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
  38 #include <asm/tlbflush.h>
  39
  40 #include "internal.h"
  41
  42 #define lru_to_page(_head) (list_entry((_head)->prev, struct page, lru))
  43
  44 /*
  45  * migrate_prep() needs to be called before we start compiling a list of pages
  46  * to be migrated using isolate_lru_page(). If scheduling work on other CPUs is
  47  * undesirable, use migrate_prep_local()
  48  */
  49 int migrate_prep(void)
  50 {
  51         /*
  52          * Clear the LRU lists so pages can be isolated.
  53          * Note that pages may be moved off the LRU after we have
  54          * drained them. Those pages will fail to migrate like other
  55          * pages that may be busy.
  56          */
  57         lru_add_drain_all();
  58
  59         return 0;
  60 }
  61
  62 /* Do the necessary work of migrate_prep but not if it involves other CPUs */
  63 int migrate_prep_local(void)
  64 {
  65         lru_add_drain();
  66
  67         return 0;
  68 }
  69
  70 /*
  71  * Add isolated pages on the list back to the LRU under page lock
  72  * to avoid leaking evictable pages back onto unevictable list.
  73  */
  74 void putback_lru_pages(struct list_head *l)
  75 {
  76         struct page *page;
  77         struct page *page2;
  78
  79         list_for_each_entry_safe(page, page2, l, lru) {
  80                 list_del(&page->lru);
  81                 dec_zone_page_state(page, NR_ISOLATED_ANON +
  82                                 page_is_file_cache(page));
  83                 putback_lru_page(page);
  84         }
  85 }
  86
  87 /*
  88  * Restore a potential migration pte to a working pte entry
  89  */
  90 static int remove_migration_pte(struct page *new, struct vm_area_struct *vma,
  91                                  unsigned long addr, void *old)
  92 {
  93         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
  94         swp_entry_t entry;
  95         pgd_t *pgd;
  96         pud_t *pud;
  97         pmd_t *pmd;
  98         pte_t *ptep, pte;
  99         spinlock_t *ptl;
 100
 101         if (unlikely(PageHuge(new))) {
 102                 ptep = huge_pte_offset(mm, addr);
 103                 if (!ptep)
 104                         goto out;
 105                 ptl = &mm->page_table_lock;
 106         } else {
 107                 pgd = pgd_offset(mm, addr);
 108                 if (!pgd_present(*pgd))
 109                         goto out;
 110
 111                 pud = pud_offset(pgd, addr);
 112                 if (!pud_present(*pud))
 113                         goto out;
 114
 115                 pmd = pmd_offset(pud, addr);
 116                 if (pmd_trans_huge(*pmd))
 117                         goto out;
 118                 if (!pmd_present(*pmd))
 119                         goto out;
 120
 121                 ptep = pte_offset_map(pmd, addr);
 122
 123                 /*
 124                  * Peek to check is_swap_pte() before taking ptlock?  No, we
 125                  * can race mremap's move_ptes(), which skips anon_vma lock.
 126                  */
 127
 128                 ptl = pte_lockptr(mm, pmd);
 129         }
 130
 131         spin_lock(ptl);
 132         pte = *ptep;
 133         if (!is_swap_pte(pte))
 134                 goto unlock;
 135
 136         entry = pte_to_swp_entry(pte);
 137
 138         if (!is_migration_entry(entry) ||
 139             migration_entry_to_page(entry) != old)
 140                 goto unlock;
 141
 142         get_page(new);
 143         pte = pte_mkold(mk_pte(new, vma->vm_page_prot));
 144
 145         /* Recheck VMA as permissions can change since migration started  */
 146         if (is_write_migration_entry(entry))
 147                 pte = maybe_mkwrite(pte, vma);
 148
 149 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 150         if (PageHuge(new))
 151                 pte = pte_mkhuge(pte);
 152 #endif
 153         flush_dcache_page(new);
 154         set_pte_at(mm, addr, ptep, pte);
 155
 156         if (PageHuge(new)) {
 157                 if (PageAnon(new))
 158                         hugepage_add_anon_rmap(new, vma, addr);
 159                 else
 160                         page_dup_rmap(new);
 161         } else if (PageAnon(new))
 162                 page_add_anon_rmap(new, vma, addr);
 163         else
 164                 page_add_file_rmap(new);
 165
 166         /* No need to invalidate - it was non-present before */
 167         update_mmu_cache(vma, addr, ptep);
 168 unlock:
 169         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
 170 out:
 171         return SWAP_AGAIN;
 172 }
 173
 174 /*
 175  * Get rid of all migration entries and replace them by
 176  * references to the indicated page.
 177  */
 178 static void remove_migration_ptes(struct page *old, struct page *new)
 179 {
 180         rmap_walk(new, remove_migration_pte, old);
 181 }
 182
 183 /*
 184  * Something used the pte of a page under migration. We need to
 185  * get to the page and wait until migration is finished.
 186  * When we return from this function the fault will be retried.
 187  *
 188  * This function is called from do_swap_page().
