mm: retry page fault when blocking on disk transfer
Michel Lespinasse [Tue, 26 Oct 2010 21:21:57 +0000 (14:21 -0700)]
This change reduces mmap_sem hold times that are caused by waiting for
disk transfers when accessing file mapped VMAs.

It introduces the VM_FAULT_ALLOW_RETRY flag, which indicates that the call
site wants mmap_sem to be released if blocking on a pending disk transfer.
In that case, filemap_fault() returns the VM_FAULT_RETRY status bit and
do_page_fault() will then re-acquire mmap_sem and retry the page fault.

It is expected that the retry will hit the same page which will now be
cached, and thus it will complete with a low mmap_sem hold time.

Tests:

- microbenchmark: thread A mmaps a large file and does random read accesses
  to the mmaped area - achieves about 55 iterations/s. Thread B does
  mmap/munmap in a loop at a separate location - achieves 55 iterations/s
  before, 15000 iterations/s after.

- We are seeing related effects in some applications in house, which show
  significant performance regressions when running without this change.

[akpm@linux-foundation.org: fix warning & crash]
Signed-off-by: Michel Lespinasse <walken@google.com>
Acked-by: Rik van Riel <riel@redhat.com>
Acked-by: Linus Torvalds <torvalds@linux-foundation.org>
Cc: Nick Piggin <nickpiggin@yahoo.com.au>
Reviewed-by: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Ying Han <yinghan@google.com>
Cc: Peter Zijlstra <a.p.zijlstra@chello.nl>
Cc: Ingo Molnar <mingo@elte.hu>
Cc: Thomas Gleixner <tglx@linutronix.de>
Acked-by: "H. Peter Anvin" <hpa@zytor.com>
Cc: <linux-arch@vger.kernel.org>
Signed-off-by: Andrew Morton <akpm@linux-foundation.org>
Signed-off-by: Linus Torvalds <torvalds@linux-foundation.org>

arch/x86/mm/fault.c
include/linux/mm.h
include/linux/pagemap.h
mm/filemap.c
mm/memory.c

index 852b319..9b2345c 100644 (file)
@@ -956,8 +956,10 @@ do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
        struct task_struct *tsk;
        unsigned long address;
        struct mm_struct *mm;
-       int write;
        int fault;
+       int write = error_code & PF_WRITE;
+       unsigned int flags = FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY |
+                                       (write ? FAULT_FLAG_WRITE : 0);
 
        tsk = current;
        mm = tsk->mm;
@@ -1068,6 +1070,7 @@ do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
                        bad_area_nosemaphore(regs, error_code, address);
                        return;
                }
+retry:
                down_read(&mm->mmap_sem);
        } else {
                /*
@@ -1111,8 +1114,6 @@ do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
         * we can handle it..
         */
 good_area:
-       write = error_code & PF_WRITE;
-
        if (unlikely(access_error(error_code, write, vma))) {
                bad_area_access_error(regs, error_code, address);
                return;
@@ -1123,21 +1124,34 @@ good_area:
         * make sure we exit gracefully rather than endlessly redo
         * the fault:
         */
-       fault = handle_mm_fault(mm, vma, address, write ? FAULT_FLAG_WRITE : 0);
+       fault = handle_mm_fault(mm, vma, address, flags);
 
        if (unlikely(fault & VM_FAULT_ERROR)) {
                mm_fault_error(regs, error_code, address, fault);
                return;
        }
 
-       if (fault & VM_FAULT_MAJOR) {
-               tsk->maj_flt++;
-               perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS_MAJ, 1, 0,
-                                    regs, address);
-       } else {
-               tsk->min_flt++;
-               perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS_MIN, 1, 0,
-                                    regs, address);
+       /*
+        * Major/minor page fault accounting is only done on the
+        * initial attempt. If we go through a retry, it is extremely
+        * likely that the page will be found in page cache at that point.
+        */
+       if (flags & FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY) {
+               if (fault & VM_FAULT_MAJOR) {
+                       tsk->maj_flt++;
+                       perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS_MAJ, 1, 0,
+                                     regs, address);
+               } else {
+                       tsk->min_flt++;
+                       perf_sw_event(PERF_COUNT_SW_PAGE_FAULTS_MIN, 1, 0,
+                                     regs, address);
+               }
+               if (fault & VM_FAULT_RETRY) {
+                       /* Clear FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY to avoid any risk
+                        * of starvation. */
+                       flags &= ~FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY;
+                       goto retry;
+               }
        }
 
        check_v8086_mode(regs, address, tsk);
index 2862009..3bf4665 100644 (file)
@@ -144,6 +144,7 @@ extern pgprot_t protection_map[16];
 #define FAULT_FLAG_WRITE       0x01    /* Fault was a write access */
 #define FAULT_FLAG_NONLINEAR   0x02    /* Fault was via a nonlinear mapping */
 #define FAULT_FLAG_MKWRITE     0x04    /* Fault was mkwrite of existing pte */
+#define FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY 0x08    /* Retry fault if blocking */
 
