[PATCH] Swap Migration V5: MPOL_MF_MOVE interface
[linux-2.6.git] / mm / mempolicy.c
1 /*
2  * Simple NUMA memory policy for the Linux kernel.
3  *
4  * Copyright 2003,2004 Andi Kleen, SuSE Labs.
5  * (C) Copyright 2005 Christoph Lameter, Silicon Graphics, Inc.
6  * Subject to the GNU Public License, version 2.
7  *
8  * NUMA policy allows the user to give hints in which node(s) memory should
9  * be allocated.
10  *
11  * Support four policies per VMA and per process:
12  *
13  * The VMA policy has priority over the process policy for a page fault.
14  *
15  * interleave     Allocate memory interleaved over a set of nodes,
16  *                with normal fallback if it fails.
17  *                For VMA based allocations this interleaves based on the
18  *                offset into the backing object or offset into the mapping
19  *                for anonymous memory. For process policy an process counter
20  *                is used.
21  *
22  * bind           Only allocate memory on a specific set of nodes,
23  *                no fallback.
24  *                FIXME: memory is allocated starting with the first node
25  *                to the last. It would be better if bind would truly restrict
26  *                the allocation to memory nodes instead
27  *
28  * preferred       Try a specific node first before normal fallback.
29  *                As a special case node -1 here means do the allocation
30  *                on the local CPU. This is normally identical to default,
31  *                but useful to set in a VMA when you have a non default
32  *                process policy.
33  *
34  * default        Allocate on the local node first, or when on a VMA
35  *                use the process policy. This is what Linux always did
36  *                in a NUMA aware kernel and still does by, ahem, default.
37  *
38  * The process policy is applied for most non interrupt memory allocations
39  * in that process' context. Interrupts ignore the policies and always
40  * try to allocate on the local CPU. The VMA policy is only applied for memory
41  * allocations for a VMA in the VM.
42  *
43  * Currently there are a few corner cases in swapping where the policy
44  * is not applied, but the majority should be handled. When process policy
45  * is used it is not remembered over swap outs/swap ins.
46  *
47  * Only the highest zone in the zone hierarchy gets policied. Allocations
48  * requesting a lower zone just use default policy. This implies that
49  * on systems with highmem kernel lowmem allocation don't get policied.
50  * Same with GFP_DMA allocations.
51  *
52  * For shmfs/tmpfs/hugetlbfs shared memory the policy is shared between
53  * all users and remembered even when nobody has memory mapped.
54  */
55
56 /* Notebook:
57    fix mmap readahead to honour policy and enable policy for any page cache
58    object
59    statistics for bigpages
60    global policy for page cache? currently it uses process policy. Requires
61    first item above.
62    handle mremap for shared memory (currently ignored for the policy)
63    grows down?
64    make bind policy root only? It can trigger oom much faster and the
65    kernel is not always grateful with that.
66    could replace all the switch()es with a mempolicy_ops structure.
67 */
68
69 #include <linux/mempolicy.h>
70 #include <linux/mm.h>
71 #include <linux/highmem.h>
72 #include <linux/hugetlb.h>
73 #include <linux/kernel.h>
74 #include <linux/sched.h>
75 #include <linux/mm.h>
76 #include <linux/nodemask.h>
77 #include <linux/cpuset.h>
78 #include <linux/gfp.h>
79 #include <linux/slab.h>
80 #include <linux/string.h>
81 #include <linux/module.h>
82 #include <linux/interrupt.h>
83 #include <linux/init.h>
84 #include <linux/compat.h>
85 #include <linux/mempolicy.h>
86 #include <linux/swap.h>
87
88 #include <asm/tlbflush.h>
89 #include <asm/uaccess.h>
90
91 /* Internal MPOL_MF_xxx flags */
92 #define MPOL_MF_DISCONTIG_OK (MPOL_MF_INTERNAL << 0)    /* Skip checks for continuous vmas */
93
94 static kmem_cache_t *policy_cache;
95 static kmem_cache_t *sn_cache;
96
97 #define PDprintk(fmt...)
98
99 /* Highest zone. An specific allocation for a zone below that is not
100    policied. */
101 int policy_zone = ZONE_DMA;
102
103 struct mempolicy default_policy = {
104         .refcnt = ATOMIC_INIT(1), /* never free it */
105         .policy = MPOL_DEFAULT,
106 };
107
108 /* Do sanity checking on a policy */
109 static int mpol_check_policy(int mode, nodemask_t *nodes)
110 {
111         int empty = nodes_empty(*nodes);
112
113         switch (mode) {
114         case MPOL_DEFAULT:
115                 if (!empty)
116                         return -EINVAL;
117                 break;
118         case MPOL_BIND:
119         case MPOL_INTERLEAVE:
120                 /* Preferred will only use the first bit, but allow
121                    more for now. */
122                 if (empty)
123                         return -EINVAL;
124                 break;
125         }
126         return nodes_subset(*nodes, node_online_map) ? 0 : -EINVAL;
127 }
128 /* Generate a custom zonelist for the BIND policy. */
129 static struct zonelist *bind_zonelist(nodemask_t *nodes)
130 {
131         struct zonelist *zl;
132         int num, max, nd;
133
134         max = 1 + MAX_NR_ZONES * nodes_weight(*nodes);
135         zl = kmalloc(sizeof(void *) * max, GFP_KERNEL);
136         if (!zl)
137                 return NULL;
138         num = 0;
139         for_each_node_mask(nd, *nodes)
140                 zl->zones[num++] = &NODE_DATA(nd)->node_zones[policy_zone];
141         zl->zones[num] = NULL;
142         return zl;
143 }
144
145 /* Create a new policy */
146 static struct mempolicy *mpol_new(int mode, nodemask_t *nodes)
147 {
148         struct mempolicy *policy;
149
150         PDprintk("setting mode %d nodes[0] %lx\n", mode, nodes_addr(*nodes)[0]);
151         if (mode == MPOL_DEFAULT)
152                 return NULL;
153         policy = kmem_cache_alloc(policy_cache, GFP_KERNEL);
154         if (!policy)
155                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
156         atomic_set(&policy->refcnt, 1);
157         switch (mode) {
158         case MPOL_INTERLEAVE:
159                 policy->v.nodes = *nodes;
160                 if (nodes_weight(*nodes) == 0) {
161                         kmem_cache_free(policy_cache, policy);
162                         return ERR_PTR(-EINVAL);
163                 }
164                 break;
