vmstat: mlocked pages statistics
[linux-2.6.git] / mm / mlock.c
1 /*
2  *      linux/mm/mlock.c
3  *
4  *  (C) Copyright 1995 Linus Torvalds
5  *  (C) Copyright 2002 Christoph Hellwig
6  */
7
8 #include <linux/capability.h>
9 #include <linux/mman.h>
10 #include <linux/mm.h>
11 #include <linux/swap.h>
12 #include <linux/swapops.h>
13 #include <linux/pagemap.h>
14 #include <linux/mempolicy.h>
15 #include <linux/syscalls.h>
16 #include <linux/sched.h>
17 #include <linux/module.h>
18 #include <linux/rmap.h>
19 #include <linux/mmzone.h>
20 #include <linux/hugetlb.h>
21
22 #include "internal.h"
23
24 int can_do_mlock(void)
25 {
26         if (capable(CAP_IPC_LOCK))
27                 return 1;
28         if (current->signal->rlim[RLIMIT_MEMLOCK].rlim_cur != 0)
29                 return 1;
30         return 0;
31 }
32 EXPORT_SYMBOL(can_do_mlock);
33
34 #ifdef CONFIG_UNEVICTABLE_LRU
35 /*
36  * Mlocked pages are marked with PageMlocked() flag for efficient testing
37  * in vmscan and, possibly, the fault path; and to support semi-accurate
38  * statistics.
39  *
40  * An mlocked page [PageMlocked(page)] is unevictable.  As such, it will
41  * be placed on the LRU "unevictable" list, rather than the [in]active lists.
42  * The unevictable list is an LRU sibling list to the [in]active lists.
43  * PageUnevictable is set to indicate the unevictable state.
44  *
45  * When lazy mlocking via vmscan, it is important to ensure that the
46  * vma's VM_LOCKED status is not concurrently being modified, otherwise we
47  * may have mlocked a page that is being munlocked. So lazy mlock must take
48  * the mmap_sem for read, and verify that the vma really is locked
49  * (see mm/rmap.c).
50  */
51
52 /*
53  *  LRU accounting for clear_page_mlock()
54  */
55 void __clear_page_mlock(struct page *page)
56 {
57         VM_BUG_ON(!PageLocked(page));
58
59         if (!page->mapping) {   /* truncated ? */
60                 return;
61         }
62
63         dec_zone_page_state(page, NR_MLOCK);
64         count_vm_event(UNEVICTABLE_PGCLEARED);
65         if (!isolate_lru_page(page)) {
66                 putback_lru_page(page);
67         } else {
68                 /*
69                  * Page not on the LRU yet.  Flush all pagevecs and retry.
70                  */
71                 lru_add_drain_all();
72                 if (!isolate_lru_page(page))
73                         putback_lru_page(page);
74                 else if (PageUnevictable(page))
75                         count_vm_event(UNEVICTABLE_PGSTRANDED);
76
77         }
78 }
79
80 /*
81  * Mark page as mlocked if not already.
82  * If page on LRU, isolate and putback to move to unevictable list.
83  */
84 void mlock_vma_page(struct page *page)
85 {
86         BUG_ON(!PageLocked(page));
87
88         if (!TestSetPageMlocked(page)) {
89                 inc_zone_page_state(page, NR_MLOCK);
90                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGMLOCKED);
91                 if (!isolate_lru_page(page))
92                         putback_lru_page(page);
93         }
94 }
95
96 /*
97  * called from munlock()/munmap() path with page supposedly on the LRU.
98  *
99  * Note:  unlike mlock_vma_page(), we can't just clear the PageMlocked
100  * [in try_to_munlock()] and then attempt to isolate the page.  We must
101  * isolate the page to keep others from messing with its unevictable
102  * and mlocked state while trying to munlock.  However, we pre-clear the
103  * mlocked state anyway as we might lose the isolation race and we might
104  * not get another chance to clear PageMlocked.  If we successfully
105  * isolate the page and try_to_munlock() detects other VM_LOCKED vmas
106  * mapping the page, it will restore the PageMlocked state, unless the page
107  * is mapped in a non-linear vma.  So, we go ahead and SetPageMlocked(),
108  * perhaps redundantly.