 /*
  * This interface is used by x86 PAT code to identify a pfn mapping that is
@@ -723,6 +724,7 @@ static inline int page_mapped(struct page *page)
 
 #define VM_FAULT_NOPAGE        0x0100  /* ->fault installed the pte, not return page */
 #define VM_FAULT_LOCKED        0x0200  /* ->fault locked the returned page */
+#define VM_FAULT_RETRY 0x0400  /* ->fault blocked, must retry */
 
 #define VM_FAULT_HWPOISON_LARGE_MASK 0xf000 /* encodes hpage index for large hwpoison */
 
index e12cdc6..2d1ffe3 100644 (file)
@@ -299,6 +299,8 @@ static inline pgoff_t linear_page_index(struct vm_area_struct *vma,
 extern void __lock_page(struct page *page);
 extern int __lock_page_killable(struct page *page);
 extern void __lock_page_nosync(struct page *page);
+extern int __lock_page_or_retry(struct page *page, struct mm_struct *mm,
+                               unsigned int flags);
 extern void unlock_page(struct page *page);
 
 static inline void __set_page_locked(struct page *page)
@@ -351,6 +353,17 @@ static inline void lock_page_nosync(struct page *page)
 }
        
 /*
+ * lock_page_or_retry - Lock the page, unless this would block and the
+ * caller indicated that it can handle a retry.
+ */
+static inline int lock_page_or_retry(struct page *page, struct mm_struct *mm,
+                                    unsigned int flags)
+{
+       might_sleep();
+       return trylock_page(page) || __lock_page_or_retry(page, mm, flags);
+}
+
+/*
  * This is exported only for wait_on_page_locked/wait_on_page_writeback.
  * Never use this directly!
  */
index 8ed709a..33f8125 100644 (file)
@@ -612,6 +612,19 @@ void __lock_page_nosync(struct page *page)
                                                        TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 }
 
+int __lock_page_or_retry(struct page *page, struct mm_struct *mm,
+                        unsigned int flags)
+{
+       if (!(flags & FAULT_FLAG_ALLOW_RETRY)) {
+               __lock_page(page);
+               return 1;
+       } else {
+               up_read(&mm->mmap_sem);
+               wait_on_page_locked(page);
+               return 0;
+       }
+}
+
 /**
  * find_get_page - find and get a page reference
  * @mapping: the address_space to search
@@ -1550,7 +1563,8 @@ retry_find:
                        goto no_cached_page;
        }
 
-       lock_page(page);
+       if (!lock_page_or_retry(page, vma->vm_mm, vmf->flags))
+               return ret | VM_FAULT_RETRY;
 
        /* Did it get truncated? */
        if (unlikely(page->mapping != mapping)) {
index 92cc54e..714c443 100644 (file)
@@ -2627,6 +2627,7 @@ static int do_swap_page(struct mm_struct *mm, struct vm_area_struct *vma,
        struct page *page, *swapcache = NULL;
        swp_entry_t entry;
        pte_t pte;
+       int locked;
        struct mem_cgroup *ptr = NULL;
        int exclusive = 0;
        int ret = 0;
@@ -2677,8 +2678,12 @@ static int do_swap_page(struct mm_struct *mm, struct vm_area_struct *vma,
                goto out_release;
        }
 
-       lock_page(page);
+       locked = lock_page_or_retry(page, mm, flags);
        delayacct_clear_flag(DELAYACCT_PF_SWAPIN);
+       if (!locked) {
+               ret |= VM_FAULT_RETRY;
+               goto out_release;
+       }
 
        /*
         * Make sure try_to_free_swap or reuse_swap_page or swapoff did not
@@ -2927,7 +2932,8 @@ static int __do_fault(struct mm_struct *mm, struct vm_area_struct *vma,
        vmf.page = NULL;
 
        ret = vma->vm_ops->fault(vma, &vmf);
-       if (unlikely(ret & (VM_FAULT_ERROR | VM_FAULT_NOPAGE)))
+       if (unlikely(ret & (VM_FAULT_ERROR | VM_FAULT_NOPAGE |
+                           VM_FAULT_RETRY)))
                return ret;
 
        if (unlikely(PageHWPoison(vmf.page))) {