165         case MPOL_PREFERRED:
166                 policy->v.preferred_node = first_node(*nodes);
167                 if (policy->v.preferred_node >= MAX_NUMNODES)
168                         policy->v.preferred_node = -1;
169                 break;
170         case MPOL_BIND:
171                 policy->v.zonelist = bind_zonelist(nodes);
172                 if (policy->v.zonelist == NULL) {
173                         kmem_cache_free(policy_cache, policy);
174                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
175                 }
176                 break;
177         }
178         policy->policy = mode;
179         return policy;
180 }
181
182 /* Check if we are the only process mapping the page in question */
183 static inline int single_mm_mapping(struct mm_struct *mm,
184                         struct address_space *mapping)
185 {
186         struct vm_area_struct *vma;
187         struct prio_tree_iter iter;
188         int rc = 1;
189
190         spin_lock(&mapping->i_mmap_lock);
191         vma_prio_tree_foreach(vma, &iter, &mapping->i_mmap, 0, ULONG_MAX)
192                 if (mm != vma->vm_mm) {
193                         rc = 0;
194                         goto out;
195                 }
196         list_for_each_entry(vma, &mapping->i_mmap_nonlinear, shared.vm_set.list)
197                 if (mm != vma->vm_mm) {
198                         rc = 0;
199                         goto out;
200                 }
201 out:
202         spin_unlock(&mapping->i_mmap_lock);
203         return rc;
204 }
205
206 /*
207  * Add a page to be migrated to the pagelist
208  */
209 static void migrate_page_add(struct vm_area_struct *vma,
210         struct page *page, struct list_head *pagelist, unsigned long flags)
211 {
212         /*
213          * Avoid migrating a page that is shared by others and not writable.
214          */
215         if ((flags & MPOL_MF_MOVE_ALL) || !page->mapping || PageAnon(page) ||
216             mapping_writably_mapped(page->mapping) ||
217             single_mm_mapping(vma->vm_mm, page->mapping)) {
218                 int rc = isolate_lru_page(page);
219
220                 if (rc == 1)
221                         list_add(&page->lru, pagelist);
222                 /*
223                  * If the isolate attempt was not successful then we just
224                  * encountered an unswappable page. Something must be wrong.
225                  */
226                 WARN_ON(rc == 0);
227         }
228 }
229
230 /* Ensure all existing pages follow the policy. */
231 static int check_pte_range(struct vm_area_struct *vma, pmd_t *pmd,
232                 unsigned long addr, unsigned long end,
233                 const nodemask_t *nodes, unsigned long flags,
234                 struct list_head *pagelist)
235 {
236         pte_t *orig_pte;
237         pte_t *pte;
238         spinlock_t *ptl;
239
240         orig_pte = pte = pte_offset_map_lock(vma->vm_mm, pmd, addr, &ptl);
241         do {
242                 struct page *page;
243                 unsigned int nid;
244
245                 if (!pte_present(*pte))
246                         continue;
247                 page = vm_normal_page(vma, addr, *pte);
248                 if (!page)
249                         continue;
250                 nid = page_to_nid(page);
251                 if (!node_isset(nid, *nodes)) {
252                         if (pagelist)
253                                 migrate_page_add(vma, page, pagelist, flags);
254                         else
255                                 break;
256                 }
257         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
258         pte_unmap_unlock(orig_pte, ptl);
259         return addr != end;
260 }
261
262 static inline int check_pmd_range(struct vm_area_struct *vma, pud_t *pud,
263                 unsigned long addr, unsigned long end,
264                 const nodemask_t *nodes, unsigned long flags,
265                 struct list_head *pagelist)
266 {
267         pmd_t *pmd;
268         unsigned long next;
269
270         pmd = pmd_offset(pud, addr);
271         do {
272                 next = pmd_addr_end(addr, end);
273                 if (pmd_none_or_clear_bad(pmd))
274                         continue;
275                 if (check_pte_range(vma, pmd, addr, next, nodes,
276                                     flags, pagelist))
277                         return -EIO;
278         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
279         return 0;
280 }
281
282 static inline int check_pud_range(struct vm_area_struct *vma, pgd_t *pgd,
283                 unsigned long addr, unsigned long end,
284                 const nodemask_t *nodes, unsigned long flags,
285                 struct list_head *pagelist)
286 {
287         pud_t *pud;
288         unsigned long next;
289
290         pud = pud_offset(pgd, addr);
291         do {
292                 next = pud_addr_end(addr, end);
293                 if (pud_none_or_clear_bad(pud))
294                         continue;
295                 if (check_pmd_range(vma, pud, addr, next, nodes,
296                                     flags, pagelist))
297                         return -EIO;
298         } while (pud++, addr = next, addr != end);
299         return 0;
300 }
301
302 static inline int check_pgd_range(struct vm_area_struct *vma,
303                 unsigned long addr, unsigned long end,
304                 const nodemask_t *nodes, unsigned long flags,
305                 struct list_head *pagelist)
306 {
307         pgd_t *pgd;
308         unsigned long next;
309
310         pgd = pgd_offset(vma->vm_mm, addr);
311         do {
312                 next = pgd_addr_end(addr, end);
313                 if (pgd_none_or_clear_bad(pgd))
314                         continue;
315                 if (check_pud_range(vma, pgd, addr, next, nodes,
316                                     flags, pagelist))
317                         return -EIO;
318         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
319         return 0;
320 }
321
322 /* Check if a vma is migratable */
323 static inline int vma_migratable(struct vm_area_struct *vma)
324 {
325         if (vma->vm_flags & (
326                 VM_LOCKED|VM_IO|VM_HUGETLB|VM_PFNMAP))
327                 return 0;
328         return 1;
329 }
330
331 /*
332  * Check if all pages in a range are on a set of nodes.
333  * If pagelist != NULL then isolate pages from the LRU and
334  * put them on the pagelist.
