vmscan: split LRU lists into anon & file sets
[linux-2.6.git] / mm / readahead.c
1 /*
2  * mm/readahead.c - address_space-level file readahead.
3  *
4  * Copyright (C) 2002, Linus Torvalds
5  *
6  * 09Apr2002    Andrew Morton
7  *              Initial version.
8  */
9
10 #include <linux/kernel.h>
11 #include <linux/fs.h>
12 #include <linux/mm.h>
13 #include <linux/module.h>
14 #include <linux/blkdev.h>
15 #include <linux/backing-dev.h>
16 #include <linux/task_io_accounting_ops.h>
17 #include <linux/pagevec.h>
18 #include <linux/pagemap.h>
19
20 void default_unplug_io_fn(struct backing_dev_info *bdi, struct page *page)
21 {
22 }
23 EXPORT_SYMBOL(default_unplug_io_fn);
24
25 struct backing_dev_info default_backing_dev_info = {
26         .ra_pages       = VM_MAX_READAHEAD * 1024 / PAGE_CACHE_SIZE,
27         .state          = 0,
28         .capabilities   = BDI_CAP_MAP_COPY,
29         .unplug_io_fn   = default_unplug_io_fn,
30 };
31 EXPORT_SYMBOL_GPL(default_backing_dev_info);
32
33 /*
34  * Initialise a struct file's readahead state.  Assumes that the caller has
35  * memset *ra to zero.
36  */
37 void
38 file_ra_state_init(struct file_ra_state *ra, struct address_space *mapping)
39 {
40         ra->ra_pages = mapping->backing_dev_info->ra_pages;
41         ra->prev_pos = -1;
42 }
43 EXPORT_SYMBOL_GPL(file_ra_state_init);
44
45 #define list_to_page(head) (list_entry((head)->prev, struct page, lru))
46
47 /**
48  * read_cache_pages - populate an address space with some pages & start reads against them
49  * @mapping: the address_space
50  * @pages: The address of a list_head which contains the target pages.  These
51  *   pages have their ->index populated and are otherwise uninitialised.
52  * @filler: callback routine for filling a single page.
53  * @data: private data for the callback routine.
54  *
55  * Hides the details of the LRU cache etc from the filesystems.
56  */
57 int read_cache_pages(struct address_space *mapping, struct list_head *pages,
58                         int (*filler)(void *, struct page *), void *data)
59 {
60         struct page *page;
61         int ret = 0;
62
63         while (!list_empty(pages)) {
64                 page = list_to_page(pages);
65                 list_del(&page->lru);
66                 if (add_to_page_cache_lru(page, mapping,
67                                         page->index, GFP_KERNEL)) {
68                         page_cache_release(page);
69                         continue;
70                 }
71                 page_cache_release(page);
72
73                 ret = filler(data, page);
74                 if (unlikely(ret)) {
75                         put_pages_list(pages);
76                         break;
77                 }
78                 task_io_account_read(PAGE_CACHE_SIZE);
79         }
80         return ret;
81 }
82
83 EXPORT_SYMBOL(read_cache_pages);
84
85 static int read_pages(struct address_space *mapping, struct file *filp,
86                 struct list_head *pages, unsigned nr_pages)
87 {
88         unsigned page_idx;
89         int ret;
90
91         if (mapping->a_ops->readpages) {
92                 ret = mapping->a_ops->readpages(filp, mapping, pages, nr_pages);
93                 /* Clean up the remaining pages */
94                 put_pages_list(pages);
95                 goto out;
96         }
97
98         for (page_idx = 0; page_idx < nr_pages; page_idx++) {
99                 struct page *page = list_to_page(pages);
100                 list_del(&page->lru);
101                 if (!add_to_page_cache_lru(page, mapping,
102                                         page->index, GFP_KERNEL)) {
103                         mapping->a_ops->readpage(filp, page);
104                 }
105                 page_cache_release(page);
106         }
107         ret = 0;
108 out:
109         return ret;
110 }
111
112 /*
113  * do_page_cache_readahead actually reads a chunk of disk.  It allocates all
114  * the pages first, then submits them all for I/O. This avoids the very bad
115  * behaviour which would occur if page allocations are causing VM writeback.
116  * We really don't want to intermingle reads and writes like that.
