x86: implement percpu_alloc kernel parameter
[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
41 #include <linux/mm.h>
42 #include <linux/pagemap.h>
43 #include <linux/swap.h>
44 #include <linux/swapops.h>
45 #include <linux/slab.h>
46 #include <linux/init.h>
47 #include <linux/rmap.h>
48 #include <linux/rcupdate.h>
49 #include <linux/module.h>
50 #include <linux/memcontrol.h>
51 #include <linux/mmu_notifier.h>
52 #include <linux/migrate.h>
53
54 #include <asm/tlbflush.h>
55
56 #include "internal.h"
57
58 static struct kmem_cache *anon_vma_cachep;
59
60 static inline struct anon_vma *anon_vma_alloc(void)
61 {
62         return kmem_cache_alloc(anon_vma_cachep, GFP_KERNEL);
63 }
64
65 static inline void anon_vma_free(struct anon_vma *anon_vma)
66 {
67         kmem_cache_free(anon_vma_cachep, anon_vma);
68 }
69
70 /**
71  * anon_vma_prepare - attach an anon_vma to a memory region
72  * @vma: the memory region in question
73  *
74  * This makes sure the memory mapping described by 'vma' has
75  * an 'anon_vma' attached to it, so that we can associate the
76  * anonymous pages mapped into it with that anon_vma.
77  *
78  * The common case will be that we already have one, but if
79  * if not we either need to find an adjacent mapping that we
80  * can re-use the anon_vma from (very common when the only
81  * reason for splitting a vma has been mprotect()), or we
82  * allocate a new one.
83  *
84  * Anon-vma allocations are very subtle, because we may have
85  * optimistically looked up an anon_vma in page_lock_anon_vma()
86  * and that may actually touch the spinlock even in the newly
87  * allocated vma (it depends on RCU to make sure that the
88  * anon_vma isn't actually destroyed).
89  *
90  * As a result, we need to do proper anon_vma locking even
91  * for the new allocation. At the same time, we do not want
92  * to do any locking for the common case of already having
93  * an anon_vma.
94  *
95  * This must be called with the mmap_sem held for reading.
96  */
97 int anon_vma_prepare(struct vm_area_struct *vma)
98 {
99         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
100
101         might_sleep();
102         if (unlikely(!anon_vma)) {
103                 struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
104                 struct anon_vma *allocated;
105
106                 anon_vma = find_mergeable_anon_vma(vma);
107                 allocated = NULL;
108                 if (!anon_vma) {
109                         anon_vma = anon_vma_alloc();
110                         if (unlikely(!anon_vma))
111                                 return -ENOMEM;
112                         allocated = anon_vma;
113                 }
114                 spin_lock(&anon_vma->lock);
115
116                 /* page_table_lock to protect against threads */
117                 spin_lock(&mm->page_table_lock);
118                 if (likely(!vma->anon_vma)) {
119                         vma->anon_vma = anon_vma;
120                         list_add_tail(&vma->anon_vma_node, &anon_vma->head);
121                         allocated = NULL;
122                 }
123                 spin_unlock(&mm->page_table_lock);
124
125                 spin_unlock(&anon_vma->lock);
126                 if (unlikely(allocated))
127                         anon_vma_free(allocated);
128         }
129         return 0;
130 }
131
132 void __anon_vma_merge(struct vm_area_struct *vma, struct vm_area_struct *next)
133 {
134         BUG_ON(vma->anon_vma != next->anon_vma);
135         list_del(&next->anon_vma_node);
136 }
137
138 void __anon_vma_link(struct vm_area_struct *vma)
139 {
140         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
141
142         if (anon_vma)
143                 list_add_tail(&vma->anon_vma_node, &anon_vma->head);
144 }
145
146 void anon_vma_link(struct vm_area_struct *vma)
147 {
148         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
149
150         if (anon_vma) {
151                 spin_lock(&anon_vma->lock);
152                 list_add_tail(&vma->anon_vma_node, &anon_vma->head);
153                 spin_unlock(&anon_vma->lock);
154         }
155 }
156
157 void anon_vma_unlink(struct vm_area_struct *vma)
158 {
159         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
160         int empty;
161
162         if (!anon_vma)
163                 return;
164
165         spin_lock(&anon_vma->lock);
166         list_del(&vma->anon_vma_node);
167
168         /* We must garbage collect the anon_vma if it's empty */
169         empty = list_empty(&anon_vma->head);
170         spin_unlock(&anon_vma->lock);
171
172         if (empty)
173                 anon_vma_free(anon_vma);
174 }
175
176 static void anon_vma_ctor(void *data)
177 {
178         struct anon_vma *anon_vma = data;
179
180         spin_lock_init(&anon_vma->lock);
181         INIT_LIST_HEAD(&anon_vma->head);
182 }
183
184 void __init anon_vma_init(void)
185 {
186         anon_vma_cachep = kmem_cache_create("anon_vma", sizeof(struct anon_vma),
187                         0, SLAB_DESTROY_BY_RCU|SLAB_PANIC, anon_vma_ctor);
188 }
189
190 /*
191  * Getting a lock on a stable anon_vma from a page off the LRU is
192  * tricky: page_lock_anon_vma rely on RCU to guard against the races.