335  */
336 static struct vm_area_struct *
337 check_range(struct mm_struct *mm, unsigned long start, unsigned long end,
338                 const nodemask_t *nodes, unsigned long flags,
339                 struct list_head *pagelist)
340 {
341         int err;
342         struct vm_area_struct *first, *vma, *prev;
343
344         first = find_vma(mm, start);
345         if (!first)
346                 return ERR_PTR(-EFAULT);
347         prev = NULL;
348         for (vma = first; vma && vma->vm_start < end; vma = vma->vm_next) {
349                 if (!(flags & MPOL_MF_DISCONTIG_OK)) {
350                         if (!vma->vm_next && vma->vm_end < end)
351                                 return ERR_PTR(-EFAULT);
352                         if (prev && prev->vm_end < vma->vm_start)
353                                 return ERR_PTR(-EFAULT);
354                 }
355                 if (!is_vm_hugetlb_page(vma) &&
356                     ((flags & MPOL_MF_STRICT) ||
357                      ((flags & (MPOL_MF_MOVE | MPOL_MF_MOVE_ALL)) &&
358                                 vma_migratable(vma)))) {
359                         unsigned long endvma = vma->vm_end;
360
361                         if (endvma > end)
362                                 endvma = end;
363                         if (vma->vm_start > start)
364                                 start = vma->vm_start;
365                         err = check_pgd_range(vma, start, endvma, nodes,
366                                                 flags, pagelist);
367                         if (err) {
368                                 first = ERR_PTR(err);
369                                 break;
370                         }
371                 }
372                 prev = vma;
373         }
374         return first;
375 }
376
377 /* Apply policy to a single VMA */
378 static int policy_vma(struct vm_area_struct *vma, struct mempolicy *new)
379 {
380         int err = 0;
381         struct mempolicy *old = vma->vm_policy;
382
383         PDprintk("vma %lx-%lx/%lx vm_ops %p vm_file %p set_policy %p\n",
384                  vma->vm_start, vma->vm_end, vma->vm_pgoff,
385                  vma->vm_ops, vma->vm_file,
386                  vma->vm_ops ? vma->vm_ops->set_policy : NULL);
387
388         if (vma->vm_ops && vma->vm_ops->set_policy)
389                 err = vma->vm_ops->set_policy(vma, new);
390         if (!err) {
391                 mpol_get(new);
392                 vma->vm_policy = new;
393                 mpol_free(old);
394         }
395         return err;
396 }
397
398 /* Step 2: apply policy to a range and do splits. */
399 static int mbind_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start,
400                        unsigned long end, struct mempolicy *new)
401 {
402         struct vm_area_struct *next;
403         int err;
404
405         err = 0;
406         for (; vma && vma->vm_start < end; vma = next) {
407                 next = vma->vm_next;
408                 if (vma->vm_start < start)
409                         err = split_vma(vma->vm_mm, vma, start, 1);
410                 if (!err && vma->vm_end > end)
411                         err = split_vma(vma->vm_mm, vma, end, 0);
412                 if (!err)
413                         err = policy_vma(vma, new);
414                 if (err)
415                         break;
416         }
417         return err;
418 }
419
420 static int contextualize_policy(int mode, nodemask_t *nodes)
421 {
422         if (!nodes)
423                 return 0;
424
425         /* Update current mems_allowed */
426         cpuset_update_current_mems_allowed();
427         /* Ignore nodes not set in current->mems_allowed */
428         cpuset_restrict_to_mems_allowed(nodes->bits);
429         return mpol_check_policy(mode, nodes);
430 }
431
432 long do_mbind(unsigned long start, unsigned long len,
433                 unsigned long mode, nodemask_t *nmask, unsigned long flags)
434 {
435         struct vm_area_struct *vma;
436         struct mm_struct *mm = current->mm;
437         struct mempolicy *new;
438         unsigned long end;
439         int err;
440         LIST_HEAD(pagelist);
441
442         if ((flags & ~(unsigned long)(MPOL_MF_STRICT|MPOL_MF_MOVE|MPOL_MF_MOVE_ALL))
443             || mode > MPOL_MAX)
444                 return -EINVAL;
445         if ((flags & MPOL_MF_MOVE_ALL) && !capable(CAP_SYS_RESOURCE))
446                 return -EPERM;
447
448         if (start & ~PAGE_MASK)
449                 return -EINVAL;
450
451         if (mode == MPOL_DEFAULT)
452                 flags &= ~MPOL_MF_STRICT;
453
454         len = (len + PAGE_SIZE - 1) & PAGE_MASK;
455         end = start + len;
456
457         if (end < start)
458                 return -EINVAL;
459         if (end == start)
460                 return 0;
461
462         if (mpol_check_policy(mode, nmask))
463                 return -EINVAL;
464
465         new = mpol_new(mode, nmask);
466         if (IS_ERR(new))
467                 return PTR_ERR(new);
468
469         /*
470          * If we are using the default policy then operation
471          * on discontinuous address spaces is okay after all
472          */
473         if (!new)
474                 flags |= MPOL_MF_DISCONTIG_OK;
475
476         PDprintk("mbind %lx-%lx mode:%ld nodes:%lx\n",start,start+len,
477                         mode,nodes_addr(nodes)[0]);
478
479         down_write(&mm->mmap_sem);
480         vma = check_range(mm, start, end, nmask, flags,
481               (flags & (MPOL_MF_MOVE | MPOL_MF_MOVE_ALL)) ? &pagelist : NULL);
482         err = PTR_ERR(vma);
483         if (!IS_ERR(vma)) {
484                 err = mbind_range(vma, start, end, new);
485                 if (!list_empty(&pagelist))
486                         migrate_pages(&pagelist, NULL);
487                 if (!err && !list_empty(&pagelist) && (flags & MPOL_MF_STRICT))
488                         err = -EIO;
489         }
490         if (!list_empty(&pagelist))
491                 putback_lru_pages(&pagelist);
492
493         up_write(&mm->mmap_sem);
