mm/migrate.c

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