rmap: always add new vmas at the end
[linux-2.6.git] / mm / rmap.c
index 278cd27..dce74a9 100644 (file)
--- a/mm/rmap.c
+++ b/mm/rmap.c
@@ -62,6 +62,7 @@
 #include "internal.h"
 
 static struct kmem_cache *anon_vma_cachep;
+static struct kmem_cache *anon_vma_chain_cachep;
 
 static inline struct anon_vma *anon_vma_alloc(void)
 {
@@ -73,6 +74,16 @@ void anon_vma_free(struct anon_vma *anon_vma)
        kmem_cache_free(anon_vma_cachep, anon_vma);
 }
 
+static inline struct anon_vma_chain *anon_vma_chain_alloc(void)
+{
+       return kmem_cache_alloc(anon_vma_chain_cachep, GFP_KERNEL);
+}
+
+void anon_vma_chain_free(struct anon_vma_chain *anon_vma_chain)
+{
+       kmem_cache_free(anon_vma_chain_cachep, anon_vma_chain);
+}
+
 /**
  * anon_vma_prepare - attach an anon_vma to a memory region
  * @vma: the memory region in question
@@ -103,80 +114,183 @@ void anon_vma_free(struct anon_vma *anon_vma)
 int anon_vma_prepare(struct vm_area_struct *vma)
 {
        struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
+       struct anon_vma_chain *avc;
 
        might_sleep();
        if (unlikely(!anon_vma)) {
                struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
                struct anon_vma *allocated;
 
+               avc = anon_vma_chain_alloc();
+               if (!avc)
+                       goto out_enomem;
+
                anon_vma = find_mergeable_anon_vma(vma);
                allocated = NULL;
                if (!anon_vma) {
                        anon_vma = anon_vma_alloc();
                        if (unlikely(!anon_vma))
-                               return -ENOMEM;
+                               goto out_enomem_free_avc;
                        allocated = anon_vma;
+                       /*
+                        * This VMA had no anon_vma yet.  This anon_vma is
+                        * the root of any anon_vma tree that might form.
+                        */
+                       anon_vma->root = anon_vma;
                }
-               spin_lock(&anon_vma->lock);
 
+               anon_vma_lock(anon_vma);
                /* page_table_lock to protect against threads */
                spin_lock(&mm->page_table_lock);
                if (likely(!vma->anon_vma)) {
                        vma->anon_vma = anon_vma;
-                       list_add_tail(&vma->anon_vma_node, &anon_vma->head);
+                       avc->anon_vma = anon_vma;
+                       avc->vma = vma;
+                       list_add(&avc->same_vma, &vma->anon_vma_chain);
+                       list_add_tail(&avc->same_anon_vma, &anon_vma->head);
                        allocated = NULL;
+                       avc = NULL;
                }
                spin_unlock(&mm->page_table_lock);
+               anon_vma_unlock(anon_vma);
 
-               spin_unlock(&anon_vma->lock);
                if (unlikely(allocated))
                        anon_vma_free(allocated);
+               if (unlikely(avc))
+                       anon_vma_chain_free(avc);
        }
        return 0;
+
+ out_enomem_free_avc:
+       anon_vma_chain_free(avc);
+ out_enomem:
+       return -ENOMEM;
 }
 
-void __anon_vma_merge(struct vm_area_struct *vma, struct vm_area_struct *next)
+static void anon_vma_chain_link(struct vm_area_struct *vma,
+                               struct anon_vma_chain *avc,
+                               struct anon_vma *anon_vma)
 {
-       BUG_ON(vma->anon_vma != next->anon_vma);
-       list_del(&next->anon_vma_node);
+       avc->vma = vma;
+       avc->anon_vma = anon_vma;
+       list_add(&avc->same_vma, &vma->anon_vma_chain);
+
+       anon_vma_lock(anon_vma);
+       list_add_tail(&avc->same_anon_vma, &anon_vma->head);
+       anon_vma_unlock(anon_vma);
 }
 