494         mpol_free(new);
495         return err;
496 }
497
498 /* Set the process memory policy */
499 long do_set_mempolicy(int mode, nodemask_t *nodes)
500 {
501         struct mempolicy *new;
502
503         if (contextualize_policy(mode, nodes))
504                 return -EINVAL;
505         new = mpol_new(mode, nodes);
506         if (IS_ERR(new))
507                 return PTR_ERR(new);
508         mpol_free(current->mempolicy);
509         current->mempolicy = new;
510         if (new && new->policy == MPOL_INTERLEAVE)
511                 current->il_next = first_node(new->v.nodes);
512         return 0;
513 }
514
515 /* Fill a zone bitmap for a policy */
516 static void get_zonemask(struct mempolicy *p, nodemask_t *nodes)
517 {
518         int i;
519
520         nodes_clear(*nodes);
521         switch (p->policy) {
522         case MPOL_BIND:
523                 for (i = 0; p->v.zonelist->zones[i]; i++)
524                         node_set(p->v.zonelist->zones[i]->zone_pgdat->node_id,
525                                 *nodes);
526                 break;
527         case MPOL_DEFAULT:
528                 break;
529         case MPOL_INTERLEAVE:
530                 *nodes = p->v.nodes;
531                 break;
532         case MPOL_PREFERRED:
533                 /* or use current node instead of online map? */
534                 if (p->v.preferred_node < 0)
535                         *nodes = node_online_map;
536                 else
537                         node_set(p->v.preferred_node, *nodes);
538                 break;
539         default:
540                 BUG();
541         }
542 }
543
544 static int lookup_node(struct mm_struct *mm, unsigned long addr)
545 {
546         struct page *p;
547         int err;
548
549         err = get_user_pages(current, mm, addr & PAGE_MASK, 1, 0, 0, &p, NULL);
550         if (err >= 0) {
551                 err = page_to_nid(p);
552                 put_page(p);
553         }
554         return err;
555 }
556
557 /* Retrieve NUMA policy */
558 long do_get_mempolicy(int *policy, nodemask_t *nmask,
559                         unsigned long addr, unsigned long flags)
560 {
561         int err;
562         struct mm_struct *mm = current->mm;
563         struct vm_area_struct *vma = NULL;
564         struct mempolicy *pol = current->mempolicy;
565
566         cpuset_update_current_mems_allowed();
567         if (flags & ~(unsigned long)(MPOL_F_NODE|MPOL_F_ADDR))
568                 return -EINVAL;
569         if (flags & MPOL_F_ADDR) {
570                 down_read(&mm->mmap_sem);
571                 vma = find_vma_intersection(mm, addr, addr+1);
572                 if (!vma) {
573                         up_read(&mm->mmap_sem);
574                         return -EFAULT;
575                 }
576                 if (vma->vm_ops && vma->vm_ops->get_policy)
577                         pol = vma->vm_ops->get_policy(vma, addr);
578                 else
579                         pol = vma->vm_policy;
580         } else if (addr)
581                 return -EINVAL;
582
583         if (!pol)
584                 pol = &default_policy;
585
586         if (flags & MPOL_F_NODE) {
587                 if (flags & MPOL_F_ADDR) {
588                         err = lookup_node(mm, addr);
589                         if (err < 0)
590                                 goto out;
591                         *policy = err;
592                 } else if (pol == current->mempolicy &&
593                                 pol->policy == MPOL_INTERLEAVE) {
594                         *policy = current->il_next;
595                 } else {
596                         err = -EINVAL;
597                         goto out;
598                 }
599         } else
600                 *policy = pol->policy;
601
602         if (vma) {
603                 up_read(&current->mm->mmap_sem);
604                 vma = NULL;
605         }
606
607         err = 0;
608         if (nmask)
609                 get_zonemask(pol, nmask);
610
611  out:
612         if (vma)
613                 up_read(&current->mm->mmap_sem);
614         return err;
615 }
616
617 /*
618  * User space interface with variable sized bitmaps for nodelists.
619  */
620
621 /* Copy a node mask from user space. */
622 static int get_nodes(nodemask_t *nodes, unsigned long __user *nmask,
623                      unsigned long maxnode)
624 {
625         unsigned long k;
626         unsigned long nlongs;
627         unsigned long endmask;
628
629         --maxnode;
630         nodes_clear(*nodes);
631         if (maxnode == 0 || !nmask)
632                 return 0;
633
634         nlongs = BITS_TO_LONGS(maxnode);
635         if ((maxnode % BITS_PER_LONG) == 0)
636                 endmask = ~0UL;
637         else
638                 endmask = (1UL << (maxnode % BITS_PER_LONG)) - 1;
639
640         /* When the user specified more nodes than supported just check
641            if the non supported part is all zero. */
642         if (nlongs > BITS_TO_LONGS(MAX_NUMNODES)) {
643                 if (nlongs > PAGE_SIZE/sizeof(long))
644                         return -EINVAL;
645                 for (k = BITS_TO_LONGS(MAX_NUMNODES); k < nlongs; k++) {
646                         unsigned long t;
647                         if (get_user(t, nmask + k))
648                                 return -EFAULT;
649                         if (k == nlongs - 1) {
650                                 if (t & endmask)
651                                         return -EINVAL;
652                         } else if (t)
653                                 return -EINVAL;
654                 }
655                 nlongs = BITS_TO_LONGS(MAX_NUMNODES);
656                 endmask = ~0UL;
657         }
658
659         if (copy_from_user(nodes_addr(*nodes), nmask, nlongs*sizeof(unsigned long)))
660                 return -EFAULT;
661         nodes_addr(*nodes)[nlongs-1] &= endmask;
662         return 0;
663 }
664
665 /* Copy a kernel node mask to user space */
666 static int copy_nodes_to_user(unsigned long __user *mask, unsigned long maxnode,
