710bb4b2adf163c1857315049e23189fbe8fdaf0
[linux-2.6.git] / mm / rmap.c
1 /*
2  * mm/rmap.c - physical to virtual reverse mappings
3  *
4  * Copyright 2001, Rik van Riel <riel@conectiva.com.br>
5  * Released under the General Public License (GPL).
6  *
7  * Simple, low overhead reverse mapping scheme.
8  * Please try to keep this thing as modular as possible.
9  *
10  * Provides methods for unmapping each kind of mapped page:
11  * the anon methods track anonymous pages, and
12  * the file methods track pages belonging to an inode.
13  *
14  * Original design by Rik van Riel <riel@conectiva.com.br> 2001
15  * File methods by Dave McCracken <dmccr@us.ibm.com> 2003, 2004
16  * Anonymous methods by Andrea Arcangeli <andrea@suse.de> 2004
17  * Contributions by Hugh Dickins 2003, 2004
18  */
19
20 /*
21  * Lock ordering in mm:
22  *
23  * inode->i_mutex       (while writing or truncating, not reading or faulting)
24  *   inode->i_alloc_sem (vmtruncate_range)
25  *   mm->mmap_sem
26  *     page->flags PG_locked (lock_page)
27  *       mapping->i_mmap_lock
28  *         anon_vma->lock
29  *           mm->page_table_lock or pte_lock
30  *             zone->lru_lock (in mark_page_accessed, isolate_lru_page)
31  *             swap_lock (in swap_duplicate, swap_info_get)
32  *               mmlist_lock (in mmput, drain_mmlist and others)
33  *               mapping->private_lock (in __set_page_dirty_buffers)
34  *               inode_lock (in set_page_dirty's __mark_inode_dirty)
35  *                 sb_lock (within inode_lock in fs/fs-writeback.c)
36  *                 mapping->tree_lock (widely used, in set_page_dirty,
37  *                           in arch-dependent flush_dcache_mmap_lock,
38  *                           within inode_lock in __sync_single_inode)
39  *
40  * (code doesn't rely on that order so it could be switched around)
41  * ->tasklist_lock
42  *   anon_vma->lock      (memory_failure, collect_procs_anon)
43  *     pte map lock
44  */
45
46 #include <linux/mm.h>
47 #include <linux/pagemap.h>
48 #include <linux/swap.h>
49 #include <linux/swapops.h>
50 #include <linux/slab.h>
51 #include <linux/init.h>
52 #include <linux/rmap.h>
53 #include <linux/rcupdate.h>
54 #include <linux/module.h>
55 #include <linux/memcontrol.h>
56 #include <linux/mmu_notifier.h>
57 #include <linux/migrate.h>
58
59 #include <asm/tlbflush.h>
60
61 #include "internal.h"
62
63 static struct kmem_cache *anon_vma_cachep;
64
65 static inline struct anon_vma *anon_vma_alloc(void)
66 {
67         return kmem_cache_alloc(anon_vma_cachep, GFP_KERNEL);
68 }
69
70 static inline void anon_vma_free(struct anon_vma *anon_vma)
71 {
72         kmem_cache_free(anon_vma_cachep, anon_vma);
73 }
74
75 /**
76  * anon_vma_prepare - attach an anon_vma to a memory region
77  * @vma: the memory region in question
78  *
79  * This makes sure the memory mapping described by 'vma' has
80  * an 'anon_vma' attached to it, so that we can associate the
81  * anonymous pages mapped into it with that anon_vma.
82  *
83  * The common case will be that we already have one, but if
84  * if not we either need to find an adjacent mapping that we
85  * can re-use the anon_vma from (very common when the only
86  * reason for splitting a vma has been mprotect()), or we
87  * allocate a new one.
88  *
89  * Anon-vma allocations are very subtle, because we may have
90  * optimistically looked up an anon_vma in page_lock_anon_vma()
91  * and that may actually touch the spinlock even in the newly
92  * allocated vma (it depends on RCU to make sure that the
93  * anon_vma isn't actually destroyed).
94  *
95  * As a result, we need to do proper anon_vma locking even
96  * for the new allocation. At the same time, we do not want
97  * to do any locking for the common case of already having
98  * an anon_vma.
99  *
100  * This must be called with the mmap_sem held for reading.
101  */
102 int anon_vma_prepare(struct vm_area_struct *vma)
103 {
104         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
105
106         might_sleep();
107         if (unlikely(!anon_vma)) {
108                 struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
109                 struct anon_vma *allocated;
110
111                 anon_vma = find_mergeable_anon_vma(vma);
112                 allocated = NULL;
113                 if (!anon_vma) {
114                         anon_vma = anon_vma_alloc();
115                         if (unlikely(!anon_vma))
116                                 return -ENOMEM;
117                         allocated = anon_vma;
118                 }
119                 spin_lock(&anon_vma->lock);
120
121                 /* page_table_lock to protect against threads */
122                 spin_lock(&mm->page_table_lock);
123                 if (likely(!vma->anon_vma)) {
124                         vma->anon_vma = anon_vma;
125                         list_add_tail(&vma->anon_vma_node, &anon_vma->head);
126                         allocated = NULL;
127                 }
128                 spin_unlock(&mm->page_table_lock);
129
130                 spin_unlock(&anon_vma->lock);
131                 if (unlikely(allocated))
132                         anon_vma_free(allocated);
133         }
134         return 0;
135 }
136
137 void __anon_vma_merge(struct vm_area_struct *vma, struct vm_area_struct *next)
138 {
139         BUG_ON(vma->anon_vma != next->anon_vma);
140         list_del(&next->anon_vma_node);
141 }
142
143 void __anon_vma_link(struct vm_area_struct *vma)
144 {
145         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
146
147         if (anon_vma)
148                 list_add_tail(&vma->anon_vma_node, &anon_vma->head);
149 }
150
151 void anon_vma_link(struct vm_area_struct *vma)
152 {
153         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
154
155         if (anon_vma) {
156                 spin_lock(&anon_vma->lock);
157                 list_add_tail(&vma->anon_vma_node, &anon_vma->head);
158                 spin_unlock(&anon_vma->lock);
159         }
160 }
161
162 void anon_vma_unlink(struct vm_area_struct *vma)
163 {
164         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
165         int empty;
166
167         if (!anon_vma)
168                 return;
169
170         spin_lock(&anon_vma->lock);
171         list_del(&vma->anon_vma_node);
172
173         /* We must garbage collect the anon_vma if it's empty */
174         empty = list_empty(&anon_vma->head);
175         spin_unlock(&anon_vma->lock);
176
177         if (empty)
178                 anon_vma_free(anon_vma);
179 }
180
181 static void anon_vma_ctor(void *data)
182 {
183         struct anon_vma *anon_vma = data;
184
185         spin_lock_init(&anon_vma->lock);
186         INIT_LIST_HEAD(&anon_vma->head);
187 }
188
189 void __init anon_vma_init(void)
190 {
191         anon_vma_cachep = kmem_cache_create("anon_vma", sizeof(struct anon_vma),
192                         0, SLAB_DESTROY_BY_RCU|SLAB_PANIC, anon_vma_ctor);
193 }
194
195 /*
196  * Getting a lock on a stable anon_vma from a page off the LRU is
197  * tricky: page_lock_anon_vma rely on RCU to guard against the races.
