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
  13  */
  14
  15 #include <linux/migrate.h>
  16 #include <linux/export.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/nsproxy.h>
  23 #include <linux/pagevec.h>
  24 #include <linux/ksm.h>
  25 #include <linux/rmap.h>
  26 #include <linux/topology.h>
  27 #include <linux/cpu.h>
  28 #include <linux/cpuset.h>
  29 #include <linux/writeback.h>
  30 #include <linux/mempolicy.h>
  31 #include <linux/vmalloc.h>
  32 #include <linux/security.h>
  33 #include <linux/memcontrol.h>
  34 #include <linux/syscalls.h>
  35 #include <linux/hugetlb.h>
  36 #include <linux/gfp.h>
  37 #include <linux/ptrace.h>
  38
  39 #include <asm/tlbflush.h>
  40
  41 #include "internal.h"
  42
  43 #define lru_to_page(_head) (list_entry((_head)->prev, struct page, lru))
  44
  45 /*
  46  * migrate_prep() needs to be called before we start compiling a list of pages
  47  * to be migrated using isolate_lru_page(). If scheduling work on other CPUs is
  48  * undesirable, use migrate_prep_local()
  49  */
  50 int migrate_prep(void)
  51 {
  52         /*
  53          * Clear the LRU lists so pages can be isolated.
  54          * Note that pages may be moved off the LRU after we have
  55          * drained them. Those pages will fail to migrate like other
  56          * pages that may be busy.
  57          */
  58         lru_add_drain_all();
  59
  60         return 0;
  61 }
  62
  63 /* Do the necessary work of migrate_prep but not if it involves other CPUs */
  64 int migrate_prep_local(void)
  65 {
  66         lru_add_drain();
  67
  68         return 0;
  69 }
  70
  71 /*
  72  * Add isolated pages on the list back to the LRU under page lock
  73  * to avoid leaking evictable pages back onto unevictable list.
  74  */
  75 void putback_lru_pages(struct list_head *l)
  76 {
  77         struct page *page;
  78         struct page *page2;
  79
  80         list_for_each_entry_safe(page, page2, l, lru) {
  81                 list_del(&page->lru);
  82                 dec_zone_page_state(page, NR_ISOLATED_ANON +
  83                                 page_is_file_cache(page));
  84                 putback_lru_page(page);
  85         }
  86 }
  87
  88 /*
  89  * Restore a potential migration pte to a working pte entry
  90  */
  91 static int remove_migration_pte(struct page *new, struct vm_area_struct *vma,
  92                                  unsigned long addr, void *old)
  93 {
  94         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
  95         swp_entry_t entry;
  96         pgd_t *pgd;
  97         pud_t *pud;
  98         pmd_t *pmd;
  99         pte_t *ptep, pte;
 100         spinlock_t *ptl;
 101
 102         if (unlikely(PageHuge(new))) {
 103                 ptep = huge_pte_offset(mm, addr);
 104                 if (!ptep)
 105                         goto out;
 106                 ptl = &mm->page_table_lock;
 107         } else {
 108                 pgd = pgd_offset(mm, addr);
 109                 if (!pgd_present(*pgd))
 110                         goto out;
 111
 112                 pud = pud_offset(pgd, addr);
 113                 if (!pud_present(*pud))
 114                         goto out;
 115
 116                 pmd = pmd_offset(pud, addr);
 117                 if (pmd_trans_huge(*pmd))
 118                         goto out;
 119                 if (!pmd_present(*pmd))
 120                         goto out;
 121
 122                 ptep = pte_offset_map(pmd, addr);
 123
 124                 /*
 125                  * Peek to check is_swap_pte() before taking ptlock?  No, we
 126                  * can race mremap's move_ptes(), which skips anon_vma lock.
 127                  */
 128
 129                 ptl = pte_lockptr(mm, pmd);
 130         }
 131
 132         spin_lock(ptl);
 133         pte = *ptep;
 134         if (!is_swap_pte(pte))
 135                 goto unlock;
 136
 137         entry = pte_to_swp_entry(pte);
 138
 139         if (!is_migration_entry(entry) ||
 140             migration_entry_to_page(entry) != old)
 141                 goto unlock;
 142
 143         get_page(new);
 144         pte = pte_mkold(mk_pte(new, vma->vm_page_prot));
 145
 146         /* Recheck VMA as permissions can change since migration started  */
 147         if (is_write_migration_entry(entry))
 148                 pte = maybe_mkwrite(pte, vma);
 149
 150 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 151         if (PageHuge(new))
 152                 pte = pte_mkhuge(pte);
 153 #endif
 154         flush_dcache_page(new);
 155         set_pte_at(mm, addr, ptep, pte);
 156
 157         if (PageHuge(new)) {
 158                 if (PageAnon(new))
 159                         hugepage_add_anon_rmap(new, vma, addr);
 160                 else
 161                         page_dup_rmap(new);
 162         } else if (PageAnon(new))
 163                 page_add_anon_rmap(new, vma, addr);
 164         else
 165                 page_add_file_rmap(new);
 166
 167         /* No need to invalidate - it was non-present before */
 168         update_mmu_cache(vma, addr, ptep);
 169 unlock:
 170         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
 171 out:
 172         return SWAP_AGAIN;
 173 }
 174
 175 /*
 176  * Get rid of all migration entries and replace them by
 177  * references to the indicated page.
 178  */
 179 static void remove_migration_ptes(struct page *old, struct page *new)
 180 {
 181         rmap_walk(new, remove_migration_pte, old);
 182 }
 183
 184 /*
 185  * Something used the pte of a page under migration. We need to
 186  * get to the page and wait until migration is finished.
 187  * When we return from this function the fault will be retried.
 188  *
 189  * This function is called from do_swap_page().