667                               nodemask_t *nodes)
668 {
669         unsigned long copy = ALIGN(maxnode-1, 64) / 8;
670         const int nbytes = BITS_TO_LONGS(MAX_NUMNODES) * sizeof(long);
671
672         if (copy > nbytes) {
673                 if (copy > PAGE_SIZE)
674                         return -EINVAL;
675                 if (clear_user((char __user *)mask + nbytes, copy - nbytes))
676                         return -EFAULT;
677                 copy = nbytes;
678         }
679         return copy_to_user(mask, nodes_addr(*nodes), copy) ? -EFAULT : 0;
680 }
681
682 asmlinkage long sys_mbind(unsigned long start, unsigned long len,
683                         unsigned long mode,
684                         unsigned long __user *nmask, unsigned long maxnode,
685                         unsigned flags)
686 {
687         nodemask_t nodes;
688         int err;
689
690         err = get_nodes(&nodes, nmask, maxnode);
691         if (err)
692                 return err;
693         return do_mbind(start, len, mode, &nodes, flags);
694 }
695
696 /* Set the process memory policy */
697 asmlinkage long sys_set_mempolicy(int mode, unsigned long __user *nmask,
698                 unsigned long maxnode)
699 {
700         int err;
701         nodemask_t nodes;
702
703         if (mode < 0 || mode > MPOL_MAX)
704                 return -EINVAL;
705         err = get_nodes(&nodes, nmask, maxnode);
706         if (err)
707                 return err;
708         return do_set_mempolicy(mode, &nodes);
709 }
710
711 /* Retrieve NUMA policy */
712 asmlinkage long sys_get_mempolicy(int __user *policy,
713                                 unsigned long __user *nmask,
714                                 unsigned long maxnode,
715                                 unsigned long addr, unsigned long flags)
716 {
717         int err, pval;
718         nodemask_t nodes;
719
720         if (nmask != NULL && maxnode < MAX_NUMNODES)
721                 return -EINVAL;
722
723         err = do_get_mempolicy(&pval, &nodes, addr, flags);
724
725         if (err)
726                 return err;
727
728         if (policy && put_user(pval, policy))
729                 return -EFAULT;
730
731         if (nmask)
732                 err = copy_nodes_to_user(nmask, maxnode, &nodes);
733
734         return err;
735 }
736
737 #ifdef CONFIG_COMPAT
738
739 asmlinkage long compat_sys_get_mempolicy(int __user *policy,
740                                      compat_ulong_t __user *nmask,
741                                      compat_ulong_t maxnode,
742                                      compat_ulong_t addr, compat_ulong_t flags)
743 {
744         long err;
745         unsigned long __user *nm = NULL;
746         unsigned long nr_bits, alloc_size;
747         DECLARE_BITMAP(bm, MAX_NUMNODES);
748
749         nr_bits = min_t(unsigned long, maxnode-1, MAX_NUMNODES);
750         alloc_size = ALIGN(nr_bits, BITS_PER_LONG) / 8;
751
752         if (nmask)
753                 nm = compat_alloc_user_space(alloc_size);
754
755         err = sys_get_mempolicy(policy, nm, nr_bits+1, addr, flags);
756
757         if (!err && nmask) {
758                 err = copy_from_user(bm, nm, alloc_size);
759                 /* ensure entire bitmap is zeroed */
760                 err |= clear_user(nmask, ALIGN(maxnode-1, 8) / 8);
761                 err |= compat_put_bitmap(nmask, bm, nr_bits);
762         }
763
764         return err;
765 }
766
767 asmlinkage long compat_sys_set_mempolicy(int mode, compat_ulong_t __user *nmask,
768                                      compat_ulong_t maxnode)
769 {
770         long err = 0;
771         unsigned long __user *nm = NULL;
772         unsigned long nr_bits, alloc_size;
773         DECLARE_BITMAP(bm, MAX_NUMNODES);
774
775         nr_bits = min_t(unsigned long, maxnode-1, MAX_NUMNODES);
776         alloc_size = ALIGN(nr_bits, BITS_PER_LONG) / 8;
777
778         if (nmask) {
779                 err = compat_get_bitmap(bm, nmask, nr_bits);
780                 nm = compat_alloc_user_space(alloc_size);
781                 err |= copy_to_user(nm, bm, alloc_size);
782         }
783
784         if (err)
785                 return -EFAULT;
786
787         return sys_set_mempolicy(mode, nm, nr_bits+1);
788 }
789
790 asmlinkage long compat_sys_mbind(compat_ulong_t start, compat_ulong_t len,
791                              compat_ulong_t mode, compat_ulong_t __user *nmask,
792                              compat_ulong_t maxnode, compat_ulong_t flags)
793 {
794         long err = 0;
795         unsigned long __user *nm = NULL;
796         unsigned long nr_bits, alloc_size;
797         nodemask_t bm;
798
799         nr_bits = min_t(unsigned long, maxnode-1, MAX_NUMNODES);
800         alloc_size = ALIGN(nr_bits, BITS_PER_LONG) / 8;
801
802         if (nmask) {
803                 err = compat_get_bitmap(nodes_addr(bm), nmask, nr_bits);
804                 nm = compat_alloc_user_space(alloc_size);
805                 err |= copy_to_user(nm, nodes_addr(bm), alloc_size);
806         }
807
808         if (err)
809                 return -EFAULT;
810
811         return sys_mbind(start, len, mode, nm, nr_bits+1, flags);
812 }
813
814 #endif
815
816 /* Return effective policy for a VMA */
817 struct mempolicy *
818 get_vma_policy(struct task_struct *task, struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr)
819 {
820         struct mempolicy *pol = task->mempolicy;
821
822         if (vma) {
823                 if (vma->vm_ops && vma->vm_ops->get_policy)
824                         pol = vma->vm_ops->get_policy(vma, addr);
825                 else if (vma->vm_policy &&
826                                 vma->vm_policy->policy != MPOL_DEFAULT)
827                         pol = vma->vm_policy;
828         }
829         if (!pol)
830                 pol = &default_policy;
831         return pol;
832 }
833
834 /* Return a zonelist representing a mempolicy */
835 static struct zonelist *zonelist_policy(gfp_t gfp, struct mempolicy *policy)
836 {
837         int nd;