198  */
199 struct anon_vma *page_lock_anon_vma(struct page *page)
200 {
201         struct anon_vma *anon_vma;
202         unsigned long anon_mapping;
203
204         rcu_read_lock();
205         anon_mapping = (unsigned long) page->mapping;
206         if (!(anon_mapping & PAGE_MAPPING_ANON))
207                 goto out;
208         if (!page_mapped(page))
209                 goto out;
210
211         anon_vma = (struct anon_vma *) (anon_mapping - PAGE_MAPPING_ANON);
212         spin_lock(&anon_vma->lock);
213         return anon_vma;
214 out:
215         rcu_read_unlock();
216         return NULL;
217 }
218
219 void page_unlock_anon_vma(struct anon_vma *anon_vma)
220 {
221         spin_unlock(&anon_vma->lock);
222         rcu_read_unlock();
223 }
224
225 /*
226  * At what user virtual address is page expected in @vma?
227  * Returns virtual address or -EFAULT if page's index/offset is not
228  * within the range mapped the @vma.
229  */
230 static inline unsigned long
231 vma_address(struct page *page, struct vm_area_struct *vma)
232 {
233         pgoff_t pgoff = page->index << (PAGE_CACHE_SHIFT - PAGE_SHIFT);
234         unsigned long address;
235
236         address = vma->vm_start + ((pgoff - vma->vm_pgoff) << PAGE_SHIFT);
237         if (unlikely(address < vma->vm_start || address >= vma->vm_end)) {
238                 /* page should be within @vma mapping range */
239                 return -EFAULT;
240         }
241         return address;
242 }
243
244 /*
245  * At what user virtual address is page expected in vma?
246  * checking that the page matches the vma.
247  */
248 unsigned long page_address_in_vma(struct page *page, struct vm_area_struct *vma)
249 {
250         if (PageAnon(page)) {
251                 if ((void *)vma->anon_vma !=
252                     (void *)page->mapping - PAGE_MAPPING_ANON)
253                         return -EFAULT;
254         } else if (page->mapping && !(vma->vm_flags & VM_NONLINEAR)) {
255                 if (!vma->vm_file ||
256                     vma->vm_file->f_mapping != page->mapping)
257                         return -EFAULT;
258         } else
259                 return -EFAULT;
260         return vma_address(page, vma);
261 }
262
263 /*
264  * Check that @page is mapped at @address into @mm.
265  *
266  * If @sync is false, page_check_address may perform a racy check to avoid
267  * the page table lock when the pte is not present (helpful when reclaiming
268  * highly shared pages).
269  *
270  * On success returns with pte mapped and locked.
271  */
272 pte_t *page_check_address(struct page *page, struct mm_struct *mm,
273                           unsigned long address, spinlock_t **ptlp, int sync)
274 {
275         pgd_t *pgd;
276         pud_t *pud;
277         pmd_t *pmd;
278         pte_t *pte;
279         spinlock_t *ptl;
280
281         pgd = pgd_offset(mm, address);
282         if (!pgd_present(*pgd))
283                 return NULL;
284
285         pud = pud_offset(pgd, address);
286         if (!pud_present(*pud))
287                 return NULL;
288
289         pmd = pmd_offset(pud, address);
290         if (!pmd_present(*pmd))
291                 return NULL;
292
293         pte = pte_offset_map(pmd, address);
294         /* Make a quick check before getting the lock */
295         if (!sync && !pte_present(*pte)) {
296                 pte_unmap(pte);
297                 return NULL;
298         }
299
300         ptl = pte_lockptr(mm, pmd);
301         spin_lock(ptl);
302         if (pte_present(*pte) && page_to_pfn(page) == pte_pfn(*pte)) {
303                 *ptlp = ptl;
304                 return pte;
305         }
306         pte_unmap_unlock(pte, ptl);
307         return NULL;
308 }
309
310 /**
311  * page_mapped_in_vma - check whether a page is really mapped in a VMA
312  * @page: the page to test
313  * @vma: the VMA to test
314  *
315  * Returns 1 if the page is mapped into the page tables of the VMA, 0
316  * if the page is not mapped into the page tables of this VMA.  Only
317  * valid for normal file or anonymous VMAs.
318  */
319 int page_mapped_in_vma(struct page *page, struct vm_area_struct *vma)
320 {
321         unsigned long address;
322         pte_t *pte;
323         spinlock_t *ptl;
324
325         address = vma_address(page, vma);
326         if (address == -EFAULT)         /* out of vma range */
327                 return 0;
328         pte = page_check_address(page, vma->vm_mm, address, &ptl, 1);
329         if (!pte)                       /* the page is not in this mm */
330                 return 0;
331         pte_unmap_unlock(pte, ptl);
332
333         return 1;
334 }
335
336 /*
337  * Subfunctions of page_referenced: page_referenced_one called
338  * repeatedly from either page_referenced_anon or page_referenced_file.
