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