838
839         switch (policy->policy) {
840         case MPOL_PREFERRED:
841                 nd = policy->v.preferred_node;
842                 if (nd < 0)
843                         nd = numa_node_id();
844                 break;
845         case MPOL_BIND:
846                 /* Lower zones don't get a policy applied */
847                 /* Careful: current->mems_allowed might have moved */
848                 if (gfp_zone(gfp) >= policy_zone)
849                         if (cpuset_zonelist_valid_mems_allowed(policy->v.zonelist))
850                                 return policy->v.zonelist;
851                 /*FALL THROUGH*/
852         case MPOL_INTERLEAVE: /* should not happen */
853         case MPOL_DEFAULT:
854                 nd = numa_node_id();
855                 break;
856         default:
857                 nd = 0;
858                 BUG();
859         }
860         return NODE_DATA(nd)->node_zonelists + gfp_zone(gfp);
861 }
862
863 /* Do dynamic interleaving for a process */
864 static unsigned interleave_nodes(struct mempolicy *policy)
865 {
866         unsigned nid, next;
867         struct task_struct *me = current;
868
869         nid = me->il_next;
870         next = next_node(nid, policy->v.nodes);
871         if (next >= MAX_NUMNODES)
872                 next = first_node(policy->v.nodes);
873         me->il_next = next;
874         return nid;
875 }
876
877 /* Do static interleaving for a VMA with known offset. */
878 static unsigned offset_il_node(struct mempolicy *pol,
879                 struct vm_area_struct *vma, unsigned long off)
880 {
881         unsigned nnodes = nodes_weight(pol->v.nodes);
882         unsigned target = (unsigned)off % nnodes;
883         int c;
884         int nid = -1;
885
886         c = 0;
887         do {
888                 nid = next_node(nid, pol->v.nodes);
889                 c++;
890         } while (c <= target);
891         return nid;
892 }
893
894 /* Determine a node number for interleave */
895 static inline unsigned interleave_nid(struct mempolicy *pol,
896                  struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr, int shift)
897 {
898         if (vma) {
899                 unsigned long off;
900
901                 off = vma->vm_pgoff;
902                 off += (addr - vma->vm_start) >> shift;
903                 return offset_il_node(pol, vma, off);
904         } else
905                 return interleave_nodes(pol);
906 }
907
908 /* Return a zonelist suitable for a huge page allocation. */
909 struct zonelist *huge_zonelist(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr)
910 {
911         struct mempolicy *pol = get_vma_policy(current, vma, addr);
912
913         if (pol->policy == MPOL_INTERLEAVE) {
914                 unsigned nid;
915
916                 nid = interleave_nid(pol, vma, addr, HPAGE_SHIFT);
917                 return NODE_DATA(nid)->node_zonelists + gfp_zone(GFP_HIGHUSER);
918         }
919         return zonelist_policy(GFP_HIGHUSER, pol);
920 }
921
922 /* Allocate a page in interleaved policy.
923    Own path because it needs to do special accounting. */
924 static struct page *alloc_page_interleave(gfp_t gfp, unsigned order,
925                                         unsigned nid)
926 {
927         struct zonelist *zl;
928         struct page *page;
929
930         zl = NODE_DATA(nid)->node_zonelists + gfp_zone(gfp);
931         page = __alloc_pages(gfp, order, zl);
932         if (page && page_zone(page) == zl->zones[0]) {
933                 zone_pcp(zl->zones[0],get_cpu())->interleave_hit++;
934                 put_cpu();
935         }
936         return page;
937 }
938
939 /**
940  *      alloc_page_vma  - Allocate a page for a VMA.
941  *
942  *      @gfp:
943  *      %GFP_USER    user allocation.
944  *      %GFP_KERNEL  kernel allocations,
945  *      %GFP_HIGHMEM highmem/user allocations,
946  *      %GFP_FS      allocation should not call back into a file system.
947  *      %GFP_ATOMIC  don't sleep.
948  *
949  *      @vma:  Pointer to VMA or NULL if not available.
950  *      @addr: Virtual Address of the allocation. Must be inside the VMA.
951  *
952  *      This function allocates a page from the kernel page pool and applies
953  *      a NUMA policy associated with the VMA or the current process.
954  *      When VMA is not NULL caller must hold down_read on the mmap_sem of the
955  *      mm_struct of the VMA to prevent it from going away. Should be used for
956  *      all allocations for pages that will be mapped into
957  *      user space. Returns NULL when no page can be allocated.
958  *
959  *      Should be called with the mm_sem of the vma hold.
960  */
961 struct page *
962 alloc_page_vma(gfp_t gfp, struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr)
963 {
964         struct mempolicy *pol = get_vma_policy(current, vma, addr);
965
966         cpuset_update_current_mems_allowed();
967
968         if (unlikely(pol->policy == MPOL_INTERLEAVE)) {
969                 unsigned nid;
970
971                 nid = interleave_nid(pol, vma, addr, PAGE_SHIFT);
972                 return alloc_page_interleave(gfp, 0, nid);
973         }
974         return __alloc_pages(gfp, 0, zonelist_policy(gfp, pol));
975 }
976
977 /**
978  *      alloc_pages_current - Allocate pages.
979  *
980  *      @gfp:
981  *              %GFP_USER   user allocation,
982  *              %GFP_KERNEL kernel allocation,
983  *              %GFP_HIGHMEM highmem allocation,
984  *              %GFP_FS     don't call back into a file system.
985  *              %GFP_ATOMIC don't sleep.
986  *      @order: Power of two of allocation size in pages. 0 is a single page.
987  *
988  *      Allocate a page from the kernel page pool.  When not in
989  *      interrupt context and apply the current process NUMA policy.
990  *      Returns NULL when no page can be allocated.
991  *
992  *      Don't call cpuset_update_current_mems_allowed() unless
993  *      1) it's ok to take cpuset_sem (can WAIT), and
994  *      2) allocating for current task (not interrupt).
