KVM: Inject asynchronous page fault into a PV guest if page is swapped out.
[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
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/nsproxy.h>
23 #include <linux/pagevec.h>
24 #include <linux/ksm.h>
25 #include <linux/rmap.h>
26 #include <linux/topology.h>
27 #include <linux/cpu.h>
28 #include <linux/cpuset.h>
29 #include <linux/writeback.h>
30 #include <linux/mempolicy.h>
31 #include <linux/vmalloc.h>
32 #include <linux/security.h>
33 #include <linux/memcontrol.h>
34 #include <linux/syscalls.h>
35 #include <linux/hugetlb.h>
36 #include <linux/gfp.h>
37
38 #include "internal.h"
39
40 #define lru_to_page(_head) (list_entry((_head)->prev, struct page, lru))
41
42 /*
43  * migrate_prep() needs to be called before we start compiling a list of pages
44  * to be migrated using isolate_lru_page(). If scheduling work on other CPUs is
45  * undesirable, use migrate_prep_local()
46  */
47 int migrate_prep(void)
48 {
49         /*
50          * Clear the LRU lists so pages can be isolated.
51          * Note that pages may be moved off the LRU after we have
52          * drained them. Those pages will fail to migrate like other
53          * pages that may be busy.
54          */
55         lru_add_drain_all();
56
57         return 0;
58 }
59
60 /* Do the necessary work of migrate_prep but not if it involves other CPUs */
61 int migrate_prep_local(void)
62 {
63         lru_add_drain();
64
65         return 0;
66 }
67
68 /*
69  * Add isolated pages on the list back to the LRU under page lock
70  * to avoid leaking evictable pages back onto unevictable list.
71  */
72 void putback_lru_pages(struct list_head *l)
73 {
74         struct page *page;
75         struct page *page2;
76
77         list_for_each_entry_safe(page, page2, l, lru) {
78                 list_del(&page->lru);
79                 dec_zone_page_state(page, NR_ISOLATED_ANON +
80                                 page_is_file_cache(page));
81                 putback_lru_page(page);
82         }
83 }
84
85 /*
86  * Restore a potential migration pte to a working pte entry
87  */
88 static int remove_migration_pte(struct page *new, struct vm_area_struct *vma,
89                                  unsigned long addr, void *old)
90 {
91         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
92         swp_entry_t entry;
93         pgd_t *pgd;
94         pud_t *pud;
95         pmd_t *pmd;
96         pte_t *ptep, pte;
97         spinlock_t *ptl;
98
99         if (unlikely(PageHuge(new))) {
100                 ptep = huge_pte_offset(mm, addr);
101                 if (!ptep)
102                         goto out;
103                 ptl = &mm->page_table_lock;
104         } else {
105                 pgd = pgd_offset(mm, addr);
106                 if (!pgd_present(*pgd))
107                         goto out;
108
109                 pud = pud_offset(pgd, addr);
110                 if (!pud_present(*pud))
111                         goto out;
112
113                 pmd = pmd_offset(pud, addr);
114                 if (!pmd_present(*pmd))
115                         goto out;
116
117                 ptep = pte_offset_map(pmd, addr);
118
119                 if (!is_swap_pte(*ptep)) {
120                         pte_unmap(ptep);
121                         goto out;
122                 }
123
124                 ptl = pte_lockptr(mm, pmd);
125         }
126
127         spin_lock(ptl);
128         pte = *ptep;
129         if (!is_swap_pte(pte))
130                 goto unlock;
131
132         entry = pte_to_swp_entry(pte);
133
134         if (!is_migration_entry(entry) ||
135             migration_entry_to_page(entry) != old)
136                 goto unlock;
137
138         get_page(new);
139         pte = pte_mkold(mk_pte(new, vma->vm_page_prot));
140         if (is_write_migration_entry(entry))
141                 pte = pte_mkwrite(pte);
142 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
143         if (PageHuge(new))
144                 pte = pte_mkhuge(pte);
145 #endif
146         flush_cache_page(vma, addr, pte_pfn(pte));
147         set_pte_at(mm, addr, ptep, pte);
148
149         if (PageHuge(new)) {
150                 if (PageAnon(new))
151                         hugepage_add_anon_rmap(new, vma, addr);
152                 else
153                         page_dup_rmap(new);
154         } else if (PageAnon(new))
155                 page_add_anon_rmap(new, vma, addr);
156         else
157                 page_add_file_rmap(new);
158
159         /* No need to invalidate - it was non-present before */
160         update_mmu_cache(vma, addr, ptep);
161 unlock:
162         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
163 out:
164         return SWAP_AGAIN;
165 }
166
167 /*
168  * Get rid of all migration entries and replace them by
169  * references to the indicated page.
170  */
171 static void remove_migration_ptes(struct page *old, struct page *new)
172 {
173         rmap_walk(new, remove_migration_pte, old);
174 }
175
176 /*
177  * Something used the pte of a page under migration. We need to
178  * get to the page and wait until migration is finished.
179  * When we return from this function the fault will be retried.
180  *
181  * This function is called from do_swap_page().
