mm: compaction: add /proc trigger for memory compaction
[linux-2.6.git] / kernel / pid.c
1 /*
2  * Generic pidhash and scalable, time-bounded PID allocator
3  *
4  * (C) 2002-2003 William Irwin, IBM
5  * (C) 2004 William Irwin, Oracle
6  * (C) 2002-2004 Ingo Molnar, Red Hat
7  *
8  * pid-structures are backing objects for tasks sharing a given ID to chain
9  * against. There is very little to them aside from hashing them and
10  * parking tasks using given ID's on a list.
11  *
12  * The hash is always changed with the tasklist_lock write-acquired,
13  * and the hash is only accessed with the tasklist_lock at least
14  * read-acquired, so there's no additional SMP locking needed here.
15  *
16  * We have a list of bitmap pages, which bitmaps represent the PID space.
17  * Allocating and freeing PIDs is completely lockless. The worst-case
18  * allocation scenario when all but one out of 1 million PIDs possible are
19  * allocated already: the scanning of 32 list entries and at most PAGE_SIZE
20  * bytes. The typical fastpath is a single successful setbit. Freeing is O(1).
21  *
22  * Pid namespaces:
23  *    (C) 2007 Pavel Emelyanov <xemul@openvz.org>, OpenVZ, SWsoft Inc.
24  *    (C) 2007 Sukadev Bhattiprolu <sukadev@us.ibm.com>, IBM
25  *     Many thanks to Oleg Nesterov for comments and help
26  *
27  */
28
29 #include <linux/mm.h>
30 #include <linux/module.h>
31 #include <linux/slab.h>
32 #include <linux/init.h>
33 #include <linux/rculist.h>
34 #include <linux/bootmem.h>
35 #include <linux/hash.h>
36 #include <linux/pid_namespace.h>
37 #include <linux/init_task.h>
38 #include <linux/syscalls.h>
39
40 #define pid_hashfn(nr, ns)      \
41         hash_long((unsigned long)nr + (unsigned long)ns, pidhash_shift)
42 static struct hlist_head *pid_hash;
43 static unsigned int pidhash_shift = 4;
44 struct pid init_struct_pid = INIT_STRUCT_PID;
45
46 int pid_max = PID_MAX_DEFAULT;
47
48 #define RESERVED_PIDS           300
49
50 int pid_max_min = RESERVED_PIDS + 1;
51 int pid_max_max = PID_MAX_LIMIT;
52
53 #define BITS_PER_PAGE           (PAGE_SIZE*8)
54 #define BITS_PER_PAGE_MASK      (BITS_PER_PAGE-1)
55
56 static inline int mk_pid(struct pid_namespace *pid_ns,
57                 struct pidmap *map, int off)
58 {
59         return (map - pid_ns->pidmap)*BITS_PER_PAGE + off;
60 }
61
62 #define find_next_offset(map, off)                                      \
63                 find_next_zero_bit((map)->page, BITS_PER_PAGE, off)
64
65 /*
66  * PID-map pages start out as NULL, they get allocated upon
67  * first use and are never deallocated. This way a low pid_max
68  * value does not cause lots of bitmaps to be allocated, but
69  * the scheme scales to up to 4 million PIDs, runtime.
70  */
71 struct pid_namespace init_pid_ns = {
72         .kref = {
73                 .refcount       = ATOMIC_INIT(2),
74         },
75         .pidmap = {
76                 [ 0 ... PIDMAP_ENTRIES-1] = { ATOMIC_INIT(BITS_PER_PAGE), NULL }
77         },
78         .last_pid = 0,
79         .level = 0,
80         .child_reaper = &init_task,
81 };
82 EXPORT_SYMBOL_GPL(init_pid_ns);
83
84 int is_container_init(struct task_struct *tsk)
85 {
86         int ret = 0;
87         struct pid *pid;
88
89         rcu_read_lock();
90         pid = task_pid(tsk);
91         if (pid != NULL && pid->numbers[pid->level].nr == 1)
92                 ret = 1;
93         rcu_read_unlock();
94
95         return ret;
96 }
97 EXPORT_SYMBOL(is_container_init);
98
99 /*
100  * Note: disable interrupts while the pidmap_lock is held as an
101  * interrupt might come in and do read_lock(&tasklist_lock).
102  *
103  * If we don't disable interrupts there is a nasty deadlock between
104  * detach_pid()->free_pid() and another cpu that does
105  * spin_lock(&pidmap_lock) followed by an interrupt routine that does
106  * read_lock(&tasklist_lock);
107  *
108  * After we clean up the tasklist_lock and know there are no
109  * irq handlers that take it we can leave the interrupts enabled.
110  * For now it is easier to be safe than to prove it can't happen.