995  */
996 struct page *alloc_pages_current(gfp_t gfp, unsigned order)
997 {
998         struct mempolicy *pol = current->mempolicy;
999
1000         if ((gfp & __GFP_WAIT) && !in_interrupt())
1001                 cpuset_update_current_mems_allowed();
1002         if (!pol || in_interrupt())
1003                 pol = &default_policy;
1004         if (pol->policy == MPOL_INTERLEAVE)
1005                 return alloc_page_interleave(gfp, order, interleave_nodes(pol));
1006         return __alloc_pages(gfp, order, zonelist_policy(gfp, pol));
1007 }
1008 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_current);
1009
1010 /* Slow path of a mempolicy copy */
1011 struct mempolicy *__mpol_copy(struct mempolicy *old)
1012 {
1013         struct mempolicy *new = kmem_cache_alloc(policy_cache, GFP_KERNEL);
1014
1015         if (!new)
1016                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1017         *new = *old;
1018         atomic_set(&new->refcnt, 1);
1019         if (new->policy == MPOL_BIND) {
1020                 int sz = ksize(old->v.zonelist);
1021                 new->v.zonelist = kmalloc(sz, SLAB_KERNEL);
1022                 if (!new->v.zonelist) {
1023                         kmem_cache_free(policy_cache, new);
1024                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
1025                 }
1026                 memcpy(new->v.zonelist, old->v.zonelist, sz);
1027         }
1028         return new;
1029 }
1030
1031 /* Slow path of a mempolicy comparison */
1032 int __mpol_equal(struct mempolicy *a, struct mempolicy *b)
1033 {
1034         if (!a || !b)
1035                 return 0;
1036         if (a->policy != b->policy)
1037                 return 0;
1038         switch (a->policy) {
1039         case MPOL_DEFAULT:
1040                 return 1;
1041         case MPOL_INTERLEAVE:
1042                 return nodes_equal(a->v.nodes, b->v.nodes);
1043         case MPOL_PREFERRED:
1044                 return a->v.preferred_node == b->v.preferred_node;
1045         case MPOL_BIND: {
1046                 int i;
1047                 for (i = 0; a->v.zonelist->zones[i]; i++)
1048                         if (a->v.zonelist->zones[i] != b->v.zonelist->zones[i])
1049                                 return 0;
1050                 return b->v.zonelist->zones[i] == NULL;
1051         }
1052         default:
1053                 BUG();
1054                 return 0;
1055         }
1056 }
1057
1058 /* Slow path of a mpol destructor. */
1059 void __mpol_free(struct mempolicy *p)
1060 {
1061         if (!atomic_dec_and_test(&p->refcnt))
1062                 return;
1063         if (p->policy == MPOL_BIND)
1064                 kfree(p->v.zonelist);
1065         p->policy = MPOL_DEFAULT;
1066         kmem_cache_free(policy_cache, p);
1067 }
1068
1069 /*
1070  * Shared memory backing store policy support.
1071  *
1072  * Remember policies even when nobody has shared memory mapped.
1073  * The policies are kept in Red-Black tree linked from the inode.
1074  * They are protected by the sp->lock spinlock, which should be held
1075  * for any accesses to the tree.
1076  */
1077
1078 /* lookup first element intersecting start-end */
1079 /* Caller holds sp->lock */
1080 static struct sp_node *
1081 sp_lookup(struct shared_policy *sp, unsigned long start, unsigned long end)
1082 {
1083         struct rb_node *n = sp->root.rb_node;
1084
1085         while (n) {
1086                 struct sp_node *p = rb_entry(n, struct sp_node, nd);
1087
1088                 if (start >= p->end)
1089                         n = n->rb_right;
1090                 else if (end <= p->start)
1091                         n = n->rb_left;
1092                 else
1093                         break;
1094         }
1095         if (!n)
1096                 return NULL;
1097         for (;;) {
1098                 struct sp_node *w = NULL;
1099                 struct rb_node *prev = rb_prev(n);
1100                 if (!prev)
1101                         break;
1102                 w = rb_entry(prev, struct sp_node, nd);
1103                 if (w->end <= start)
1104                         break;
1105                 n = prev;
1106         }
1107         return rb_entry(n, struct sp_node, nd);
1108 }
1109
1110 /* Insert a new shared policy into the list. */
1111 /* Caller holds sp->lock */
1112 static void sp_insert(struct shared_policy *sp, struct sp_node *new)
1113 {
1114         struct rb_node **p = &sp->root.rb_node;
1115         struct rb_node *parent = NULL;
1116         struct sp_node *nd;
1117
1118         while (*p) {
1119                 parent = *p;
1120                 nd = rb_entry(parent, struct sp_node, nd);
1121                 if (new->start < nd->start)
1122                         p = &(*p)->rb_left;
1123                 else if (new->end > nd->end)
1124                         p = &(*p)->rb_right;
1125                 else
1126                         BUG();
1127         }
1128         rb_link_node(&new->nd, parent, p);
1129         rb_insert_color(&new->nd, &sp->root);
1130         PDprintk("inserting %lx-%lx: %d\n", new->start, new->end,
1131                  new->policy ? new->policy->policy : 0);
1132 }
1133
1134 /* Find shared policy intersecting idx */
1135 struct mempolicy *
1136 mpol_shared_policy_lookup(struct shared_policy *sp, unsigned long idx)
1137 {
1138         struct mempolicy *pol = NULL;
1139         struct sp_node *sn;
1140
1141         if (!sp->root.rb_node)
1142                 return NULL;
1143         spin_lock(&sp->lock);
1144         sn = sp_lookup(sp, idx, idx+1);
1145         if (sn) {
1146                 mpol_get(sn->policy);
1147                 pol = sn->policy;
1148         }
1149         spin_unlock(&sp->lock);
1150         return pol;
1151 }
1152
1153 static void sp_delete(struct shared_policy *sp, struct sp_node *n)
1154 {
1155         PDprintk("deleting %lx-l%x\n", n->start, n->end);
1156         rb_erase(&n->nd, &sp->root);
1157         mpol_free(n->policy);
1158         kmem_cache_free(sn_cache, n);
1159 }
1160
1161 struct sp_node *
1162 sp_alloc(unsigned long start, unsigned long end, struct mempolicy *pol)
1163 {
1164         struct sp_node *n = kmem_cache_alloc(sn_cache, GFP_KERNEL);
1165
1166         if (!n)
1167                 return NULL;
1168         n->start = start;
1169         n->end = end;
1170         mpol_get(pol);
1171         n->policy = pol;
1172         return n;
1173 }
1174
1175 /* Replace a policy range. */
1176 static int shared_policy_replace(struct shared_policy *sp, unsigned long start,
1177                                  unsigned long end, struct sp_node *new)
1178 {
1179         struct sp_node *n, *new2 = NULL;
1180
1181 restart:
1182         spin_lock(&sp->lock);