339  */
340 static int page_referenced_one(struct page *page,
341                                struct vm_area_struct *vma,
342                                unsigned int *mapcount,
343                                unsigned long *vm_flags)
344 {
345         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
346         unsigned long address;
347         pte_t *pte;
348         spinlock_t *ptl;
349         int referenced = 0;
350
351         address = vma_address(page, vma);
352         if (address == -EFAULT)
353                 goto out;
354
355         pte = page_check_address(page, mm, address, &ptl, 0);
356         if (!pte)
357                 goto out;
358
359         /*
360          * Don't want to elevate referenced for mlocked page that gets this far,
361          * in order that it progresses to try_to_unmap and is moved to the
362          * unevictable list.
363          */
364         if (vma->vm_flags & VM_LOCKED) {
365                 *mapcount = 1;  /* break early from loop */
366                 *vm_flags |= VM_LOCKED;
367                 goto out_unmap;
368         }
369
370         if (ptep_clear_flush_young_notify(vma, address, pte)) {
371                 /*
372                  * Don't treat a reference through a sequentially read
373                  * mapping as such.  If the page has been used in
374                  * another mapping, we will catch it; if this other
375                  * mapping is already gone, the unmap path will have
376                  * set PG_referenced or activated the page.
377                  */
378                 if (likely(!VM_SequentialReadHint(vma)))
379                         referenced++;
380         }
381
382         /* Pretend the page is referenced if the task has the
383            swap token and is in the middle of a page fault. */
384         if (mm != current->mm && has_swap_token(mm) &&
385                         rwsem_is_locked(&mm->mmap_sem))
386                 referenced++;
387
388 out_unmap:
389         (*mapcount)--;
390         pte_unmap_unlock(pte, ptl);
391 out:
392         if (referenced)
393                 *vm_flags |= vma->vm_flags;
394         return referenced;
395 }
396
397 static int page_referenced_anon(struct page *page,
398                                 struct mem_cgroup *mem_cont,
399                                 unsigned long *vm_flags)
400 {
401         unsigned int mapcount;
402         struct anon_vma *anon_vma;
403         struct vm_area_struct *vma;
404         int referenced = 0;
405
406         anon_vma = page_lock_anon_vma(page);
407         if (!anon_vma)
408                 return referenced;
409
410         mapcount = page_mapcount(page);
411         list_for_each_entry(vma, &anon_vma->head, anon_vma_node) {
412                 /*
413                  * If we are reclaiming on behalf of a cgroup, skip
414                  * counting on behalf of references from different
415                  * cgroups
416                  */
417                 if (mem_cont && !mm_match_cgroup(vma->vm_mm, mem_cont))
418                         continue;
419                 referenced += page_referenced_one(page, vma,
420                                                   &mapcount, vm_flags);
421                 if (!mapcount)
422                         break;
423         }
424
425         page_unlock_anon_vma(anon_vma);
426         return referenced;
427 }
428
429 /**
430  * page_referenced_file - referenced check for object-based rmap
431  * @page: the page we're checking references on.
432  * @mem_cont: target memory controller
433  * @vm_flags: collect encountered vma->vm_flags who actually referenced the page
434  *
435  * For an object-based mapped page, find all the places it is mapped and
436  * check/clear the referenced flag.  This is done by following the page->mapping
437  * pointer, then walking the chain of vmas it holds.  It returns the number
438  * of references it found.
439  *
440  * This function is only called from page_referenced for object-based pages.
441  */
442 static int page_referenced_file(struct page *page,
443                                 struct mem_cgroup *mem_cont,
444                                 unsigned long *vm_flags)
445 {
446         unsigned int mapcount;
447         struct address_space *mapping = page->mapping;
448         pgoff_t pgoff = page->index << (PAGE_CACHE_SHIFT - PAGE_SHIFT);
449         struct vm_area_struct *vma;
450         struct prio_tree_iter iter;
451         int referenced = 0;
452
453         /*
454          * The caller's checks on page->mapping and !PageAnon have made
455          * sure that this is a file page: the check for page->mapping
456          * excludes the case just before it gets set on an anon page.
457          */
458         BUG_ON(PageAnon(page));
459
460         /*
461          * The page lock not only makes sure that page->mapping cannot
462          * suddenly be NULLified by truncation, it makes sure that the
463          * structure at mapping cannot be freed and reused yet,
464          * so we can safely take mapping->i_mmap_lock.
465          */
466         BUG_ON(!PageLocked(page));
467
468         spin_lock(&mapping->i_mmap_lock);
469
470         /*
471          * i_mmap_lock does not stabilize mapcount at all, but mapcount
472          * is more likely to be accurate if we note it after spinning.
473          */
474         mapcount = page_mapcount(page);
475
476         vma_prio_tree_foreach(vma, &iter, &mapping->i_mmap, pgoff, pgoff) {
477                 /*
478                  * If we are reclaiming on behalf of a cgroup, skip
479                  * counting on behalf of references from different
480                  * cgroups
481                  */
482                 if (mem_cont && !mm_match_cgroup(vma->vm_mm, mem_cont))
483                         continue;
484                 referenced += page_referenced_one(page, vma,
485                                                   &mapcount, vm_flags);
486                 if (!mapcount)
487                         break;
488         }
489
490         spin_unlock(&mapping->i_mmap_lock);
491         return referenced;
492 }
493
494 /**
495  * page_referenced - test if the page was referenced
496  * @page: the page to test
497  * @is_locked: caller holds lock on the page
498  * @mem_cont: target memory controller
499  * @vm_flags: collect encountered vma->vm_flags who actually referenced the page
500  *
501  * Quick test_and_clear_referenced for all mappings to a page,
502  * returns the number of ptes which referenced the page.