 190  */
 191 static void __migration_entry_wait(struct mm_struct *mm, pte_t *ptep,
 192                                 spinlock_t *ptl)
 193 {
 194         pte_t pte;
 195         swp_entry_t entry;
 196         struct page *page;
 197
 198         spin_lock(ptl);
 199         pte = *ptep;
 200         if (!is_swap_pte(pte))
 201                 goto out;
 202
 203         entry = pte_to_swp_entry(pte);
 204         if (!is_migration_entry(entry))
 205                 goto out;
 206
 207         page = migration_entry_to_page(entry);
 208
 209         /*
 210          * Once radix-tree replacement of page migration started, page_count
 211          * *must* be zero. And, we don't want to call wait_on_page_locked()
 212          * against a page without get_page().
 213          * So, we use get_page_unless_zero(), here. Even failed, page fault
 214          * will occur again.
 215          */
 216         if (!get_page_unless_zero(page))
 217                 goto out;
 218         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
 219         wait_on_page_locked(page);
 220         put_page(page);
 221         return;
 222 out:
 223         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
 224 }
 225
 226 void migration_entry_wait(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmd,
 227                                 unsigned long address)
 228 {
 229         spinlock_t *ptl = pte_lockptr(mm, pmd);
 230         pte_t *ptep = pte_offset_map(pmd, address);
 231         __migration_entry_wait(mm, ptep, ptl);
 232 }
 233
 234 void migration_entry_wait_huge(struct mm_struct *mm, pte_t *pte)
 235 {
 236         spinlock_t *ptl = &(mm)->page_table_lock;
 237         __migration_entry_wait(mm, pte, ptl);
 238 }
 239
 240 #ifdef CONFIG_BLOCK
 241 /* Returns true if all buffers are successfully locked */
 242 static bool buffer_migrate_lock_buffers(struct buffer_head *head,
 243                                                         enum migrate_mode mode)
 244 {
 245         struct buffer_head *bh = head;
 246
 247         /* Simple case, sync compaction */
 248         if (mode != MIGRATE_ASYNC) {
 249                 do {
 250                         get_bh(bh);
 251                         lock_buffer(bh);
 252                         bh = bh->b_this_page;
 253
 254                 } while (bh != head);
 255
 256                 return true;
 257         }
 258
 259         /* async case, we cannot block on lock_buffer so use trylock_buffer */
 260         do {
 261                 get_bh(bh);
 262                 if (!trylock_buffer(bh)) {
 263                         /*
 264                          * We failed to lock the buffer and cannot stall in
 265                          * async migration. Release the taken locks
 266                          */
 267                         struct buffer_head *failed_bh = bh;
 268                         put_bh(failed_bh);
 269                         bh = head;
 270                         while (bh != failed_bh) {
 271                                 unlock_buffer(bh);
 272                                 put_bh(bh);
 273                                 bh = bh->b_this_page;
 274                         }
 275                         return false;
 276                 }
 277
 278                 bh = bh->b_this_page;
 279         } while (bh != head);
 280         return true;
 281 }
 282 #else
 283 static inline bool buffer_migrate_lock_buffers(struct buffer_head *head,
 284                                                         enum migrate_mode mode)
 285 {
 286         return true;
 287 }
 288 #endif /* CONFIG_BLOCK */
 289
 290 /*
 291  * Replace the page in the mapping.
 292  *
 293  * The number of remaining references must be:
 294  * 1 for anonymous pages without a mapping
 295  * 2 for pages with a mapping
 296  * 3 for pages with a mapping and PagePrivate/PagePrivate2 set.
 297  */
 298 int migrate_page_move_mapping(struct address_space *mapping,
 299                 struct page *newpage, struct page *page,
 300                 struct buffer_head *head, enum migrate_mode mode)
 301 {
 302         int expected_count;
 303         void **pslot;
 304
 305         if (!mapping) {
 306                 /* Anonymous page without mapping */
 307                 if (page_count(page) != 1)
 308                         return -EAGAIN;
 309                 return 0;
 310         }
 311
 312         spin_lock_irq(&mapping->tree_lock);
 313
 314         pslot = radix_tree_lookup_slot(&mapping->page_tree,
 315                                         page_index(page));
 316
 317         expected_count = 2 + page_has_private(page);
 318         if (page_count(page) != expected_count ||
 319                 radix_tree_deref_slot_protected(pslot, &mapping->tree_lock) != page) {
 320                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 321                 return -EAGAIN;
 322         }
 323
 324         if (!page_freeze_refs(page, expected_count)) {
 325                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 326                 return -EAGAIN;
 327         }
 328
 329         /*
 330          * In the async migration case of moving a page with buffers, lock the
 331          * buffers using trylock before the mapping is moved. If the mapping
 332          * was moved, we later failed to lock the buffers and could not move
 333          * the mapping back due to an elevated page count, we would have to
 334          * block waiting on other references to be dropped.
 335          */
 336         if (mode == MIGRATE_ASYNC && head &&
 337                         !buffer_migrate_lock_buffers(head, mode)) {
 338                 page_unfreeze_refs(page, expected_count);
 339                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 340                 return -EAGAIN;
 341         }
 342
 343         /*
 344          * Now we know that no one else is looking at the page.
 345          */
 346         get_page(newpage);      /* add cache reference */
 347         if (PageSwapCache(page)) {
 348                 SetPageSwapCache(newpage);
 349                 set_page_private(newpage, page_private(page));
 350         }
 351
 352         radix_tree_replace_slot(pslot, newpage);
 353
 354         page_unfreeze_refs(page, expected_count);
 355         /*
 356          * Drop cache reference from old page.
 357          * We know this isn't the last reference.
 358          */
 359         __put_page(page);
 360
 361         /*
 362          * If moved to a different zone then also account
 363          * the page for that zone. Other VM counters will be
 364          * taken care of when we establish references to the
 365          * new page and drop references to the old page.
 366          *
 367          * Note that anonymous pages are accounted for
 368          * via NR_FILE_PAGES and NR_ANON_PAGES if they
 369          * are mapped to swap space.