 189  */
 190 static void __migration_entry_wait(struct mm_struct *mm, pte_t *ptep,
 191                                 spinlock_t *ptl)
 192 {
 193         pte_t pte;
 194         swp_entry_t entry;
 195         struct page *page;
 196
 197         spin_lock(ptl);
 198         pte = *ptep;
 199         if (!is_swap_pte(pte))
 200                 goto out;
 201
 202         entry = pte_to_swp_entry(pte);
 203         if (!is_migration_entry(entry))
 204                 goto out;
 205
 206         page = migration_entry_to_page(entry);
 207
 208         /*
 209          * Once radix-tree replacement of page migration started, page_count
 210          * *must* be zero. And, we don't want to call wait_on_page_locked()
 211          * against a page without get_page().
 212          * So, we use get_page_unless_zero(), here. Even failed, page fault
 213          * will occur again.
 214          */
 215         if (!get_page_unless_zero(page))
 216                 goto out;
 217         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
 218         wait_on_page_locked(page);
 219         put_page(page);
 220         return;
 221 out:
 222         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
 223 }
 224
 225 void migration_entry_wait(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmd,
 226                                 unsigned long address)
 227 {
 228         spinlock_t *ptl = pte_lockptr(mm, pmd);
 229         pte_t *ptep = pte_offset_map(pmd, address);
 230         __migration_entry_wait(mm, ptep, ptl);
 231 }
 232
 233 void migration_entry_wait_huge(struct mm_struct *mm, pte_t *pte)
 234 {
 235         spinlock_t *ptl = &(mm)->page_table_lock;
 236         __migration_entry_wait(mm, pte, ptl);
 237 }
 238
 239 #ifdef CONFIG_BLOCK
 240 /* Returns true if all buffers are successfully locked */
 241 static bool buffer_migrate_lock_buffers(struct buffer_head *head,
 242                                                         enum migrate_mode mode)
 243 {
 244         struct buffer_head *bh = head;
 245
 246         /* Simple case, sync compaction */
 247         if (mode != MIGRATE_ASYNC) {
 248                 do {
 249                         get_bh(bh);
 250                         lock_buffer(bh);
 251                         bh = bh->b_this_page;
 252
 253                 } while (bh != head);
 254
 255                 return true;
 256         }
 257
 258         /* async case, we cannot block on lock_buffer so use trylock_buffer */
 259         do {
 260                 get_bh(bh);
 261                 if (!trylock_buffer(bh)) {
 262                         /*
 263                          * We failed to lock the buffer and cannot stall in
 264                          * async migration. Release the taken locks
 265                          */
 266                         struct buffer_head *failed_bh = bh;
 267                         put_bh(failed_bh);
 268                         bh = head;
 269                         while (bh != failed_bh) {
 270                                 unlock_buffer(bh);
 271                                 put_bh(bh);
 272                                 bh = bh->b_this_page;
 273                         }
 274                         return false;
 275                 }
 276
 277                 bh = bh->b_this_page;
 278         } while (bh != head);
 279         return true;
 280 }
 281 #else
 282 static inline bool buffer_migrate_lock_buffers(struct buffer_head *head,
 283                                                         enum migrate_mode mode)
 284 {
 285         return true;
 286 }
 287 #endif /* CONFIG_BLOCK */
 288
 289 /*
 290  * Replace the page in the mapping.
 291  *
 292  * The number of remaining references must be:
 293  * 1 for anonymous pages without a mapping
 294  * 2 for pages with a mapping
 295  * 3 for pages with a mapping and PagePrivate/PagePrivate2 set.
 296  */
 297 static int migrate_page_move_mapping(struct address_space *mapping,
 298                 struct page *newpage, struct page *page,
 299                 struct buffer_head *head, enum migrate_mode mode)
 300 {
 301         int expected_count;
 302         void **pslot;
 303
 304         if (!mapping) {
 305                 /* Anonymous page without mapping */
 306                 if (page_count(page) != 1)
 307                         return -EAGAIN;
 308                 return 0;
 309         }
 310
 311         spin_lock_irq(&mapping->tree_lock);
 312
 313         pslot = radix_tree_lookup_slot(&mapping->page_tree,
 314                                         page_index(page));
 315
 316         expected_count = 2 + page_has_private(page);
 317         if (page_count(page) != expected_count ||
 318                 radix_tree_deref_slot_protected(pslot, &mapping->tree_lock) != page) {
 319                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 320                 return -EAGAIN;
 321         }
 322
 323         if (!page_freeze_refs(page, expected_count)) {
 324                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 325                 return -EAGAIN;
 326         }
 327
 328         /*
 329          * In the async migration case of moving a page with buffers, lock the
 330          * buffers using trylock before the mapping is moved. If the mapping
 331          * was moved, we later failed to lock the buffers and could not move
 332          * the mapping back due to an elevated page count, we would have to
 333          * block waiting on other references to be dropped.
 334          */
 335         if (mode == MIGRATE_ASYNC && head &&
 336                         !buffer_migrate_lock_buffers(head, mode)) {
 337                 page_unfreeze_refs(page, expected_count);
 338                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 339                 return -EAGAIN;
 340         }
 341
 342         /*
 343          * Now we know that no one else is looking at the page.