-void __anon_vma_link(struct vm_area_struct *vma)
+/*
+ * Attach the anon_vmas from src to dst.
+ * Returns 0 on success, -ENOMEM on failure.
+ */
+int anon_vma_clone(struct vm_area_struct *dst, struct vm_area_struct *src)
 {
-       struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
+       struct anon_vma_chain *avc, *pavc;
+
+       list_for_each_entry_reverse(pavc, &src->anon_vma_chain, same_vma) {
+               avc = anon_vma_chain_alloc();
+               if (!avc)
+                       goto enomem_failure;
+               anon_vma_chain_link(dst, avc, pavc->anon_vma);
+       }
+       return 0;
 
-       if (anon_vma)
-               list_add_tail(&vma->anon_vma_node, &anon_vma->head);
+ enomem_failure:
+       unlink_anon_vmas(dst);
+       return -ENOMEM;
 }
 
-void anon_vma_link(struct vm_area_struct *vma)
+/*
+ * Attach vma to its own anon_vma, as well as to the anon_vmas that
+ * the corresponding VMA in the parent process is attached to.
+ * Returns 0 on success, non-zero on failure.
+ */
+int anon_vma_fork(struct vm_area_struct *vma, struct vm_area_struct *pvma)
 {
-       struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
+       struct anon_vma_chain *avc;
+       struct anon_vma *anon_vma;
 
-       if (anon_vma) {
-               spin_lock(&anon_vma->lock);
-               list_add_tail(&vma->anon_vma_node, &anon_vma->head);
-               spin_unlock(&anon_vma->lock);
-       }
+       /* Don't bother if the parent process has no anon_vma here. */
+       if (!pvma->anon_vma)
+               return 0;
+
+       /*
+        * First, attach the new VMA to the parent VMA's anon_vmas,
+        * so rmap can find non-COWed pages in child processes.
+        */
+       if (anon_vma_clone(vma, pvma))
+               return -ENOMEM;
+
+       /* Then add our own anon_vma. */
+       anon_vma = anon_vma_alloc();
+       if (!anon_vma)
+               goto out_error;
+       avc = anon_vma_chain_alloc();
+       if (!avc)
+               goto out_error_free_anon_vma;
+
+       /*
+        * The root anon_vma's spinlock is the lock actually used when we
+        * lock any of the anon_vmas in this anon_vma tree.
+        */
+       anon_vma->root = pvma->anon_vma->root;
+       /*
+        * With KSM refcounts, an anon_vma can stay around longer than the
+        * process it belongs to.  The root anon_vma needs to be pinned
+        * until this anon_vma is freed, because the lock lives in the root.
+        */
+       get_anon_vma(anon_vma->root);
+       /* Mark this anon_vma as the one where our new (COWed) pages go. */
+       vma->anon_vma = anon_vma;
+       anon_vma_chain_link(vma, avc, anon_vma);
+
+       return 0;
+
+ out_error_free_anon_vma:
+       anon_vma_free(anon_vma);
+ out_error:
+       unlink_anon_vmas(vma);
+       return -ENOMEM;
 }
 
-void anon_vma_unlink(struct vm_area_struct *vma)
+static void anon_vma_unlink(struct anon_vma_chain *anon_vma_chain)
 {
-       struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
+       struct anon_vma *anon_vma = anon_vma_chain->anon_vma;
        int empty;
 
+       /* If anon_vma_fork fails, we can get an empty anon_vma_chain. */
        if (!anon_vma)
                return;
 
-       spin_lock(&anon_vma->lock);
-       list_del(&vma->anon_vma_node);
+       anon_vma_lock(anon_vma);
+       list_del(&anon_vma_chain->same_anon_vma);
 