193  */
194 static struct anon_vma *page_lock_anon_vma(struct page *page)
195 {
196         struct anon_vma *anon_vma;
197         unsigned long anon_mapping;
198
199         rcu_read_lock();
200         anon_mapping = (unsigned long) page->mapping;
201         if (!(anon_mapping & PAGE_MAPPING_ANON))
202                 goto out;
203         if (!page_mapped(page))
204                 goto out;
205
206         anon_vma = (struct anon_vma *) (anon_mapping - PAGE_MAPPING_ANON);
207         spin_lock(&anon_vma->lock);
208         return anon_vma;
209 out:
210         rcu_read_unlock();
211         return NULL;
212 }
213
214 static void page_unlock_anon_vma(struct anon_vma *anon_vma)
215 {
216         spin_unlock(&anon_vma->lock);
217         rcu_read_unlock();
218 }
219
220 /*
221  * At what user virtual address is page expected in @vma?
222  * Returns virtual address or -EFAULT if page's index/offset is not
223  * within the range mapped the @vma.
224  */
225 static inline unsigned long
226 vma_address(struct page *page, struct vm_area_struct *vma)
227 {
228         pgoff_t pgoff = page->index << (PAGE_CACHE_SHIFT - PAGE_SHIFT);
229         unsigned long address;
230
231         address = vma->vm_start + ((pgoff - vma->vm_pgoff) << PAGE_SHIFT);
232         if (unlikely(address < vma->vm_start || address >= vma->vm_end)) {
233                 /* page should be within @vma mapping range */
234                 return -EFAULT;
235         }
236         return address;
237 }
238
239 /*
240  * At what user virtual address is page expected in vma? checking that the
241  * page matches the vma: currently only used on anon pages, by unuse_vma;
242  */
243 unsigned long page_address_in_vma(struct page *page, struct vm_area_struct *vma)
244 {
245         if (PageAnon(page)) {
246                 if ((void *)vma->anon_vma !=
247                     (void *)page->mapping - PAGE_MAPPING_ANON)
248                         return -EFAULT;
249         } else if (page->mapping && !(vma->vm_flags & VM_NONLINEAR)) {
250                 if (!vma->vm_file ||
251                     vma->vm_file->f_mapping != page->mapping)
252                         return -EFAULT;
253         } else
254                 return -EFAULT;
255         return vma_address(page, vma);
256 }
257
258 /*
259  * Check that @page is mapped at @address into @mm.
260  *
261  * If @sync is false, page_check_address may perform a racy check to avoid
262  * the page table lock when the pte is not present (helpful when reclaiming
263  * highly shared pages).
264  *
265  * On success returns with pte mapped and locked.
266  */
267 pte_t *page_check_address(struct page *page, struct mm_struct *mm,
268                           unsigned long address, spinlock_t **ptlp, int sync)
269 {
270         pgd_t *pgd;
271         pud_t *pud;
272         pmd_t *pmd;
273         pte_t *pte;
274         spinlock_t *ptl;
275
276         pgd = pgd_offset(mm, address);
277         if (!pgd_present(*pgd))
278                 return NULL;
279
280         pud = pud_offset(pgd, address);
281         if (!pud_present(*pud))
282                 return NULL;
283
284         pmd = pmd_offset(pud, address);
285         if (!pmd_present(*pmd))
286                 return NULL;
287
288         pte = pte_offset_map(pmd, address);
289         /* Make a quick check before getting the lock */
290         if (!sync && !pte_present(*pte)) {
291                 pte_unmap(pte);
292                 return NULL;
293         }
294
295         ptl = pte_lockptr(mm, pmd);
296         spin_lock(ptl);
297         if (pte_present(*pte) && page_to_pfn(page) == pte_pfn(*pte)) {
298                 *ptlp = ptl;
299                 return pte;
300         }
301         pte_unmap_unlock(pte, ptl);
302         return NULL;
303 }
304
305 /**
306  * page_mapped_in_vma - check whether a page is really mapped in a VMA
307  * @page: the page to test
308  * @vma: the VMA to test
309  *
310  * Returns 1 if the page is mapped into the page tables of the VMA, 0
311  * if the page is not mapped into the page tables of this VMA.  Only
312  * valid for normal file or anonymous VMAs.
313  */
314 static int page_mapped_in_vma(struct page *page, struct vm_area_struct *vma)
315 {
316         unsigned long address;
317         pte_t *pte;
318         spinlock_t *ptl;
319
320         address = vma_address(page, vma);
321         if (address == -EFAULT)         /* out of vma range */
322                 return 0;
323         pte = page_check_address(page, vma->vm_mm, address, &ptl, 1);
324         if (!pte)                       /* the page is not in this mm */
325                 return 0;
326         pte_unmap_unlock(pte, ptl);
327
328         return 1;
329 }
330
331 /*
332  * Subfunctions of page_referenced: page_referenced_one called
333  * repeatedly from either page_referenced_anon or page_referenced_file.
334  */
335 static int page_referenced_one(struct page *page,
336                                struct vm_area_struct *vma,
337                                unsigned int *mapcount,
338                                unsigned long *vm_flags)
339 {
340         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
341         unsigned long address;
342         pte_t *pte;
343         spinlock_t *ptl;
344         int referenced = 0;
345
346         address = vma_address(page, vma);
347         if (address == -EFAULT)
348                 goto out;
349
350         pte = page_check_address(page, mm, address, &ptl, 0);
351         if (!pte)
352                 goto out;
353
354         /*
355          * Don't want to elevate referenced for mlocked page that gets this far,
356          * in order that it progresses to try_to_unmap and is moved to the
357          * unevictable list.
358          */
359         if (vma->vm_flags & VM_LOCKED) {
360                 *mapcount = 1;  /* break early from loop */
361                 goto out_unmap;
362         }
363
364         if (ptep_clear_flush_young_notify(vma, address, pte)) {
365                 /*
366                  * Don't treat a reference through a sequentially read
367                  * mapping as such.  If the page has been used in
368                  * another mapping, we will catch it; if this other
369                  * mapping is already gone, the unmap path will have
370                  * set PG_referenced or activated the page.
