[PATCH] Swapless page migration: rip out swap based logic
[linux-2.6.git] / 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/swapops.h>
19 #include <linux/pagemap.h>
20 #include <linux/buffer_head.h>
21 #include <linux/mm_inline.h>
22 #include <linux/pagevec.h>
23 #include <linux/rmap.h>
24 #include <linux/topology.h>
25 #include <linux/cpu.h>
26 #include <linux/cpuset.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         /*
74          * Clear the LRU lists so pages can be isolated.
75          * Note that pages may be moved off the LRU after we have
76          * drained them. Those pages will fail to migrate like other
77          * pages that may be busy.
78          */
79         lru_add_drain_all();
80
81         return 0;
82 }
83
84 static inline void move_to_lru(struct page *page)
85 {
86         list_del(&page->lru);
87         if (PageActive(page)) {
88                 /*
89                  * lru_cache_add_active checks that
90                  * the PG_active bit is off.
91                  */
92                 ClearPageActive(page);
93                 lru_cache_add_active(page);
94         } else {
95                 lru_cache_add(page);
96         }
97         put_page(page);
98 }
99
100 /*
101  * Add isolated pages on the list back to the LRU.
102  *
103  * returns the number of pages put back.
104  */
105 int putback_lru_pages(struct list_head *l)
106 {
107         struct page *page;
108         struct page *page2;
109         int count = 0;
110
111         list_for_each_entry_safe(page, page2, l, lru) {
112                 move_to_lru(page);
113                 count++;
114         }
115         return count;
116 }
117
118 static inline int is_swap_pte(pte_t pte)
119 {
120         return !pte_none(pte) && !pte_present(pte) && !pte_file(pte);
121 }
122
123 /*
124  * Restore a potential migration pte to a working pte entry
125  */
126 static void remove_migration_pte(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
127                 struct page *old, struct page *new)
128 {
129         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
130         swp_entry_t entry;
131         pgd_t *pgd;
132         pud_t *pud;
133         pmd_t *pmd;
134         pte_t *ptep, pte;
135         spinlock_t *ptl;
136
137         pgd = pgd_offset(mm, addr);
138         if (!pgd_present(*pgd))
139                 return;
140
141         pud = pud_offset(pgd, addr);
142         if (!pud_present(*pud))
143                 return;
144
145         pmd = pmd_offset(pud, addr);
146         if (!pmd_present(*pmd))
147                 return;
148
149         ptep = pte_offset_map(pmd, addr);
150
151         if (!is_swap_pte(*ptep)) {
152                 pte_unmap(ptep);
153                 return;
154         }
155
156         ptl = pte_lockptr(mm, pmd);
157         spin_lock(ptl);
158         pte = *ptep;
159         if (!is_swap_pte(pte))
160                 goto out;
161
162         entry = pte_to_swp_entry(pte);
163
164         if (!is_migration_entry(entry) || migration_entry_to_page(entry) != old)
165                 goto out;
166
167         inc_mm_counter(mm, anon_rss);
168         get_page(new);
169         pte = pte_mkold(mk_pte(new, vma->vm_page_prot));
170         if (is_write_migration_entry(entry))
171                 pte = pte_mkwrite(pte);
172         set_pte_at(mm, addr, ptep, pte);
173         page_add_anon_rmap(new, vma, addr);
174 out:
175         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
176 }
177
178 /*
179  * Get rid of all migration entries and replace them by
180  * references to the indicated page.
181  *
182  * Must hold mmap_sem lock on at least one of the vmas containing
183  * the page so that the anon_vma cannot vanish.
184  */
185 static void remove_migration_ptes(struct page *old, struct page *new)
186 {
187         struct anon_vma *anon_vma;
188         struct vm_area_struct *vma;
189         unsigned long mapping;
190
191         mapping = (unsigned long)new->mapping;
192
193         if (!mapping || (mapping & PAGE_MAPPING_ANON) == 0)
194                 return;
195
196         /*
197          * We hold the mmap_sem lock. So no need to call page_lock_anon_vma.
198          */
199         anon_vma = (struct anon_vma *) (mapping - PAGE_MAPPING_ANON);
200         spin_lock(&anon_vma->lock);
201
202         list_for_each_entry(vma, &anon_vma->head, anon_vma_node)
203                 remove_migration_pte(vma, page_address_in_vma(new, vma),
204                                         old, new);
205
206         spin_unlock(&anon_vma->lock);
207 }
208
209 /*
210  * Something used the pte of a page under migration. We need to
211  * get to the page and wait until migration is finished.
212  * When we return from this function the fault will be retried.
213  *
214  * This function is called from do_swap_page().