109  * If we lose the isolation race, and the page is mapped by other VM_LOCKED
110  * vmas, we'll detect this in vmscan--via try_to_munlock() or try_to_unmap()
111  * either of which will restore the PageMlocked state by calling
112  * mlock_vma_page() above, if it can grab the vma's mmap sem.
113  */
114 static void munlock_vma_page(struct page *page)
115 {
116         BUG_ON(!PageLocked(page));
117
118         if (TestClearPageMlocked(page)) {
119                 dec_zone_page_state(page, NR_MLOCK);
120                 if (!isolate_lru_page(page)) {
121                         int ret = try_to_munlock(page);
122                         /*
123                          * did try_to_unlock() succeed or punt?
124                          */
125                         if (ret == SWAP_SUCCESS || ret == SWAP_AGAIN)
126                                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGMUNLOCKED);
127
128                         putback_lru_page(page);
129                 } else {
130                         /*
131                          * We lost the race.  let try_to_unmap() deal
132                          * with it.  At least we get the page state and
133                          * mlock stats right.  However, page is still on
134                          * the noreclaim list.  We'll fix that up when
135                          * the page is eventually freed or we scan the
136                          * noreclaim list.
137                          */
138                         if (PageUnevictable(page))
139                                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGSTRANDED);
140                         else
141                                 count_vm_event(UNEVICTABLE_PGMUNLOCKED);
142                 }
143         }
144 }
145
146 /**
147  * __mlock_vma_pages_range() -  mlock/munlock a range of pages in the vma.
148  * @vma:   target vma
149  * @start: start address
150  * @end:   end address
151  * @mlock: 0 indicate munlock, otherwise mlock.
152  *
153  * If @mlock == 0, unlock an mlocked range;
154  * else mlock the range of pages.  This takes care of making the pages present ,
155  * too.
156  *
157  * return 0 on success, negative error code on error.
158  *
159  * vma->vm_mm->mmap_sem must be held for at least read.
160  */
161 static long __mlock_vma_pages_range(struct vm_area_struct *vma,
162                                    unsigned long start, unsigned long end,
163                                    int mlock)
164 {
165         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
166         unsigned long addr = start;
167         struct page *pages[16]; /* 16 gives a reasonable batch */
168         int nr_pages = (end - start) / PAGE_SIZE;
169         int ret;
170         int gup_flags = 0;
171
172         VM_BUG_ON(start & ~PAGE_MASK);
173         VM_BUG_ON(end   & ~PAGE_MASK);
174         VM_BUG_ON(start < vma->vm_start);
175         VM_BUG_ON(end   > vma->vm_end);
176         VM_BUG_ON((!rwsem_is_locked(&mm->mmap_sem)) &&
177                   (atomic_read(&mm->mm_users) != 0));
178
179         /*
180          * mlock:   don't page populate if page has PROT_NONE permission.
181          * munlock: the pages always do munlock althrough
182          *          its has PROT_NONE permission.
183          */
184         if (!mlock)
185                 gup_flags |= GUP_FLAGS_IGNORE_VMA_PERMISSIONS;
186
187         if (vma->vm_flags & VM_WRITE)
188                 gup_flags |= GUP_FLAGS_WRITE;
189
190         lru_add_drain_all();    /* push cached pages to LRU */
191
192         while (nr_pages > 0) {
193                 int i;
194
195                 cond_resched();
196
197                 /*
198                  * get_user_pages makes pages present if we are
199                  * setting mlock. and this extra reference count will
200                  * disable migration of this page.  However, page may
201                  * still be truncated out from under us.