111  */
112
113 static  __cacheline_aligned_in_smp DEFINE_SPINLOCK(pidmap_lock);
114
115 static void free_pidmap(struct upid *upid)
116 {
117         int nr = upid->nr;
118         struct pidmap *map = upid->ns->pidmap + nr / BITS_PER_PAGE;
119         int offset = nr & BITS_PER_PAGE_MASK;
120
121         clear_bit(offset, map->page);
122         atomic_inc(&map->nr_free);
123 }
124
125 static int alloc_pidmap(struct pid_namespace *pid_ns)
126 {
127         int i, offset, max_scan, pid, last = pid_ns->last_pid;
128         struct pidmap *map;
129
130         pid = last + 1;
131         if (pid >= pid_max)
132                 pid = RESERVED_PIDS;
133         offset = pid & BITS_PER_PAGE_MASK;
134         map = &pid_ns->pidmap[pid/BITS_PER_PAGE];
135         max_scan = (pid_max + BITS_PER_PAGE - 1)/BITS_PER_PAGE - !offset;
136         for (i = 0; i <= max_scan; ++i) {
137                 if (unlikely(!map->page)) {
138                         void *page = kzalloc(PAGE_SIZE, GFP_KERNEL);
139                         /*
140                          * Free the page if someone raced with us
141                          * installing it:
142                          */
143                         spin_lock_irq(&pidmap_lock);
144                         if (!map->page) {
145                                 map->page = page;
146                                 page = NULL;
147                         }
148                         spin_unlock_irq(&pidmap_lock);
149                         kfree(page);
150                         if (unlikely(!map->page))
151                                 break;
152                 }
153                 if (likely(atomic_read(&map->nr_free))) {
154                         do {
155                                 if (!test_and_set_bit(offset, map->page)) {
156                                         atomic_dec(&map->nr_free);
157                                         pid_ns->last_pid = pid;
158                                         return pid;
159                                 }
160                                 offset = find_next_offset(map, offset);
161                                 pid = mk_pid(pid_ns, map, offset);
162                         /*
163                          * find_next_offset() found a bit, the pid from it
164                          * is in-bounds, and if we fell back to the last
165                          * bitmap block and the final block was the same
166                          * as the starting point, pid is before last_pid.
167                          */
168                         } while (offset < BITS_PER_PAGE && pid < pid_max &&
169                                         (i != max_scan || pid < last ||
170                                             !((last+1) & BITS_PER_PAGE_MASK)));
171                 }
172                 if (map < &pid_ns->pidmap[(pid_max-1)/BITS_PER_PAGE]) {
173                         ++map;
174                         offset = 0;
175                 } else {
176                         map = &pid_ns->pidmap[0];
177                         offset = RESERVED_PIDS;
178                         if (unlikely(last == offset))
179                                 break;
180                 }
181                 pid = mk_pid(pid_ns, map, offset);
182         }
183         return -1;
184 }
185
186 int next_pidmap(struct pid_namespace *pid_ns, int last)
187 {
188         int offset;
189         struct pidmap *map, *end;
190
191         offset = (last + 1) & BITS_PER_PAGE_MASK;
192         map = &pid_ns->pidmap[(last + 1)/BITS_PER_PAGE];
193         end = &pid_ns->pidmap[PIDMAP_ENTRIES];
194         for (; map < end; map++, offset = 0) {
195                 if (unlikely(!map->page))
196                         continue;
197                 offset = find_next_bit((map)->page, BITS_PER_PAGE, offset);
198                 if (offset < BITS_PER_PAGE)
199                         return mk_pid(pid_ns, map, offset);
200         }
201         return -1;
202 }
203
204 void put_pid(struct pid *pid)
205 {
206         struct pid_namespace *ns;
207
208         if (!pid)
209                 return;
210
211         ns = pid->numbers[pid->level].ns;
212         if ((atomic_read(&pid->count) == 1) ||
213              atomic_dec_and_test(&pid->count)) {
214                 kmem_cache_free(ns->pid_cachep, pid);
215                 put_pid_ns(ns);
216         }
217 }
218 EXPORT_SYMBOL_GPL(put_pid);
219
220 static void delayed_put_pid(struct rcu_head *rhp)
221 {
222         struct pid *pid = container_of(rhp, struct pid, rcu);
223         put_pid(pid);
224 }
225
226 void free_pid(struct pid *pid)
227 {
228         /* We can be called with write_lock_irq(&tasklist_lock) held */
229         int i;
230         unsigned long flags;
231
