537                  * We must have no buffers or drop them.
 538                  */
 539                 if (!page_has_buffers(page) ||
 540                     try_to_release_page(page, GFP_KERNEL)) {
 541                         rc = migrate_page(newpage, page);
 542                         goto unlock_both;
 543                 }
 544
 545                 /*
 546                  * On early passes with mapped pages simply
 547                  * retry. There may be a lock held for some
 548                  * buffers that may go away. Later
 549                  * swap them out.
 550                  */
 551                 if (pass > 4) {
 552                         /*
 553                          * Persistently unable to drop buffers..... As a
 554                          * measure of last resort we fall back to
 555                          * swap_page().
 556                          */
 557                         unlock_page(newpage);
 558                         newpage = NULL;
 559                         rc = swap_page(page);
 560                         goto next;
 561                 }
 562
 563 unlock_both:
 564                 unlock_page(newpage);
 565
 566 unlock_page:
 567                 unlock_page(page);
 568
 569 next:
 570                 if (rc == -EAGAIN) {
 571                         retry++;
 572                 } else if (rc) {
 573                         /* Permanent failure */
 574                         list_move(&page->lru, failed);
 575                         nr_failed++;
 576                 } else {
 577                         if (newpage) {
 578                                 /* Successful migration. Return page to LRU */
 579                                 move_to_lru(newpage);
 580                         }
 581                         list_move(&page->lru, moved);
 582                 }
 583         }
 584         if (retry && pass++ < 10)
 585                 goto redo;
 586
 587         if (!swapwrite)
 588                 current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
 589
 590         return nr_failed + retry;
 591 }
 592
 593 /*
 594  * Migrate the list 'pagelist' of pages to a certain destination.
 595  *
 596  * Specify destination with either non-NULL vma or dest_node >= 0
 597  * Return the number of pages not migrated or error code
 598  */
 599 int migrate_pages_to(struct list_head *pagelist,
 600                         struct vm_area_struct *vma, int dest)
 601 {
 602         LIST_HEAD(newlist);
 603         LIST_HEAD(moved);
 604         LIST_HEAD(failed);
 605         int err = 0;
 606         unsigned long offset = 0;
 607         int nr_pages;
 608         struct page *page;
 609         struct list_head *p;
 610
 611 redo:
 612         nr_pages = 0;
 613         list_for_each(p, pagelist) {
 614                 if (vma) {
 615                         /*
 616                          * The address passed to alloc_page_vma is used to
 617                          * generate the proper interleave behavior. We fake
 618                          * the address here by an increasing offset in order
 619                          * to get the proper distribution of pages.
 620                          *
 621                          * No decision has been made as to which page
 622                          * a certain old page is moved to so we cannot
 623                          * specify the correct address.
 624                          */
 625                         page = alloc_page_vma(GFP_HIGHUSER, vma,
 626                                         offset + vma->vm_start);
 627                         offset += PAGE_SIZE;
 628                 }
 629                 else
 630                         page = alloc_pages_node(dest, GFP_HIGHUSER, 0);
 631
 632                 if (!page) {
 633                         err = -ENOMEM;
 634                         goto out;
 635                 }
 636                 list_add_tail(&page->lru, &newlist);
 637                 nr_pages++;
 638                 if (nr_pages > MIGRATE_CHUNK_SIZE)
 639                         break;
 640         }
 641         err = migrate_pages(pagelist, &newlist, &moved, &failed);
 642
 643         putback_lru_pages(&moved);      /* Call release pages instead ?? */
 644
 645         if (err >= 0 && list_empty(&newlist) && !list_empty(pagelist))
 646                 goto redo;
 647 out:
 648         /* Return leftover allocated pages */
 649         while (!list_empty(&newlist)) {
 650                 page = list_entry(newlist.next, struct page, lru);
 651                 list_del(&page->lru);
 652                 __free_page(page);
 653         }
 654         list_splice(&failed, pagelist);
 655         if (err < 0)
 656                 return err;
 657
 658         /* Calculate number of leftover pages */
 659         nr_pages = 0;
 660         list_for_each(p, pagelist)
 661                 nr_pages++;
 662         return nr_pages;
 663 }