371                  */
372                 if (likely(!VM_SequentialReadHint(vma)))
373                         referenced++;
374         }
375
376         /* Pretend the page is referenced if the task has the
377            swap token and is in the middle of a page fault. */
378         if (mm != current->mm && has_swap_token(mm) &&
379                         rwsem_is_locked(&mm->mmap_sem))
380                 referenced++;
381
382 out_unmap:
383         (*mapcount)--;
384         pte_unmap_unlock(pte, ptl);
385 out:
386         if (referenced)
387                 *vm_flags |= vma->vm_flags;
388         return referenced;
389 }
390
391 static int page_referenced_anon(struct page *page,
392                                 struct mem_cgroup *mem_cont,
393                                 unsigned long *vm_flags)
394 {
395         unsigned int mapcount;
396         struct anon_vma *anon_vma;
397         struct vm_area_struct *vma;
398         int referenced = 0;
399
400         anon_vma = page_lock_anon_vma(page);
401         if (!anon_vma)
402                 return referenced;
403
404         mapcount = page_mapcount(page);
405         list_for_each_entry(vma, &anon_vma->head, anon_vma_node) {
406                 /*
407                  * If we are reclaiming on behalf of a cgroup, skip
408                  * counting on behalf of references from different
409                  * cgroups
410                  */
411                 if (mem_cont && !mm_match_cgroup(vma->vm_mm, mem_cont))
412                         continue;
413                 referenced += page_referenced_one(page, vma,
414                                                   &mapcount, vm_flags);
415                 if (!mapcount)
416                         break;
417         }
418
419         page_unlock_anon_vma(anon_vma);
420         return referenced;
421 }
422
423 /**
424  * page_referenced_file - referenced check for object-based rmap
425  * @page: the page we're checking references on.
426  * @mem_cont: target memory controller
427  * @vm_flags: collect encountered vma->vm_flags who actually referenced the page
428  *
429  * For an object-based mapped page, find all the places it is mapped and
430  * check/clear the referenced flag.  This is done by following the page->mapping
431  * pointer, then walking the chain of vmas it holds.  It returns the number
432  * of references it found.
433  *
434  * This function is only called from page_referenced for object-based pages.
435  */
436 static int page_referenced_file(struct page *page,
437                                 struct mem_cgroup *mem_cont,
438                                 unsigned long *vm_flags)
439 {
440         unsigned int mapcount;
441         struct address_space *mapping = page->mapping;
442         pgoff_t pgoff = page->index << (PAGE_CACHE_SHIFT - PAGE_SHIFT);
443         struct vm_area_struct *vma;
444         struct prio_tree_iter iter;
445         int referenced = 0;
446
447         /*
448          * The caller's checks on page->mapping and !PageAnon have made
449          * sure that this is a file page: the check for page->mapping
450          * excludes the case just before it gets set on an anon page.
451          */
452         BUG_ON(PageAnon(page));
453
454         /*
455          * The page lock not only makes sure that page->mapping cannot
456          * suddenly be NULLified by truncation, it makes sure that the
457          * structure at mapping cannot be freed and reused yet,
458          * so we can safely take mapping->i_mmap_lock.
459          */
460         BUG_ON(!PageLocked(page));
461
462         spin_lock(&mapping->i_mmap_lock);
463
464         /*
465          * i_mmap_lock does not stabilize mapcount at all, but mapcount
466          * is more likely to be accurate if we note it after spinning.
467          */
468         mapcount = page_mapcount(page);
469
470         vma_prio_tree_foreach(vma, &iter, &mapping->i_mmap, pgoff, pgoff) {
471                 /*
472                  * If we are reclaiming on behalf of a cgroup, skip
473                  * counting on behalf of references from different
474                  * cgroups
475                  */
476                 if (mem_cont && !mm_match_cgroup(vma->vm_mm, mem_cont))
477                         continue;
478                 referenced += page_referenced_one(page, vma,
479                                                   &mapcount, vm_flags);
480                 if (!mapcount)
481                         break;
482         }
483
484         spin_unlock(&mapping->i_mmap_lock);
485         return referenced;
486 }
487
488 /**
489  * page_referenced - test if the page was referenced
490  * @page: the page to test
491  * @is_locked: caller holds lock on the page
492  * @mem_cont: target memory controller
493  * @vm_flags: collect encountered vma->vm_flags who actually referenced the page
494  *
495  * Quick test_and_clear_referenced for all mappings to a page,
496  * returns the number of ptes which referenced the page.