182  */
183 void migration_entry_wait(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmd,
184                                 unsigned long address)
185 {
186         pte_t *ptep, pte;
187         spinlock_t *ptl;
188         swp_entry_t entry;
189         struct page *page;
190
191         ptep = pte_offset_map_lock(mm, pmd, address, &ptl);
192         pte = *ptep;
193         if (!is_swap_pte(pte))
194                 goto out;
195
196         entry = pte_to_swp_entry(pte);
197         if (!is_migration_entry(entry))
198                 goto out;
199
200         page = migration_entry_to_page(entry);
201
202         /*
203          * Once radix-tree replacement of page migration started, page_count
204          * *must* be zero. And, we don't want to call wait_on_page_locked()
205          * against a page without get_page().
206          * So, we use get_page_unless_zero(), here. Even failed, page fault
207          * will occur again.
208          */
209         if (!get_page_unless_zero(page))
210                 goto out;
211         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
212         wait_on_page_locked(page);
213         put_page(page);
214         return;
215 out:
216         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
217 }
218
219 /*
220  * Replace the page in the mapping.
221  *
222  * The number of remaining references must be:
223  * 1 for anonymous pages without a mapping
224  * 2 for pages with a mapping
225  * 3 for pages with a mapping and PagePrivate/PagePrivate2 set.
226  */
227 static int migrate_page_move_mapping(struct address_space *mapping,
228                 struct page *newpage, struct page *page)
229 {
230         int expected_count;
231         void **pslot;
232
233         if (!mapping) {
234                 /* Anonymous page without mapping */
235                 if (page_count(page) != 1)
236                         return -EAGAIN;
237                 return 0;
238         }
239
240         spin_lock_irq(&mapping->tree_lock);
241
242         pslot = radix_tree_lookup_slot(&mapping->page_tree,
243                                         page_index(page));
244
245         expected_count = 2 + page_has_private(page);
246         if (page_count(page) != expected_count ||
247                         (struct page *)radix_tree_deref_slot(pslot) != page) {
248                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
249                 return -EAGAIN;
250         }
251
252         if (!page_freeze_refs(page, expected_count)) {
253                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
254                 return -EAGAIN;
255         }
256
257         /*
258          * Now we know that no one else is looking at the page.
259          */
260         get_page(newpage);      /* add cache reference */
261         if (PageSwapCache(page)) {
262                 SetPageSwapCache(newpage);
263                 set_page_private(newpage, page_private(page));
264         }
265
266         radix_tree_replace_slot(pslot, newpage);
267
268         page_unfreeze_refs(page, expected_count);
269         /*
270          * Drop cache reference from old page.
271          * We know this isn't the last reference.
272          */
273         __put_page(page);
274
275         /*
276          * If moved to a different zone then also account
277          * the page for that zone. Other VM counters will be
278          * taken care of when we establish references to the
279          * new page and drop references to the old page.
280          *
281          * Note that anonymous pages are accounted for
282          * via NR_FILE_PAGES and NR_ANON_PAGES if they
283          * are mapped to swap space.
284          */
285         __dec_zone_page_state(page, NR_FILE_PAGES);
286         __inc_zone_page_state(newpage, NR_FILE_PAGES);
287         if (PageSwapBacked(page)) {
288                 __dec_zone_page_state(page, NR_SHMEM);
289                 __inc_zone_page_state(newpage, NR_SHMEM);
290         }
291         spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
292
293         return 0;
294 }
295
296 /*
297  * The expected number of remaining references is the same as that
298  * of migrate_page_move_mapping().
299  */
300 int migrate_huge_page_move_mapping(struct address_space *mapping,
301                                    struct page *newpage, struct page *page)
302 {
303         int expected_count;
304         void **pslot;
305
306         if (!mapping) {
307                 if (page_count(page) != 1)
308                         return -EAGAIN;
309                 return 0;
310         }
311
312         spin_lock_irq(&mapping->tree_lock);
313
314         pslot = radix_tree_lookup_slot(&mapping->page_tree,
315                                         page_index(page));
316
317         expected_count = 2 + page_has_private(page);
318         if (page_count(page) != expected_count ||
319             (struct page *)radix_tree_deref_slot(pslot) != page) {
320                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
321                 return -EAGAIN;
322         }
323
324         if (!page_freeze_refs(page, expected_count)) {
325                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
326                 return -EAGAIN;
327         }
328
329         get_page(newpage);
330
331         radix_tree_replace_slot(pslot, newpage);
332
333         page_unfreeze_refs(page, expected_count);
334
335         __put_page(page);
336
337         spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
338         return 0;
339 }
340
341 /*
342  * Copy the page to its new location
343  */
344 void migrate_page_copy(struct page *newpage, struct page *page)
345 {
346         if (PageHuge(page))
347                 copy_huge_page(newpage, page);
348         else
349                 copy_highpage(newpage, page);
350
351         if (PageError(page))
352                 SetPageError(newpage);
353         if (PageReferenced(page))
354                 SetPageReferenced(newpage);
355         if (PageUptodate(page))
356                 SetPageUptodate(newpage);
357         if (TestClearPageActive(page)) {
358                 VM_BUG_ON(PageUnevictable(page));
359                 SetPageActive(newpage);
360         } else if (TestClearPageUnevictable(page))
361                 SetPageUnevictable(newpage);
362         if (PageChecked(page))
363                 SetPageChecked(newpage);
364         if (PageMappedToDisk(page))
365                 SetPageMappedToDisk(newpage);
366
367         if (PageDirty(page)) {
368                 clear_page_dirty_for_io(page);
369                 /*
370                  * Want to mark the page and the radix tree as dirty, and
371                  * redo the accounting that clear_page_dirty_for_io undid,
372                  * but we can't use set_page_dirty because that function
373                  * is actually a signal that all of the page has become dirty.