 344          */
 345         get_page(newpage);      /* add cache reference */
 346         if (PageSwapCache(page)) {
 347                 SetPageSwapCache(newpage);
 348                 set_page_private(newpage, page_private(page));
 349         }
 350
 351         radix_tree_replace_slot(pslot, newpage);
 352
 353         page_unfreeze_refs(page, expected_count);
 354         /*
 355          * Drop cache reference from old page.
 356          * We know this isn't the last reference.
 357          */
 358         __put_page(page);
 359
 360         /*
 361          * If moved to a different zone then also account
 362          * the page for that zone. Other VM counters will be
 363          * taken care of when we establish references to the
 364          * new page and drop references to the old page.
 365          *
 366          * Note that anonymous pages are accounted for
 367          * via NR_FILE_PAGES and NR_ANON_PAGES if they
 368          * are mapped to swap space.
 369          */
 370         __dec_zone_page_state(page, NR_FILE_PAGES);
 371         __inc_zone_page_state(newpage, NR_FILE_PAGES);
 372         if (!PageSwapCache(page) && PageSwapBacked(page)) {
 373                 __dec_zone_page_state(page, NR_SHMEM);
 374                 __inc_zone_page_state(newpage, NR_SHMEM);
 375         }
 376         spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 377
 378         return 0;
 379 }
 380
 381 /*
 382  * The expected number of remaining references is the same as that
 383  * of migrate_page_move_mapping().
 384  */
 385 int migrate_huge_page_move_mapping(struct address_space *mapping,
 386                                    struct page *newpage, struct page *page)
 387 {
 388         int expected_count;
 389         void **pslot;
 390
 391         if (!mapping) {
 392                 if (page_count(page) != 1)
 393                         return -EAGAIN;
 394                 return 0;
 395         }
 396
 397         spin_lock_irq(&mapping->tree_lock);
 398
 399         pslot = radix_tree_lookup_slot(&mapping->page_tree,
 400                                         page_index(page));
 401
 402         expected_count = 2 + page_has_private(page);
 403         if (page_count(page) != expected_count ||
 404                 radix_tree_deref_slot_protected(pslot, &mapping->tree_lock) != page) {
 405                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 406                 return -EAGAIN;
 407         }
 408
 409         if (!page_freeze_refs(page, expected_count)) {
 410                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 411                 return -EAGAIN;
 412         }
 413
 414         get_page(newpage);
 415
 416         radix_tree_replace_slot(pslot, newpage);
 417
 418         page_unfreeze_refs(page, expected_count);
 419
 420         __put_page(page);
 421
 422         spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 423         return 0;
 424 }
 425
 426 /*
 427  * Copy the page to its new location
 428  */
 429 void migrate_page_copy(struct page *newpage, struct page *page)
 430 {
 431         if (PageHuge(page))
 432                 copy_huge_page(newpage, page);
 433         else
 434                 copy_highpage(newpage, page);
 435
 436         if (PageError(page))
 437                 SetPageError(newpage);
 438         if (PageReferenced(page))
 439                 SetPageReferenced(newpage);
 440         if (PageUptodate(page))
 441                 SetPageUptodate(newpage);
 442         if (TestClearPageActive(page)) {
 443                 VM_BUG_ON(PageUnevictable(page));
 444                 SetPageActive(newpage);
 445         } else if (TestClearPageUnevictable(page))
 446                 SetPageUnevictable(newpage);
 447         if (PageChecked(page))
 448                 SetPageChecked(newpage);
 449         if (PageMappedToDisk(page))
 450                 SetPageMappedToDisk(newpage);
 451
 452         if (PageDirty(page)) {
 453                 clear_page_dirty_for_io(page);
 454                 /*
 455                  * Want to mark the page and the radix tree as dirty, and
 456                  * redo the accounting that clear_page_dirty_for_io undid,
 457                  * but we can't use set_page_dirty because that function
 458                  * is actually a signal that all of the page has become dirty.
 459                  * Whereas only part of our page may be dirty.
 460                  */
 461                 __set_page_dirty_nobuffers(newpage);
 462         }
 463
 464         mlock_migrate_page(newpage, page);
 465         ksm_migrate_page(newpage, page);
 466
 467         ClearPageSwapCache(page);
 468         ClearPagePrivate(page);
 469         set_page_private(page, 0);
 470         page->mapping = NULL;
 471
 472         /*
 473          * If any waiters have accumulated on the new page then
 474          * wake them up.
 475          */
 476         if (PageWriteback(newpage))
 477                 end_page_writeback(newpage);
 478 }
 479
 480 /************************************************************
 481  *                    Migration functions
 482  ***********************************************************/
 483
 484 /* Always fail migration. Used for mappings that are not movable */
 485 int fail_migrate_page(struct address_space *mapping,
 486                         struct page *newpage, struct page *page)
 487 {
 488         return -EIO;
 489 }
 490 EXPORT_SYMBOL(fail_migrate_page);
 491
 492 /*
 493  * Common logic to directly migrate a single page suitable for
 494  * pages that do not use PagePrivate/PagePrivate2.
 495  *
 496  * Pages are locked upon entry and exit.