 370          */
 371         __dec_zone_page_state(page, NR_FILE_PAGES);
 372         __inc_zone_page_state(newpage, NR_FILE_PAGES);
 373         if (!PageSwapCache(page) && PageSwapBacked(page)) {
 374                 __dec_zone_page_state(page, NR_SHMEM);
 375                 __inc_zone_page_state(newpage, NR_SHMEM);
 376         }
 377         spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 378
 379         return 0;
 380 }
 381 EXPORT_SYMBOL(migrate_page_move_mapping);
 382
 383 /*
 384  * The expected number of remaining references is the same as that
 385  * of migrate_page_move_mapping().
 386  */
 387 int migrate_huge_page_move_mapping(struct address_space *mapping,
 388                                    struct page *newpage, struct page *page)
 389 {
 390         int expected_count;
 391         void **pslot;
 392
 393         if (!mapping) {
 394                 if (page_count(page) != 1)
 395                         return -EAGAIN;
 396                 return 0;
 397         }
 398
 399         spin_lock_irq(&mapping->tree_lock);
 400
 401         pslot = radix_tree_lookup_slot(&mapping->page_tree,
 402                                         page_index(page));
 403
 404         expected_count = 2 + page_has_private(page);
 405         if (page_count(page) != expected_count ||
 406                 radix_tree_deref_slot_protected(pslot, &mapping->tree_lock) != page) {
 407                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 408                 return -EAGAIN;
 409         }
 410
 411         if (!page_freeze_refs(page, expected_count)) {
 412                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 413                 return -EAGAIN;
 414         }
 415
 416         get_page(newpage);
 417
 418         radix_tree_replace_slot(pslot, newpage);
 419
 420         page_unfreeze_refs(page, expected_count);
 421
 422         __put_page(page);
 423
 424         spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 425         return 0;
 426 }
 427
 428 /*
 429  * Copy the page to its new location
 430  */
 431 void migrate_page_copy(struct page *newpage, struct page *page)
 432 {
 433         if (PageHuge(page))
 434                 copy_huge_page(newpage, page);
 435         else
 436                 copy_highpage(newpage, page);
 437
 438         if (PageError(page))
 439                 SetPageError(newpage);
 440         if (PageReferenced(page))
 441                 SetPageReferenced(newpage);
 442         if (PageUptodate(page))
 443                 SetPageUptodate(newpage);
 444         if (TestClearPageActive(page)) {
 445                 VM_BUG_ON(PageUnevictable(page));
 446                 SetPageActive(newpage);
 447         } else if (TestClearPageUnevictable(page))
 448                 SetPageUnevictable(newpage);
 449         if (PageChecked(page))
 450                 SetPageChecked(newpage);
 451         if (PageMappedToDisk(page))
 452                 SetPageMappedToDisk(newpage);
 453
 454         if (PageDirty(page)) {
 455                 clear_page_dirty_for_io(page);
 456                 /*
 457                  * Want to mark the page and the radix tree as dirty, and
 458                  * redo the accounting that clear_page_dirty_for_io undid,
 459                  * but we can't use set_page_dirty because that function
 460                  * is actually a signal that all of the page has become dirty.
 461                  * Whereas only part of our page may be dirty.
 462                  */
 463                 __set_page_dirty_nobuffers(newpage);
 464         }
 465
 466         mlock_migrate_page(newpage, page);
 467         ksm_migrate_page(newpage, page);
 468
 469         ClearPageSwapCache(page);
 470         ClearPagePrivate(page);
 471         set_page_private(page, 0);
 472         page->mapping = NULL;
 473
 474         /*
 475          * If any waiters have accumulated on the new page then
 476          * wake them up.
 477          */
 478         if (PageWriteback(newpage))
 479                 end_page_writeback(newpage);
 480 }
 481 EXPORT_SYMBOL(migrate_page_copy);
 482
 483 /************************************************************
 484  *                    Migration functions
 485  ***********************************************************/
 486
 487 /* Always fail migration. Used for mappings that are not movable */
 488 int fail_migrate_page(struct address_space *mapping,
 489                         struct page *newpage, struct page *page)
 490 {
 491         return -EIO;
 492 }
 493 EXPORT_SYMBOL(fail_migrate_page);
 494
 495 /*
 496  * Common logic to directly migrate a single page suitable for
 497  * pages that do not use PagePrivate/PagePrivate2.
 498  *
 499  * Pages are locked upon entry and exit.
 500  */
 501 int migrate_page(struct address_space *mapping,
 502                 struct page *newpage, struct page *page,
 503                 enum migrate_mode mode)
 504 {
 505         int rc;
 506
 507         BUG_ON(PageWriteback(page));    /* Writeback must be complete */
 508
 509         rc = migrate_page_move_mapping(mapping, newpage, page, NULL, mode);
 510
 511         if (rc)
 512                 return rc;
 513
 514         migrate_page_copy(newpage, page);
 515         return 0;
 516 }
 517 EXPORT_SYMBOL(migrate_page);
 518
 519 #ifdef CONFIG_BLOCK
 520 /*
 521  * Migration function for pages with buffers. This function can only be used
 522  * if the underlying filesystem guarantees that no other references to "page"
 523  * exist.