374                  * Wheras only part of our page may be dirty.
375                  */
376                 __set_page_dirty_nobuffers(newpage);
377         }
378
379         mlock_migrate_page(newpage, page);
380         ksm_migrate_page(newpage, page);
381
382         ClearPageSwapCache(page);
383         ClearPagePrivate(page);
384         set_page_private(page, 0);
385         page->mapping = NULL;
386
387         /*
388          * If any waiters have accumulated on the new page then
389          * wake them up.
390          */
391         if (PageWriteback(newpage))
392                 end_page_writeback(newpage);
393 }
394
395 /************************************************************
396  *                    Migration functions
397  ***********************************************************/
398
399 /* Always fail migration. Used for mappings that are not movable */
400 int fail_migrate_page(struct address_space *mapping,
401                         struct page *newpage, struct page *page)
402 {
403         return -EIO;
404 }
405 EXPORT_SYMBOL(fail_migrate_page);
406
407 /*
408  * Common logic to directly migrate a single page suitable for
409  * pages that do not use PagePrivate/PagePrivate2.
410  *
411  * Pages are locked upon entry and exit.
412  */
413 int migrate_page(struct address_space *mapping,
414                 struct page *newpage, struct page *page)
415 {
416         int rc;
417
418         BUG_ON(PageWriteback(page));    /* Writeback must be complete */
419
420         rc = migrate_page_move_mapping(mapping, newpage, page);
421
422         if (rc)
423                 return rc;
424
425         migrate_page_copy(newpage, page);
426         return 0;
427 }
428 EXPORT_SYMBOL(migrate_page);
429
430 #ifdef CONFIG_BLOCK
431 /*
432  * Migration function for pages with buffers. This function can only be used
433  * if the underlying filesystem guarantees that no other references to "page"
434  * exist.
435  */
436 int buffer_migrate_page(struct address_space *mapping,
437                 struct page *newpage, struct page *page)
438 {
439         struct buffer_head *bh, *head;
440         int rc;
441
442         if (!page_has_buffers(page))
443                 return migrate_page(mapping, newpage, page);
444
445         head = page_buffers(page);
446
447         rc = migrate_page_move_mapping(mapping, newpage, page);
448
449         if (rc)
450                 return rc;
451
452         bh = head;
453         do {
454                 get_bh(bh);
455                 lock_buffer(bh);
456                 bh = bh->b_this_page;
457
458         } while (bh != head);
459
460         ClearPagePrivate(page);
461         set_page_private(newpage, page_private(page));
462         set_page_private(page, 0);
463         put_page(page);
464         get_page(newpage);
465
466         bh = head;
467         do {
468                 set_bh_page(bh, newpage, bh_offset(bh));
469                 bh = bh->b_this_page;
470
471         } while (bh != head);
472
473         SetPagePrivate(newpage);
474
475         migrate_page_copy(newpage, page);
476
477         bh = head;
478         do {
479                 unlock_buffer(bh);
480                 put_bh(bh);
481                 bh = bh->b_this_page;
482
483         } while (bh != head);
484
485         return 0;
486 }
487 EXPORT_SYMBOL(buffer_migrate_page);
488 #endif
489
490 /*
491  * Writeback a page to clean the dirty state
492  */
493 static int writeout(struct address_space *mapping, struct page *page)
494 {
495         struct writeback_control wbc = {
496                 .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
497                 .nr_to_write = 1,
498                 .range_start = 0,
499                 .range_end = LLONG_MAX,
500                 .for_reclaim = 1
501         };
502         int rc;
503
504         if (!mapping->a_ops->writepage)
505                 /* No write method for the address space */
506                 return -EINVAL;
507
508         if (!clear_page_dirty_for_io(page))
509                 /* Someone else already triggered a write */
510                 return -EAGAIN;
511
512         /*
513          * A dirty page may imply that the underlying filesystem has
514          * the page on some queue. So the page must be clean for
515          * migration. Writeout may mean we loose the lock and the
516          * page state is no longer what we checked for earlier.
517          * At this point we know that the migration attempt cannot
518          * be successful.
519          */
520         remove_migration_ptes(page, page);
521
522         rc = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
523
524         if (rc != AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE)
525                 /* unlocked. Relock */
526                 lock_page(page);
527
528         return (rc < 0) ? -EIO : -EAGAIN;
529 }
530
531 /*
532  * Default handling if a filesystem does not provide a migration function.
533  */
534 static int fallback_migrate_page(struct address_space *mapping,
535         struct page *newpage, struct page *page)
536 {
537         if (PageDirty(page))
538                 return writeout(mapping, page);
539
540         /*
541          * Buffers may be managed in a filesystem specific way.
542          * We must have no buffers or drop them.