 497  */
 498 int migrate_page(struct address_space *mapping,
 499                 struct page *newpage, struct page *page,
 500                 enum migrate_mode mode)
 501 {
 502         int rc;
 503
 504         BUG_ON(PageWriteback(page));    /* Writeback must be complete */
 505
 506         rc = migrate_page_move_mapping(mapping, newpage, page, NULL, mode);
 507
 508         if (rc)
 509                 return rc;
 510
 511         migrate_page_copy(newpage, page);
 512         return 0;
 513 }
 514 EXPORT_SYMBOL(migrate_page);
 515
 516 #ifdef CONFIG_BLOCK
 517 /*
 518  * Migration function for pages with buffers. This function can only be used
 519  * if the underlying filesystem guarantees that no other references to "page"
 520  * exist.
 521  */
 522 int buffer_migrate_page(struct address_space *mapping,
 523                 struct page *newpage, struct page *page, enum migrate_mode mode)
 524 {
 525         struct buffer_head *bh, *head;
 526         int rc;
 527
 528         if (!page_has_buffers(page))
 529                 return migrate_page(mapping, newpage, page, mode);
 530
 531         head = page_buffers(page);
 532
 533         rc = migrate_page_move_mapping(mapping, newpage, page, head, mode);
 534
 535         if (rc)
 536                 return rc;
 537
 538         /*
 539          * In the async case, migrate_page_move_mapping locked the buffers
 540          * with an IRQ-safe spinlock held. In the sync case, the buffers
 541          * need to be locked now
 542          */
 543         if (mode != MIGRATE_ASYNC)
 544                 BUG_ON(!buffer_migrate_lock_buffers(head, mode));
 545
 546         ClearPagePrivate(page);
 547         set_page_private(newpage, page_private(page));
 548         set_page_private(page, 0);
 549         put_page(page);
 550         get_page(newpage);
 551
 552         bh = head;
 553         do {
 554                 set_bh_page(bh, newpage, bh_offset(bh));
 555                 bh = bh->b_this_page;
 556
 557         } while (bh != head);
 558
 559         SetPagePrivate(newpage);
 560
 561         migrate_page_copy(newpage, page);
 562
 563         bh = head;
 564         do {
 565                 unlock_buffer(bh);
 566                 put_bh(bh);
 567                 bh = bh->b_this_page;
 568
 569         } while (bh != head);
 570
 571         return 0;
 572 }
 573 EXPORT_SYMBOL(buffer_migrate_page);
 574 #endif
 575
 576 /*
 577  * Writeback a page to clean the dirty state
 578  */
 579 static int writeout(struct address_space *mapping, struct page *page)
 580 {
 581         struct writeback_control wbc = {
 582                 .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
 583                 .nr_to_write = 1,
 584                 .range_start = 0,
 585                 .range_end = LLONG_MAX,
 586                 .for_reclaim = 1
 587         };
 588         int rc;
 589
 590         if (!mapping->a_ops->writepage)
 591                 /* No write method for the address space */
 592                 return -EINVAL;
 593
 594         if (!clear_page_dirty_for_io(page))
 595                 /* Someone else already triggered a write */
 596                 return -EAGAIN;
 597
 598         /*
 599          * A dirty page may imply that the underlying filesystem has
 600          * the page on some queue. So the page must be clean for
 601          * migration. Writeout may mean we loose the lock and the
 602          * page state is no longer what we checked for earlier.
 603          * At this point we know that the migration attempt cannot
 604          * be successful.
 605          */
 606         remove_migration_ptes(page, page);
 607
 608         rc = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
 609
 610         if (rc != AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE)
 611                 /* unlocked. Relock */
 612                 lock_page(page);
 613
 614         return (rc < 0) ? -EIO : -EAGAIN;
 615 }
 616
 617 /*
 618  * Default handling if a filesystem does not provide a migration function.
 619  */
 620 static int fallback_migrate_page(struct address_space *mapping,
 621         struct page *newpage, struct page *page, enum migrate_mode mode)
 622 {
 623         if (PageDirty(page)) {
 624                 /* Only writeback pages in full synchronous migration */
 625                 if (mode != MIGRATE_SYNC)
 626                         return -EBUSY;
 627                 return writeout(mapping, page);
 628         }
 629
 630         /*
 631          * Buffers may be managed in a filesystem specific way.
 632          * We must have no buffers or drop them.
 633          */
 634         if (page_has_private(page) &&
 635             !try_to_release_page(page, GFP_KERNEL))
 636                 return -EAGAIN;
 637
 638         return migrate_page(mapping, newpage, page, mode);
 639 }
 640
 641 /*
 642  * Move a page to a newly allocated page
 643  * The page is locked and all ptes have been successfully removed.
 644  *
 645  * The new page will have replaced the old page if this function
 646  * is successful.
 647  *
 648  * Return value:
 649  *   < 0 - error code
 650  *  == 0 - success
 651  */
 652 static int move_to_new_page(struct page *newpage, struct page *page,
 653                                 int remap_swapcache, enum migrate_mode mode)
 654 {
 655         struct address_space *mapping;
 656         int rc;
 657
 658         /*
 659          * Block others from accessing the page when we get around to
 660          * establishing additional references. We are the only one
 661          * holding a reference to the new page at this point.