497  */
498 int page_referenced(struct page *page,
499                     int is_locked,
500                     struct mem_cgroup *mem_cont,
501                     unsigned long *vm_flags)
502 {
503         int referenced = 0;
504
505         if (TestClearPageReferenced(page))
506                 referenced++;
507
508         *vm_flags = 0;
509         if (page_mapped(page) && page->mapping) {
510                 if (PageAnon(page))
511                         referenced += page_referenced_anon(page, mem_cont,
512                                                                 vm_flags);
513                 else if (is_locked)
514                         referenced += page_referenced_file(page, mem_cont,
515                                                                 vm_flags);
516                 else if (!trylock_page(page))
517                         referenced++;
518                 else {
519                         if (page->mapping)
520                                 referenced += page_referenced_file(page,
521                                                         mem_cont, vm_flags);
522                         unlock_page(page);
523                 }
524         }
525
526         if (page_test_and_clear_young(page))
527                 referenced++;
528
529         return referenced;
530 }
531
532 static int page_mkclean_one(struct page *page, struct vm_area_struct *vma)
533 {
534         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
535         unsigned long address;
536         pte_t *pte;
537         spinlock_t *ptl;
538         int ret = 0;
539
540         address = vma_address(page, vma);
541         if (address == -EFAULT)
542                 goto out;
543
544         pte = page_check_address(page, mm, address, &ptl, 1);
545         if (!pte)
546                 goto out;
547
548         if (pte_dirty(*pte) || pte_write(*pte)) {
549                 pte_t entry;
550
551                 flush_cache_page(vma, address, pte_pfn(*pte));
552                 entry = ptep_clear_flush_notify(vma, address, pte);
553                 entry = pte_wrprotect(entry);
554                 entry = pte_mkclean(entry);
555                 set_pte_at(mm, address, pte, entry);
556                 ret = 1;
557         }
558
559         pte_unmap_unlock(pte, ptl);
560 out:
561         return ret;
562 }
563
564 static int page_mkclean_file(struct address_space *mapping, struct page *page)
565 {
566         pgoff_t pgoff = page->index << (PAGE_CACHE_SHIFT - PAGE_SHIFT);
567         struct vm_area_struct *vma;
568         struct prio_tree_iter iter;
569         int ret = 0;
570
571         BUG_ON(PageAnon(page));
572
573         spin_lock(&mapping->i_mmap_lock);
574         vma_prio_tree_foreach(vma, &iter, &mapping->i_mmap, pgoff, pgoff) {
575                 if (vma->vm_flags & VM_SHARED)
576                         ret += page_mkclean_one(page, vma);
577         }
578         spin_unlock(&mapping->i_mmap_lock);
579         return ret;
580 }
581
582 int page_mkclean(struct page *page)
583 {
584         int ret = 0;
585
586         BUG_ON(!PageLocked(page));
587
588         if (page_mapped(page)) {
589                 struct address_space *mapping = page_mapping(page);
590                 if (mapping) {
591                         ret = page_mkclean_file(mapping, page);
592                         if (page_test_dirty(page)) {
593                                 page_clear_dirty(page);
594                                 ret = 1;
595                         }
596                 }
597         }
598
599         return ret;
600 }
601 EXPORT_SYMBOL_GPL(page_mkclean);
602
603 /**
604  * __page_set_anon_rmap - setup new anonymous rmap
605  * @page:       the page to add the mapping to
606  * @vma:        the vm area in which the mapping is added
607  * @address:    the user virtual address mapped
608  */
609 static void __page_set_anon_rmap(struct page *page,
610         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
611 {
612         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
613
614         BUG_ON(!anon_vma);
615         anon_vma = (void *) anon_vma + PAGE_MAPPING_ANON;
616         page->mapping = (struct address_space *) anon_vma;
617
618         page->index = linear_page_index(vma, address);
619
620         /*
621          * nr_mapped state can be updated without turning off
622          * interrupts because it is not modified via interrupt.
623          */
624         __inc_zone_page_state(page, NR_ANON_PAGES);
625 }
626
627 /**
628  * __page_check_anon_rmap - sanity check anonymous rmap addition
629  * @page:       the page to add the mapping to
630  * @vma:        the vm area in which the mapping is added
631  * @address:    the user virtual address mapped
632  */
633 static void __page_check_anon_rmap(struct page *page,
634         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
635 {
636 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
637         /*
638          * The page's anon-rmap details (mapping and index) are guaranteed to
639          * be set up correctly at this point.
640          *
641          * We have exclusion against page_add_anon_rmap because the caller
642          * always holds the page locked, except if called from page_dup_rmap,
643          * in which case the page is already known to be setup.
644          *
645          * We have exclusion against page_add_new_anon_rmap because those pages
646          * are initially only visible via the pagetables, and the pte is locked
647          * over the call to page_add_new_anon_rmap.
648          */
649         struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
650         anon_vma = (void *) anon_vma + PAGE_MAPPING_ANON;
651         BUG_ON(page->mapping != (struct address_space *)anon_vma);
652         BUG_ON(page->index != linear_page_index(vma, address));
653 #endif
654 }
655
656 /**
657  * page_add_anon_rmap - add pte mapping to an anonymous page
658  * @page:       the page to add the mapping to
659  * @vma:        the vm area in which the mapping is added
660  * @address:    the user virtual address mapped
661  *
662  * The caller needs to hold the pte lock and the page must be locked.
663  */
664 void page_add_anon_rmap(struct page *page,
665         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
666 {
667         VM_BUG_ON(!PageLocked(page));
668         VM_BUG_ON(address < vma->vm_start || address >= vma->vm_end);
669         if (atomic_inc_and_test(&page->_mapcount))
670                 __page_set_anon_rmap(page, vma, address);
671         else
672                 __page_check_anon_rmap(page, vma, address);
673 }
674
675 /**
676  * page_add_new_anon_rmap - add pte mapping to a new anonymous page
677  * @page:       the page to add the mapping to
678  * @vma:        the vm area in which the mapping is added
679  * @address:    the user virtual address mapped
680  *
681  * Same as page_add_anon_rmap but must only be called on *new* pages.
682  * This means the inc-and-test can be bypassed.
683  * Page does not have to be locked.
684  */
685 void page_add_new_anon_rmap(struct page *page,
686         struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
687 {
688         VM_BUG_ON(address < vma->vm_start || address >= vma->vm_end);
689         SetPageSwapBacked(page);
690         atomic_set(&page->_mapcount, 0); /* increment count (starts at -1) */
691         __page_set_anon_rmap(page, vma, address);
692         if (page_evictable(page, vma))
693                 lru_cache_add_lru(page, LRU_ACTIVE_ANON);
694         else
695                 add_page_to_unevictable_list(page);
696 }
697
698 /**
699  * page_add_file_rmap - add pte mapping to a file page
700  * @page: the page to add the mapping to
701  *
702  * The caller needs to hold the pte lock.