543          */
544         if (page_has_private(page) &&
545             !try_to_release_page(page, GFP_KERNEL))
546                 return -EAGAIN;
547
548         return migrate_page(mapping, newpage, page);
549 }
550
551 /*
552  * Move a page to a newly allocated page
553  * The page is locked and all ptes have been successfully removed.
554  *
555  * The new page will have replaced the old page if this function
556  * is successful.
557  *
558  * Return value:
559  *   < 0 - error code
560  *  == 0 - success
561  */
562 static int move_to_new_page(struct page *newpage, struct page *page,
563                                                 int remap_swapcache)
564 {
565         struct address_space *mapping;
566         int rc;
567
568         /*
569          * Block others from accessing the page when we get around to
570          * establishing additional references. We are the only one
571          * holding a reference to the new page at this point.
572          */
573         if (!trylock_page(newpage))
574                 BUG();
575
576         /* Prepare mapping for the new page.*/
577         newpage->index = page->index;
578         newpage->mapping = page->mapping;
579         if (PageSwapBacked(page))
580                 SetPageSwapBacked(newpage);
581
582         mapping = page_mapping(page);
583         if (!mapping)
584                 rc = migrate_page(mapping, newpage, page);
585         else if (mapping->a_ops->migratepage)
586                 /*
587                  * Most pages have a mapping and most filesystems
588                  * should provide a migration function. Anonymous
589                  * pages are part of swap space which also has its
590                  * own migration function. This is the most common
591                  * path for page migration.
592                  */
593                 rc = mapping->a_ops->migratepage(mapping,
594                                                 newpage, page);
595         else
596                 rc = fallback_migrate_page(mapping, newpage, page);
597
598         if (rc) {
599                 newpage->mapping = NULL;
600         } else {
601                 if (remap_swapcache)
602                         remove_migration_ptes(page, newpage);
603         }
604
605         unlock_page(newpage);
606
607         return rc;
608 }
609
610 /*
611  * Obtain the lock on page, remove all ptes and migrate the page
612  * to the newly allocated page in newpage.
613  */
614 static int unmap_and_move(new_page_t get_new_page, unsigned long private,
615                         struct page *page, int force, int offlining)
616 {
617         int rc = 0;
618         int *result = NULL;
619         struct page *newpage = get_new_page(page, private, &result);
620         int remap_swapcache = 1;
621         int rcu_locked = 0;
622         int charge = 0;
623         struct mem_cgroup *mem = NULL;
624         struct anon_vma *anon_vma = NULL;
625
626         if (!newpage)
627                 return -ENOMEM;
628
629         if (page_count(page) == 1) {
630                 /* page was freed from under us. So we are done. */
631                 goto move_newpage;
632         }
633
634         /* prepare cgroup just returns 0 or -ENOMEM */
635         rc = -EAGAIN;
636
637         if (!trylock_page(page)) {
638                 if (!force)
639                         goto move_newpage;
640                 lock_page(page);
641         }
642
643         /*
644          * Only memory hotplug's offline_pages() caller has locked out KSM,
645          * and can safely migrate a KSM page.  The other cases have skipped
646          * PageKsm along with PageReserved - but it is only now when we have
647          * the page lock that we can be certain it will not go KSM beneath us
648          * (KSM will not upgrade a page from PageAnon to PageKsm when it sees
649          * its pagecount raised, but only here do we take the page lock which
650          * serializes that).
651          */
652         if (PageKsm(page) && !offlining) {
653                 rc = -EBUSY;
654                 goto unlock;
655         }
656
657         /* charge against new page */
658         charge = mem_cgroup_prepare_migration(page, newpage, &mem);
659         if (charge == -ENOMEM) {
660                 rc = -ENOMEM;
661                 goto unlock;
662         }
663         BUG_ON(charge);
664
665         if (PageWriteback(page)) {
666                 if (!force)
667                         goto uncharge;
668                 wait_on_page_writeback(page);
669         }
670         /*
671          * By try_to_unmap(), page->mapcount goes down to 0 here. In this case,
672          * we cannot notice that anon_vma is freed while we migrates a page.
673          * This rcu_read_lock() delays freeing anon_vma pointer until the end
674          * of migration. File cache pages are no problem because of page_lock()
675          * File Caches may use write_page() or lock_page() in migration, then,
676          * just care Anon page here.
677          */
678         if (PageAnon(page)) {
679                 rcu_read_lock();
680                 rcu_locked = 1;
681
682                 /* Determine how to safely use anon_vma */
683                 if (!page_mapped(page)) {
684                         if (!PageSwapCache(page))
685                                 goto rcu_unlock;
686
687                         /*
688                          * We cannot be sure that the anon_vma of an unmapped
689                          * swapcache page is safe to use because we don't
690                          * know in advance if the VMA that this page belonged
691                          * to still exists. If the VMA and others sharing the
692                          * data have been freed, then the anon_vma could
693                          * already be invalid.
694                          *
695                          * To avoid this possibility, swapcache pages get
696                          * migrated but are not remapped when migration
697                          * completes
698                          */
699                         remap_swapcache = 0;
700                 } else {
701                         /*
702                          * Take a reference count on the anon_vma if the
703                          * page is mapped so that it is guaranteed to
704                          * exist when the page is remapped later
705                          */
706                         anon_vma = page_anon_vma(page);
707                         get_anon_vma(anon_vma);
708                 }
709         }
710
711         /*
712          * Corner case handling:
713          * 1. When a new swap-cache page is read into, it is added to the LRU
714          * and treated as swapcache but it has no rmap yet.