 662          */
 663         if (!trylock_page(newpage))
 664                 BUG();
 665
 666         /* Prepare mapping for the new page.*/
 667         newpage->index = page->index;
 668         newpage->mapping = page->mapping;
 669         if (PageSwapBacked(page))
 670                 SetPageSwapBacked(newpage);
 671
 672         mapping = page_mapping(page);
 673         if (!mapping)
 674                 rc = migrate_page(mapping, newpage, page, mode);
 675         else if (mapping->a_ops->migratepage)
 676                 /*
 677                  * Most pages have a mapping and most filesystems provide a
 678                  * migratepage callback. Anonymous pages are part of swap
 679                  * space which also has its own migratepage callback. This
 680                  * is the most common path for page migration.
 681                  */
 682                 rc = mapping->a_ops->migratepage(mapping,
 683                                                 newpage, page, mode);
 684         else
 685                 rc = fallback_migrate_page(mapping, newpage, page, mode);
 686
 687         if (rc) {
 688                 newpage->mapping = NULL;
 689         } else {
 690                 if (remap_swapcache)
 691                         remove_migration_ptes(page, newpage);
 692         }
 693
 694         unlock_page(newpage);
 695
 696         return rc;
 697 }
 698
 699 static int __unmap_and_move(struct page *page, struct page *newpage,
 700                         int force, bool offlining, enum migrate_mode mode)
 701 {
 702         int rc = -EAGAIN;
 703         int remap_swapcache = 1;
 704         int charge = 0;
 705         struct mem_cgroup *mem;
 706         struct anon_vma *anon_vma = NULL;
 707
 708         if (!trylock_page(page)) {
 709                 if (!force || mode == MIGRATE_ASYNC)
 710                         goto out;
 711
 712                 /*
 713                  * It's not safe for direct compaction to call lock_page.
 714                  * For example, during page readahead pages are added locked
 715                  * to the LRU. Later, when the IO completes the pages are
 716                  * marked uptodate and unlocked. However, the queueing
 717                  * could be merging multiple pages for one bio (e.g.
 718                  * mpage_readpages). If an allocation happens for the
 719                  * second or third page, the process can end up locking
 720                  * the same page twice and deadlocking. Rather than
 721                  * trying to be clever about what pages can be locked,
 722                  * avoid the use of lock_page for direct compaction
 723                  * altogether.
 724                  */
 725                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
 726                         goto out;
 727
 728                 lock_page(page);
 729         }
 730
 731         /*
 732          * Only memory hotplug's offline_pages() caller has locked out KSM,
 733          * and can safely migrate a KSM page.  The other cases have skipped
 734          * PageKsm along with PageReserved - but it is only now when we have
 735          * the page lock that we can be certain it will not go KSM beneath us
 736          * (KSM will not upgrade a page from PageAnon to PageKsm when it sees
 737          * its pagecount raised, but only here do we take the page lock which
 738          * serializes that).
 739          */
 740         if (PageKsm(page) && !offlining) {
 741                 rc = -EBUSY;
 742                 goto unlock;
 743         }
 744
 745         /* charge against new page */
 746         charge = mem_cgroup_prepare_migration(page, newpage, &mem, GFP_KERNEL);
 747         if (charge == -ENOMEM) {
 748                 rc = -ENOMEM;
 749                 goto unlock;
 750         }
 751         BUG_ON(charge);
 752
 753         if (PageWriteback(page)) {
 754                 /*
 755                  * Only in the case of a full syncronous migration is it
 756                  * necessary to wait for PageWriteback. In the async case,
 757                  * the retry loop is too short and in the sync-light case,
 758                  * the overhead of stalling is too much
 759                  */
 760                 if (mode != MIGRATE_SYNC) {
 761                         rc = -EBUSY;
 762                         goto uncharge;
 763                 }
 764                 if (!force)
 765                         goto uncharge;
 766                 wait_on_page_writeback(page);
 767         }
 768         /*
 769          * By try_to_unmap(), page->mapcount goes down to 0 here. In this case,
 770          * we cannot notice that anon_vma is freed while we migrates a page.
 771          * This get_anon_vma() delays freeing anon_vma pointer until the end
 772          * of migration. File cache pages are no problem because of page_lock()
 773          * File Caches may use write_page() or lock_page() in migration, then,
 774          * just care Anon page here.
 775          */
 776         if (PageAnon(page)) {
 777                 /*
 778                  * Only page_lock_anon_vma() understands the subtleties of
 779                  * getting a hold on an anon_vma from outside one of its mms.
 780                  */
 781                 anon_vma = page_get_anon_vma(page);
 782                 if (anon_vma) {
 783                         /*
 784                          * Anon page
 785                          */
 786                 } else if (PageSwapCache(page)) {
 787                         /*
 788                          * We cannot be sure that the anon_vma of an unmapped
 789                          * swapcache page is safe to use because we don't
 790                          * know in advance if the VMA that this page belonged
 791                          * to still exists. If the VMA and others sharing the
 792                          * data have been freed, then the anon_vma could
 793                          * already be invalid.
 794                          *
 795                          * To avoid this possibility, swapcache pages get
 796                          * migrated but are not remapped when migration
 797                          * completes
 798                          */
 799                         remap_swapcache = 0;
 800                 } else {
 801                         goto uncharge;
 802                 }
 803         }
 804
 805         /*
 806          * Corner case handling:
 807          * 1. When a new swap-cache page is read into, it is added to the LRU
 808          * and treated as swapcache but it has no rmap yet.