703  */
704 void page_add_file_rmap(struct page *page)
705 {
706         if (atomic_inc_and_test(&page->_mapcount)) {
707                 __inc_zone_page_state(page, NR_FILE_MAPPED);
708                 mem_cgroup_update_mapped_file_stat(page, 1);
709         }
710 }
711
712 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
713 /**
714  * page_dup_rmap - duplicate pte mapping to a page
715  * @page:       the page to add the mapping to
716  * @vma:        the vm area being duplicated
717  * @address:    the user virtual address mapped
718  *
719  * For copy_page_range only: minimal extract from page_add_file_rmap /
720  * page_add_anon_rmap, avoiding unnecessary tests (already checked) so it's
721  * quicker.
722  *
723  * The caller needs to hold the pte lock.
724  */
725 void page_dup_rmap(struct page *page, struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
726 {
727         if (PageAnon(page))
728                 __page_check_anon_rmap(page, vma, address);
729         atomic_inc(&page->_mapcount);
730 }
731 #endif
732
733 /**
734  * page_remove_rmap - take down pte mapping from a page
735  * @page: page to remove mapping from
736  *
737  * The caller needs to hold the pte lock.
738  */
739 void page_remove_rmap(struct page *page)
740 {
741         if (atomic_add_negative(-1, &page->_mapcount)) {
742                 /*
743                  * Now that the last pte has gone, s390 must transfer dirty
744                  * flag from storage key to struct page.  We can usually skip
745                  * this if the page is anon, so about to be freed; but perhaps
746                  * not if it's in swapcache - there might be another pte slot
747                  * containing the swap entry, but page not yet written to swap.
748                  */
749                 if ((!PageAnon(page) || PageSwapCache(page)) &&
750                     page_test_dirty(page)) {
751                         page_clear_dirty(page);
752                         set_page_dirty(page);
753                 }
754                 if (PageAnon(page))
755                         mem_cgroup_uncharge_page(page);
756                 __dec_zone_page_state(page,
757                         PageAnon(page) ? NR_ANON_PAGES : NR_FILE_MAPPED);
758                 mem_cgroup_update_mapped_file_stat(page, -1);
759                 /*
760                  * It would be tidy to reset the PageAnon mapping here,
761                  * but that might overwrite a racing page_add_anon_rmap
762                  * which increments mapcount after us but sets mapping
763                  * before us: so leave the reset to free_hot_cold_page,
764                  * and remember that it's only reliable while mapped.
765                  * Leaving it set also helps swapoff to reinstate ptes
766                  * faster for those pages still in swapcache.
767                  */
768         }
769 }
770
771 /*
772  * Subfunctions of try_to_unmap: try_to_unmap_one called
773  * repeatedly from either try_to_unmap_anon or try_to_unmap_file.
774  */
775 static int try_to_unmap_one(struct page *page, struct vm_area_struct *vma,
776                                 int migration)
777 {
778         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
779         unsigned long address;
780         pte_t *pte;
781         pte_t pteval;
782         spinlock_t *ptl;
783         int ret = SWAP_AGAIN;
784
785         address = vma_address(page, vma);
786         if (address == -EFAULT)
787                 goto out;
788
789         pte = page_check_address(page, mm, address, &ptl, 0);
790         if (!pte)
791                 goto out;
792
793         /*
794          * If the page is mlock()d, we cannot swap it out.
795          * If it's recently referenced (perhaps page_referenced
796          * skipped over this mm) then we should reactivate it.
797          */
798         if (!migration) {
799                 if (vma->vm_flags & VM_LOCKED) {
800                         ret = SWAP_MLOCK;
801                         goto out_unmap;
802                 }
803                 if (ptep_clear_flush_young_notify(vma, address, pte)) {
804                         ret = SWAP_FAIL;
805                         goto out_unmap;
806                 }
807         }
808
809         /* Nuke the page table entry. */
810         flush_cache_page(vma, address, page_to_pfn(page));
811         pteval = ptep_clear_flush_notify(vma, address, pte);
812
813         /* Move the dirty bit to the physical page now the pte is gone. */
814         if (pte_dirty(pteval))
815                 set_page_dirty(page);
816
817         /* Update high watermark before we lower rss */
818         update_hiwater_rss(mm);
819
820         if (PageAnon(page)) {
821                 swp_entry_t entry = { .val = page_private(page) };
822
823                 if (PageSwapCache(page)) {
824                         /*
825                          * Store the swap location in the pte.
826                          * See handle_pte_fault() ...
827                          */
828                         swap_duplicate(entry);
829                         if (list_empty(&mm->mmlist)) {
830                                 spin_lock(&mmlist_lock);
831                                 if (list_empty(&mm->mmlist))
832                                         list_add(&mm->mmlist, &init_mm.mmlist);
833                                 spin_unlock(&mmlist_lock);
834                         }
835                         dec_mm_counter(mm, anon_rss);
836                 } else if (PAGE_MIGRATION) {
837                         /*
838                          * Store the pfn of the page in a special migration
839                          * pte. do_swap_page() will wait until the migration
840                          * pte is removed and then restart fault handling.