715          * Calling try_to_unmap() against a page->mapping==NULL page will
716          * trigger a BUG.  So handle it here.
717          * 2. An orphaned page (see truncate_complete_page) might have
718          * fs-private metadata. The page can be picked up due to memory
719          * offlining.  Everywhere else except page reclaim, the page is
720          * invisible to the vm, so the page can not be migrated.  So try to
721          * free the metadata, so the page can be freed.
722          */
723         if (!page->mapping) {
724                 if (!PageAnon(page) && page_has_private(page)) {
725                         /*
726                          * Go direct to try_to_free_buffers() here because
727                          * a) that's what try_to_release_page() would do anyway
728                          * b) we may be under rcu_read_lock() here, so we can't
729                          *    use GFP_KERNEL which is what try_to_release_page()
730                          *    needs to be effective.
731                          */
732                         try_to_free_buffers(page);
733                         goto rcu_unlock;
734                 }
735                 goto skip_unmap;
736         }
737
738         /* Establish migration ptes or remove ptes */
739         try_to_unmap(page, TTU_MIGRATION|TTU_IGNORE_MLOCK|TTU_IGNORE_ACCESS);
740
741 skip_unmap:
742         if (!page_mapped(page))
743                 rc = move_to_new_page(newpage, page, remap_swapcache);
744
745         if (rc && remap_swapcache)
746                 remove_migration_ptes(page, page);
747 rcu_unlock:
748
749         /* Drop an anon_vma reference if we took one */
750         if (anon_vma)
751                 drop_anon_vma(anon_vma);
752
753         if (rcu_locked)
754                 rcu_read_unlock();
755 uncharge:
756         if (!charge)
757                 mem_cgroup_end_migration(mem, page, newpage);
758 unlock:
759         unlock_page(page);
760
761         if (rc != -EAGAIN) {
762                 /*
763                  * A page that has been migrated has all references
764                  * removed and will be freed. A page that has not been
765                  * migrated will have kepts its references and be
766                  * restored.
767                  */
768                 list_del(&page->lru);
769                 dec_zone_page_state(page, NR_ISOLATED_ANON +
770                                 page_is_file_cache(page));
771                 putback_lru_page(page);
772         }
773
774 move_newpage:
775
776         /*
777          * Move the new page to the LRU. If migration was not successful
778          * then this will free the page.
779          */
780         putback_lru_page(newpage);
781
782         if (result) {
783                 if (rc)
784                         *result = rc;
785                 else
786                         *result = page_to_nid(newpage);
787         }
788         return rc;
789 }
790
791 /*
792  * Counterpart of unmap_and_move_page() for hugepage migration.
793  *
794  * This function doesn't wait the completion of hugepage I/O
795  * because there is no race between I/O and migration for hugepage.
796  * Note that currently hugepage I/O occurs only in direct I/O
797  * where no lock is held and PG_writeback is irrelevant,
798  * and writeback status of all subpages are counted in the reference
799  * count of the head page (i.e. if all subpages of a 2MB hugepage are
800  * under direct I/O, the reference of the head page is 512 and a bit more.)
801  * This means that when we try to migrate hugepage whose subpages are
802  * doing direct I/O, some references remain after try_to_unmap() and
803  * hugepage migration fails without data corruption.
804  *
805  * There is also no race when direct I/O is issued on the page under migration,
806  * because then pte is replaced with migration swap entry and direct I/O code
807  * will wait in the page fault for migration to complete.
808  */
809 static int unmap_and_move_huge_page(new_page_t get_new_page,
810                                 unsigned long private, struct page *hpage,
811                                 int force, int offlining)
812 {
813         int rc = 0;
814         int *result = NULL;
815         struct page *new_hpage = get_new_page(hpage, private, &result);
816         int rcu_locked = 0;
817         struct anon_vma *anon_vma = NULL;
818
819         if (!new_hpage)
820                 return -ENOMEM;
821
822         rc = -EAGAIN;
823
824         if (!trylock_page(hpage)) {
825                 if (!force)
826                         goto out;
827                 lock_page(hpage);
828         }
829
830         if (PageAnon(hpage)) {
831                 rcu_read_lock();
832                 rcu_locked = 1;
833
834                 if (page_mapped(hpage)) {
835                         anon_vma = page_anon_vma(hpage);
836                         atomic_inc(&anon_vma->external_refcount);
837                 }
838         }
839
840         try_to_unmap(hpage, TTU_MIGRATION|TTU_IGNORE_MLOCK|TTU_IGNORE_ACCESS);
841
842         if (!page_mapped(hpage))
843                 rc = move_to_new_page(new_hpage, hpage, 1);
844
845         if (rc)
846                 remove_migration_ptes(hpage, hpage);
847
848         if (anon_vma && atomic_dec_and_lock(&anon_vma->external_refcount,
849                                             &anon_vma->lock)) {
850                 int empty = list_empty(&anon_vma->head);
851                 spin_unlock(&anon_vma->lock);
852                 if (empty)
853                         anon_vma_free(anon_vma);
854         }
855
856         if (rcu_locked)
857                 rcu_read_unlock();
858 out:
859         unlock_page(hpage);
860
861         if (rc != -EAGAIN) {
862                 list_del(&hpage->lru);
863                 put_page(hpage);
864         }
865
866         put_page(new_hpage);
867
868         if (result) {
869                 if (rc)
870                         *result = rc;
871                 else
872                         *result = page_to_nid(new_hpage);
873         }
874         return rc;
875 }
876
877 /*
878  * migrate_pages
879  *
880  * The function takes one list of pages to migrate and a function
881  * that determines from the page to be migrated and the private data
882  * the target of the move and allocates the page.