503  */
504 int page_referenced(struct page *page,
505                     int is_locked,
506                     struct mem_cgroup *mem_cont,
507                     unsigned long *vm_flags)
508 {
509         int referenced = 0;
510
511         if (TestClearPageReferenced(page))
512                 referenced++;
513
514         *vm_flags = 0;
515         if (page_mapped(page) && page->mapping) {
516                 if (PageAnon(page))
517                         referenced += page_referenced_anon(page, mem_cont,
518                                                                 vm_flags);
519                 else if (is_locked)
520                         referenced += page_referenced_file(page, mem_cont,
521                                                                 vm_flags);
522                 else if (!trylock_page(page))
523                         referenced++;
524                 else {
525                         if (page->mapping)
526                                 referenced += page_referenced_file(page,
527                                                         mem_cont, vm_flags);
528                         unlock_page(page);
529                 }
530         }
531
532         if (page_test_and_clear_young(page))
533                 referenced++;
534
535         return referenced;
536 }
537
538 static int page_mkclean_one(struct page *page, struct vm_area_struct *vma)
539 {
540         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
541         unsigned long address;
542         pte_t *pte;
543         spinlock_t *ptl;
544         int ret = 0;
545
546         address = vma_address(page, vma);
547         if (address == -EFAULT)
548                 goto out;
549
550         pte = page_check_address(page, mm, address, &ptl, 1);
551         if (!pte)
552                 goto out;
553
554         if (pte_dirty(*pte) || pte_write(*pte)) {
555                 pte_t entry;
556
557                 flush_cache_page(vma, address, pte_pfn(*pte));
558                 entry = ptep_clear_flush_notify(vma, address, pte);
559                 entry = pte_wrprotect(entry);
560                 entry = pte_mkclean(entry);
561                 set_pte_at(mm, address, pte, entry);
562                 ret = 1;
563         }
564
565         pte_unmap_unlock(pte, ptl);
566 out:
567         return ret;
568 }
569
570 static int page_mkclean_file(struct address_space *mapping, struct page *page)
571 {
572         pgoff_t pgoff = page->index << (PAGE_CACHE_SHIFT - PAGE_SHIFT);
573         struct vm_area_struct *vma;
574         struct prio_tree_iter iter;
575         int ret = 0;
576
577         BUG_ON(PageAnon(page));
578
579         spin_lock(&mapping->i_mmap_lock);
580         vma_prio_tree_foreach(vma, &iter, &mapping->i_mmap, pgoff, pgoff) {
581                 if (vma->vm_flags & VM_SHARED)
582                         ret += page_mkclean_one(page, vma);
583         }
584         spin_unlock(&mapping->i_mmap_lock);
585         return ret;
586 }
587
588 int page_mkclean(struct page *page)
589 {
590         int ret = 0;
591
592         BUG_ON(!PageLocked(page));
593
594         if (page_mapped(page)) {
595                 struct address_space *mapping = page_mapping(page);
596                 if (mapping) {
597                         ret = page_mkclean_file(mapping, page);
598                         if (page_test_dirty(page)) {
599                                 page_clear_dirty(page);
600                                 ret = 1;
601                         }
602                 }
603         }
604
605         return ret;
606 }
607 EXPORT_SYMBOL_GPL(page_mkclean);
608
609 /**
610  * __page_set_anon_rmap - setup new anonymous rmap
611  * @page:       the page to add the mapping to
612  * @vma:        the vm area in which the mapping is added
613  * @address:    the user virtual address mapped
614  */
615 static void __page_set_anon_rmap(struct page *page,
616         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
617 {
618         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
619
620         BUG_ON(!anon_vma);
621         anon_vma = (void *) anon_vma + PAGE_MAPPING_ANON;
622         page->mapping = (struct address_space *) anon_vma;
623
624         page->index = linear_page_index(vma, address);
625
626         /*
627          * nr_mapped state can be updated without turning off
628          * interrupts because it is not modified via interrupt.
629          */
630         __inc_zone_page_state(page, NR_ANON_PAGES);
631 }
632
633 /**
634  * __page_check_anon_rmap - sanity check anonymous rmap addition
635  * @page:       the page to add the mapping to
636  * @vma:        the vm area in which the mapping is added
637  * @address:    the user virtual address mapped
638  */
639 static void __page_check_anon_rmap(struct page *page,
640         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
641 {
642 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
643         /*
644          * The page's anon-rmap details (mapping and index) are guaranteed to
645          * be set up correctly at this point.
646          *
647          * We have exclusion against page_add_anon_rmap because the caller
648          * always holds the page locked, except if called from page_dup_rmap,
649          * in which case the page is already known to be setup.
650          *
651          * We have exclusion against page_add_new_anon_rmap because those pages
652          * are initially only visible via the pagetables, and the pte is locked
653          * over the call to page_add_new_anon_rmap.
654          */
655         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
656         anon_vma = (void *) anon_vma + PAGE_MAPPING_ANON;
657         BUG_ON(page->mapping != (struct address_space *)anon_vma);
658         BUG_ON(page->index != linear_page_index(vma, address));
659 #endif
660 }
661
662 /**
663  * page_add_anon_rmap - add pte mapping to an anonymous page
664  * @page:       the page to add the mapping to
665  * @vma:        the vm area in which the mapping is added
666  * @address:    the user virtual address mapped
667  *
668  * The caller needs to hold the pte lock and the page must be locked.
669  */
670 void page_add_anon_rmap(struct page *page,
671         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
672 {
673         VM_BUG_ON(!PageLocked(page));
674         VM_BUG_ON(address < vma->vm_start || address >= vma->vm_end);
675         if (atomic_inc_and_test(&page->_mapcount))
676                 __page_set_anon_rmap(page, vma, address);
677         else
678                 __page_check_anon_rmap(page, vma, address);
679 }
680
681 /**
682  * page_add_new_anon_rmap - add pte mapping to a new anonymous page
683  * @page:       the page to add the mapping to
684  * @vma:        the vm area in which the mapping is added
685  * @address:    the user virtual address mapped
686  *
687  * Same as page_add_anon_rmap but must only be called on *new* pages.