232         spin_lock_irqsave(&pidmap_lock, flags);
233         for (i = 0; i <= pid->level; i++)
234                 hlist_del_rcu(&pid->numbers[i].pid_chain);
235         spin_unlock_irqrestore(&pidmap_lock, flags);
236
237         for (i = 0; i <= pid->level; i++)
238                 free_pidmap(pid->numbers + i);
239
240         call_rcu(&pid->rcu, delayed_put_pid);
241 }
242
243 struct pid *alloc_pid(struct pid_namespace *ns)
244 {
245         struct pid *pid;
246         enum pid_type type;
247         int i, nr;
248         struct pid_namespace *tmp;
249         struct upid *upid;
250
251         pid = kmem_cache_alloc(ns->pid_cachep, GFP_KERNEL);
252         if (!pid)
253                 goto out;
254
255         tmp = ns;
256         for (i = ns->level; i >= 0; i--) {
257                 nr = alloc_pidmap(tmp);
258                 if (nr < 0)
259                         goto out_free;
260
261                 pid->numbers[i].nr = nr;
262                 pid->numbers[i].ns = tmp;
263                 tmp = tmp->parent;
264         }
265
266         get_pid_ns(ns);
267         pid->level = ns->level;
268         atomic_set(&pid->count, 1);
269         for (type = 0; type < PIDTYPE_MAX; ++type)
270                 INIT_HLIST_HEAD(&pid->tasks[type]);
271
272         upid = pid->numbers + ns->level;
273         spin_lock_irq(&pidmap_lock);
274         for ( ; upid >= pid->numbers; --upid)
275                 hlist_add_head_rcu(&upid->pid_chain,
276                                 &pid_hash[pid_hashfn(upid->nr, upid->ns)]);
277         spin_unlock_irq(&pidmap_lock);
278
279 out:
280         return pid;
281
282 out_free:
283         while (++i <= ns->level)
284                 free_pidmap(pid->numbers + i);
285
286         kmem_cache_free(ns->pid_cachep, pid);
287         pid = NULL;
288         goto out;
289 }
290
291 struct pid *find_pid_ns(int nr, struct pid_namespace *ns)
292 {
293         struct hlist_node *elem;
294         struct upid *pnr;
295
296         hlist_for_each_entry_rcu(pnr, elem,
297                         &pid_hash[pid_hashfn(nr, ns)], pid_chain)
298                 if (pnr->nr == nr && pnr->ns == ns)
299                         return container_of(pnr, struct pid,
300                                         numbers[ns->level]);
301
302         return NULL;
303 }
304 EXPORT_SYMBOL_GPL(find_pid_ns);
305
306 struct pid *find_vpid(int nr)
307 {
308         return find_pid_ns(nr, current->nsproxy->pid_ns);
309 }
310 EXPORT_SYMBOL_GPL(find_vpid);
311
312 /*
313  * attach_pid() must be called with the tasklist_lock write-held.
314  */
315 void attach_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type,
316                 struct pid *pid)
317 {
318         struct pid_link *link;
319
320         link = &task->pids[type];
321         link->pid = pid;
322         hlist_add_head_rcu(&link->node, &pid->tasks[type]);
323 }
324
325 static void __change_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type,
326                         struct pid *new)
327 {
328         struct pid_link *link;
329         struct pid *pid;
330         int tmp;
331
332         link = &task->pids[type];
333         pid = link->pid;
334
335         hlist_del_rcu(&link->node);
336         link->pid = new;
337
338         for (tmp = PIDTYPE_MAX; --tmp >= 0; )
339                 if (!hlist_empty(&pid->tasks[tmp]))
340                         return;
341
342         free_pid(pid);
343 }
344
345 void detach_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type)
346 {
347         __change_pid(task, type, NULL);
348 }
349
350 void change_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type,
351                 struct pid *pid)
352 {
353         __change_pid(task, type, pid);
354         attach_pid(task, type, pid);
355 }
356
357 /* transfer_pid is an optimization of attach_pid(new), detach_pid(old) */
358 void transfer_pid(struct task_struct *old, struct task_struct *new,
359                            enum pid_type type)
360 {
361         new->pids[type].pid = old->pids[type].pid;
362         hlist_replace_rcu(&old->pids[type].node, &new->pids[type].node);
363 }
364
365 struct task_struct *pid_task(struct pid *pid, enum pid_type type)
366 {
367         struct task_struct *result = NULL;
368         if (pid) {
369                 struct hlist_node *first;
370                 first = rcu_dereference_check(pid->tasks[type].first,
371                                               rcu_read_lock_held() ||
372                                               lockdep_tasklist_lock_is_held());
373                 if (first)
374                         result = hlist_entry(first, struct task_struct, pids[(type)].node);
375         }
376         return result;
377 }
378 EXPORT_SYMBOL(pid_task);
379
380 /*
381  * Must be called under rcu_read_lock().