117  *
118  * Returns the number of pages requested, or the maximum amount of I/O allowed.
119  *
120  * do_page_cache_readahead() returns -1 if it encountered request queue
121  * congestion.
122  */
123 static int
124 __do_page_cache_readahead(struct address_space *mapping, struct file *filp,
125                         pgoff_t offset, unsigned long nr_to_read,
126                         unsigned long lookahead_size)
127 {
128         struct inode *inode = mapping->host;
129         struct page *page;
130         unsigned long end_index;        /* The last page we want to read */
131         LIST_HEAD(page_pool);
132         int page_idx;
133         int ret = 0;
134         loff_t isize = i_size_read(inode);
135
136         if (isize == 0)
137                 goto out;
138
139         end_index = ((isize - 1) >> PAGE_CACHE_SHIFT);
140
141         /*
142          * Preallocate as many pages as we will need.
143          */
144         for (page_idx = 0; page_idx < nr_to_read; page_idx++) {
145                 pgoff_t page_offset = offset + page_idx;
146
147                 if (page_offset > end_index)
148                         break;
149
150                 rcu_read_lock();
151                 page = radix_tree_lookup(&mapping->page_tree, page_offset);
152                 rcu_read_unlock();
153                 if (page)
154                         continue;
155
156                 page = page_cache_alloc_cold(mapping);
157                 if (!page)
158                         break;
159                 page->index = page_offset;
160                 list_add(&page->lru, &page_pool);
161                 if (page_idx == nr_to_read - lookahead_size)
162                         SetPageReadahead(page);
163                 ret++;
164         }
165
166         /*
167          * Now start the IO.  We ignore I/O errors - if the page is not
168          * uptodate then the caller will launch readpage again, and
169          * will then handle the error.
170          */
171         if (ret)
172                 read_pages(mapping, filp, &page_pool, ret);
173         BUG_ON(!list_empty(&page_pool));
174 out:
175         return ret;
176 }
177
178 /*
179  * Chunk the readahead into 2 megabyte units, so that we don't pin too much
180  * memory at once.
181  */
182 int force_page_cache_readahead(struct address_space *mapping, struct file *filp,
183                 pgoff_t offset, unsigned long nr_to_read)
184 {
185         int ret = 0;
186
187         if (unlikely(!mapping->a_ops->readpage && !mapping->a_ops->readpages))
188                 return -EINVAL;
189
190         while (nr_to_read) {
191                 int err;
192
193                 unsigned long this_chunk = (2 * 1024 * 1024) / PAGE_CACHE_SIZE;
194
195                 if (this_chunk > nr_to_read)
196                         this_chunk = nr_to_read;
197                 err = __do_page_cache_readahead(mapping, filp,
198                                                 offset, this_chunk, 0);
199                 if (err < 0) {
200                         ret = err;
201                         break;
202                 }
203                 ret += err;
204                 offset += this_chunk;
205                 nr_to_read -= this_chunk;
206         }
207         return ret;
208 }
209
210 /*
211  * This version skips the IO if the queue is read-congested, and will tell the
212  * block layer to abandon the readahead if request allocation would block.
213  *
214  * force_page_cache_readahead() will ignore queue congestion and will block on
215  * request queues.
216  */
217 int do_page_cache_readahead(struct address_space *mapping, struct file *filp,
218                         pgoff_t offset, unsigned long nr_to_read)
219 {
220         if (bdi_read_congested(mapping->backing_dev_info))
221                 return -1;
222
223         return __do_page_cache_readahead(mapping, filp, offset, nr_to_read, 0);
224 }
225
226 /*
227  * Given a desired number of PAGE_CACHE_SIZE readahead pages, return a
228  * sensible upper limit.
229  */
230 unsigned long max_sane_readahead(unsigned long nr)
231 {
232         return min(nr, (node_page_state(numa_node_id(), NR_INACTIVE_FILE)
233                 + node_page_state(numa_node_id(), NR_FREE_PAGES)) / 2);
234 }
235
236 static int __init readahead_init(void)
237 {
238         int err;
239
240         err = bdi_init(&default_backing_dev_info);
241         if (!err)
242                 bdi_register(&default_backing_dev_info, NULL, "default");
243
244         return err;
245 }
246 subsys_initcall(readahead_init);
247
248 /*
249  * Submit IO for the read-ahead request in file_ra_state.