688  * This means the inc-and-test can be bypassed.
689  * Page does not have to be locked.
690  */
691 void page_add_new_anon_rmap(struct page *page,
692         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
693 {
694         VM_BUG_ON(address < vma->vm_start || address >= vma->vm_end);
695         SetPageSwapBacked(page);
696         atomic_set(&page->_mapcount, 0); /* increment count (starts at -1) */
697         __page_set_anon_rmap(page, vma, address);
698         if (page_evictable(page, vma))
699                 lru_cache_add_lru(page, LRU_ACTIVE_ANON);
700         else
701                 add_page_to_unevictable_list(page);
702 }
703
704 /**
705  * page_add_file_rmap - add pte mapping to a file page
706  * @page: the page to add the mapping to
707  *
708  * The caller needs to hold the pte lock.
709  */
710 void page_add_file_rmap(struct page *page)
711 {
712         if (atomic_inc_and_test(&page->_mapcount)) {
713                 __inc_zone_page_state(page, NR_FILE_MAPPED);
714                 mem_cgroup_update_mapped_file_stat(page, 1);
715         }
716 }
717
718 /**
719  * page_remove_rmap - take down pte mapping from a page
720  * @page: page to remove mapping from
721  *
722  * The caller needs to hold the pte lock.
723  */
724 void page_remove_rmap(struct page *page)
725 {
726         /* page still mapped by someone else? */
727         if (!atomic_add_negative(-1, &page->_mapcount))
728                 return;
729
730         /*
731          * Now that the last pte has gone, s390 must transfer dirty
732          * flag from storage key to struct page.  We can usually skip
733          * this if the page is anon, so about to be freed; but perhaps
734          * not if it's in swapcache - there might be another pte slot
735          * containing the swap entry, but page not yet written to swap.
736          */
737         if ((!PageAnon(page) || PageSwapCache(page)) && page_test_dirty(page)) {
738                 page_clear_dirty(page);
739                 set_page_dirty(page);
740         }
741         if (PageAnon(page)) {
742                 mem_cgroup_uncharge_page(page);
743                 __dec_zone_page_state(page, NR_ANON_PAGES);
744         } else {
745                 __dec_zone_page_state(page, NR_FILE_MAPPED);
746         }
747         mem_cgroup_update_mapped_file_stat(page, -1);
748         /*
749          * It would be tidy to reset the PageAnon mapping here,
750          * but that might overwrite a racing page_add_anon_rmap
751          * which increments mapcount after us but sets mapping
752          * before us: so leave the reset to free_hot_cold_page,
753          * and remember that it's only reliable while mapped.
754          * Leaving it set also helps swapoff to reinstate ptes
755          * faster for those pages still in swapcache.
756          */
757 }
758
759 /*
760  * Subfunctions of try_to_unmap: try_to_unmap_one called
761  * repeatedly from either try_to_unmap_anon or try_to_unmap_file.
762  */
763 static int try_to_unmap_one(struct page *page, struct vm_area_struct *vma,
764                                 enum ttu_flags flags)
765 {
766         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
767         unsigned long address;
768         pte_t *pte;
769         pte_t pteval;
770         spinlock_t *ptl;
771         int ret = SWAP_AGAIN;
772
773         address = vma_address(page, vma);
774         if (address == -EFAULT)
775                 goto out;
776
777         pte = page_check_address(page, mm, address, &ptl, 0);
778         if (!pte)
779                 goto out;
780
781         /*
782          * If the page is mlock()d, we cannot swap it out.
783          * If it's recently referenced (perhaps page_referenced
784          * skipped over this mm) then we should reactivate it.
785          */
786         if (!(flags & TTU_IGNORE_MLOCK)) {
787                 if (vma->vm_flags & VM_LOCKED) {
788                         ret = SWAP_MLOCK;
789                         goto out_unmap;
790                 }
791         }
792         if (!(flags & TTU_IGNORE_ACCESS)) {
793                 if (ptep_clear_flush_young_notify(vma, address, pte)) {
794                         ret = SWAP_FAIL;
795                         goto out_unmap;
796                 }
797         }
798
799         /* Nuke the page table entry. */
800         flush_cache_page(vma, address, page_to_pfn(page));
801         pteval = ptep_clear_flush_notify(vma, address, pte);
802
803         /* Move the dirty bit to the physical page now the pte is gone. */
804         if (pte_dirty(pteval))
805                 set_page_dirty(page);
806
807         /* Update high watermark before we lower rss */
808         update_hiwater_rss(mm);
809
810         if (PageHWPoison(page) && !(flags & TTU_IGNORE_HWPOISON)) {
811                 if (PageAnon(page))
812                         dec_mm_counter(mm, anon_rss);
813                 else
814                         dec_mm_counter(mm, file_rss);
815                 set_pte_at(mm, address, pte,
816                                 swp_entry_to_pte(make_hwpoison_entry(page)));
817         } else if (PageAnon(page)) {
818                 swp_entry_t entry = { .val = page_private(page) };
819
820                 if (PageSwapCache(page)) {
821                         /*
822                          * Store the swap location in the pte.
823                          * See handle_pte_fault() ...
824                          */
825                         if (swap_duplicate(entry) < 0) {
826                                 set_pte_at(mm, address, pte, pteval);
827                                 ret = SWAP_FAIL;
828                                 goto out_unmap;
829                         }
830                         if (list_empty(&mm->mmlist)) {
831                                 spin_lock(&mmlist_lock);
832                                 if (list_empty(&mm->mmlist))
833                                         list_add(&mm->mmlist, &init_mm.mmlist);
834                                 spin_unlock(&mmlist_lock);
835                         }
836                         dec_mm_counter(mm, anon_rss);
837                 } else if (PAGE_MIGRATION) {
838                         /*
839                          * Store the pfn of the page in a special migration
840                          * pte. do_swap_page() will wait until the migration
841                          * pte is removed and then restart fault handling.