 809          * Calling try_to_unmap() against a page->mapping==NULL page will
 810          * trigger a BUG.  So handle it here.
 811          * 2. An orphaned page (see truncate_complete_page) might have
 812          * fs-private metadata. The page can be picked up due to memory
 813          * offlining.  Everywhere else except page reclaim, the page is
 814          * invisible to the vm, so the page can not be migrated.  So try to
 815          * free the metadata, so the page can be freed.
 816          */
 817         if (!page->mapping) {
 818                 VM_BUG_ON(PageAnon(page));
 819                 if (page_has_private(page)) {
 820                         try_to_free_buffers(page);
 821                         goto uncharge;
 822                 }
 823                 goto skip_unmap;
 824         }
 825
 826         /* Establish migration ptes or remove ptes */
 827         try_to_unmap(page, TTU_MIGRATION|TTU_IGNORE_MLOCK|TTU_IGNORE_ACCESS);
 828
 829 skip_unmap:
 830         if (!page_mapped(page))
 831                 rc = move_to_new_page(newpage, page, remap_swapcache, mode);
 832
 833         if (rc && remap_swapcache)
 834                 remove_migration_ptes(page, page);
 835
 836         /* Drop an anon_vma reference if we took one */
 837         if (anon_vma)
 838                 put_anon_vma(anon_vma);
 839
 840 uncharge:
 841         if (!charge)
 842                 mem_cgroup_end_migration(mem, page, newpage, rc == 0);
 843 unlock:
 844         unlock_page(page);
 845 out:
 846         return rc;
 847 }
 848
 849 /*
 850  * Obtain the lock on page, remove all ptes and migrate the page
 851  * to the newly allocated page in newpage.
 852  */
 853 static int unmap_and_move(new_page_t get_new_page, unsigned long private,
 854                         struct page *page, int force, bool offlining,
 855                         enum migrate_mode mode)
 856 {
 857         int rc = 0;
 858         int *result = NULL;
 859         struct page *newpage = get_new_page(page, private, &result);
 860
 861         if (!newpage)
 862                 return -ENOMEM;
 863
 864         if (page_count(page) == 1) {
 865                 /* page was freed from under us. So we are done. */
 866                 goto out;
 867         }
 868
 869         if (unlikely(PageTransHuge(page)))
 870                 if (unlikely(split_huge_page(page)))
 871                         goto out;
 872
 873         rc = __unmap_and_move(page, newpage, force, offlining, mode);
 874 out:
 875         if (rc != -EAGAIN) {
 876                 /*
 877                  * A page that has been migrated has all references
 878                  * removed and will be freed. A page that has not been
 879                  * migrated will have kepts its references and be
 880                  * restored.
 881                  */
 882                 list_del(&page->lru);
 883                 dec_zone_page_state(page, NR_ISOLATED_ANON +
 884                                 page_is_file_cache(page));
 885                 putback_lru_page(page);
 886         }
 887         /*
 888          * Move the new page to the LRU. If migration was not successful
 889          * then this will free the page.
 890          */
 891         putback_lru_page(newpage);
 892         if (result) {
 893                 if (rc)
 894                         *result = rc;
 895                 else
 896                         *result = page_to_nid(newpage);
 897         }
 898         return rc;
 899 }
 900
 901 /*
 902  * Counterpart of unmap_and_move_page() for hugepage migration.
 903  *
 904  * This function doesn't wait the completion of hugepage I/O
 905  * because there is no race between I/O and migration for hugepage.
 906  * Note that currently hugepage I/O occurs only in direct I/O
 907  * where no lock is held and PG_writeback is irrelevant,
 908  * and writeback status of all subpages are counted in the reference
 909  * count of the head page (i.e. if all subpages of a 2MB hugepage are
 910  * under direct I/O, the reference of the head page is 512 and a bit more.)
 911  * This means that when we try to migrate hugepage whose subpages are
 912  * doing direct I/O, some references remain after try_to_unmap() and
 913  * hugepage migration fails without data corruption.
 914  *
 915  * There is also no race when direct I/O is issued on the page under migration,
 916  * because then pte is replaced with migration swap entry and direct I/O code
 917  * will wait in the page fault for migration to complete.