202                  */
203                 ret = __get_user_pages(current, mm, addr,
204                                 min_t(int, nr_pages, ARRAY_SIZE(pages)),
205                                 gup_flags, pages, NULL);
206                 /*
207                  * This can happen for, e.g., VM_NONLINEAR regions before
208                  * a page has been allocated and mapped at a given offset,
209                  * or for addresses that map beyond end of a file.
210                  * We'll mlock the the pages if/when they get faulted in.
211                  */
212                 if (ret < 0)
213                         break;
214                 if (ret == 0) {
215                         /*
216                          * We know the vma is there, so the only time
217                          * we cannot get a single page should be an
218                          * error (ret < 0) case.
219                          */
220                         WARN_ON(1);
221                         break;
222                 }
223
224                 lru_add_drain();        /* push cached pages to LRU */
225
226                 for (i = 0; i < ret; i++) {
227                         struct page *page = pages[i];
228
229                         lock_page(page);
230                         /*
231                          * Because we lock page here and migration is blocked
232                          * by the elevated reference, we need only check for
233                          * page truncation (file-cache only).
234                          */
235                         if (page->mapping) {
236                                 if (mlock)
237                                         mlock_vma_page(page);
238                                 else
239                                         munlock_vma_page(page);
240                         }
241                         unlock_page(page);
242                         put_page(page);         /* ref from get_user_pages() */
243
244                         /*
245                          * here we assume that get_user_pages() has given us
246                          * a list of virtually contiguous pages.
247                          */
248                         addr += PAGE_SIZE;      /* for next get_user_pages() */
249                         nr_pages--;
250                 }
251         }
252
253         lru_add_drain_all();    /* to update stats */
254
255         return 0;       /* count entire vma as locked_vm */
256 }
257
258 #else /* CONFIG_UNEVICTABLE_LRU */
259
260 /*
261  * Just make pages present if VM_LOCKED.  No-op if unlocking.
262  */
263 static long __mlock_vma_pages_range(struct vm_area_struct *vma,
264                                    unsigned long start, unsigned long end,
265                                    int mlock)
266 {
267         if (mlock && (vma->vm_flags & VM_LOCKED))
268                 make_pages_present(start, end);
269         return 0;
270 }
271 #endif /* CONFIG_UNEVICTABLE_LRU */
272
273 /**
274  * mlock_vma_pages_range() - mlock pages in specified vma range.
275  * @vma - the vma containing the specfied address range
276  * @start - starting address in @vma to mlock
277  * @end   - end address [+1] in @vma to mlock
278  *
279  * For mmap()/mremap()/expansion of mlocked vma.
280  *
281  * return 0 on success for "normal" vmas.
282  *
283  * return number of pages [> 0] to be removed from locked_vm on success
284  * of "special" vmas.
285  *
286  * return negative error if vma spanning @start-@range disappears while
287  * mmap semaphore is dropped.  Unlikely?
288  */
289 long mlock_vma_pages_range(struct vm_area_struct *vma,
290                         unsigned long start, unsigned long end)
291 {
292         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
293         int nr_pages = (end - start) / PAGE_SIZE;
294         BUG_ON(!(vma->vm_flags & VM_LOCKED));
295
296         /*
297          * filter unlockable vmas
298          */
299         if (vma->vm_flags & (VM_IO | VM_PFNMAP))
300                 goto no_mlock;
301
302         if (!((vma->vm_flags & (VM_DONTEXPAND | VM_RESERVED)) ||
303                         is_vm_hugetlb_page(vma) ||
304                         vma == get_gate_vma(current))) {
305                 long error;
306                 downgrade_write(&mm->mmap_sem);
307
308                 error = __mlock_vma_pages_range(vma, start, end, 1);
309
310                 up_read(&mm->mmap_sem);
311                 /* vma can change or disappear */
312                 down_write(&mm->mmap_sem);
313                 vma = find_vma(mm, start);
314                 /* non-NULL vma must contain @start, but need to check @end */
315                 if (!vma ||  end > vma->vm_end)
316                         return -ENOMEM;
317
318                 return 0;       /* hide other errors from mmap(), et al */
319         }
320
321         /*
322          * User mapped kernel pages or huge pages:
323          * make these pages present to populate the ptes, but
324          * fall thru' to reset VM_LOCKED--no need to unlock, and
325          * return nr_pages so these don't get counted against task's
326          * locked limit.  huge pages are already counted against
327          * locked vm limit.