842                          */
843                         BUG_ON(TTU_ACTION(flags) != TTU_MIGRATION);
844                         entry = make_migration_entry(page, pte_write(pteval));
845                 }
846                 set_pte_at(mm, address, pte, swp_entry_to_pte(entry));
847                 BUG_ON(pte_file(*pte));
848         } else if (PAGE_MIGRATION && (TTU_ACTION(flags) == TTU_MIGRATION)) {
849                 /* Establish migration entry for a file page */
850                 swp_entry_t entry;
851                 entry = make_migration_entry(page, pte_write(pteval));
852                 set_pte_at(mm, address, pte, swp_entry_to_pte(entry));
853         } else
854                 dec_mm_counter(mm, file_rss);
855
856
857         page_remove_rmap(page);
858         page_cache_release(page);
859
860 out_unmap:
861         pte_unmap_unlock(pte, ptl);
862 out:
863         return ret;
864 }
865
866 /*
867  * objrmap doesn't work for nonlinear VMAs because the assumption that
868  * offset-into-file correlates with offset-into-virtual-addresses does not hold.
869  * Consequently, given a particular page and its ->index, we cannot locate the
870  * ptes which are mapping that page without an exhaustive linear search.
871  *
872  * So what this code does is a mini "virtual scan" of each nonlinear VMA which
873  * maps the file to which the target page belongs.  The ->vm_private_data field
874  * holds the current cursor into that scan.  Successive searches will circulate
875  * around the vma's virtual address space.
876  *
877  * So as more replacement pressure is applied to the pages in a nonlinear VMA,
878  * more scanning pressure is placed against them as well.   Eventually pages
879  * will become fully unmapped and are eligible for eviction.
880  *
881  * For very sparsely populated VMAs this is a little inefficient - chances are
882  * there there won't be many ptes located within the scan cluster.  In this case
883  * maybe we could scan further - to the end of the pte page, perhaps.
884  *
885  * Mlocked pages:  check VM_LOCKED under mmap_sem held for read, if we can
886  * acquire it without blocking.  If vma locked, mlock the pages in the cluster,
887  * rather than unmapping them.  If we encounter the "check_page" that vmscan is
888  * trying to unmap, return SWAP_MLOCK, else default SWAP_AGAIN.
889  */
890 #define CLUSTER_SIZE    min(32*PAGE_SIZE, PMD_SIZE)
891 #define CLUSTER_MASK    (~(CLUSTER_SIZE - 1))
892
893 static int try_to_unmap_cluster(unsigned long cursor, unsigned int *mapcount,
894                 struct vm_area_struct *vma, struct page *check_page)
895 {
896         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
897         pgd_t *pgd;
898         pud_t *pud;
899         pmd_t *pmd;
900         pte_t *pte;
901         pte_t pteval;
902         spinlock_t *ptl;
903         struct page *page;
904         unsigned long address;
905         unsigned long end;
906         int ret = SWAP_AGAIN;
907         int locked_vma = 0;
908
909         address = (vma->vm_start + cursor) & CLUSTER_MASK;
910         end = address + CLUSTER_SIZE;
911         if (address < vma->vm_start)
912                 address = vma->vm_start;
913         if (end > vma->vm_end)
914                 end = vma->vm_end;
915
916         pgd = pgd_offset(mm, address);
917         if (!pgd_present(*pgd))
918                 return ret;
919
920         pud = pud_offset(pgd, address);
921         if (!pud_present(*pud))
922                 return ret;
923
924         pmd = pmd_offset(pud, address);
925         if (!pmd_present(*pmd))
926                 return ret;
927
928         /*
929          * MLOCK_PAGES => feature is configured.
930          * if we can acquire the mmap_sem for read, and vma is VM_LOCKED,
931          * keep the sem while scanning the cluster for mlocking pages.
932          */
933         if (MLOCK_PAGES && down_read_trylock(&vma->vm_mm->mmap_sem)) {
934                 locked_vma = (vma->vm_flags & VM_LOCKED);
935                 if (!locked_vma)
936                         up_read(&vma->vm_mm->mmap_sem); /* don't need it */
937         }
938
939         pte = pte_offset_map_lock(mm, pmd, address, &ptl);
940
941         /* Update high watermark before we lower rss */
942         update_hiwater_rss(mm);
943
944         for (; address < end; pte++, address += PAGE_SIZE) {
945                 if (!pte_present(*pte))
946                         continue;
947                 page = vm_normal_page(vma, address, *pte);
948                 BUG_ON(!page || PageAnon(page));
949
950                 if (locked_vma) {
951                         mlock_vma_page(page);   /* no-op if already mlocked */
952                         if (page == check_page)
953                                 ret = SWAP_MLOCK;
954                         continue;       /* don't unmap */
955                 }
956
957                 if (ptep_clear_flush_young_notify(vma, address, pte))
958                         continue;
959
960                 /* Nuke the page table entry. */
961                 flush_cache_page(vma, address, pte_pfn(*pte));
962                 pteval = ptep_clear_flush_notify(vma, address, pte);
963
964                 /* If nonlinear, store the file page offset in the pte. */
965                 if (page->index != linear_page_index(vma, address))
966                         set_pte_at(mm, address, pte, pgoff_to_pte(page->index));
967
968                 /* Move the dirty bit to the physical page now the pte is gone. */
969                 if (pte_dirty(pteval))
970                         set_page_dirty(page);
971
972                 page_remove_rmap(page);
973                 page_cache_release(page);
974                 dec_mm_counter(mm, file_rss);
975                 (*mapcount)--;
976         }
977         pte_unmap_unlock(pte - 1, ptl);
978         if (locked_vma)
979                 up_read(&vma->vm_mm->mmap_sem);
980         return ret;
981 }
982
983 /*
984  * common handling for pages mapped in VM_LOCKED vmas
985  */
986 static int try_to_mlock_page(struct page *page, struct vm_area_struct *vma)
987 {
988         int mlocked = 0;
989
990         if (down_read_trylock(&vma->vm_mm->mmap_sem)) {
991                 if (vma->vm_flags & VM_LOCKED) {
992                         mlock_vma_page(page);
993                         mlocked++;      /* really mlocked the page */
994                 }
995                 up_read(&vma->vm_mm->mmap_sem);
996         }
997         return mlocked;
998 }
999
1000 /**
1001  * try_to_unmap_anon - unmap or unlock anonymous page using the object-based
1002  * rmap method
1003  * @page: the page to unmap/unlock
1004  * @unlock:  request for unlock rather than unmap [unlikely]
1005  * @migration:  unmapping for migration - ignored if @unlock
1006  *
1007  * Find all the mappings of a page using the mapping pointer and the vma chains
1008  * contained in the anon_vma struct it points to.