 918  */
 919 static int unmap_and_move_huge_page(new_page_t get_new_page,
 920                                 unsigned long private, struct page *hpage,
 921                                 int force, bool offlining,
 922                                 enum migrate_mode mode)
 923 {
 924         int rc = 0;
 925         int *result = NULL;
 926         struct page *new_hpage = get_new_page(hpage, private, &result);
 927         struct anon_vma *anon_vma = NULL;
 928
 929         if (!new_hpage)
 930                 return -ENOMEM;
 931
 932         rc = -EAGAIN;
 933
 934         if (!trylock_page(hpage)) {
 935                 if (!force || mode != MIGRATE_SYNC)
 936                         goto out;
 937                 lock_page(hpage);
 938         }
 939
 940         if (PageAnon(hpage))
 941                 anon_vma = page_get_anon_vma(hpage);
 942
 943         try_to_unmap(hpage, TTU_MIGRATION|TTU_IGNORE_MLOCK|TTU_IGNORE_ACCESS);
 944
 945         if (!page_mapped(hpage))
 946                 rc = move_to_new_page(new_hpage, hpage, 1, mode);
 947
 948         if (rc)
 949                 remove_migration_ptes(hpage, hpage);
 950
 951         if (anon_vma)
 952                 put_anon_vma(anon_vma);
 953         unlock_page(hpage);
 954
 955 out:
 956         if (rc != -EAGAIN) {
 957                 list_del(&hpage->lru);
 958                 put_page(hpage);
 959         }
 960
 961         put_page(new_hpage);
 962
 963         if (result) {
 964                 if (rc)
 965                         *result = rc;
 966                 else
 967                         *result = page_to_nid(new_hpage);
 968         }
 969         return rc;
 970 }
 971
 972 /*
 973  * migrate_pages
 974  *
 975  * The function takes one list of pages to migrate and a function
 976  * that determines from the page to be migrated and the private data
 977  * the target of the move and allocates the page.
 978  *
 979  * The function returns after 10 attempts or if no pages
 980  * are movable anymore because to has become empty
 981  * or no retryable pages exist anymore.
 982  * Caller should call putback_lru_pages to return pages to the LRU
 983  * or free list only if ret != 0.
 984  *
 985  * Return: Number of pages not migrated or error code.
 986  */
 987 int migrate_pages(struct list_head *from,
 988                 new_page_t get_new_page, unsigned long private, bool offlining,
 989                 enum migrate_mode mode)
 990 {
 991         int retry = 1;
 992         int nr_failed = 0;
 993         int pass = 0;
 994         struct page *page;
 995         struct page *page2;
 996         int swapwrite = current->flags & PF_SWAPWRITE;
 997         int rc;
 998
 999         if (!swapwrite)
1000                 current->flags |= PF_SWAPWRITE;
1001
1002         for(pass = 0; pass < 10 && retry; pass++) {
1003                 retry = 0;
1004
1005                 list_for_each_entry_safe(page, page2, from, lru) {
1006                         cond_resched();
1007
1008                         rc = unmap_and_move(get_new_page, private,
1009                                                 page, pass > 2, offlining,
1010                                                 mode);
1011
1012                         switch(rc) {
1013                         case -ENOMEM:
1014                                 goto out;
1015                         case -EAGAIN:
1016                                 retry++;
1017                                 break;
1018                         case 0:
1019                                 break;
1020                         default:
1021                                 /* Permanent failure */
1022                                 nr_failed++;
1023                                 break;
1024                         }
1025                 }
1026         }
1027         rc = 0;
1028 out:
1029         if (!swapwrite)
1030                 current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
1031
1032         if (rc)
1033                 return rc;
1034
1035         return nr_failed + retry;
1036 }
1037
1038 int migrate_huge_pages(struct list_head *from,
1039                 new_page_t get_new_page, unsigned long private, bool offlining,
1040                 enum migrate_mode mode)
1041 {
1042         int retry = 1;
1043         int nr_failed = 0;
1044         int pass = 0;
1045         struct page *page;
1046         struct page *page2;
1047         int rc;
1048
1049         for (pass = 0; pass < 10 && retry; pass++) {
1050                 retry = 0;
1051
1052                 list_for_each_entry_safe(page, page2, from, lru) {
1053                         cond_resched();
1054
1055                         rc = unmap_and_move_huge_page(get_new_page,
1056                                         private, page, pass > 2, offlining,
1057                                         mode);
1058
1059                         switch(rc) {
1060                         case -ENOMEM:
1061                                 goto out;
1062                         case -EAGAIN:
1063                                 retry++;
1064                                 break;
1065                         case 0:
1066                                 break;
1067                         default:
1068                                 /* Permanent failure */
1069                                 nr_failed++;
1070                                 break;
1071                         }
1072                 }
1073         }
1074         rc = 0;
1075 out:
1076         if (rc)
1077                 return rc;
1078
1079         return nr_failed + retry;
1080 }
1081
1082 #ifdef CONFIG_NUMA
1083 /*
1084  * Move a list of individual pages
1085  */
1086 struct page_to_node {
1087         unsigned long addr;
1088         struct page *page;
1089         int node;
1090         int status;
1091 };
1092
1093 static struct page *new_page_node(struct page *p, unsigned long private,
1094                 int **result)
1095 {
1096         struct page_to_node *pm = (struct page_to_node *)private;
1097
1098         while (pm->node != MAX_NUMNODES && pm->page != p)
1099                 pm++;
1100
1101         if (pm->node == MAX_NUMNODES)
1102                 return NULL;
1103
1104         *result = &pm->status;
1105
1106         return alloc_pages_exact_node(pm->node,
1107                                 GFP_HIGHUSER_MOVABLE | GFP_THISNODE, 0);
1108 }
1109
1110 /*
1111  * Move a set of pages as indicated in the pm array. The addr
1112  * field must be set to the virtual address of the page to be moved
1113  * and the node number must contain a valid target node.
1114  * The pm array ends with node = MAX_NUMNODES.