 524  */
 525 int buffer_migrate_page(struct address_space *mapping,
 526                 struct page *newpage, struct page *page, enum migrate_mode mode)
 527 {
 528         struct buffer_head *bh, *head;
 529         int rc;
 530
 531         if (!page_has_buffers(page))
 532                 return migrate_page(mapping, newpage, page, mode);
 533
 534         head = page_buffers(page);
 535
 536         rc = migrate_page_move_mapping(mapping, newpage, page, head, mode);
 537
 538         if (rc)
 539                 return rc;
 540
 541         /*
 542          * In the async case, migrate_page_move_mapping locked the buffers
 543          * with an IRQ-safe spinlock held. In the sync case, the buffers
 544          * need to be locked now
 545          */
 546         if (mode != MIGRATE_ASYNC)
 547                 BUG_ON(!buffer_migrate_lock_buffers(head, mode));
 548
 549         ClearPagePrivate(page);
 550         set_page_private(newpage, page_private(page));
 551         set_page_private(page, 0);
 552         put_page(page);
 553         get_page(newpage);
 554
 555         bh = head;
 556         do {
 557                 set_bh_page(bh, newpage, bh_offset(bh));
 558                 bh = bh->b_this_page;
 559
 560         } while (bh != head);
 561
 562         SetPagePrivate(newpage);
 563
 564         migrate_page_copy(newpage, page);
 565
 566         bh = head;
 567         do {
 568                 unlock_buffer(bh);
 569                 put_bh(bh);
 570                 bh = bh->b_this_page;
 571
 572         } while (bh != head);
 573
 574         return 0;
 575 }
 576 EXPORT_SYMBOL(buffer_migrate_page);
 577 #endif
 578
 579 /*
 580  * Writeback a page to clean the dirty state
 581  */
 582 static int writeout(struct address_space *mapping, struct page *page)
 583 {
 584         struct writeback_control wbc = {
 585                 .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
 586                 .nr_to_write = 1,
 587                 .range_start = 0,
 588                 .range_end = LLONG_MAX,
 589                 .for_reclaim = 1
 590         };
 591         int rc;
 592
 593         if (!mapping->a_ops->writepage)
 594                 /* No write method for the address space */
 595                 return -EINVAL;
 596
 597         if (!clear_page_dirty_for_io(page))
 598                 /* Someone else already triggered a write */
 599                 return -EAGAIN;
 600
 601         /*
 602          * A dirty page may imply that the underlying filesystem has
 603          * the page on some queue. So the page must be clean for
 604          * migration. Writeout may mean we loose the lock and the
 605          * page state is no longer what we checked for earlier.
 606          * At this point we know that the migration attempt cannot
 607          * be successful.
 608          */
 609         remove_migration_ptes(page, page);
 610
 611         rc = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
 612
 613         if (rc != AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE)
 614                 /* unlocked. Relock */
 615                 lock_page(page);
 616
 617         return (rc < 0) ? -EIO : -EAGAIN;
 618 }
 619
 620 /*
 621  * Default handling if a filesystem does not provide a migration function.
 622  */
 623 static int fallback_migrate_page(struct address_space *mapping,
 624         struct page *newpage, struct page *page, enum migrate_mode mode)
 625 {
 626         if (PageDirty(page)) {
 627                 /* Only writeback pages in full synchronous migration */
 628                 if (mode != MIGRATE_SYNC)
 629                         return -EBUSY;
 630                 return writeout(mapping, page);
 631         }
 632
 633         /*
 634          * Buffers may be managed in a filesystem specific way.
 635          * We must have no buffers or drop them.
 636          */
 637         if (page_has_private(page) &&
 638             !try_to_release_page(page, GFP_KERNEL))
 639                 return -EAGAIN;
 640
 641         return migrate_page(mapping, newpage, page, mode);
 642 }
 643
 644 /*
 645  * Move a page to a newly allocated page
 646  * The page is locked and all ptes have been successfully removed.
 647  *
 648  * The new page will have replaced the old page if this function
 649  * is successful.
 650  *
 651  * Return value:
 652  *   < 0 - error code
 653  *  == 0 - success
 654  */
 655 static int move_to_new_page(struct page *newpage, struct page *page,
 656                                 int remap_swapcache, enum migrate_mode mode)
 657 {
 658         struct address_space *mapping;
 659         int rc;
 660
 661         /*
 662          * Block others from accessing the page when we get around to
 663          * establishing additional references. We are the only one
 664          * holding a reference to the new page at this point.
 665          */
 666         if (!trylock_page(newpage))
 667                 BUG();
 668
 669         /* Prepare mapping for the new page.*/
 670         newpage->index = page->index;
 671         newpage->mapping = page->mapping;
 672         if (PageSwapBacked(page))
 673                 SetPageSwapBacked(newpage);
 674
 675         mapping = page_mapping(page);
 676         if (!mapping)
 677                 rc = migrate_page(mapping, newpage, page, mode);
 678         else if (mapping->a_ops->migratepage)
 679                 /*
 680                  * Most pages have a mapping and most filesystems provide a
 681                  * migratepage callback. Anonymous pages are part of swap
 682                  * space which also has its own migratepage callback. This
 683                  * is the most common path for page migration.
 684                  */
 685                 rc = mapping->a_ops->migratepage(mapping,
 686                                                 newpage, page, mode);
 687         else
 688                 rc = fallback_migrate_page(mapping, newpage, page, mode);
 689
 690         if (rc) {
 691                 newpage->mapping = NULL;
 692         } else {
 693                 if (remap_swapcache)
 694                         remove_migration_ptes(page, newpage);
 695         }
 696
 697         unlock_page(newpage);
 698
 699         return rc;
 700 }
 701
 702 static int __unmap_and_move(struct page *page, struct page *newpage,
 703                         int force, bool offlining, enum migrate_mode mode)
 704 {
 705         int rc = -EAGAIN;
 706         int remap_swapcache = 1;
 707         int charge = 0;
 708         struct mem_cgroup *mem;
 709         struct anon_vma *anon_vma = NULL;
 710
 711         if (!trylock_page(page)) {
 712                 if (!force || mode == MIGRATE_ASYNC)
 713                         goto out;
 714
 715                 /*
 716                  * It's not safe for direct compaction to call lock_page.
 717                  * For example, during page readahead pages are added locked
 718                  * to the LRU. Later, when the IO completes the pages are
 719                  * marked uptodate and unlocked. However, the queueing
 720                  * could be merging multiple pages for one bio (e.g.
 721                  * mpage_readpages). If an allocation happens for the
 722                  * second or third page, the process can end up locking
 723                  * the same page twice and deadlocking. Rather than
 724                  * trying to be clever about what pages can be locked,
 725                  * avoid the use of lock_page for direct compaction
 726                  * altogether.