328          */
329         make_pages_present(start, end);
330
331 no_mlock:
332         vma->vm_flags &= ~VM_LOCKED;    /* and don't come back! */
333         return nr_pages;                /* error or pages NOT mlocked */
334 }
335
336
337 /*
338  * munlock_vma_pages_range() - munlock all pages in the vma range.'
339  * @vma - vma containing range to be munlock()ed.
340  * @start - start address in @vma of the range
341  * @end - end of range in @vma.
342  *
343  *  For mremap(), munmap() and exit().
344  *
345  * Called with @vma VM_LOCKED.
346  *
347  * Returns with VM_LOCKED cleared.  Callers must be prepared to
348  * deal with this.
349  *
350  * We don't save and restore VM_LOCKED here because pages are
351  * still on lru.  In unmap path, pages might be scanned by reclaim
352  * and re-mlocked by try_to_{munlock|unmap} before we unmap and
353  * free them.  This will result in freeing mlocked pages.
354  */
355 void munlock_vma_pages_range(struct vm_area_struct *vma,
356                            unsigned long start, unsigned long end)
357 {
358         vma->vm_flags &= ~VM_LOCKED;
359         __mlock_vma_pages_range(vma, start, end, 0);
360 }
361
362 /*
363  * mlock_fixup  - handle mlock[all]/munlock[all] requests.
364  *
365  * Filters out "special" vmas -- VM_LOCKED never gets set for these, and
366  * munlock is a no-op.  However, for some special vmas, we go ahead and
367  * populate the ptes via make_pages_present().
368  *
369  * For vmas that pass the filters, merge/split as appropriate.
370  */
371 static int mlock_fixup(struct vm_area_struct *vma, struct vm_area_struct **prev,
372         unsigned long start, unsigned long end, unsigned int newflags)
373 {
374         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
375         pgoff_t pgoff;
376         int nr_pages;
377         int ret = 0;
378         int lock = newflags & VM_LOCKED;
379
380         if (newflags == vma->vm_flags ||
381                         (vma->vm_flags & (VM_IO | VM_PFNMAP)))
382                 goto out;       /* don't set VM_LOCKED,  don't count */
383
384         if ((vma->vm_flags & (VM_DONTEXPAND | VM_RESERVED)) ||
385                         is_vm_hugetlb_page(vma) ||
386                         vma == get_gate_vma(current)) {
387                 if (lock)
388                         make_pages_present(start, end);
389                 goto out;       /* don't set VM_LOCKED,  don't count */
390         }
391
392         pgoff = vma->vm_pgoff + ((start - vma->vm_start) >> PAGE_SHIFT);
393         *prev = vma_merge(mm, *prev, start, end, newflags, vma->anon_vma,
394                           vma->vm_file, pgoff, vma_policy(vma));
395         if (*prev) {
396                 vma = *prev;
397                 goto success;
398         }
399
400         if (start != vma->vm_start) {
401                 ret = split_vma(mm, vma, start, 1);
402                 if (ret)
403                         goto out;
404         }
405
406         if (end != vma->vm_end) {
407                 ret = split_vma(mm, vma, end, 0);
408                 if (ret)
409                         goto out;
410         }
411
412 success:
413         /*
414          * Keep track of amount of locked VM.
415          */
416         nr_pages = (end - start) >> PAGE_SHIFT;
417         if (!lock)
418                 nr_pages = -nr_pages;
419         mm->locked_vm += nr_pages;
420
421         /*
422          * vm_flags is protected by the mmap_sem held in write mode.