        /* We must garbage collect the anon_vma if it's empty */
-       empty = list_empty(&anon_vma->head) && !ksm_refcount(anon_vma);
-       spin_unlock(&anon_vma->lock);
+       empty = list_empty(&anon_vma->head) && !anonvma_external_refcount(anon_vma);
+       anon_vma_unlock(anon_vma);
 
-       if (empty)
+       if (empty) {
+               /* We no longer need the root anon_vma */
+               if (anon_vma->root != anon_vma)
+                       drop_anon_vma(anon_vma->root);
                anon_vma_free(anon_vma);
+       }
+}
+
+void unlink_anon_vmas(struct vm_area_struct *vma)
+{
+       struct anon_vma_chain *avc, *next;
+
+       /*
+        * Unlink each anon_vma chained to the VMA.  This list is ordered
+        * from newest to oldest, ensuring the root anon_vma gets freed last.
+        */
+       list_for_each_entry_safe(avc, next, &vma->anon_vma_chain, same_vma) {
+               anon_vma_unlink(avc);
+               list_del(&avc->same_vma);
+               anon_vma_chain_free(avc);
+       }
 }
 
 static void anon_vma_ctor(void *data)
@@ -184,7 +298,7 @@ static void anon_vma_ctor(void *data)
        struct anon_vma *anon_vma = data;
 
        spin_lock_init(&anon_vma->lock);
-       ksm_refcount_init(anon_vma);
+       anonvma_external_refcount_init(anon_vma);
        INIT_LIST_HEAD(&anon_vma->head);
 }
 
@@ -192,6 +306,7 @@ void __init anon_vma_init(void)
 {
        anon_vma_cachep = kmem_cache_create("anon_vma", sizeof(struct anon_vma),
                        0, SLAB_DESTROY_BY_RCU|SLAB_PANIC, anon_vma_ctor);
+       anon_vma_chain_cachep = KMEM_CACHE(anon_vma_chain, SLAB_PANIC);
 }
 
 /*
@@ -211,7 +326,7 @@ struct anon_vma *page_lock_anon_vma(struct page *page)
                goto out;
 
        anon_vma = (struct anon_vma *) (anon_mapping - PAGE_MAPPING_ANON);
-       spin_lock(&anon_vma->lock);
+       anon_vma_lock(anon_vma);
        return anon_vma;
 out:
        rcu_read_unlock();
@@ -220,7 +335,7 @@ out:
 
 void page_unlock_anon_vma(struct anon_vma *anon_vma)
 {
-       spin_unlock(&anon_vma->lock);
+       anon_vma_unlock(anon_vma);
        rcu_read_unlock();
 }
 
@@ -245,14 +360,13 @@ vma_address(struct page *page, struct vm_area_struct *vma)
 
 /*
  * At what user virtual address is page expected in vma?
- * checking that the page matches the vma.
+ * Caller should check the page is actually part of the vma.
  */
 unsigned long page_address_in_vma(struct page *page, struct vm_area_struct *vma)
 {
-       if (PageAnon(page)) {
-               if (vma->anon_vma != page_anon_vma(page))
-                       return -EFAULT;
-       } else if (page->mapping && !(vma->vm_flags & VM_NONLINEAR)) {
+       if (PageAnon(page))
+               ;
+       else if (page->mapping && !(vma->vm_flags & VM_NONLINEAR)) {
                if (!vma->vm_file ||
                    vma->vm_file->f_mapping != page->mapping)
                        return -EFAULT;
@@ -396,7 +510,7 @@ static int page_referenced_anon(struct page *page,
 {
        unsigned int mapcount;
        struct anon_vma *anon_vma;
-       struct vm_area_struct *vma;
+       struct anon_vma_chain *avc;
        int referenced = 0;
 
        anon_vma = page_lock_anon_vma(page);
@@ -404,7 +518,8 @@ static int page_referenced_anon(struct page *page,
                return referenced;
 
        mapcount = page_mapcount(page);
-       list_for_each_entry(vma, &anon_vma->head, anon_vma_node) {
+       list_for_each_entry(avc, &anon_vma->head, same_anon_vma) {
+               struct vm_area_struct *vma = avc->vma;
                unsigned long address = vma_address(page, vma);
                if (address == -EFAULT)
                        continue;
@@ -511,9 +626,6 @@ int page_referenced(struct page *page,
        int referenced = 0;
        int we_locked = 0;
 