215  */
216 void migration_entry_wait(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmd,
217                                 unsigned long address)
218 {
219         pte_t *ptep, pte;
220         spinlock_t *ptl;
221         swp_entry_t entry;
222         struct page *page;
223
224         ptep = pte_offset_map_lock(mm, pmd, address, &ptl);
225         pte = *ptep;
226         if (!is_swap_pte(pte))
227                 goto out;
228
229         entry = pte_to_swp_entry(pte);
230         if (!is_migration_entry(entry))
231                 goto out;
232
233         page = migration_entry_to_page(entry);
234
235         get_page(page);
236         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
237         wait_on_page_locked(page);
238         put_page(page);
239         return;
240 out:
241         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
242 }
243
244 /*
245  * Replace the page in the mapping.
246  *
247  * The number of remaining references must be:
248  * 1 for anonymous pages without a mapping
249  * 2 for pages with a mapping
250  * 3 for pages with a mapping and PagePrivate set.
251  */
252 static int migrate_page_move_mapping(struct address_space *mapping,
253                 struct page *newpage, struct page *page)
254 {
255         struct page **radix_pointer;
256
257         write_lock_irq(&mapping->tree_lock);
258
259         radix_pointer = (struct page **)radix_tree_lookup_slot(
260                                                 &mapping->page_tree,
261                                                 page_index(page));
262
263         if (!page_mapping(page) ||
264                         page_count(page) != 2 + !!PagePrivate(page) ||
265                         *radix_pointer != page) {
266                 write_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
267                 return -EAGAIN;
268         }
269
270         /*
271          * Now we know that no one else is looking at the page.
272          */
273         get_page(newpage);
274         if (PageSwapCache(page)) {
275                 SetPageSwapCache(newpage);
276                 set_page_private(newpage, page_private(page));
277         }
278
279         *radix_pointer = newpage;
280         __put_page(page);
281         write_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
282
283         return 0;
284 }
285
286 /*
287  * Copy the page to its new location
288  */
289 static void migrate_page_copy(struct page *newpage, struct page *page)
290 {
291         copy_highpage(newpage, page);
292
293         if (PageError(page))
294                 SetPageError(newpage);
295         if (PageReferenced(page))
296                 SetPageReferenced(newpage);
297         if (PageUptodate(page))
298                 SetPageUptodate(newpage);
299         if (PageActive(page))
300                 SetPageActive(newpage);
301         if (PageChecked(page))
302                 SetPageChecked(newpage);
303         if (PageMappedToDisk(page))
304                 SetPageMappedToDisk(newpage);
305
306         if (PageDirty(page)) {
307                 clear_page_dirty_for_io(page);
308                 set_page_dirty(newpage);
309         }
310
311         ClearPageSwapCache(page);
312         ClearPageActive(page);
313         ClearPagePrivate(page);
314         set_page_private(page, 0);
315         page->mapping = NULL;
316
317         /*
318          * If any waiters have accumulated on the new page then
319          * wake them up.
320          */
321         if (PageWriteback(newpage))
322                 end_page_writeback(newpage);
323 }
324
325 /************************************************************
326  *                    Migration functions
327  ***********************************************************/
328
329 /* Always fail migration. Used for mappings that are not movable */
330 int fail_migrate_page(struct address_space *mapping,
331                         struct page *newpage, struct page *page)
332 {
333         return -EIO;
334 }
335 EXPORT_SYMBOL(fail_migrate_page);
336
337 /*
338  * Common logic to directly migrate a single page suitable for
339  * pages that do not use PagePrivate.
340  *
341  * Pages are locked upon entry and exit.
342  */
343 int migrate_page(struct address_space *mapping,
344                 struct page *newpage, struct page *page)
345 {
346         int rc;
347
348         BUG_ON(PageWriteback(page));    /* Writeback must be complete */
349
350         rc = migrate_page_move_mapping(mapping, newpage, page);
351
352         if (rc)
353                 return rc;
354
355         migrate_page_copy(newpage, page);
356
357         /*
358          * Remove auxiliary swap entries and replace
359          * them with real ptes.
360          *
361          * Note that a real pte entry will allow processes that are not
362          * waiting on the page lock to use the new page via the page tables
363          * before the new page is unlocked.
364          */
365         remove_from_swap(newpage);
366         return 0;
367 }
368 EXPORT_SYMBOL(migrate_page);
369
370 /*
371  * Migration function for pages with buffers. This function can only be used
372  * if the underlying filesystem guarantees that no other references to "page"
373  * exist.
