x86, pat: Update the page flags for memtype atomically instead of using memtype_lock
Robin Holt [Fri, 23 Apr 2010 15:36:22 +0000 (10:36 -0500)]
While testing an application using the xpmem (out of kernel) driver, we
noticed a significant page fault rate reduction of x86_64 with respect
to ia64.  For one test running with 32 cpus, one thread per cpu, it
took 01:08 for each of the threads to vm_insert_pfn 2GB worth of pages.
For the same test running on 256 cpus, one thread per cpu, it took 14:48
to vm_insert_pfn 2 GB worth of pages.

The slowdown was tracked to lookup_memtype which acquires the
spinlock memtype_lock.  This heavily contended lock was slowing down
vm_insert_pfn().

With the cmpxchg on page->flags method, both the 32 cpu and 256 cpu
cases take approx 00:01.3 seconds to complete.

Signed-off-by: Robin Holt <holt@sgi.com>
LKML-Reference: <20100423153627.751194346@gulag1.americas.sgi.com>
Cc: Venkatesh Pallipadi <venkatesh.pallipadi@gmail.com>
Cc: Rafael Wysocki <rjw@novell.com>
Reviewed-by: Suresh Siddha <suresh.b.siddha@intel.com>
Signed-off-by: H. Peter Anvin <hpa@zytor.com>

arch/x86/include/asm/cacheflush.h
arch/x86/mm/pat.c

index 634c40a..c70068d 100644 (file)
@@ -44,9 +44,6 @@ static inline void copy_from_user_page(struct vm_area_struct *vma,
        memcpy(dst, src, len);
 }
 
-#define PG_WC                          PG_arch_1
-PAGEFLAG(WC, WC)
-
 #ifdef CONFIG_X86_PAT
 /*
  * X86 PAT uses page flags WC and Uncached together to keep track of
@@ -55,16 +52,24 @@ PAGEFLAG(WC, WC)
  * _PAGE_CACHE_UC_MINUS and fourth state where page's memory type has not
  * been changed from its default (value of -1 used to denote this).
  * Note we do not support _PAGE_CACHE_UC here.
- *
- * Caller must hold memtype_lock for atomicity.
  */
+
+#define _PGMT_DEFAULT          0
+#define _PGMT_WC               (1UL << PG_arch_1)
+#define _PGMT_UC_MINUS         (1UL << PG_uncached)
+#define _PGMT_WB               (1UL << PG_uncached | 1UL << PG_arch_1)
+#define _PGMT_MASK             (1UL << PG_uncached | 1UL << PG_arch_1)
+#define _PGMT_CLEAR_MASK       (~_PGMT_MASK)
+
 static inline unsigned long get_page_memtype(struct page *pg)
 {
-       if (!PageUncached(pg) && !PageWC(pg))
+       unsigned long pg_flags = pg->flags & _PGMT_MASK;
+
+       if (pg_flags == _PGMT_DEFAULT)
                return -1;
-       else if (!PageUncached(pg) && PageWC(pg))
+       else if (pg_flags == _PGMT_WC)
                return _PAGE_CACHE_WC;
-       else if (PageUncached(pg) && !PageWC(pg))
+       else if (pg_flags == _PGMT_UC_MINUS)
                return _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
        else
                return _PAGE_CACHE_WB;
@@ -72,25 +77,26 @@ static inline unsigned long get_page_memtype(struct page *pg)
 
 static inline void set_page_memtype(struct page *pg, unsigned long memtype)
 {
+       unsigned long memtype_flags = _PGMT_DEFAULT;
+       unsigned long old_flags;
+       unsigned long new_flags;
+
        switch (memtype) {
        case _PAGE_CACHE_WC:
-               ClearPageUncached(pg);
-               SetPageWC(pg);
+               memtype_flags = _PGMT_WC;
                break;
        case _PAGE_CACHE_UC_MINUS:
-               SetPageUncached(pg);
-               ClearPageWC(pg);
+               memtype_flags = _PGMT_UC_MINUS;
                break;
        case _PAGE_CACHE_WB:
-               SetPageUncached(pg);
-               SetPageWC(pg);
-               break;
-       default:
-       case -1:
-               ClearPageUncached(pg);
-               ClearPageWC(pg);
+               memtype_flags = _PGMT_WB;
                break;
        }
+
+       do {
+               old_flags = pg->flags;
+               new_flags = (old_flags & _PGMT_CLEAR_MASK) | memtype_flags;
+       } while (cmpxchg(&pg->flags, old_flags, new_flags) != old_flags);
 }
 #else
 static inline unsigned long get_page_memtype(struct page *pg) { return -1; }
index 9510111..501fc60 100644 (file)
@@ -190,8 +190,6 @@ static int pat_pagerange_is_ram(unsigned long start, unsigned long end)
  * Here we do two pass:
  * - Find the memtype of all the pages in the range, look for any conflicts
  * - In case of no conflicts, set the new memtype for pages in the range
- *
- * Caller must hold memtype_lock for atomicity.
  */
 static int reserve_ram_pages_type(u64 start, u64 end, unsigned long req_type,
                                  unsigned long *new_type)
@@ -297,9 +295,7 @@ int reserve_memtype(u64 start, u64 end, unsigned long req_type,
        is_range_ram = pat_pagerange_is_ram(start, end);
        if (is_range_ram == 1) {
 
-               spin_lock(&memtype_lock);
                err = reserve_ram_pages_type(start, end, req_type, new_type);
-               spin_unlock(&memtype_lock);
 
                return err;
        } else if (is_range_ram < 0) {
@@ -351,9 +347,7 @@ int free_memtype(u64 start, u64 end)
        is_range_ram = pat_pagerange_is_ram(start, end);
        if (is_range_ram == 1) {
 
-               spin_lock(&memtype_lock);
                err = free_ram_pages_type(start, end);
-               spin_unlock(&memtype_lock);
 
                return err;
        } else if (is_range_ram < 0) {
@@ -394,10 +388,8 @@ static unsigned long lookup_memtype(u64 paddr)
 
        if (pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + PAGE_SIZE)) {
                struct page *page;
-               spin_lock(&memtype_lock);
                page = pfn_to_page(paddr >> PAGE_SHIFT);
                rettype = get_page_memtype(page);
-               spin_unlock(&memtype_lock);
                /*
                 * -1 from get_page_memtype() implies RAM page is in its
                 * default state and not reserved, and hence of type WB