382  */
383 struct task_struct *find_task_by_pid_ns(pid_t nr, struct pid_namespace *ns)
384 {
385         return pid_task(find_pid_ns(nr, ns), PIDTYPE_PID);
386 }
387
388 struct task_struct *find_task_by_vpid(pid_t vnr)
389 {
390         return find_task_by_pid_ns(vnr, current->nsproxy->pid_ns);
391 }
392
393 struct pid *get_task_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type)
394 {
395         struct pid *pid;
396         rcu_read_lock();
397         if (type != PIDTYPE_PID)
398                 task = task->group_leader;
399         pid = get_pid(task->pids[type].pid);
400         rcu_read_unlock();
401         return pid;
402 }
403
404 struct task_struct *get_pid_task(struct pid *pid, enum pid_type type)
405 {
406         struct task_struct *result;
407         rcu_read_lock();
408         result = pid_task(pid, type);
409         if (result)
410                 get_task_struct(result);
411         rcu_read_unlock();
412         return result;
413 }
414
415 struct pid *find_get_pid(pid_t nr)
416 {
417         struct pid *pid;
418
419         rcu_read_lock();
420         pid = get_pid(find_vpid(nr));
421         rcu_read_unlock();
422
423         return pid;
424 }
425 EXPORT_SYMBOL_GPL(find_get_pid);
426
427 pid_t pid_nr_ns(struct pid *pid, struct pid_namespace *ns)
428 {
429         struct upid *upid;
430         pid_t nr = 0;
431
432         if (pid && ns->level <= pid->level) {
433                 upid = &pid->numbers[ns->level];
434                 if (upid->ns == ns)
435                         nr = upid->nr;
436         }
437         return nr;
438 }
439
440 pid_t pid_vnr(struct pid *pid)
441 {
442         return pid_nr_ns(pid, current->nsproxy->pid_ns);
443 }
444 EXPORT_SYMBOL_GPL(pid_vnr);
445
446 pid_t __task_pid_nr_ns(struct task_struct *task, enum pid_type type,
447                         struct pid_namespace *ns)
448 {
449         pid_t nr = 0;
450
451         rcu_read_lock();
452         if (!ns)
453                 ns = current->nsproxy->pid_ns;
454         if (likely(pid_alive(task))) {
455                 if (type != PIDTYPE_PID)
456                         task = task->group_leader;
457                 nr = pid_nr_ns(task->pids[type].pid, ns);
458         }
459         rcu_read_unlock();
460
461         return nr;
462 }
463 EXPORT_SYMBOL(__task_pid_nr_ns);
464
465 pid_t task_tgid_nr_ns(struct task_struct *tsk, struct pid_namespace *ns)
466 {
467         return pid_nr_ns(task_tgid(tsk), ns);
468 }
469 EXPORT_SYMBOL(task_tgid_nr_ns);
470
471 struct pid_namespace *task_active_pid_ns(struct task_struct *tsk)
472 {
473         return ns_of_pid(task_pid(tsk));
474 }
475 EXPORT_SYMBOL_GPL(task_active_pid_ns);
476
477 /*
478  * Used by proc to find the first pid that is greater than or equal to nr.
479  *
480  * If there is a pid at nr this function is exactly the same as find_pid_ns.
481  */
482 struct pid *find_ge_pid(int nr, struct pid_namespace *ns)
483 {
484         struct pid *pid;
485
486         do {
487                 pid = find_pid_ns(nr, ns);
488                 if (pid)
489                         break;
490                 nr = next_pidmap(ns, nr);
491         } while (nr > 0);
492
493         return pid;
494 }
495
496 /*
497  * The pid hash table is scaled according to the amount of memory in the
498  * machine.  From a minimum of 16 slots up to 4096 slots at one gigabyte or
499  * more.
500  */
501 void __init pidhash_init(void)
502 {
503         int i, pidhash_size;
504
505         pid_hash = alloc_large_system_hash("PID", sizeof(*pid_hash), 0, 18,
506                                            HASH_EARLY | HASH_SMALL,
507                                            &pidhash_shift, NULL, 4096);
508         pidhash_size = 1 << pidhash_shift;
509
510         for (i = 0; i < pidhash_size; i++)
511                 INIT_HLIST_HEAD(&pid_hash[i]);
512 }
513
514 void __init pidmap_init(void)
515 {
516         init_pid_ns.pidmap[0].page = kzalloc(PAGE_SIZE, GFP_KERNEL);
517         /* Reserve PID 0. We never call free_pidmap(0) */
518         set_bit(0, init_pid_ns.pidmap[0].page);
519         atomic_dec(&init_pid_ns.pidmap[0].nr_free);
520
521         init_pid_ns.pid_cachep = KMEM_CACHE(pid,
522                         SLAB_HWCACHE_ALIGN | SLAB_PANIC);
523 }