mm/migrate.c

   1 /*
   2  * Memory Migration functionality - linux/mm/migration.c
   3  *
   4  * Copyright (C) 2006 Silicon Graphics, Inc., Christoph Lameter
   5  *
   6  * Page migration was first developed in the context of the memory hotplug
   7  * project. The main authors of the migration code are:
   8  *
   9  * IWAMOTO Toshihiro <iwamoto@valinux.co.jp>
  10  * Hirokazu Takahashi <taka@valinux.co.jp>
  11  * Dave Hansen <haveblue@us.ibm.com>
  12  * Christoph Lameter
  13  */
  14
  15 #include <linux/migrate.h>
  16 #include <linux/export.h>
  17 #include <linux/swap.h>
  18 #include <linux/swapops.h>
  19 #include <linux/pagemap.h>
  20 #include <linux/buffer_head.h>
  21 #include <linux/mm_inline.h>
  22 #include <linux/nsproxy.h>
  23 #include <linux/pagevec.h>
  24 #include <linux/ksm.h>
  25 #include <linux/rmap.h>
  26 #include <linux/topology.h>
  27 #include <linux/cpu.h>
  28 #include <linux/cpuset.h>
  29 #include <linux/writeback.h>
  30 #include <linux/mempolicy.h>
  31 #include <linux/vmalloc.h>
  32 #include <linux/security.h>
  33 #include <linux/memcontrol.h>
  34 #include <linux/syscalls.h>
  35 #include <linux/hugetlb.h>
  36 #include <linux/hugetlb_cgroup.h>
  37 #include <linux/gfp.h>
  38 #include <linux/balloon_compaction.h>
  39
  40 #include <asm/tlbflush.h>
  41
  42 #define CREATE_TRACE_POINTS
  43 #include <trace/events/migrate.h>
  44
  45 #include "internal.h"
  46
  47 /*
  48  * migrate_prep() needs to be called before we start compiling a list of pages
  49  * to be migrated using isolate_lru_page(). If scheduling work on other CPUs is
  50  * undesirable, use migrate_prep_local()
  51  */
  52 int migrate_prep(void)
  53 {
  54         /*
  55          * Clear the LRU lists so pages can be isolated.
  56          * Note that pages may be moved off the LRU after we have
  57          * drained them. Those pages will fail to migrate like other
  58          * pages that may be busy.
  59          */
  60         lru_add_drain_all();
  61
  62         return 0;
  63 }
  64
  65 /* Do the necessary work of migrate_prep but not if it involves other CPUs */
  66 int migrate_prep_local(void)
  67 {
  68         lru_add_drain();
  69
  70         return 0;
  71 }
  72
  73 /*
  74  * Add isolated pages on the list back to the LRU under page lock
  75  * to avoid leaking evictable pages back onto unevictable list.
  76  */
  77 void putback_lru_pages(struct list_head *l)
  78 {
  79         struct page *page;
  80         struct page *page2;
  81
  82         list_for_each_entry_safe(page, page2, l, lru) {
  83                 list_del(&page->lru);
  84                 dec_zone_page_state(page, NR_ISOLATED_ANON +
  85                                 page_is_file_cache(page));
  86                         putback_lru_page(page);
  87         }
  88 }
  89
  90 /*
  91  * Put previously isolated pages back onto the appropriate lists
  92  * from where they were once taken off for compaction/migration.
  93  *
  94  * This function shall be used instead of putback_lru_pages(),
  95  * whenever the isolated pageset has been built by isolate_migratepages_range()
  96  */
  97 void putback_movable_pages(struct list_head *l)
  98 {
  99         struct page *page;
 100         struct page *page2;
 101
 102         list_for_each_entry_safe(page, page2, l, lru) {
 103                 list_del(&page->lru);
 104                 dec_zone_page_state(page, NR_ISOLATED_ANON +
 105                                 page_is_file_cache(page));
 106                 if (unlikely(balloon_page_movable(page)))
 107                         balloon_page_putback(page);
 108                 else
 109                         putback_lru_page(page);
 110         }
 111 }
 112
 113 /*
 114  * Restore a potential migration pte to a working pte entry
 115  */
 116 static int remove_migration_pte(struct page *new, struct vm_area_struct *vma,
 117                                  unsigned long addr, void *old)
 118 {
 119         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
 120         swp_entry_t entry;
 121         pmd_t *pmd;
 122         pte_t *ptep, pte;
 123         spinlock_t *ptl;
 124
 125         if (unlikely(PageHuge(new))) {
 126                 ptep = huge_pte_offset(mm, addr);
 127                 if (!ptep)
 128                         goto out;
 129                 ptl = &mm->page_table_lock;
 130         } else {
 131                 pmd = mm_find_pmd(mm, addr);
 132                 if (!pmd)
 133                         goto out;
 134                 if (pmd_trans_huge(*pmd))
 135                         goto out;
 136
 137                 ptep = pte_offset_map(pmd, addr);
 138
 139                 /*
 140                  * Peek to check is_swap_pte() before taking ptlock?  No, we
 141                  * can race mremap's move_ptes(), which skips anon_vma lock.