883  *
884  * The function returns after 10 attempts or if no pages
885  * are movable anymore because to has become empty
886  * or no retryable pages exist anymore.
887  * Caller should call putback_lru_pages to return pages to the LRU
888  * or free list.
889  *
890  * Return: Number of pages not migrated or error code.
891  */
892 int migrate_pages(struct list_head *from,
893                 new_page_t get_new_page, unsigned long private, int offlining)
894 {
895         int retry = 1;
896         int nr_failed = 0;
897         int pass = 0;
898         struct page *page;
899         struct page *page2;
900         int swapwrite = current->flags & PF_SWAPWRITE;
901         int rc;
902
903         if (!swapwrite)
904                 current->flags |= PF_SWAPWRITE;
905
906         for(pass = 0; pass < 10 && retry; pass++) {
907                 retry = 0;
908
909                 list_for_each_entry_safe(page, page2, from, lru) {
910                         cond_resched();
911
912                         rc = unmap_and_move(get_new_page, private,
913                                                 page, pass > 2, offlining);
914
915                         switch(rc) {
916                         case -ENOMEM:
917                                 goto out;
918                         case -EAGAIN:
919                                 retry++;
920                                 break;
921                         case 0:
922                                 break;
923                         default:
924                                 /* Permanent failure */
925                                 nr_failed++;
926                                 break;
927                         }
928                 }
929         }
930         rc = 0;
931 out:
932         if (!swapwrite)
933                 current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
934
935         if (rc)
936                 return rc;
937
938         return nr_failed + retry;
939 }
940
941 int migrate_huge_pages(struct list_head *from,
942                 new_page_t get_new_page, unsigned long private, int offlining)
943 {
944         int retry = 1;
945         int nr_failed = 0;
946         int pass = 0;
947         struct page *page;
948         struct page *page2;
949         int rc;
950
951         for (pass = 0; pass < 10 && retry; pass++) {
952                 retry = 0;
953
954                 list_for_each_entry_safe(page, page2, from, lru) {
955                         cond_resched();
956
957                         rc = unmap_and_move_huge_page(get_new_page,
958                                         private, page, pass > 2, offlining);
959
960                         switch(rc) {
961                         case -ENOMEM:
962                                 goto out;
963                         case -EAGAIN:
964                                 retry++;
965                                 break;
966                         case 0:
967                                 break;
968                         default:
969                                 /* Permanent failure */
970                                 nr_failed++;
971                                 break;
972                         }
973                 }
974         }
975         rc = 0;
976 out:
977
978         list_for_each_entry_safe(page, page2, from, lru)
979                 put_page(page);
980
981         if (rc)
982                 return rc;
983
984         return nr_failed + retry;
985 }
986
987 #ifdef CONFIG_NUMA
988 /*
989  * Move a list of individual pages
990  */
991 struct page_to_node {
992         unsigned long addr;
993         struct page *page;
994         int node;
995         int status;
996 };
997
998 static struct page *new_page_node(struct page *p, unsigned long private,
999                 int **result)
1000 {
1001         struct page_to_node *pm = (struct page_to_node *)private;
1002
1003         while (pm->node != MAX_NUMNODES && pm->page != p)
1004                 pm++;
1005
1006         if (pm->node == MAX_NUMNODES)
1007                 return NULL;
1008
1009         *result = &pm->status;
1010
1011         return alloc_pages_exact_node(pm->node,
1012                                 GFP_HIGHUSER_MOVABLE | GFP_THISNODE, 0);
1013 }
1014
1015 /*
1016  * Move a set of pages as indicated in the pm array. The addr
1017  * field must be set to the virtual address of the page to be moved
1018  * and the node number must contain a valid target node.
1019  * The pm array ends with node = MAX_NUMNODES.