374  */
375 int buffer_migrate_page(struct address_space *mapping,
376                 struct page *newpage, struct page *page)
377 {
378         struct buffer_head *bh, *head;
379         int rc;
380
381         if (!page_has_buffers(page))
382                 return migrate_page(mapping, newpage, page);
383
384         head = page_buffers(page);
385
386         rc = migrate_page_move_mapping(mapping, newpage, page);
387
388         if (rc)
389                 return rc;
390
391         bh = head;
392         do {
393                 get_bh(bh);
394                 lock_buffer(bh);
395                 bh = bh->b_this_page;
396
397         } while (bh != head);
398
399         ClearPagePrivate(page);
400         set_page_private(newpage, page_private(page));
401         set_page_private(page, 0);
402         put_page(page);
403         get_page(newpage);
404
405         bh = head;
406         do {
407                 set_bh_page(bh, newpage, bh_offset(bh));
408                 bh = bh->b_this_page;
409
410         } while (bh != head);
411
412         SetPagePrivate(newpage);
413
414         migrate_page_copy(newpage, page);
415
416         bh = head;
417         do {
418                 unlock_buffer(bh);
419                 put_bh(bh);
420                 bh = bh->b_this_page;
421
422         } while (bh != head);
423
424         return 0;
425 }
426 EXPORT_SYMBOL(buffer_migrate_page);
427
428 static int fallback_migrate_page(struct address_space *mapping,
429         struct page *newpage, struct page *page)
430 {
431         /*
432          * Default handling if a filesystem does not provide
433          * a migration function. We can only migrate clean
434          * pages so try to write out any dirty pages first.
435          */
436         if (PageDirty(page)) {
437                 switch (pageout(page, mapping)) {
438                 case PAGE_KEEP:
439                 case PAGE_ACTIVATE:
440                         return -EAGAIN;
441
442                 case PAGE_SUCCESS:
443                         /* Relock since we lost the lock */
444                         lock_page(page);
445                         /* Must retry since page state may have changed */
446                         return -EAGAIN;
447
448                 case PAGE_CLEAN:
449                         ; /* try to migrate the page below */
450                 }
451         }
452
453         /*
454          * Buffers may be managed in a filesystem specific way.
455          * We must have no buffers or drop them.
456          */
457         if (page_has_buffers(page) &&
458             !try_to_release_page(page, GFP_KERNEL))
459                 return -EAGAIN;
460
461         return migrate_page(mapping, newpage, page);
462 }
463
464 /*
465  * migrate_pages
466  *
467  * Two lists are passed to this function. The first list
468  * contains the pages isolated from the LRU to be migrated.
469  * The second list contains new pages that the pages isolated
470  * can be moved to.
471  *
472  * The function returns after 10 attempts or if no pages
473  * are movable anymore because to has become empty
474  * or no retryable pages exist anymore.
475  *
476  * Return: Number of pages not migrated when "to" ran empty.
477  */
478 int migrate_pages(struct list_head *from, struct list_head *to,
479                   struct list_head *moved, struct list_head *failed)
480 {
481         int retry;
482         int nr_failed = 0;
483         int pass = 0;
484         struct page *page;
485         struct page *page2;
486         int swapwrite = current->flags & PF_SWAPWRITE;
487         int rc;
488
489         if (!swapwrite)
490                 current->flags |= PF_SWAPWRITE;
491
492 redo:
493         retry = 0;
494
495         list_for_each_entry_safe(page, page2, from, lru) {
496                 struct page *newpage = NULL;
497                 struct address_space *mapping;
498
499                 cond_resched();
500
501                 rc = 0;
502                 if (page_count(page) == 1)
503                         /* page was freed from under us. So we are done. */
504                         goto next;
505
506                 if (to && list_empty(to))
507                         break;
508
509                 /*
510                  * Skip locked pages during the first two passes to give the
511                  * functions holding the lock time to release the page. Later we
512                  * use lock_page() to have a higher chance of acquiring the
513                  * lock.
514                  */
515                 rc = -EAGAIN;
516                 if (pass > 2)
517                         lock_page(page);
518                 else
519                         if (TestSetPageLocked(page))
520                                 goto next;
521
522                 /*
523                  * Only wait on writeback if we have already done a pass where
524                  * we we may have triggered writeouts for lots of pages.
525                  */
526                 if (pass > 0)
527                         wait_on_page_writeback(page);
528                 else
529                         if (PageWriteback(page))
530                                 goto unlock_page;
531
532                 /*
533                  * Establish swap ptes for anonymous pages or destroy pte
534                  * maps for files.
535                  *
536                  * In order to reestablish file backed mappings the fault handlers
537                  * will take the radix tree_lock which may then be used to stop
538                  * processses from accessing this page until the new page is ready.
539                  *
540                  * A process accessing via a swap pte (an anonymous page) will take a
541                  * page_lock on the old page which will block the process until the
542                  * migration attempt is complete. At that time the PageSwapCache bit
543                  * will be examined. If the page was migrated then the PageSwapCache
544                  * bit will be clear and the operation to retrieve the page will be
545                  * retried which will find the new page in the radix tree. Then a new
546                  * direct mapping may be generated based on the radix tree contents.