841                          */
842                         BUG_ON(!migration);
843                         entry = make_migration_entry(page, pte_write(pteval));
844                 }
845                 set_pte_at(mm, address, pte, swp_entry_to_pte(entry));
846                 BUG_ON(pte_file(*pte));
847         } else if (PAGE_MIGRATION && migration) {
848                 /* Establish migration entry for a file page */
849                 swp_entry_t entry;
850                 entry = make_migration_entry(page, pte_write(pteval));
851                 set_pte_at(mm, address, pte, swp_entry_to_pte(entry));
852         } else
853                 dec_mm_counter(mm, file_rss);
854
855
856         page_remove_rmap(page);
857         page_cache_release(page);
858
859 out_unmap:
860         pte_unmap_unlock(pte, ptl);
861 out:
862         return ret;
863 }
864
865 /*
866  * objrmap doesn't work for nonlinear VMAs because the assumption that
867  * offset-into-file correlates with offset-into-virtual-addresses does not hold.
868  * Consequently, given a particular page and its ->index, we cannot locate the
869  * ptes which are mapping that page without an exhaustive linear search.
870  *
871  * So what this code does is a mini "virtual scan" of each nonlinear VMA which
872  * maps the file to which the target page belongs.  The ->vm_private_data field
873  * holds the current cursor into that scan.  Successive searches will circulate
874  * around the vma's virtual address space.
875  *
876  * So as more replacement pressure is applied to the pages in a nonlinear VMA,
877  * more scanning pressure is placed against them as well.   Eventually pages
878  * will become fully unmapped and are eligible for eviction.
879  *
880  * For very sparsely populated VMAs this is a little inefficient - chances are
881  * there there won't be many ptes located within the scan cluster.  In this case
882  * maybe we could scan further - to the end of the pte page, perhaps.
883  *
884  * Mlocked pages:  check VM_LOCKED under mmap_sem held for read, if we can
885  * acquire it without blocking.  If vma locked, mlock the pages in the cluster,
886  * rather than unmapping them.  If we encounter the "check_page" that vmscan is
887  * trying to unmap, return SWAP_MLOCK, else default SWAP_AGAIN.
888  */
889 #define CLUSTER_SIZE    min(32*PAGE_SIZE, PMD_SIZE)
890 #define CLUSTER_MASK    (~(CLUSTER_SIZE - 1))
891
892 static int try_to_unmap_cluster(unsigned long cursor, unsigned int *mapcount,
893                 struct vm_area_struct *vma, struct page *check_page)
894 {
895         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
896         pgd_t *pgd;
897         pud_t *pud;
898         pmd_t *pmd;
899         pte_t *pte;
900         pte_t pteval;
901         spinlock_t *ptl;
902         struct page *page;
903         unsigned long address;
904         unsigned long end;
905         int ret = SWAP_AGAIN;
906         int locked_vma = 0;
907
908         address = (vma->vm_start + cursor) & CLUSTER_MASK;
909         end = address + CLUSTER_SIZE;
910         if (address < vma->vm_start)
911                 address = vma->vm_start;
912         if (end > vma->vm_end)
913                 end = vma->vm_end;
914
915         pgd = pgd_offset(mm, address);
916         if (!pgd_present(*pgd))
917                 return ret;
918
919         pud = pud_offset(pgd, address);
920         if (!pud_present(*pud))
921                 return ret;
922
923         pmd = pmd_offset(pud, address);
924         if (!pmd_present(*pmd))
925                 return ret;
926
927         /*
928          * MLOCK_PAGES => feature is configured.
929          * if we can acquire the mmap_sem for read, and vma is VM_LOCKED,
930          * keep the sem while scanning the cluster for mlocking pages.
931          */
932         if (MLOCK_PAGES && down_read_trylock(&vma->vm_mm->mmap_sem)) {
933                 locked_vma = (vma->vm_flags & VM_LOCKED);
934                 if (!locked_vma)
935                         up_read(&vma->vm_mm->mmap_sem); /* don't need it */
936         }
937
938         pte = pte_offset_map_lock(mm, pmd, address, &ptl);
939
940         /* Update high watermark before we lower rss */
941         update_hiwater_rss(mm);
942
943         for (; address < end; pte++, address += PAGE_SIZE) {
944                 if (!pte_present(*pte))
945                         continue;
946                 page = vm_normal_page(vma, address, *pte);
947                 BUG_ON(!page || PageAnon(page));
948
949                 if (locked_vma) {
950                         mlock_vma_page(page);   /* no-op if already mlocked */
951                         if (page == check_page)
952                                 ret = SWAP_MLOCK;
953                         continue;       /* don't unmap */
954                 }
955
956                 if (ptep_clear_flush_young_notify(vma, address, pte))
957                         continue;
958
959                 /* Nuke the page table entry. */
960                 flush_cache_page(vma, address, pte_pfn(*pte));
961                 pteval = ptep_clear_flush_notify(vma, address, pte);
962
963                 /* If nonlinear, store the file page offset in the pte. */
964                 if (page->index != linear_page_index(vma, address))
965                         set_pte_at(mm, address, pte, pgoff_to_pte(page->index));
966
967                 /* Move the dirty bit to the physical page now the pte is gone. */
968                 if (pte_dirty(pteval))
969                         set_page_dirty(page);
970
971                 page_remove_rmap(page);
972                 page_cache_release(page);
973                 dec_mm_counter(mm, file_rss);
974                 (*mapcount)--;
975         }
976         pte_unmap_unlock(pte - 1, ptl);
977         if (locked_vma)
978                 up_read(&vma->vm_mm->mmap_sem);
979         return ret;
980 }
981
982 /*
983  * common handling for pages mapped in VM_LOCKED vmas
984  */
985 static int try_to_mlock_page(struct page *page, struct vm_area_struct *vma)
986 {
987         int mlocked = 0;
988
989         if (down_read_trylock(&vma->vm_mm->mmap_sem)) {
990                 if (vma->vm_flags & VM_LOCKED) {
991                         mlock_vma_page(page);
992                         mlocked++;      /* really mlocked the page */
993                 }
994                 up_read(&vma->vm_mm->mmap_sem);
995         }
996         return mlocked;
997 }
998
999 /**
1000  * try_to_unmap_anon - unmap or unlock anonymous page using the object-based
1001  * rmap method
1002  * @page: the page to unmap/unlock
1003  * @unlock:  request for unlock rather than unmap [unlikely]
1004  * @migration:  unmapping for migration - ignored if @unlock
1005  *
1006  * Find all the mappings of a page using the mapping pointer and the vma chains
1007  * contained in the anon_vma struct it points to.