1020  */
1021 static int do_move_page_to_node_array(struct mm_struct *mm,
1022                                       struct page_to_node *pm,
1023                                       int migrate_all)
1024 {
1025         int err;
1026         struct page_to_node *pp;
1027         LIST_HEAD(pagelist);
1028
1029         down_read(&mm->mmap_sem);
1030
1031         /*
1032          * Build a list of pages to migrate
1033          */
1034         for (pp = pm; pp->node != MAX_NUMNODES; pp++) {
1035                 struct vm_area_struct *vma;
1036                 struct page *page;
1037
1038                 err = -EFAULT;
1039                 vma = find_vma(mm, pp->addr);
1040                 if (!vma || pp->addr < vma->vm_start || !vma_migratable(vma))
1041                         goto set_status;
1042
1043                 page = follow_page(vma, pp->addr, FOLL_GET);
1044
1045                 err = PTR_ERR(page);
1046                 if (IS_ERR(page))
1047                         goto set_status;
1048
1049                 err = -ENOENT;
1050                 if (!page)
1051                         goto set_status;
1052
1053                 /* Use PageReserved to check for zero page */
1054                 if (PageReserved(page) || PageKsm(page))
1055                         goto put_and_set;
1056
1057                 pp->page = page;
1058                 err = page_to_nid(page);
1059
1060                 if (err == pp->node)
1061                         /*
1062                          * Node already in the right place
1063                          */
1064                         goto put_and_set;
1065
1066                 err = -EACCES;
1067                 if (page_mapcount(page) > 1 &&
1068                                 !migrate_all)
1069                         goto put_and_set;
1070
1071                 err = isolate_lru_page(page);
1072                 if (!err) {
1073                         list_add_tail(&page->lru, &pagelist);
1074                         inc_zone_page_state(page, NR_ISOLATED_ANON +
1075                                             page_is_file_cache(page));
1076                 }
1077 put_and_set:
1078                 /*
1079                  * Either remove the duplicate refcount from
1080                  * isolate_lru_page() or drop the page ref if it was
1081                  * not isolated.
1082                  */
1083                 put_page(page);
1084 set_status:
1085                 pp->status = err;
1086         }
1087
1088         err = 0;
1089         if (!list_empty(&pagelist)) {
1090                 err = migrate_pages(&pagelist, new_page_node,
1091                                 (unsigned long)pm, 0);
1092                 if (err)
1093                         putback_lru_pages(&pagelist);
1094         }
1095
1096         up_read(&mm->mmap_sem);
1097         return err;
1098 }
1099
1100 /*
1101  * Migrate an array of page address onto an array of nodes and fill
1102  * the corresponding array of status.
1103  */
1104 static int do_pages_move(struct mm_struct *mm, struct task_struct *task,
1105                          unsigned long nr_pages,
1106                          const void __user * __user *pages,
1107                          const int __user *nodes,
1108                          int __user *status, int flags)
1109 {
1110         struct page_to_node *pm;
1111         nodemask_t task_nodes;
1112         unsigned long chunk_nr_pages;
1113         unsigned long chunk_start;
1114         int err;
1115
1116         task_nodes = cpuset_mems_allowed(task);
1117
1118         err = -ENOMEM;
1119         pm = (struct page_to_node *)__get_free_page(GFP_KERNEL);
1120         if (!pm)
1121                 goto out;
1122
1123         migrate_prep();
1124
1125         /*
1126          * Store a chunk of page_to_node array in a page,
1127          * but keep the last one as a marker
1128          */
1129         chunk_nr_pages = (PAGE_SIZE / sizeof(struct page_to_node)) - 1;
1130
1131         for (chunk_start = 0;
1132              chunk_start < nr_pages;
1133              chunk_start += chunk_nr_pages) {
1134                 int j;
1135
1136                 if (chunk_start + chunk_nr_pages > nr_pages)
1137                         chunk_nr_pages = nr_pages - chunk_start;
1138
1139                 /* fill the chunk pm with addrs and nodes from user-space */
1140                 for (j = 0; j < chunk_nr_pages; j++) {
1141                         const void __user *p;
1142                         int node;
1143
1144                         err = -EFAULT;
1145                         if (get_user(p, pages + j + chunk_start))
1146                                 goto out_pm;
1147                         pm[j].addr = (unsigned long) p;
1148
1149                         if (get_user(node, nodes + j + chunk_start))
1150                                 goto out_pm;
1151
1152                         err = -ENODEV;
1153                         if (node < 0 || node >= MAX_NUMNODES)
1154                                 goto out_pm;
1155
1156                         if (!node_state(node, N_HIGH_MEMORY))
1157                                 goto out_pm;
1158
1159                         err = -EACCES;
1160                         if (!node_isset(node, task_nodes))
1161                                 goto out_pm;
1162
1163                         pm[j].node = node;
1164                 }
1165
1166                 /* End marker for this chunk */
1167                 pm[chunk_nr_pages].node = MAX_NUMNODES;
1168
1169                 /* Migrate this chunk */
1170                 err = do_move_page_to_node_array(mm, pm,
1171                                                  flags & MPOL_MF_MOVE_ALL);
1172                 if (err < 0)
1173                         goto out_pm;
1174
1175                 /* Return status information */
1176                 for (j = 0; j < chunk_nr_pages; j++)
1177                         if (put_user(pm[j].status, status + j + chunk_start)) {
1178                                 err = -EFAULT;
1179                                 goto out_pm;
1180                         }
1181         }
1182         err = 0;
1183
1184 out_pm:
1185         free_page((unsigned long)pm);
1186 out:
1187         return err;
1188 }
1189
1190 /*
1191  * Determine the nodes of an array of pages and store it in an array of status.