1009  *
1010  * This function is only called from try_to_unmap/try_to_munlock for
1011  * anonymous pages.
1012  * When called from try_to_munlock(), the mmap_sem of the mm containing the vma
1013  * where the page was found will be held for write.  So, we won't recheck
1014  * vm_flags for that VMA.  That should be OK, because that vma shouldn't be
1015  * 'LOCKED.
1016  */
1017 static int try_to_unmap_anon(struct page *page, enum ttu_flags flags)
1018 {
1019         struct anon_vma *anon_vma;
1020         struct vm_area_struct *vma;
1021         unsigned int mlocked = 0;
1022         int ret = SWAP_AGAIN;
1023         int unlock = TTU_ACTION(flags) == TTU_MUNLOCK;
1024
1025         if (MLOCK_PAGES && unlikely(unlock))
1026                 ret = SWAP_SUCCESS;     /* default for try_to_munlock() */
1027
1028         anon_vma = page_lock_anon_vma(page);
1029         if (!anon_vma)
1030                 return ret;
1031
1032         list_for_each_entry(vma, &anon_vma->head, anon_vma_node) {
1033                 if (MLOCK_PAGES && unlikely(unlock)) {
1034                         if (!((vma->vm_flags & VM_LOCKED) &&
1035                               page_mapped_in_vma(page, vma)))
1036                                 continue;  /* must visit all unlocked vmas */
1037                         ret = SWAP_MLOCK;  /* saw at least one mlocked vma */
1038                 } else {
1039                         ret = try_to_unmap_one(page, vma, flags);
1040                         if (ret == SWAP_FAIL || !page_mapped(page))
1041                                 break;
1042                 }
1043                 if (ret == SWAP_MLOCK) {
1044                         mlocked = try_to_mlock_page(page, vma);
1045                         if (mlocked)
1046                                 break;  /* stop if actually mlocked page */
1047                 }
1048         }
1049
1050         page_unlock_anon_vma(anon_vma);
1051
1052         if (mlocked)
1053                 ret = SWAP_MLOCK;       /* actually mlocked the page */
1054         else if (ret == SWAP_MLOCK)
1055                 ret = SWAP_AGAIN;       /* saw VM_LOCKED vma */
1056
1057         return ret;
1058 }
1059
1060 /**
1061  * try_to_unmap_file - unmap/unlock file page using the object-based rmap method
1062  * @page: the page to unmap/unlock
1063  * @flags: action and flags
1064  *
1065  * Find all the mappings of a page using the mapping pointer and the vma chains
1066  * contained in the address_space struct it points to.
1067  *
1068  * This function is only called from try_to_unmap/try_to_munlock for
1069  * object-based pages.
1070  * When called from try_to_munlock(), the mmap_sem of the mm containing the vma
1071  * where the page was found will be held for write.  So, we won't recheck
1072  * vm_flags for that VMA.  That should be OK, because that vma shouldn't be
1073  * 'LOCKED.
1074  */
1075 static int try_to_unmap_file(struct page *page, enum ttu_flags flags)
1076 {
1077         struct address_space *mapping = page->mapping;
1078         pgoff_t pgoff = page->index << (PAGE_CACHE_SHIFT - PAGE_SHIFT);
1079         struct vm_area_struct *vma;
1080         struct prio_tree_iter iter;
1081         int ret = SWAP_AGAIN;
1082         unsigned long cursor;
1083         unsigned long max_nl_cursor = 0;
1084         unsigned long max_nl_size = 0;
1085         unsigned int mapcount;
1086         unsigned int mlocked = 0;
1087         int unlock = TTU_ACTION(flags) == TTU_MUNLOCK;
1088
1089         if (MLOCK_PAGES && unlikely(unlock))
1090                 ret = SWAP_SUCCESS;     /* default for try_to_munlock() */
1091
1092         spin_lock(&mapping->i_mmap_lock);
1093         vma_prio_tree_foreach(vma, &iter, &mapping->i_mmap, pgoff, pgoff) {
1094                 if (MLOCK_PAGES && unlikely(unlock)) {
1095                         if (!((vma->vm_flags & VM_LOCKED) &&
1096                                                 page_mapped_in_vma(page, vma)))
1097                                 continue;       /* must visit all vmas */
1098                         ret = SWAP_MLOCK;
1099                 } else {
1100                         ret = try_to_unmap_one(page, vma, flags);
1101                         if (ret == SWAP_FAIL || !page_mapped(page))
1102                                 goto out;
1103                 }
1104                 if (ret == SWAP_MLOCK) {
1105                         mlocked = try_to_mlock_page(page, vma);
1106                         if (mlocked)
1107                                 break;  /* stop if actually mlocked page */
1108                 }
1109         }
1110
1111         if (mlocked)
1112                 goto out;
1113
1114         if (list_empty(&mapping->i_mmap_nonlinear))
1115                 goto out;
1116
1117         list_for_each_entry(vma, &mapping->i_mmap_nonlinear,
1118                                                 shared.vm_set.list) {
1119                 if (MLOCK_PAGES && unlikely(unlock)) {
1120                         if (!(vma->vm_flags & VM_LOCKED))
1121                                 continue;       /* must visit all vmas */
1122                         ret = SWAP_MLOCK;       /* leave mlocked == 0 */
1123                         goto out;               /* no need to look further */
1124                 }
1125                 if (!MLOCK_PAGES && !(flags & TTU_IGNORE_MLOCK) &&
1126                         (vma->vm_flags & VM_LOCKED))
1127                         continue;
1128                 cursor = (unsigned long) vma->vm_private_data;
1129                 if (cursor > max_nl_cursor)
1130                         max_nl_cursor = cursor;
1131                 cursor = vma->vm_end - vma->vm_start;
1132                 if (cursor > max_nl_size)
1133                         max_nl_size = cursor;
1134         }
1135
1136         if (max_nl_size == 0) { /* all nonlinears locked or reserved ? */
1137                 ret = SWAP_FAIL;
1138                 goto out;
1139         }
1140
1141         /*
1142          * We don't try to search for this page in the nonlinear vmas,
1143          * and page_referenced wouldn't have found it anyway.  Instead
1144          * just walk the nonlinear vmas trying to age and unmap some.