 727                  */
 728                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
 729                         goto out;
 730
 731                 lock_page(page);
 732         }
 733
 734         /*
 735          * Only memory hotplug's offline_pages() caller has locked out KSM,
 736          * and can safely migrate a KSM page.  The other cases have skipped
 737          * PageKsm along with PageReserved - but it is only now when we have
 738          * the page lock that we can be certain it will not go KSM beneath us
 739          * (KSM will not upgrade a page from PageAnon to PageKsm when it sees
 740          * its pagecount raised, but only here do we take the page lock which
 741          * serializes that).
 742          */
 743         if (PageKsm(page) && !offlining) {
 744                 rc = -EBUSY;
 745                 goto unlock;
 746         }
 747
 748         /* charge against new page */
 749         charge = mem_cgroup_prepare_migration(page, newpage, &mem, GFP_KERNEL);
 750         if (charge == -ENOMEM) {
 751                 rc = -ENOMEM;
 752                 goto unlock;
 753         }
 754         BUG_ON(charge);
 755
 756         if (PageWriteback(page)) {
 757                 /*
 758                  * Only in the case of a full syncronous migration is it
 759                  * necessary to wait for PageWriteback. In the async case,
 760                  * the retry loop is too short and in the sync-light case,
 761                  * the overhead of stalling is too much
 762                  */
 763                 if (mode != MIGRATE_SYNC) {
 764                         rc = -EBUSY;
 765                         goto uncharge;
 766                 }
 767                 if (!force)
 768                         goto uncharge;
 769                 wait_on_page_writeback(page);
 770         }
 771         /*
 772          * By try_to_unmap(), page->mapcount goes down to 0 here. In this case,
 773          * we cannot notice that anon_vma is freed while we migrates a page.
 774          * This get_anon_vma() delays freeing anon_vma pointer until the end
 775          * of migration. File cache pages are no problem because of page_lock()
 776          * File Caches may use write_page() or lock_page() in migration, then,
 777          * just care Anon page here.
 778          */
 779         if (PageAnon(page)) {
 780                 /*
 781                  * Only page_lock_anon_vma() understands the subtleties of
 782                  * getting a hold on an anon_vma from outside one of its mms.
 783                  */
 784                 anon_vma = page_get_anon_vma(page);
 785                 if (anon_vma) {
 786                         /*
 787                          * Anon page
 788                          */
 789                 } else if (PageSwapCache(page)) {
 790                         /*
 791                          * We cannot be sure that the anon_vma of an unmapped
 792                          * swapcache page is safe to use because we don't
 793                          * know in advance if the VMA that this page belonged
 794                          * to still exists. If the VMA and others sharing the
 795                          * data have been freed, then the anon_vma could
 796                          * already be invalid.
 797                          *
 798                          * To avoid this possibility, swapcache pages get
 799                          * migrated but are not remapped when migration
 800                          * completes
 801                          */
 802                         remap_swapcache = 0;
 803                 } else {
 804                         goto uncharge;
 805                 }
 806         }
 807
 808         /*
 809          * Corner case handling:
 810          * 1. When a new swap-cache page is read into, it is added to the LRU
 811          * and treated as swapcache but it has no rmap yet.
 812          * Calling try_to_unmap() against a page->mapping==NULL page will
 813          * trigger a BUG.  So handle it here.
 814          * 2. An orphaned page (see truncate_complete_page) might have
 815          * fs-private metadata. The page can be picked up due to memory
 816          * offlining.  Everywhere else except page reclaim, the page is
 817          * invisible to the vm, so the page can not be migrated.  So try to
 818          * free the metadata, so the page can be freed.
 819          */
 820         if (!page->mapping) {
 821                 VM_BUG_ON(PageAnon(page));
 822                 if (page_has_private(page)) {
 823                         try_to_free_buffers(page);
 824                         goto uncharge;
 825                 }
 826                 goto skip_unmap;
 827         }
 828
 829         /* Establish migration ptes or remove ptes */
 830         try_to_unmap(page, TTU_MIGRATION|TTU_IGNORE_MLOCK|TTU_IGNORE_ACCESS);
 831
 832 skip_unmap:
 833         if (!page_mapped(page))
 834                 rc = move_to_new_page(newpage, page, remap_swapcache, mode);
 835
 836         if (rc && remap_swapcache)
 837                 remove_migration_ptes(page, page);
 838
 839         /* Drop an anon_vma reference if we took one */
 840         if (anon_vma)
 841                 put_anon_vma(anon_vma);
 842
 843 uncharge:
 844         if (!charge)
 845                 mem_cgroup_end_migration(mem, page, newpage, rc == 0);
 846 unlock:
 847         unlock_page(page);
 848 out:
 849         return rc;
 850 }
 851
 852 /*
 853  * Obtain the lock on page, remove all ptes and migrate the page
 854  * to the newly allocated page in newpage.
 855  */
 856 static int unmap_and_move(new_page_t get_new_page, unsigned long private,
 857                         struct page *page, int force, bool offlining,
 858                         enum migrate_mode mode)
 859 {
 860         int rc = 0;
 861         int *result = NULL;
 862         struct page *newpage = get_new_page(page, private, &result);
 863
 864         if (!newpage)
 865                 return -ENOMEM;
 866
 867         if (page_count(page) == 1) {
 868                 /* page was freed from under us. So we are done. */
 869                 goto out;
 870         }
 871
 872         if (unlikely(PageTransHuge(page)))
 873                 if (unlikely(split_huge_page(page)))
 874                         goto out;
 875
 876         rc = __unmap_and_move(page, newpage, force, offlining, mode);
 877 out:
 878         if (rc != -EAGAIN) {
 879                 /*
 880                  * A page that has been migrated has all references
 881                  * removed and will be freed. A page that has not been
 882                  * migrated will have kepts its references and be
 883                  * restored.
 884                  */
 885                 list_del(&page->lru);
 886                 dec_zone_page_state(page, NR_ISOLATED_ANON +
 887                                 page_is_file_cache(page));
 888                 putback_lru_page(page);
 889         }
 890         /*
 891          * Move the new page to the LRU. If migration was not successful
 892          * then this will free the page.