547                  *
548                  * If the page was not migrated then the PageSwapCache bit
549                  * is still set and the operation may continue.
550                  */
551                 rc = -EPERM;
552                 if (try_to_unmap(page, 1) == SWAP_FAIL)
553                         /* A vma has VM_LOCKED set -> permanent failure */
554                         goto unlock_page;
555
556                 rc = -EAGAIN;
557                 if (page_mapped(page))
558                         goto unlock_page;
559
560                 newpage = lru_to_page(to);
561                 lock_page(newpage);
562                 /* Prepare mapping for the new page.*/
563                 newpage->index = page->index;
564                 newpage->mapping = page->mapping;
565
566                 /*
567                  * Pages are properly locked and writeback is complete.
568                  * Try to migrate the page.
569                  */
570                 mapping = page_mapping(page);
571                 if (!mapping)
572                         goto unlock_both;
573
574                 if (mapping->a_ops->migratepage)
575                         /*
576                          * Most pages have a mapping and most filesystems
577                          * should provide a migration function. Anonymous
578                          * pages are part of swap space which also has its
579                          * own migration function. This is the most common
580                          * path for page migration.
581                          */
582                         rc = mapping->a_ops->migratepage(mapping,
583                                                         newpage, page);
584                 else
585                         rc = fallback_migrate_page(mapping, newpage, page);
586
587 unlock_both:
588                 unlock_page(newpage);
589
590 unlock_page:
591                 unlock_page(page);
592
593 next:
594                 if (rc) {
595                         if (newpage)
596                                 newpage->mapping = NULL;
597
598                         if (rc == -EAGAIN)
599                                 retry++;
600                         else {
601                                 /* Permanent failure */
602                                 list_move(&page->lru, failed);
603                                 nr_failed++;
604                         }
605                 } else {
606                         if (newpage) {
607                                 /* Successful migration. Return page to LRU */
608                                 move_to_lru(newpage);
609                         }
610                         list_move(&page->lru, moved);
611                 }
612         }
613         if (retry && pass++ < 10)
614                 goto redo;
615
616         if (!swapwrite)
617                 current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
618
619         return nr_failed + retry;
620 }
621
622 /*
623  * Migrate the list 'pagelist' of pages to a certain destination.
624  *
625  * Specify destination with either non-NULL vma or dest_node >= 0
626  * Return the number of pages not migrated or error code
627  */
628 int migrate_pages_to(struct list_head *pagelist,
629                         struct vm_area_struct *vma, int dest)
630 {
631         LIST_HEAD(newlist);
632         LIST_HEAD(moved);
633         LIST_HEAD(failed);
634         int err = 0;
635         unsigned long offset = 0;
636         int nr_pages;
637         struct page *page;
638         struct list_head *p;
639
640 redo:
641         nr_pages = 0;
642         list_for_each(p, pagelist) {
643                 if (vma) {
644                         /*
645                          * The address passed to alloc_page_vma is used to
646                          * generate the proper interleave behavior. We fake
647                          * the address here by an increasing offset in order
648                          * to get the proper distribution of pages.
649                          *
650                          * No decision has been made as to which page
651                          * a certain old page is moved to so we cannot
652                          * specify the correct address.
653                          */
654                         page = alloc_page_vma(GFP_HIGHUSER, vma,
655                                         offset + vma->vm_start);
656                         offset += PAGE_SIZE;
657                 }
658                 else
659                         page = alloc_pages_node(dest, GFP_HIGHUSER, 0);
660
661                 if (!page) {
662                         err = -ENOMEM;
663                         goto out;
664                 }
665                 list_add_tail(&page->lru, &newlist);
666                 nr_pages++;
667                 if (nr_pages > MIGRATE_CHUNK_SIZE)
668                         break;
669         }
670         err = migrate_pages(pagelist, &newlist, &moved, &failed);
671
672         putback_lru_pages(&moved);      /* Call release pages instead ?? */
673
674         if (err >= 0 && list_empty(&newlist) && !list_empty(pagelist))
675                 goto redo;
676 out:
677         /* Return leftover allocated pages */
678         while (!list_empty(&newlist)) {
679                 page = list_entry(newlist.next, struct page, lru);
680                 list_del(&page->lru);
681                 __free_page(page);
682         }
683         list_splice(&failed, pagelist);
684         if (err < 0)
685                 return err;
686
687         /* Calculate number of leftover pages */
688         nr_pages = 0;
689         list_for_each(p, pagelist)
690                 nr_pages++;
691         return nr_pages;
692 }