-       if (TestClearPageReferenced(page))
-               referenced++;
-
        *vm_flags = 0;
        if (page_mapped(page) && page_rmapping(page)) {
                if (!is_locked && (!PageAnon(page) || PageKsm(page))) {
@@ -614,17 +726,57 @@ int page_mkclean(struct page *page)
 EXPORT_SYMBOL_GPL(page_mkclean);
 
 /**
+ * page_move_anon_rmap - move a page to our anon_vma
+ * @page:      the page to move to our anon_vma
+ * @vma:       the vma the page belongs to
+ * @address:   the user virtual address mapped
+ *
+ * When a page belongs exclusively to one process after a COW event,
+ * that page can be moved into the anon_vma that belongs to just that
+ * process, so the rmap code will not search the parent or sibling
+ * processes.
+ */
+void page_move_anon_rmap(struct page *page,
+       struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
+{
+       struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
+
+       VM_BUG_ON(!PageLocked(page));
+       VM_BUG_ON(!anon_vma);
+       VM_BUG_ON(page->index != linear_page_index(vma, address));
+
+       anon_vma = (void *) anon_vma + PAGE_MAPPING_ANON;
+       page->mapping = (struct address_space *) anon_vma;
+}
+
+/**
  * __page_set_anon_rmap - setup new anonymous rmap
  * @page:      the page to add the mapping to
  * @vma:       the vm area in which the mapping is added
  * @address:   the user virtual address mapped
+ * @exclusive: the page is exclusively owned by the current process
  */
 static void __page_set_anon_rmap(struct page *page,
-       struct vm_area_struct *vma, unsigned long address)
+       struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, int exclusive)
 {
        struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
 
        BUG_ON(!anon_vma);
+
+       /*
+        * If the page isn't exclusively mapped into this vma,
+        * we must use the _oldest_ possible anon_vma for the
+        * page mapping!
+        *
+        * So take the last AVC chain entry in the vma, which is
+        * the deepest ancestor, and use the anon_vma from that.
+        */
+       if (!exclusive) {
+               struct anon_vma_chain *avc;
+               avc = list_entry(vma->anon_vma_chain.prev, struct anon_vma_chain, same_vma);
+               anon_vma = avc->anon_vma;
+       }
+
        anon_vma = (void *) anon_vma + PAGE_MAPPING_ANON;
        page->mapping = (struct address_space *) anon_vma;
        page->index = linear_page_index(vma, address);
@@ -652,9 +804,6 @@ static void __page_check_anon_rmap(struct page *page,
         * are initially only visible via the pagetables, and the pte is locked
         * over the call to page_add_new_anon_rmap.
         */
-       struct anon_vma *anon_vma = vma->anon_vma;
-       anon_vma = (void *) anon_vma + PAGE_MAPPING_ANON;
-       BUG_ON(page->mapping != (struct address_space *)anon_vma);
        BUG_ON(page->index != linear_page_index(vma, address));
 #endif
 }
@@ -682,7 +831,7 @@ void page_add_anon_rmap(struct page *page,
        VM_BUG_ON(!PageLocked(page));
        VM_BUG_ON(address < vma->vm_start || address >= vma->vm_end);
        if (first)
-               __page_set_anon_rmap(page, vma, address);
+               __page_set_anon_rmap(page, vma, address, 0);
        else
                __page_check_anon_rmap(page, vma, address);
 }
@@ -704,7 +853,7 @@ void page_add_new_anon_rmap(struct page *page,
        SetPageSwapBacked(page);
        atomic_set(&page->_mapcount, 0); /* increment count (starts at -1) */
        __inc_zone_page_state(page, NR_ANON_PAGES);
-       __page_set_anon_rmap(page, vma, address);
+       __page_set_anon_rmap(page, vma, address, 1);
        if (page_evictable(page, vma))
                lru_cache_add_lru(page, LRU_ACTIVE_ANON);
        else
@@ -815,9 +964,9 @@ int try_to_unmap_one(struct page *page, struct vm_area_struct *vma,
 