1145          * The mapcount of the page we came in with is irrelevant,
1146          * but even so use it as a guide to how hard we should try?
1147          */
1148         mapcount = page_mapcount(page);
1149         if (!mapcount)
1150                 goto out;
1151         cond_resched_lock(&mapping->i_mmap_lock);
1152
1153         max_nl_size = (max_nl_size + CLUSTER_SIZE - 1) & CLUSTER_MASK;
1154         if (max_nl_cursor == 0)
1155                 max_nl_cursor = CLUSTER_SIZE;
1156
1157         do {
1158                 list_for_each_entry(vma, &mapping->i_mmap_nonlinear,
1159                                                 shared.vm_set.list) {
1160                         if (!MLOCK_PAGES && !(flags & TTU_IGNORE_MLOCK) &&
1161                             (vma->vm_flags & VM_LOCKED))
1162                                 continue;
1163                         cursor = (unsigned long) vma->vm_private_data;
1164                         while ( cursor < max_nl_cursor &&
1165                                 cursor < vma->vm_end - vma->vm_start) {
1166                                 ret = try_to_unmap_cluster(cursor, &mapcount,
1167                                                                 vma, page);
1168                                 if (ret == SWAP_MLOCK)
1169                                         mlocked = 2;    /* to return below */
1170                                 cursor += CLUSTER_SIZE;
1171                                 vma->vm_private_data = (void *) cursor;
1172                                 if ((int)mapcount <= 0)
1173                                         goto out;
1174                         }
1175                         vma->vm_private_data = (void *) max_nl_cursor;
1176                 }
1177                 cond_resched_lock(&mapping->i_mmap_lock);
1178                 max_nl_cursor += CLUSTER_SIZE;
1179         } while (max_nl_cursor <= max_nl_size);
1180
1181         /*
1182          * Don't loop forever (perhaps all the remaining pages are
1183          * in locked vmas).  Reset cursor on all unreserved nonlinear
1184          * vmas, now forgetting on which ones it had fallen behind.
1185          */
1186         list_for_each_entry(vma, &mapping->i_mmap_nonlinear, shared.vm_set.list)
1187                 vma->vm_private_data = NULL;
1188 out:
1189         spin_unlock(&mapping->i_mmap_lock);
1190         if (mlocked)
1191                 ret = SWAP_MLOCK;       /* actually mlocked the page */
1192         else if (ret == SWAP_MLOCK)
1193                 ret = SWAP_AGAIN;       /* saw VM_LOCKED vma */
1194         return ret;
1195 }
1196
1197 /**
1198  * try_to_unmap - try to remove all page table mappings to a page
1199  * @page: the page to get unmapped
1200  * @flags: action and flags
1201  *
1202  * Tries to remove all the page table entries which are mapping this
1203  * page, used in the pageout path.  Caller must hold the page lock.
1204  * Return values are:
1205  *
1206  * SWAP_SUCCESS - we succeeded in removing all mappings
1207  * SWAP_AGAIN   - we missed a mapping, try again later
1208  * SWAP_FAIL    - the page is unswappable
1209  * SWAP_MLOCK   - page is mlocked.
1210  */
1211 int try_to_unmap(struct page *page, enum ttu_flags flags)
1212 {
1213         int ret;
1214
1215         BUG_ON(!PageLocked(page));
1216
1217         if (PageAnon(page))
1218                 ret = try_to_unmap_anon(page, flags);
1219         else
1220                 ret = try_to_unmap_file(page, flags);
1221         if (ret != SWAP_MLOCK && !page_mapped(page))
1222                 ret = SWAP_SUCCESS;
1223         return ret;
1224 }
1225
1226 /**
1227  * try_to_munlock - try to munlock a page
1228  * @page: the page to be munlocked
1229  *
1230  * Called from munlock code.  Checks all of the VMAs mapping the page
1231  * to make sure nobody else has this page mlocked. The page will be
1232  * returned with PG_mlocked cleared if no other vmas have it mlocked.
1233  *
1234  * Return values are:
1235  *
1236  * SWAP_SUCCESS - no vma's holding page mlocked.
1237  * SWAP_AGAIN   - page mapped in mlocked vma -- couldn't acquire mmap sem
1238  * SWAP_MLOCK   - page is now mlocked.
1239  */
1240 int try_to_munlock(struct page *page)
1241 {
1242         VM_BUG_ON(!PageLocked(page) || PageLRU(page));
1243
1244         if (PageAnon(page))
1245                 return try_to_unmap_anon(page, TTU_MUNLOCK);
1246         else
1247                 return try_to_unmap_file(page, TTU_MUNLOCK);
1248 }
1249