1115  */
1116 static int do_move_page_to_node_array(struct mm_struct *mm,
1117                                       struct page_to_node *pm,
1118                                       int migrate_all)
1119 {
1120         int err;
1121         struct page_to_node *pp;
1122         LIST_HEAD(pagelist);
1123
1124         down_read(&mm->mmap_sem);
1125
1126         /*
1127          * Build a list of pages to migrate
1128          */
1129         for (pp = pm; pp->node != MAX_NUMNODES; pp++) {
1130                 struct vm_area_struct *vma;
1131                 struct page *page;
1132
1133                 err = -EFAULT;
1134                 vma = find_vma(mm, pp->addr);
1135                 if (!vma || pp->addr < vma->vm_start || !vma_migratable(vma))
1136                         goto set_status;
1137
1138                 page = follow_page(vma, pp->addr, FOLL_GET|FOLL_SPLIT);
1139
1140                 err = PTR_ERR(page);
1141                 if (IS_ERR(page))
1142                         goto set_status;
1143
1144                 err = -ENOENT;
1145                 if (!page)
1146                         goto set_status;
1147
1148                 /* Use PageReserved to check for zero page */
1149                 if (PageReserved(page) || PageKsm(page))
1150                         goto put_and_set;
1151
1152                 pp->page = page;
1153                 err = page_to_nid(page);
1154
1155                 if (err == pp->node)
1156                         /*
1157                          * Node already in the right place
1158                          */
1159                         goto put_and_set;
1160
1161                 err = -EACCES;
1162                 if (page_mapcount(page) > 1 &&
1163                                 !migrate_all)
1164                         goto put_and_set;
1165
1166                 err = isolate_lru_page(page);
1167                 if (!err) {
1168                         list_add_tail(&page->lru, &pagelist);
1169                         inc_zone_page_state(page, NR_ISOLATED_ANON +
1170                                             page_is_file_cache(page));
1171                 }
1172 put_and_set:
1173                 /*
1174                  * Either remove the duplicate refcount from
1175                  * isolate_lru_page() or drop the page ref if it was
1176                  * not isolated.
1177                  */
1178                 put_page(page);
1179 set_status:
1180                 pp->status = err;
1181         }
1182
1183         err = 0;
1184         if (!list_empty(&pagelist)) {
1185                 err = migrate_pages(&pagelist, new_page_node,
1186                                 (unsigned long)pm, 0, MIGRATE_SYNC);
1187                 if (err)
1188                         putback_lru_pages(&pagelist);
1189         }
1190
1191         up_read(&mm->mmap_sem);
1192         return err;
1193 }
1194
1195 /*
1196  * Migrate an array of page address onto an array of nodes and fill
1197  * the corresponding array of status.
1198  */
1199 static int do_pages_move(struct mm_struct *mm, struct task_struct *task,
1200                          unsigned long nr_pages,
1201                          const void __user * __user *pages,
1202                          const int __user *nodes,
1203                          int __user *status, int flags)
1204 {
1205         struct page_to_node *pm;
1206         nodemask_t task_nodes;
1207         unsigned long chunk_nr_pages;
1208         unsigned long chunk_start;
1209         int err;
1210
1211         task_nodes = cpuset_mems_allowed(task);
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         const struct cred *cred = current_cred(), *tcred;
1371         struct task_struct *task;
1372         struct mm_struct *mm;
1373         int err;
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         mm = get_task_mm(task);
1390         rcu_read_unlock();
1391
1392         if (!mm)
1393                 return -EINVAL;
1394
1395         /*
1396          * Check if this process has the right to modify the specified
1397          * process. The right exists if the process has administrative
1398          * capabilities, superuser privileges or the same
1399          * userid as the target process.
1400          */
1401         rcu_read_lock();
1402         tcred = __task_cred(task);
1403         if (cred->euid != tcred->suid && cred->euid != tcred->uid &&
1404             cred->uid  != tcred->suid && cred->uid  != tcred->uid &&
1405             !capable(CAP_SYS_NICE)) {
1406                 rcu_read_unlock();
1407                 err = -EPERM;
1408                 goto out;
1409         }
1410         rcu_read_unlock();
1411
1412         err = security_task_movememory(task);
1413         if (err)
1414                 goto out;
1415
1416         if (nodes) {
1417                 err = do_pages_move(mm, task, nr_pages, pages, nodes, status,
1418                                     flags);
1419         } else {
1420                 err = do_pages_stat(mm, nr_pages, pages, status);
1421         }
1422
1423 out:
1424         mmput(mm);
1425         return err;
1426 }
1427
1428 /*
1429  * Call migration functions in the vma_ops that may prepare
1430  * memory in a vm for migration. migration functions may perform
1431  * the migration for vmas that do not have an underlying page struct.
1432  */
1433 int migrate_vmas(struct mm_struct *mm, const nodemask_t *to,
1434         const nodemask_t *from, unsigned long flags)
1435 {
1436         struct vm_area_struct *vma;
1437         int err = 0;
1438
1439         for (vma = mm->mmap; vma && !err; vma = vma->vm_next) {
1440                 if (vma->vm_ops && vma->vm_ops->migrate) {
1441                         err = vma->vm_ops->migrate(vma, to, from, flags);
1442                         if (err)
1443                                 break;
1444                 }
1445         }
1446         return err;
1447 }
1448 #endif