1008  *
1009  * This function is only called from try_to_unmap/try_to_munlock for
1010  * anonymous pages.
1011  * When called from try_to_munlock(), the mmap_sem of the mm containing the vma
1012  * where the page was found will be held for write.  So, we won't recheck
1013  * vm_flags for that VMA.  That should be OK, because that vma shouldn't be
1014  * 'LOCKED.
1015  */
1016 static int try_to_unmap_anon(struct page *page, int unlock, int migration)
1017 {
1018         struct anon_vma *anon_vma;
1019         struct vm_area_struct *vma;
1020         unsigned int mlocked = 0;
1021         int ret = SWAP_AGAIN;
1022
1023         if (MLOCK_PAGES && unlikely(unlock))
1024                 ret = SWAP_SUCCESS;     /* default for try_to_munlock() */
1025
1026         anon_vma = page_lock_anon_vma(page);
1027         if (!anon_vma)
1028                 return ret;
1029
1030         list_for_each_entry(vma, &anon_vma->head, anon_vma_node) {
1031                 if (MLOCK_PAGES && unlikely(unlock)) {
1032                         if (!((vma->vm_flags & VM_LOCKED) &&
1033                               page_mapped_in_vma(page, vma)))
1034                                 continue;  /* must visit all unlocked vmas */
1035                         ret = SWAP_MLOCK;  /* saw at least one mlocked vma */
1036                 } else {
1037                         ret = try_to_unmap_one(page, vma, migration);
1038                         if (ret == SWAP_FAIL || !page_mapped(page))
1039                                 break;
1040                 }
1041                 if (ret == SWAP_MLOCK) {
1042                         mlocked = try_to_mlock_page(page, vma);
1043                         if (mlocked)
1044                                 break;  /* stop if actually mlocked page */
1045                 }
1046         }
1047
1048         page_unlock_anon_vma(anon_vma);
1049
1050         if (mlocked)
1051                 ret = SWAP_MLOCK;       /* actually mlocked the page */
1052         else if (ret == SWAP_MLOCK)
1053                 ret = SWAP_AGAIN;       /* saw VM_LOCKED vma */
1054
1055         return ret;
1056 }
1057
1058 /**
1059  * try_to_unmap_file - unmap/unlock file page using the object-based rmap method
1060  * @page: the page to unmap/unlock
1061  * @unlock:  request for unlock rather than unmap [unlikely]
1062  * @migration:  unmapping for migration - ignored if @unlock
1063  *
1064  * Find all the mappings of a page using the mapping pointer and the vma chains
1065  * contained in the address_space struct it points to.
1066  *
1067  * This function is only called from try_to_unmap/try_to_munlock for
1068  * object-based pages.
1069  * When called from try_to_munlock(), the mmap_sem of the mm containing the vma
1070  * where the page was found will be held for write.  So, we won't recheck
1071  * vm_flags for that VMA.  That should be OK, because that vma shouldn't be
1072  * 'LOCKED.
1073  */
1074 static int try_to_unmap_file(struct page *page, int unlock, int migration)
1075 {
1076         struct address_space *mapping = page->mapping;
1077         pgoff_t pgoff = page->index << (PAGE_CACHE_SHIFT - PAGE_SHIFT);
1078         struct vm_area_struct *vma;
1079         struct prio_tree_iter iter;
1080         int ret = SWAP_AGAIN;
1081         unsigned long cursor;
1082         unsigned long max_nl_cursor = 0;
1083         unsigned long max_nl_size = 0;
1084         unsigned int mapcount;
1085         unsigned int mlocked = 0;
1086
1087         if (MLOCK_PAGES && unlikely(unlock))
1088                 ret = SWAP_SUCCESS;     /* default for try_to_munlock() */
1089
1090         spin_lock(&mapping->i_mmap_lock);
1091         vma_prio_tree_foreach(vma, &iter, &mapping->i_mmap, pgoff, pgoff) {
1092                 if (MLOCK_PAGES && unlikely(unlock)) {
1093                         if (!((vma->vm_flags & VM_LOCKED) &&
1094                                                 page_mapped_in_vma(page, vma)))
1095                                 continue;       /* must visit all vmas */
1096                         ret = SWAP_MLOCK;
1097                 } else {
1098                         ret = try_to_unmap_one(page, vma, migration);
1099                         if (ret == SWAP_FAIL || !page_mapped(page))
1100                                 goto out;
1101                 }
1102                 if (ret == SWAP_MLOCK) {
1103                         mlocked = try_to_mlock_page(page, vma);
1104                         if (mlocked)
1105                                 break;  /* stop if actually mlocked page */
1106                 }
1107         }
1108
1109         if (mlocked)
1110                 goto out;
1111
1112         if (list_empty(&mapping->i_mmap_nonlinear))
1113                 goto out;
1114
1115         list_for_each_entry(vma, &mapping->i_mmap_nonlinear,
1116                                                 shared.vm_set.list) {
1117                 if (MLOCK_PAGES && unlikely(unlock)) {
1118                         if (!(vma->vm_flags & VM_LOCKED))
1119                                 continue;       /* must visit all vmas */
1120                         ret = SWAP_MLOCK;       /* leave mlocked == 0 */
1121                         goto out;               /* no need to look further */
1122                 }
1123                 if (!MLOCK_PAGES && !migration && (vma->vm_flags & VM_LOCKED))
1124                         continue;
1125                 cursor = (unsigned long) vma->vm_private_data;
1126                 if (cursor > max_nl_cursor)
1127                         max_nl_cursor = cursor;
1128                 cursor = vma->vm_end - vma->vm_start;
1129                 if (cursor > max_nl_size)
1130                         max_nl_size = cursor;
1131         }
1132
1133         if (max_nl_size == 0) { /* all nonlinears locked or reserved ? */
1134                 ret = SWAP_FAIL;
1135                 goto out;
1136         }
1137
1138         /*
1139          * We don't try to search for this page in the nonlinear vmas,
1140          * and page_referenced wouldn't have found it anyway.  Instead
1141          * just walk the nonlinear vmas trying to age and unmap some.