 893          */
 894         putback_lru_page(newpage);
 895         if (result) {
 896                 if (rc)
 897                         *result = rc;
 898                 else
 899                         *result = page_to_nid(newpage);
 900         }
 901         return rc;
 902 }
 903
 904 /*
 905  * Counterpart of unmap_and_move_page() for hugepage migration.
 906  *
 907  * This function doesn't wait the completion of hugepage I/O
 908  * because there is no race between I/O and migration for hugepage.
 909  * Note that currently hugepage I/O occurs only in direct I/O
 910  * where no lock is held and PG_writeback is irrelevant,
 911  * and writeback status of all subpages are counted in the reference
 912  * count of the head page (i.e. if all subpages of a 2MB hugepage are
 913  * under direct I/O, the reference of the head page is 512 and a bit more.)
 914  * This means that when we try to migrate hugepage whose subpages are
 915  * doing direct I/O, some references remain after try_to_unmap() and
 916  * hugepage migration fails without data corruption.
 917  *
 918  * There is also no race when direct I/O is issued on the page under migration,
 919  * because then pte is replaced with migration swap entry and direct I/O code
 920  * will wait in the page fault for migration to complete.
 921  */
 922 static int unmap_and_move_huge_page(new_page_t get_new_page,
 923                                 unsigned long private, struct page *hpage,
 924                                 int force, bool offlining,
 925                                 enum migrate_mode mode)
 926 {
 927         int rc = 0;
 928         int *result = NULL;
 929         struct page *new_hpage = get_new_page(hpage, private, &result);
 930         struct anon_vma *anon_vma = NULL;
 931
 932         if (!new_hpage)
 933                 return -ENOMEM;
 934
 935         rc = -EAGAIN;
 936
 937         if (!trylock_page(hpage)) {
 938                 if (!force || mode != MIGRATE_SYNC)
 939                         goto out;
 940                 lock_page(hpage);
 941         }
 942
 943         if (PageAnon(hpage))
 944                 anon_vma = page_get_anon_vma(hpage);
 945
 946         try_to_unmap(hpage, TTU_MIGRATION|TTU_IGNORE_MLOCK|TTU_IGNORE_ACCESS);
 947
 948         if (!page_mapped(hpage))
 949                 rc = move_to_new_page(new_hpage, hpage, 1, mode);
 950
 951         if (rc)
 952                 remove_migration_ptes(hpage, hpage);
 953
 954         if (anon_vma)
 955                 put_anon_vma(anon_vma);
 956         unlock_page(hpage);
 957
 958 out:
 959         if (rc != -EAGAIN) {
 960                 list_del(&hpage->lru);
 961                 put_page(hpage);
 962         }
 963
 964         put_page(new_hpage);
 965
 966         if (result) {
 967                 if (rc)
 968                         *result = rc;
 969                 else
 970                         *result = page_to_nid(new_hpage);
 971         }
 972         return rc;
 973 }
 974
 975 /*
 976  * migrate_pages
 977  *
 978  * The function takes one list of pages to migrate and a function
 979  * that determines from the page to be migrated and the private data
 980  * the target of the move and allocates the page.
 981  *
 982  * The function returns after 10 attempts or if no pages
 983  * are movable anymore because to has become empty
 984  * or no retryable pages exist anymore.
 985  * Caller should call putback_lru_pages to return pages to the LRU
 986  * or free list only if ret != 0.
 987  *
 988  * Return: Number of pages not migrated or error code.
 989  */
 990 int migrate_pages(struct list_head *from,
 991                 new_page_t get_new_page, unsigned long private, bool offlining,
 992                 enum migrate_mode mode)
 993 {
 994         int retry = 1;
 995         int nr_failed = 0;
 996         int pass = 0;
 997         struct page *page;
 998         struct page *page2;
 999         int swapwrite = current->flags & PF_SWAPWRITE;
1000         int rc;
1001
1002         if (!swapwrite)
1003                 current->flags |= PF_SWAPWRITE;
1004
1005         for(pass = 0; pass < 10 && retry; pass++) {
1006                 retry = 0;
1007
1008                 list_for_each_entry_safe(page, page2, from, lru) {
1009                         cond_resched();
1010
1011                         rc = unmap_and_move(get_new_page, private,
1012                                                 page, pass > 2, offlining,
1013                                                 mode);
1014
1015                         switch(rc) {
1016                         case -ENOMEM:
1017                                 goto out;
1018                         case -EAGAIN:
1019                                 retry++;
1020                                 break;
1021                         case 0:
1022                                 break;
1023                         default:
1024                                 /* Permanent failure */
1025                                 nr_failed++;
1026                                 break;
1027                         }
1028                 }
1029         }
1030         rc = 0;
1031 out:
1032         if (!swapwrite)
1033                 current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
1034
1035         if (rc)
1036                 return rc;
1037
1038         return nr_failed + retry;
1039 }
1040
1041 int migrate_huge_pages(struct list_head *from,
1042                 new_page_t get_new_page, unsigned long private, bool offlining,
1043                 enum migrate_mode mode)
1044 {
1045         int retry = 1;
1046         int nr_failed = 0;
1047         int pass = 0;
1048         struct page *page;
1049         struct page *page2;
1050         int rc;
1051
1052         for (pass = 0; pass < 10 && retry; pass++) {
1053                 retry = 0;
1054
1055                 list_for_each_entry_safe(page, page2, from, lru) {
1056                         cond_resched();
1057
1058                         rc = unmap_and_move_huge_page(get_new_page,
1059                                         private, page, pass > 2, offlining,
1060                                         mode);
1061
1062                         switch(rc) {
1063                         case -ENOMEM:
1064                                 goto out;
1065                         case -EAGAIN:
1066                                 retry++;
1067                                 break;
1068                         case 0:
1069                                 break;
1070                         default:
1071                                 /* Permanent failure */
1072                                 nr_failed++;
1073                                 break;
1074                         }
1075                 }
1076         }
1077         rc = 0;
1078 out:
1079         if (rc)
1080                 return rc;
1081
1082         return nr_failed + retry;
1083 }
1084
1085 #ifdef CONFIG_NUMA
1086 /*
1087  * Move a list of individual pages
1088  */
1089 struct page_to_node {
1090         unsigned long addr;
1091         struct page *page;
1092         int node;
1093         int status;
1094 };
1095
1096 static struct page *new_page_node(struct page *p, unsigned long private,
1097                 int **result)
1098 {
1099         struct page_to_node *pm = (struct page_to_node *)private;
1100
1101         while (pm->node != MAX_NUMNODES && pm->page != p)
1102                 pm++;
1103
1104         if (pm->node == MAX_NUMNODES)
1105                 return NULL;
1106
1107         *result = &pm->status;
1108
1109         return alloc_pages_exact_node(pm->node,
1110                                 GFP_HIGHUSER_MOVABLE | GFP_THISNODE, 0);
1111 }
1112
1113 /*
1114  * Move a set of pages as indicated in the pm array. The addr
1115  * field must be set to the virtual address of the page to be moved
1116  * and the node number must contain a valid target node.