423          * It's okay if try_to_unmap_one unmaps a page just after we
424          * set VM_LOCKED, __mlock_vma_pages_range will bring it back.
425          */
426         vma->vm_flags = newflags;
427
428         if (lock) {
429                 /*
430                  * mmap_sem is currently held for write.  Downgrade the write
431                  * lock to a read lock so that other faults, mmap scans, ...
432                  * while we fault in all pages.
433                  */
434                 downgrade_write(&mm->mmap_sem);
435
436                 ret = __mlock_vma_pages_range(vma, start, end, 1);
437                 if (ret > 0) {
438                         mm->locked_vm -= ret;
439                         ret = 0;
440                 }
441                 /*
442                  * Need to reacquire mmap sem in write mode, as our callers
443                  * expect this.  We have no support for atomically upgrading
444                  * a sem to write, so we need to check for ranges while sem
445                  * is unlocked.
446                  */
447                 up_read(&mm->mmap_sem);
448                 /* vma can change or disappear */
449                 down_write(&mm->mmap_sem);
450                 *prev = find_vma(mm, start);
451                 /* non-NULL *prev must contain @start, but need to check @end */
452                 if (!(*prev) || end > (*prev)->vm_end)
453                         ret = -ENOMEM;
454         } else {
455                 /*
456                  * TODO:  for unlocking, pages will already be resident, so
457                  * we don't need to wait for allocations/reclaim/pagein, ...
458                  * However, unlocking a very large region can still take a
459                  * while.  Should we downgrade the semaphore for both lock
460                  * AND unlock ?
461                  */
462                 __mlock_vma_pages_range(vma, start, end, 0);
463         }
464
465 out:
466         *prev = vma;
467         return ret;
468 }
469
470 static int do_mlock(unsigned long start, size_t len, int on)
471 {
472         unsigned long nstart, end, tmp;
473         struct vm_area_struct * vma, * prev;
474         int error;
475
476         len = PAGE_ALIGN(len);
477         end = start + len;
478         if (end < start)
479                 return -EINVAL;
480         if (end == start)
481                 return 0;
482         vma = find_vma_prev(current->mm, start, &prev);
483         if (!vma || vma->vm_start > start)
484                 return -ENOMEM;
485
486         if (start > vma->vm_start)
487                 prev = vma;
488
489         for (nstart = start ; ; ) {
490                 unsigned int newflags;
491
492                 /* Here we know that  vma->vm_start <= nstart < vma->vm_end. */
493
494                 newflags = vma->vm_flags | VM_LOCKED;
495                 if (!on)
496                         newflags &= ~VM_LOCKED;
497
498                 tmp = vma->vm_end;
499                 if (tmp > end)
500                         tmp = end;
501                 error = mlock_fixup(vma, &prev, nstart, tmp, newflags);
502                 if (error)
503                         break;
504                 nstart = tmp;
505                 if (nstart < prev->vm_end)
506                         nstart = prev->vm_end;
507                 if (nstart >= end)
508                         break;
509
510                 vma = prev->vm_next;
511                 if (!vma || vma->vm_start != nstart) {
512                         error = -ENOMEM;
513                         break;
514                 }
515         }
516         return error;
517 }
518
519 asmlinkage long sys_mlock(unsigned long start, size_t len)
520 {
521         unsigned long locked;
522         unsigned long lock_limit;
523         int error = -ENOMEM;
524
525         if (!can_do_mlock())
526                 return -EPERM;
527
528         down_write(&current->mm->mmap_sem);