250  */
251 static unsigned long ra_submit(struct file_ra_state *ra,
252                        struct address_space *mapping, struct file *filp)
253 {
254         int actual;
255
256         actual = __do_page_cache_readahead(mapping, filp,
257                                         ra->start, ra->size, ra->async_size);
258
259         return actual;
260 }
261
262 /*
263  * Set the initial window size, round to next power of 2 and square
264  * for small size, x 4 for medium, and x 2 for large
265  * for 128k (32 page) max ra
266  * 1-8 page = 32k initial, > 8 page = 128k initial
267  */
268 static unsigned long get_init_ra_size(unsigned long size, unsigned long max)
269 {
270         unsigned long newsize = roundup_pow_of_two(size);
271
272         if (newsize <= max / 32)
273                 newsize = newsize * 4;
274         else if (newsize <= max / 4)
275                 newsize = newsize * 2;
276         else
277                 newsize = max;
278
279         return newsize;
280 }
281
282 /*
283  *  Get the previous window size, ramp it up, and
284  *  return it as the new window size.
285  */
286 static unsigned long get_next_ra_size(struct file_ra_state *ra,
287                                                 unsigned long max)
288 {
289         unsigned long cur = ra->size;
290         unsigned long newsize;
291
292         if (cur < max / 16)
293                 newsize = 4 * cur;
294         else
295                 newsize = 2 * cur;
296
297         return min(newsize, max);
298 }
299
300 /*
301  * On-demand readahead design.
302  *
303  * The fields in struct file_ra_state represent the most-recently-executed
304  * readahead attempt:
305  *
306  *                        |<----- async_size ---------|
307  *     |------------------- size -------------------->|
308  *     |==================#===========================|
309  *     ^start             ^page marked with PG_readahead
310  *
311  * To overlap application thinking time and disk I/O time, we do
312  * `readahead pipelining': Do not wait until the application consumed all
313  * readahead pages and stalled on the missing page at readahead_index;
314  * Instead, submit an asynchronous readahead I/O as soon as there are
315  * only async_size pages left in the readahead window. Normally async_size
316  * will be equal to size, for maximum pipelining.
317  *
318  * In interleaved sequential reads, concurrent streams on the same fd can
319  * be invalidating each other's readahead state. So we flag the new readahead
320  * page at (start+size-async_size) with PG_readahead, and use it as readahead
321  * indicator. The flag won't be set on already cached pages, to avoid the
322  * readahead-for-nothing fuss, saving pointless page cache lookups.
323  *
324  * prev_pos tracks the last visited byte in the _previous_ read request.
325  * It should be maintained by the caller, and will be used for detecting
326  * small random reads. Note that the readahead algorithm checks loosely
327  * for sequential patterns. Hence interleaved reads might be served as
328  * sequential ones.
329  *
330  * There is a special-case: if the first page which the application tries to
331  * read happens to be the first page of the file, it is assumed that a linear
332  * read is about to happen and the window is immediately set to the initial size
333  * based on I/O request size and the max_readahead.
334  *
335  * The code ramps up the readahead size aggressively at first, but slow down as
336  * it approaches max_readhead.
337  */
338
339 /*
340  * A minimal readahead algorithm for trivial sequential/random reads.
341  */
342 static unsigned long
343 ondemand_readahead(struct address_space *mapping,
344                    struct file_ra_state *ra, struct file *filp,
345                    bool hit_readahead_marker, pgoff_t offset,
346                    unsigned long req_size)
347 {
348         int     max = ra->ra_pages;     /* max readahead pages */
349         pgoff_t prev_offset;
350         int     sequential;
351
352         /*
353          * It's the expected callback offset, assume sequential access.
354          * Ramp up sizes, and push forward the readahead window.
355          */
356         if (offset && (offset == (ra->start + ra->size - ra->async_size) ||
357                         offset == (ra->start + ra->size))) {
358                 ra->start += ra->size;
359                 ra->size = get_next_ra_size(ra, max);
360                 ra->async_size = ra->size;
361                 goto readit;
362         }
363
364         prev_offset = ra->prev_pos >> PAGE_CACHE_SHIFT;
365         sequential = offset - prev_offset <= 1UL || req_size > max;
366
367         /*
368          * Standalone, small read.