1117  * The pm array ends with node = MAX_NUMNODES.
1118  */
1119 static int do_move_page_to_node_array(struct mm_struct *mm,
1120                                       struct page_to_node *pm,
1121                                       int migrate_all)
1122 {
1123         int err;
1124         struct page_to_node *pp;
1125         LIST_HEAD(pagelist);
1126
1127         down_read(&mm->mmap_sem);
1128
1129         /*
1130          * Build a list of pages to migrate
1131          */
1132         for (pp = pm; pp->node != MAX_NUMNODES; pp++) {
1133                 struct vm_area_struct *vma;
1134                 struct page *page;
1135
1136                 err = -EFAULT;
1137                 vma = find_vma(mm, pp->addr);
1138                 if (!vma || pp->addr < vma->vm_start || !vma_migratable(vma))
1139                         goto set_status;
1140
1141                 page = follow_page(vma, pp->addr, FOLL_GET|FOLL_SPLIT);
1142
1143                 err = PTR_ERR(page);
1144                 if (IS_ERR(page))
1145                         goto set_status;
1146
1147                 err = -ENOENT;
1148                 if (!page)
1149                         goto set_status;
1150
1151                 /* Use PageReserved to check for zero page */
1152                 if (PageReserved(page) || PageKsm(page))
1153                         goto put_and_set;
1154
1155                 pp->page = page;
1156                 err = page_to_nid(page);
1157
1158                 if (err == pp->node)
1159                         /*
1160                          * Node already in the right place
1161                          */
1162                         goto put_and_set;
1163
1164                 err = -EACCES;
1165                 if (page_mapcount(page) > 1 &&
1166                                 !migrate_all)
1167                         goto put_and_set;
1168
1169                 err = isolate_lru_page(page);
1170                 if (!err) {
1171                         list_add_tail(&page->lru, &pagelist);
1172                         inc_zone_page_state(page, NR_ISOLATED_ANON +
1173                                             page_is_file_cache(page));
1174                 }
1175 put_and_set:
1176                 /*
1177                  * Either remove the duplicate refcount from
1178                  * isolate_lru_page() or drop the page ref if it was
1179                  * not isolated.
1180                  */
1181                 put_page(page);
1182 set_status:
1183                 pp->status = err;
1184         }
1185
1186         err = 0;
1187         if (!list_empty(&pagelist)) {
1188                 err = migrate_pages(&pagelist, new_page_node,
1189                                 (unsigned long)pm, 0, MIGRATE_SYNC);
1190                 if (err)
1191                         putback_lru_pages(&pagelist);
1192         }
1193
1194         up_read(&mm->mmap_sem);
1195         return err;
1196 }
1197
1198 /*
1199  * Migrate an array of page address onto an array of nodes and fill
1200  * the corresponding array of status.
1201  */
1202 static int do_pages_move(struct mm_struct *mm, nodemask_t task_nodes,
1203                          unsigned long nr_pages,
1204                          const void __user * __user *pages,
1205                          const int __user *nodes,
1206                          int __user *status, int flags)
1207 {
1208         struct page_to_node *pm;
1209         unsigned long chunk_nr_pages;
1210         unsigned long chunk_start;
1211         int err;
1212
1213         err = -ENOMEM;
1214         pm = (struct page_to_node *)__get_free_page(GFP_KERNEL);
1215         if (!pm)
1216                 goto out;
1217
1218         migrate_prep();
1219
1220         /*
1221          * Store a chunk of page_to_node array in a page,
1222          * but keep the last one as a marker
1223          */
1224         chunk_nr_pages = (PAGE_SIZE / sizeof(struct page_to_node)) - 1;
1225
1226         for (chunk_start = 0;
1227              chunk_start < nr_pages;
1228              chunk_start += chunk_nr_pages) {
1229                 int j;
1230
1231                 if (chunk_start + chunk_nr_pages > nr_pages)
1232                         chunk_nr_pages = nr_pages - chunk_start;
1233
1234                 /* fill the chunk pm with addrs and nodes from user-space */
1235                 for (j = 0; j < chunk_nr_pages; j++) {
1236                         const void __user *p;
1237                         int node;
1238
1239                         err = -EFAULT;
1240                         if (get_user(p, pages + j + chunk_start))
1241                                 goto out_pm;
1242                         pm[j].addr = (unsigned long) p;
1243
1244                         if (get_user(node, nodes + j + chunk_start))
1245                                 goto out_pm;
1246
1247                         err = -ENODEV;
1248                         if (node < 0 || node >= MAX_NUMNODES)
1249                                 goto out_pm;
1250
1251                         if (!node_state(node, N_HIGH_MEMORY))
1252                                 goto out_pm;
1253
1254                         err = -EACCES;
1255                         if (!node_isset(node, task_nodes))
1256                                 goto out_pm;
1257
1258                         pm[j].node = node;
1259                 }
1260
1261                 /* End marker for this chunk */
1262                 pm[chunk_nr_pages].node = MAX_NUMNODES;
1263
1264                 /* Migrate this chunk */
1265                 err = do_move_page_to_node_array(mm, pm,
1266                                                  flags & MPOL_MF_MOVE_ALL);
1267                 if (err < 0)
1268                         goto out_pm;
1269
1270                 /* Return status information */
1271                 for (j = 0; j < chunk_nr_pages; j++)
1272                         if (put_user(pm[j].status, status + j + chunk_start)) {
1273                                 err = -EFAULT;
1274                                 goto out_pm;
1275                         }
1276         }
1277         err = 0;
1278
1279 out_pm:
1280         free_page((unsigned long)pm);
1281 out:
1282         return err;
1283 }
1284
1285 /*
1286  * Determine the nodes of an array of pages and store it in an array of status.