        if (PageHWPoison(page) && !(flags & TTU_IGNORE_HWPOISON)) {
                if (PageAnon(page))
-                       dec_mm_counter(mm, anon_rss);
+                       dec_mm_counter(mm, MM_ANONPAGES);
                else
-                       dec_mm_counter(mm, file_rss);
+                       dec_mm_counter(mm, MM_FILEPAGES);
                set_pte_at(mm, address, pte,
                                swp_entry_to_pte(make_hwpoison_entry(page)));
        } else if (PageAnon(page)) {
@@ -839,7 +988,8 @@ int try_to_unmap_one(struct page *page, struct vm_area_struct *vma,
                                        list_add(&mm->mmlist, &init_mm.mmlist);
                                spin_unlock(&mmlist_lock);
                        }
-                       dec_mm_counter(mm, anon_rss);
+                       dec_mm_counter(mm, MM_ANONPAGES);
+                       inc_mm_counter(mm, MM_SWAPENTS);
                } else if (PAGE_MIGRATION) {
                        /*
                         * Store the pfn of the page in a special migration
@@ -857,7 +1007,7 @@ int try_to_unmap_one(struct page *page, struct vm_area_struct *vma,
                entry = make_migration_entry(page, pte_write(pteval));
                set_pte_at(mm, address, pte, swp_entry_to_pte(entry));
        } else
-               dec_mm_counter(mm, file_rss);
+               dec_mm_counter(mm, MM_FILEPAGES);
 
        page_remove_rmap(page);
        page_cache_release(page);
@@ -996,7 +1146,7 @@ static int try_to_unmap_cluster(unsigned long cursor, unsigned int *mapcount,
 
                page_remove_rmap(page);
                page_cache_release(page);
-               dec_mm_counter(mm, file_rss);
+               dec_mm_counter(mm, MM_FILEPAGES);
                (*mapcount)--;
        }
        pte_unmap_unlock(pte - 1, ptl);
@@ -1005,6 +1155,20 @@ static int try_to_unmap_cluster(unsigned long cursor, unsigned int *mapcount,
        return ret;
 }
 
+static bool is_vma_temporary_stack(struct vm_area_struct *vma)
+{
+       int maybe_stack = vma->vm_flags & (VM_GROWSDOWN | VM_GROWSUP);
+
+       if (!maybe_stack)
+               return false;
+
+       if ((vma->vm_flags & VM_STACK_INCOMPLETE_SETUP) ==
+                                               VM_STACK_INCOMPLETE_SETUP)
+               return true;
+
+       return false;
+}
+
 /**
  * try_to_unmap_anon - unmap or unlock anonymous page using the object-based
  * rmap method
@@ -1024,15 +1188,30 @@ static int try_to_unmap_cluster(unsigned long cursor, unsigned int *mapcount,
 static int try_to_unmap_anon(struct page *page, enum ttu_flags flags)
 {
        struct anon_vma *anon_vma;
-       struct vm_area_struct *vma;
+       struct anon_vma_chain *avc;
        int ret = SWAP_AGAIN;
 
        anon_vma = page_lock_anon_vma(page);
        if (!anon_vma)
                return ret;
 