1142          * The mapcount of the page we came in with is irrelevant,
1143          * but even so use it as a guide to how hard we should try?
1144          */
1145         mapcount = page_mapcount(page);
1146         if (!mapcount)
1147                 goto out;
1148         cond_resched_lock(&mapping->i_mmap_lock);
1149
1150         max_nl_size = (max_nl_size + CLUSTER_SIZE - 1) & CLUSTER_MASK;
1151         if (max_nl_cursor == 0)
1152                 max_nl_cursor = CLUSTER_SIZE;
1153
1154         do {
1155                 list_for_each_entry(vma, &mapping->i_mmap_nonlinear,
1156                                                 shared.vm_set.list) {
1157                         if (!MLOCK_PAGES && !migration &&
1158                             (vma->vm_flags & VM_LOCKED))
1159                                 continue;
1160                         cursor = (unsigned long) vma->vm_private_data;
1161                         while ( cursor < max_nl_cursor &&
1162                                 cursor < vma->vm_end - vma->vm_start) {
1163                                 ret = try_to_unmap_cluster(cursor, &mapcount,
1164                                                                 vma, page);
1165                                 if (ret == SWAP_MLOCK)
1166                                         mlocked = 2;    /* to return below */
1167                                 cursor += CLUSTER_SIZE;
1168                                 vma->vm_private_data = (void *) cursor;
1169                                 if ((int)mapcount <= 0)
1170                                         goto out;
1171                         }
1172                         vma->vm_private_data = (void *) max_nl_cursor;
1173                 }
1174                 cond_resched_lock(&mapping->i_mmap_lock);
1175                 max_nl_cursor += CLUSTER_SIZE;
1176         } while (max_nl_cursor <= max_nl_size);
1177
1178         /*
1179          * Don't loop forever (perhaps all the remaining pages are
1180          * in locked vmas).  Reset cursor on all unreserved nonlinear
1181          * vmas, now forgetting on which ones it had fallen behind.
1182          */
1183         list_for_each_entry(vma, &mapping->i_mmap_nonlinear, shared.vm_set.list)
1184                 vma->vm_private_data = NULL;
1185 out:
1186         spin_unlock(&mapping->i_mmap_lock);
1187         if (mlocked)
1188                 ret = SWAP_MLOCK;       /* actually mlocked the page */
1189         else if (ret == SWAP_MLOCK)
1190                 ret = SWAP_AGAIN;       /* saw VM_LOCKED vma */
1191         return ret;
1192 }
1193
1194 /**
1195  * try_to_unmap - try to remove all page table mappings to a page
1196  * @page: the page to get unmapped
1197  * @migration: migration flag
1198  *
1199  * Tries to remove all the page table entries which are mapping this
1200  * page, used in the pageout path.  Caller must hold the page lock.
1201  * Return values are:
1202  *
1203  * SWAP_SUCCESS - we succeeded in removing all mappings
1204  * SWAP_AGAIN   - we missed a mapping, try again later
1205  * SWAP_FAIL    - the page is unswappable
1206  * SWAP_MLOCK   - page is mlocked.
1207  */
1208 int try_to_unmap(struct page *page, int migration)
1209 {
1210         int ret;
1211
1212         BUG_ON(!PageLocked(page));
1213
1214         if (PageAnon(page))
1215                 ret = try_to_unmap_anon(page, 0, migration);
1216         else
1217                 ret = try_to_unmap_file(page, 0, migration);
1218         if (ret != SWAP_MLOCK && !page_mapped(page))
1219                 ret = SWAP_SUCCESS;
1220         return ret;
1221 }
1222
1223 /**
1224  * try_to_munlock - try to munlock a page
1225  * @page: the page to be munlocked
1226  *
1227  * Called from munlock code.  Checks all of the VMAs mapping the page
1228  * to make sure nobody else has this page mlocked. The page will be
1229  * returned with PG_mlocked cleared if no other vmas have it mlocked.
1230  *
1231  * Return values are:
1232  *
1233  * SWAP_SUCCESS - no vma's holding page mlocked.
1234  * SWAP_AGAIN   - page mapped in mlocked vma -- couldn't acquire mmap sem
1235  * SWAP_MLOCK   - page is now mlocked.
1236  */
1237 int try_to_munlock(struct page *page)
1238 {
1239         VM_BUG_ON(!PageLocked(page) || PageLRU(page));
1240
1241         if (PageAnon(page))
1242                 return try_to_unmap_anon(page, 1, 0);
1243         else
1244                 return try_to_unmap_file(page, 1, 0);
1245 }
1246