1192  */
1193 static void do_pages_stat_array(struct mm_struct *mm, unsigned long nr_pages,
1194                                 const void __user **pages, int *status)
1195 {
1196         unsigned long i;
1197
1198         down_read(&mm->mmap_sem);
1199
1200         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
1201                 unsigned long addr = (unsigned long)(*pages);
1202                 struct vm_area_struct *vma;
1203                 struct page *page;
1204                 int err = -EFAULT;
1205
1206                 vma = find_vma(mm, addr);
1207                 if (!vma || addr < vma->vm_start)
1208                         goto set_status;
1209
1210                 page = follow_page(vma, addr, 0);
1211
1212                 err = PTR_ERR(page);
1213                 if (IS_ERR(page))
1214                         goto set_status;
1215
1216                 err = -ENOENT;
1217                 /* Use PageReserved to check for zero page */
1218                 if (!page || PageReserved(page) || PageKsm(page))
1219                         goto set_status;
1220
1221                 err = page_to_nid(page);
1222 set_status:
1223                 *status = err;
1224
1225                 pages++;
1226                 status++;
1227         }
1228
1229         up_read(&mm->mmap_sem);
1230 }
1231
1232 /*
1233  * Determine the nodes of a user array of pages and store it in
1234  * a user array of status.
1235  */
1236 static int do_pages_stat(struct mm_struct *mm, unsigned long nr_pages,
1237                          const void __user * __user *pages,
1238                          int __user *status)
1239 {
1240 #define DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR 16
1241         const void __user *chunk_pages[DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR];
1242         int chunk_status[DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR];
1243
1244         while (nr_pages) {
1245                 unsigned long chunk_nr;
1246
1247                 chunk_nr = nr_pages;
1248                 if (chunk_nr > DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR)
1249                         chunk_nr = DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR;
1250
1251                 if (copy_from_user(chunk_pages, pages, chunk_nr * sizeof(*chunk_pages)))
1252                         break;
1253
1254                 do_pages_stat_array(mm, chunk_nr, chunk_pages, chunk_status);
1255
1256                 if (copy_to_user(status, chunk_status, chunk_nr * sizeof(*status)))
1257                         break;
1258
1259                 pages += chunk_nr;
1260                 status += chunk_nr;
1261                 nr_pages -= chunk_nr;
1262         }
1263         return nr_pages ? -EFAULT : 0;
1264 }
1265
1266 /*
1267  * Move a list of pages in the address space of the currently executing
1268  * process.
1269  */
1270 SYSCALL_DEFINE6(move_pages, pid_t, pid, unsigned long, nr_pages,
1271                 const void __user * __user *, pages,
1272                 const int __user *, nodes,
1273                 int __user *, status, int, flags)
1274 {
1275         const struct cred *cred = current_cred(), *tcred;
1276         struct task_struct *task;
1277         struct mm_struct *mm;
1278         int err;
1279
1280         /* Check flags */
1281         if (flags & ~(MPOL_MF_MOVE|MPOL_MF_MOVE_ALL))
1282                 return -EINVAL;
1283
1284         if ((flags & MPOL_MF_MOVE_ALL) && !capable(CAP_SYS_NICE))
1285                 return -EPERM;
1286
1287         /* Find the mm_struct */
1288         read_lock(&tasklist_lock);
1289         task = pid ? find_task_by_vpid(pid) : current;
1290         if (!task) {
1291                 read_unlock(&tasklist_lock);
1292                 return -ESRCH;
1293         }
1294         mm = get_task_mm(task);
1295         read_unlock(&tasklist_lock);
1296
1297         if (!mm)
1298                 return -EINVAL;
1299
1300         /*
1301          * Check if this process has the right to modify the specified
1302          * process. The right exists if the process has administrative
1303          * capabilities, superuser privileges or the same
1304          * userid as the target process.
1305          */
1306         rcu_read_lock();
1307         tcred = __task_cred(task);
1308         if (cred->euid != tcred->suid && cred->euid != tcred->uid &&
1309             cred->uid  != tcred->suid && cred->uid  != tcred->uid &&
1310             !capable(CAP_SYS_NICE)) {
1311                 rcu_read_unlock();
1312                 err = -EPERM;
1313                 goto out;
1314         }
1315         rcu_read_unlock();
1316
1317         err = security_task_movememory(task);
1318         if (err)
1319                 goto out;
1320
1321         if (nodes) {
1322                 err = do_pages_move(mm, task, nr_pages, pages, nodes, status,
1323                                     flags);
1324         } else {
1325                 err = do_pages_stat(mm, nr_pages, pages, status);
1326         }
1327
1328 out:
1329         mmput(mm);
1330         return err;
1331 }
1332
1333 /*
1334  * Call migration functions in the vma_ops that may prepare
1335  * memory in a vm for migration. migration functions may perform
1336  * the migration for vmas that do not have an underlying page struct.
1337  */
1338 int migrate_vmas(struct mm_struct *mm, const nodemask_t *to,
1339         const nodemask_t *from, unsigned long flags)
1340 {
1341         struct vm_area_struct *vma;
1342         int err = 0;
1343
1344         for (vma = mm->mmap; vma && !err; vma = vma->vm_next) {
1345                 if (vma->vm_ops && vma->vm_ops->migrate) {
1346                         err = vma->vm_ops->migrate(vma, to, from, flags);
1347                         if (err)
1348                                 break;
1349                 }
1350         }
1351         return err;
1352 }
1353 #endif