369          * Read as is, and do not pollute the readahead state.
370          */
371         if (!hit_readahead_marker && !sequential) {
372                 return __do_page_cache_readahead(mapping, filp,
373                                                 offset, req_size, 0);
374         }
375
376         /*
377          * Hit a marked page without valid readahead state.
378          * E.g. interleaved reads.
379          * Query the pagecache for async_size, which normally equals to
380          * readahead size. Ramp it up and use it as the new readahead size.
381          */
382         if (hit_readahead_marker) {
383                 pgoff_t start;
384
385                 rcu_read_lock();
386                 start = radix_tree_next_hole(&mapping->page_tree, offset,max+1);
387                 rcu_read_unlock();
388
389                 if (!start || start - offset > max)
390                         return 0;
391
392                 ra->start = start;
393                 ra->size = start - offset;      /* old async_size */
394                 ra->size = get_next_ra_size(ra, max);
395                 ra->async_size = ra->size;
396                 goto readit;
397         }
398
399         /*
400          * It may be one of
401          *      - first read on start of file
402          *      - sequential cache miss
403          *      - oversize random read
404          * Start readahead for it.
405          */
406         ra->start = offset;
407         ra->size = get_init_ra_size(req_size, max);
408         ra->async_size = ra->size > req_size ? ra->size - req_size : ra->size;
409
410 readit:
411         return ra_submit(ra, mapping, filp);
412 }
413
414 /**
415  * page_cache_sync_readahead - generic file readahead
416  * @mapping: address_space which holds the pagecache and I/O vectors
417  * @ra: file_ra_state which holds the readahead state
418  * @filp: passed on to ->readpage() and ->readpages()
419  * @offset: start offset into @mapping, in pagecache page-sized units
420  * @req_size: hint: total size of the read which the caller is performing in
421  *            pagecache pages
422  *
423  * page_cache_sync_readahead() should be called when a cache miss happened:
424  * it will submit the read.  The readahead logic may decide to piggyback more
425  * pages onto the read request if access patterns suggest it will improve
426  * performance.
427  */
428 void page_cache_sync_readahead(struct address_space *mapping,
429                                struct file_ra_state *ra, struct file *filp,
430                                pgoff_t offset, unsigned long req_size)
431 {
432         /* no read-ahead */
433         if (!ra->ra_pages)
434                 return;
435
436         /* do read-ahead */
437         ondemand_readahead(mapping, ra, filp, false, offset, req_size);
438 }
439 EXPORT_SYMBOL_GPL(page_cache_sync_readahead);
440
441 /**
442  * page_cache_async_readahead - file readahead for marked pages
443  * @mapping: address_space which holds the pagecache and I/O vectors
444  * @ra: file_ra_state which holds the readahead state
445  * @filp: passed on to ->readpage() and ->readpages()
446  * @page: the page at @offset which has the PG_readahead flag set
447  * @offset: start offset into @mapping, in pagecache page-sized units
448  * @req_size: hint: total size of the read which the caller is performing in
449  *            pagecache pages
450  *
451  * page_cache_async_ondemand() should be called when a page is used which
452  * has the PG_readahead flag; this is a marker to suggest that the application
453  * has used up enough of the readahead window that we should start pulling in
454  * more pages.
455  */
456 void
457 page_cache_async_readahead(struct address_space *mapping,
458                            struct file_ra_state *ra, struct file *filp,
459                            struct page *page, pgoff_t offset,
460                            unsigned long req_size)
461 {
462         /* no read-ahead */
463         if (!ra->ra_pages)
464                 return;
465
466         /*
467          * Same bit is used for PG_readahead and PG_reclaim.
468          */
469         if (PageWriteback(page))
470                 return;
471
472         ClearPageReadahead(page);
473
474         /*
475          * Defer asynchronous read-ahead on IO congestion.
476          */
477         if (bdi_read_congested(mapping->backing_dev_info))
478                 return;
479
480         /* do read-ahead */
481         ondemand_readahead(mapping, ra, filp, true, offset, req_size);
482 }
483 EXPORT_SYMBOL_GPL(page_cache_async_readahead);