529         len = PAGE_ALIGN(len + (start & ~PAGE_MASK));
530         start &= PAGE_MASK;
531
532         locked = len >> PAGE_SHIFT;
533         locked += current->mm->locked_vm;
534
535         lock_limit = current->signal->rlim[RLIMIT_MEMLOCK].rlim_cur;
536         lock_limit >>= PAGE_SHIFT;
537
538         /* check against resource limits */
539         if ((locked <= lock_limit) || capable(CAP_IPC_LOCK))
540                 error = do_mlock(start, len, 1);
541         up_write(&current->mm->mmap_sem);
542         return error;
543 }
544
545 asmlinkage long sys_munlock(unsigned long start, size_t len)
546 {
547         int ret;
548
549         down_write(&current->mm->mmap_sem);
550         len = PAGE_ALIGN(len + (start & ~PAGE_MASK));
551         start &= PAGE_MASK;
552         ret = do_mlock(start, len, 0);
553         up_write(&current->mm->mmap_sem);
554         return ret;
555 }
556
557 static int do_mlockall(int flags)
558 {
559         struct vm_area_struct * vma, * prev = NULL;
560         unsigned int def_flags = 0;
561
562         if (flags & MCL_FUTURE)
563                 def_flags = VM_LOCKED;
564         current->mm->def_flags = def_flags;
565         if (flags == MCL_FUTURE)
566                 goto out;
567
568         for (vma = current->mm->mmap; vma ; vma = prev->vm_next) {
569                 unsigned int newflags;
570
571                 newflags = vma->vm_flags | VM_LOCKED;
572                 if (!(flags & MCL_CURRENT))
573                         newflags &= ~VM_LOCKED;
574
575                 /* Ignore errors */
576                 mlock_fixup(vma, &prev, vma->vm_start, vma->vm_end, newflags);
577         }
578 out:
579         return 0;
580 }
581
582 asmlinkage long sys_mlockall(int flags)
583 {
584         unsigned long lock_limit;
585         int ret = -EINVAL;
586
587         if (!flags || (flags & ~(MCL_CURRENT | MCL_FUTURE)))
588                 goto out;
589
590         ret = -EPERM;
591         if (!can_do_mlock())
592                 goto out;
593
594         down_write(&current->mm->mmap_sem);
595
596         lock_limit = current->signal->rlim[RLIMIT_MEMLOCK].rlim_cur;
597         lock_limit >>= PAGE_SHIFT;
598
599         ret = -ENOMEM;
600         if (!(flags & MCL_CURRENT) || (current->mm->total_vm <= lock_limit) ||
601             capable(CAP_IPC_LOCK))
602                 ret = do_mlockall(flags);
603         up_write(&current->mm->mmap_sem);
604 out:
605         return ret;
606 }
607
608 asmlinkage long sys_munlockall(void)
609 {
610         int ret;
611
612         down_write(&current->mm->mmap_sem);
613         ret = do_mlockall(0);
614         up_write(&current->mm->mmap_sem);
615         return ret;
616 }
617
618 /*
619  * Objects with different lifetime than processes (SHM_LOCK and SHM_HUGETLB
620  * shm segments) get accounted against the user_struct instead.
621  */
622 static DEFINE_SPINLOCK(shmlock_user_lock);
623
624 int user_shm_lock(size_t size, struct user_struct *user)
625 {
626         unsigned long lock_limit, locked;
627         int allowed = 0;
628
629         locked = (size + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
630         lock_limit = current->signal->rlim[RLIMIT_MEMLOCK].rlim_cur;
631         if (lock_limit == RLIM_INFINITY)
632                 allowed = 1;
633         lock_limit >>= PAGE_SHIFT;
634         spin_lock(&shmlock_user_lock);
635         if (!allowed &&
636             locked + user->locked_shm > lock_limit && !capable(CAP_IPC_LOCK))
637                 goto out;
638         get_uid(user);
639         user->locked_shm += locked;
640         allowed = 1;
641 out:
642         spin_unlock(&shmlock_user_lock);
643         return allowed;
644 }
645
646 void user_shm_unlock(size_t size, struct user_struct *user)
647 {
648         spin_lock(&shmlock_user_lock);
649         user->locked_shm -= (size + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
650         spin_unlock(&shmlock_user_lock);
651         free_uid(user);
652 }