mm/migrate.c

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