1287  */
1288 static void do_pages_stat_array(struct mm_struct *mm, unsigned long nr_pages,
1289                                 const void __user **pages, int *status)
1290 {
1291         unsigned long i;
1292
1293         down_read(&mm->mmap_sem);
1294
1295         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
1296                 unsigned long addr = (unsigned long)(*pages);
1297                 struct vm_area_struct *vma;
1298                 struct page *page;
1299                 int err = -EFAULT;
1300
1301                 vma = find_vma(mm, addr);
1302                 if (!vma || addr < vma->vm_start)
1303                         goto set_status;
1304
1305                 page = follow_page(vma, addr, 0);
1306
1307                 err = PTR_ERR(page);
1308                 if (IS_ERR(page))
1309                         goto set_status;
1310
1311                 err = -ENOENT;
1312                 /* Use PageReserved to check for zero page */
1313                 if (!page || PageReserved(page) || PageKsm(page))
1314                         goto set_status;
1315
1316                 err = page_to_nid(page);
1317 set_status:
1318                 *status = err;
1319
1320                 pages++;
1321                 status++;
1322         }
1323
1324         up_read(&mm->mmap_sem);
1325 }
1326
1327 /*
1328  * Determine the nodes of a user array of pages and store it in
1329  * a user array of status.
1330  */
1331 static int do_pages_stat(struct mm_struct *mm, unsigned long nr_pages,
1332                          const void __user * __user *pages,
1333                          int __user *status)
1334 {
1335 #define DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR 16
1336         const void __user *chunk_pages[DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR];
1337         int chunk_status[DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR];
1338
1339         while (nr_pages) {
1340                 unsigned long chunk_nr;
1341
1342                 chunk_nr = nr_pages;
1343                 if (chunk_nr > DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR)
1344                         chunk_nr = DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR;
1345
1346                 if (copy_from_user(chunk_pages, pages, chunk_nr * sizeof(*chunk_pages)))
1347                         break;
1348
1349                 do_pages_stat_array(mm, chunk_nr, chunk_pages, chunk_status);
1350
1351                 if (copy_to_user(status, chunk_status, chunk_nr * sizeof(*status)))
1352                         break;
1353
1354                 pages += chunk_nr;
1355                 status += chunk_nr;
1356                 nr_pages -= chunk_nr;
1357         }
1358         return nr_pages ? -EFAULT : 0;
1359 }
1360
1361 /*
1362  * Move a list of pages in the address space of the currently executing
1363  * process.
1364  */
1365 SYSCALL_DEFINE6(move_pages, pid_t, pid, unsigned long, nr_pages,
1366                 const void __user * __user *, pages,
1367                 const int __user *, nodes,
1368                 int __user *, status, int, flags)
1369 {
1370         struct task_struct *task;
1371         struct mm_struct *mm;
1372         int err;
1373         nodemask_t task_nodes;
1374
1375         /* Check flags */
1376         if (flags & ~(MPOL_MF_MOVE|MPOL_MF_MOVE_ALL))
1377                 return -EINVAL;
1378
1379         if ((flags & MPOL_MF_MOVE_ALL) && !capable(CAP_SYS_NICE))
1380                 return -EPERM;
1381
1382         /* Find the mm_struct */
1383         rcu_read_lock();
1384         task = pid ? find_task_by_vpid(pid) : current;
1385         if (!task) {
1386                 rcu_read_unlock();
1387                 return -ESRCH;
1388         }
1389         get_task_struct(task);
1390
1391         /*
1392          * Check if this process has the right to modify the specified
1393          * process. Use the regular "ptrace_may_access()" checks.
1394          */
1395         if (!ptrace_may_access(task, PTRACE_MODE_READ_REALCREDS)) {
1396                 rcu_read_unlock();
1397                 err = -EPERM;
1398                 goto out;
1399         }
1400         rcu_read_unlock();
1401
1402         err = security_task_movememory(task);
1403         if (err)
1404                 goto out;
1405
1406         task_nodes = cpuset_mems_allowed(task);
1407         mm = get_task_mm(task);
1408         put_task_struct(task);
1409
1410         if (!mm)
1411                 return -EINVAL;
1412
1413         if (nodes)
1414                 err = do_pages_move(mm, task_nodes, nr_pages, pages,
1415                                     nodes, status, flags);
1416         else
1417                 err = do_pages_stat(mm, nr_pages, pages, status);
1418
1419         mmput(mm);
1420         return err;
1421
1422 out:
1423         put_task_struct(task);
1424         return err;
1425 }
1426
1427 /*
1428  * Call migration functions in the vma_ops that may prepare
1429  * memory in a vm for migration. migration functions may perform
1430  * the migration for vmas that do not have an underlying page struct.
1431  */
1432 int migrate_vmas(struct mm_struct *mm, const nodemask_t *to,
1433         const nodemask_t *from, unsigned long flags)
1434 {
1435         struct vm_area_struct *vma;
1436         int err = 0;
1437
1438         for (vma = mm->mmap; vma && !err; vma = vma->vm_next) {
1439                 if (vma->vm_ops && vma->vm_ops->migrate) {
1440                         err = vma->vm_ops->migrate(vma, to, from, flags);
1441                         if (err)
1442                                 break;
1443                 }
1444         }
1445         return err;
1446 }
1447 #endif