1183         n = sp_lookup(sp, start, end);
1184         /* Take care of old policies in the same range. */
1185         while (n && n->start < end) {
1186                 struct rb_node *next = rb_next(&n->nd);
1187                 if (n->start >= start) {
1188                         if (n->end <= end)
1189                                 sp_delete(sp, n);
1190                         else
1191                                 n->start = end;
1192                 } else {
1193                         /* Old policy spanning whole new range. */
1194                         if (n->end > end) {
1195                                 if (!new2) {
1196                                         spin_unlock(&sp->lock);
1197                                         new2 = sp_alloc(end, n->end, n->policy);
1198                                         if (!new2)
1199                                                 return -ENOMEM;
1200                                         goto restart;
1201                                 }
1202                                 n->end = start;
1203                                 sp_insert(sp, new2);
1204                                 new2 = NULL;
1205                                 break;
1206                         } else
1207                                 n->end = start;
1208                 }
1209                 if (!next)
1210                         break;
1211                 n = rb_entry(next, struct sp_node, nd);
1212         }
1213         if (new)
1214                 sp_insert(sp, new);
1215         spin_unlock(&sp->lock);
1216         if (new2) {
1217                 mpol_free(new2->policy);
1218                 kmem_cache_free(sn_cache, new2);
1219         }
1220         return 0;
1221 }
1222
1223 int mpol_set_shared_policy(struct shared_policy *info,
1224                         struct vm_area_struct *vma, struct mempolicy *npol)
1225 {
1226         int err;
1227         struct sp_node *new = NULL;
1228         unsigned long sz = vma_pages(vma);
1229
1230         PDprintk("set_shared_policy %lx sz %lu %d %lx\n",
1231                  vma->vm_pgoff,
1232                  sz, npol? npol->policy : -1,
1233                 npol ? nodes_addr(npol->v.nodes)[0] : -1);
1234
1235         if (npol) {
1236                 new = sp_alloc(vma->vm_pgoff, vma->vm_pgoff + sz, npol);
1237                 if (!new)
1238                         return -ENOMEM;
1239         }
1240         err = shared_policy_replace(info, vma->vm_pgoff, vma->vm_pgoff+sz, new);
1241         if (err && new)
1242                 kmem_cache_free(sn_cache, new);
1243         return err;
1244 }
1245
1246 /* Free a backing policy store on inode delete. */
1247 void mpol_free_shared_policy(struct shared_policy *p)
1248 {
1249         struct sp_node *n;
1250         struct rb_node *next;
1251
1252         if (!p->root.rb_node)
1253                 return;
1254         spin_lock(&p->lock);
1255         next = rb_first(&p->root);
1256         while (next) {
1257                 n = rb_entry(next, struct sp_node, nd);
1258                 next = rb_next(&n->nd);
1259                 rb_erase(&n->nd, &p->root);
1260                 mpol_free(n->policy);
1261                 kmem_cache_free(sn_cache, n);
1262         }
1263         spin_unlock(&p->lock);
1264 }
1265
1266 /* assumes fs == KERNEL_DS */
1267 void __init numa_policy_init(void)
1268 {
1269         policy_cache = kmem_cache_create("numa_policy",
1270                                          sizeof(struct mempolicy),
1271                                          0, SLAB_PANIC, NULL, NULL);
1272
1273         sn_cache = kmem_cache_create("shared_policy_node",
1274                                      sizeof(struct sp_node),
1275                                      0, SLAB_PANIC, NULL, NULL);
1276
1277         /* Set interleaving policy for system init. This way not all
1278            the data structures allocated at system boot end up in node zero. */
1279
1280         if (do_set_mempolicy(MPOL_INTERLEAVE, &node_online_map))
1281                 printk("numa_policy_init: interleaving failed\n");
1282 }
1283
1284 /* Reset policy of current process to default */
1285 void numa_default_policy(void)
1286 {
1287         do_set_mempolicy(MPOL_DEFAULT, NULL);
1288 }
1289
1290 /* Migrate a policy to a different set of nodes */
1291 static void rebind_policy(struct mempolicy *pol, const nodemask_t *old,
1292                                                         const nodemask_t *new)
1293 {
1294         nodemask_t tmp;
1295
1296         if (!pol)
1297                 return;
1298
1299         switch (pol->policy) {
1300         case MPOL_DEFAULT:
1301                 break;
1302         case MPOL_INTERLEAVE:
1303                 nodes_remap(tmp, pol->v.nodes, *old, *new);
1304                 pol->v.nodes = tmp;
1305                 current->il_next = node_remap(current->il_next, *old, *new);
1306                 break;
1307         case MPOL_PREFERRED:
1308                 pol->v.preferred_node = node_remap(pol->v.preferred_node,
1309                                                                 *old, *new);
1310                 break;
1311         case MPOL_BIND: {
1312                 nodemask_t nodes;
1313                 struct zone **z;
1314                 struct zonelist *zonelist;
1315
1316                 nodes_clear(nodes);
1317                 for (z = pol->v.zonelist->zones; *z; z++)
1318                         node_set((*z)->zone_pgdat->node_id, nodes);
1319                 nodes_remap(tmp, nodes, *old, *new);
1320                 nodes = tmp;
1321
1322                 zonelist = bind_zonelist(&nodes);
1323
1324                 /* If no mem, then zonelist is NULL and we keep old zonelist.
1325                  * If that old zonelist has no remaining mems_allowed nodes,
1326                  * then zonelist_policy() will "FALL THROUGH" to MPOL_DEFAULT.
1327                  */
1328
1329                 if (zonelist) {
1330                         /* Good - got mem - substitute new zonelist */
1331                         kfree(pol->v.zonelist);
1332                         pol->v.zonelist = zonelist;
1333                 }
1334                 break;
1335         }
1336         default:
1337                 BUG();
1338                 break;
1339         }
1340 }
1341
1342 /*
1343  * Someone moved this task to different nodes.  Fixup mempolicies.
1344  *
1345  * TODO - fixup current->mm->vma and shmfs/tmpfs/hugetlbfs policies as well,
1346  * once we have a cpuset mechanism to mark which cpuset subtree is migrating.
1347  */
1348 void numa_policy_rebind(const nodemask_t *old, const nodemask_t *new)
1349 {
1350         rebind_policy(current->mempolicy, old, new);
1351 }