-       list_for_each_entry(vma, &anon_vma->head, anon_vma_node) {
-               unsigned long address = vma_address(page, vma);
+       list_for_each_entry(avc, &anon_vma->head, same_anon_vma) {
+               struct vm_area_struct *vma = avc->vma;
+               unsigned long address;
+
+               /*
+                * During exec, a temporary VMA is setup and later moved.
+                * The VMA is moved under the anon_vma lock but not the
+                * page tables leading to a race where migration cannot
+                * find the migration ptes. Rather than increasing the
+                * locking requirements of exec(), migration skips
+                * temporary VMAs until after exec() completes.
+                */
+               if (PAGE_MIGRATION && (flags & TTU_MIGRATION) &&
+                               is_vma_temporary_stack(vma))
+                       continue;
+
+               address = vma_address(page, vma);
                if (address == -EFAULT)
                        continue;
                ret = try_to_unmap_one(page, vma, address, flags);
@@ -1213,6 +1392,40 @@ int try_to_munlock(struct page *page)
                return try_to_unmap_file(page, TTU_MUNLOCK);
 }
 
+#if defined(CONFIG_KSM) || defined(CONFIG_MIGRATION)
+/*
+ * Drop an anon_vma refcount, freeing the anon_vma and anon_vma->root
+ * if necessary.  Be careful to do all the tests under the lock.  Once
+ * we know we are the last user, nobody else can get a reference and we
+ * can do the freeing without the lock.
+ */
+void drop_anon_vma(struct anon_vma *anon_vma)
+{
+       if (atomic_dec_and_lock(&anon_vma->external_refcount, &anon_vma->root->lock)) {
+               struct anon_vma *root = anon_vma->root;
+               int empty = list_empty(&anon_vma->head);
+               int last_root_user = 0;
+               int root_empty = 0;
+
+               /*
+                * The refcount on a non-root anon_vma got dropped.  Drop
+                * the refcount on the root and check if we need to free it.
+                */
+               if (empty && anon_vma != root) {
+                       last_root_user = atomic_dec_and_test(&root->external_refcount);
+                       root_empty = list_empty(&root->head);
+               }
+               anon_vma_unlock(anon_vma);
+
+               if (empty) {
+                       anon_vma_free(anon_vma);
+                       if (root_empty && last_root_user)
+                               anon_vma_free(root);
+               }
+       }
+}
+#endif
+
 #ifdef CONFIG_MIGRATION
 /*
  * rmap_walk() and its helpers rmap_walk_anon() and rmap_walk_file():
@@ -1222,22 +1435,21 @@ static int rmap_walk_anon(struct page *page, int (*rmap_one)(struct page *,
                struct vm_area_struct *, unsigned long, void *), void *arg)
 {
        struct anon_vma *anon_vma;
-       struct vm_area_struct *vma;
+       struct anon_vma_chain *avc;
        int ret = SWAP_AGAIN;
 
        /*
         * Note: remove_migration_ptes() cannot use page_lock_anon_vma()
         * because that depends on page_mapped(); but not all its usages
-        * are holding mmap_sem, which also gave the necessary guarantee
-        * (that this anon_vma's slab has not already been destroyed).
-        * This needs to be reviewed later: avoiding page_lock_anon_vma()
-        * is risky, and currently limits the usefulness of rmap_walk().
+        * are holding mmap_sem. Users without mmap_sem are required to
+        * take a reference count to prevent the anon_vma disappearing
         */
        anon_vma = page_anon_vma(page);
        if (!anon_vma)
                return ret;
-       spin_lock(&anon_vma->lock);
-       list_for_each_entry(vma, &anon_vma->head, anon_vma_node) {
+       anon_vma_lock(anon_vma);
+       list_for_each_entry(avc, &anon_vma->head, same_anon_vma) {
+               struct vm_area_struct *vma = avc->vma;
                unsigned long address = vma_address(page, vma);
                if (address == -EFAULT)
                        continue;
@@ -1245,7 +1457,7 @@ static int rmap_walk_anon(struct page *page, int (*rmap_one)(struct page *,
                if (ret != SWAP_AGAIN)
                        break;
        }
-       spin_unlock(&anon_vma->lock);
+       anon_vma_unlock(anon_vma);
        return ret;
 }