 142                  */
 143
 144                 ptl = pte_lockptr(mm, pmd);
 145         }
 146
 147         spin_lock(ptl);
 148         pte = *ptep;
 149         if (!is_swap_pte(pte))
 150                 goto unlock;
 151
 152         entry = pte_to_swp_entry(pte);
 153
 154         if (!is_migration_entry(entry) ||
 155             migration_entry_to_page(entry) != old)
 156                 goto unlock;
 157
 158         get_page(new);
 159         pte = pte_mkold(mk_pte(new, vma->vm_page_prot));
 160         if (is_write_migration_entry(entry))
 161                 pte = pte_mkwrite(pte);
 162 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 163         if (PageHuge(new)) {
 164                 pte = pte_mkhuge(pte);
 165                 pte = arch_make_huge_pte(pte, vma, new, 0);
 166         }
 167 #endif
 168         flush_cache_page(vma, addr, pte_pfn(pte));
 169         set_pte_at(mm, addr, ptep, pte);
 170
 171         if (PageHuge(new)) {
 172                 if (PageAnon(new))
 173                         hugepage_add_anon_rmap(new, vma, addr);
 174                 else
 175                         page_dup_rmap(new);
 176         } else if (PageAnon(new))
 177                 page_add_anon_rmap(new, vma, addr);
 178         else
 179                 page_add_file_rmap(new);
 180
 181         /* No need to invalidate - it was non-present before */
 182         update_mmu_cache(vma, addr, ptep);
 183 unlock:
 184         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
 185 out:
 186         return SWAP_AGAIN;
 187 }
 188
 189 /*
 190  * Get rid of all migration entries and replace them by
 191  * references to the indicated page.
 192  */
 193 static void remove_migration_ptes(struct page *old, struct page *new)
 194 {
 195         rmap_walk(new, remove_migration_pte, old);
 196 }
 197
 198 /*
 199  * Something used the pte of a page under migration. We need to
 200  * get to the page and wait until migration is finished.
 201  * When we return from this function the fault will be retried.
 202  */
 203 void migration_entry_wait(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmd,
 204                                 unsigned long address)
 205 {
 206         pte_t *ptep, pte;
 207         spinlock_t *ptl;
 208         swp_entry_t entry;
 209         struct page *page;
 210
 211         ptep = pte_offset_map_lock(mm, pmd, address, &ptl);
 212         pte = *ptep;
 213         if (!is_swap_pte(pte))
 214                 goto out;
 215
 216         entry = pte_to_swp_entry(pte);
 217         if (!is_migration_entry(entry))
 218                 goto out;
 219
 220         page = migration_entry_to_page(entry);
 221
 222         /*
 223          * Once radix-tree replacement of page migration started, page_count
 224          * *must* be zero. And, we don't want to call wait_on_page_locked()
 225          * against a page without get_page().
 226          * So, we use get_page_unless_zero(), here. Even failed, page fault
 227          * will occur again.
 228          */
 229         if (!get_page_unless_zero(page))
 230                 goto out;
 231         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
 232         wait_on_page_locked(page);
 233         put_page(page);
 234         return;
 235 out:
 236         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
 237 }
 238
 239 #ifdef CONFIG_BLOCK
 240 /* Returns true if all buffers are successfully locked */
 241 static bool buffer_migrate_lock_buffers(struct buffer_head *head,
 242                                                         enum migrate_mode mode)
 243 {
 244         struct buffer_head *bh = head;
 245
 246         /* Simple case, sync compaction */
 247         if (mode != MIGRATE_ASYNC) {
 248                 do {
 249                         get_bh(bh);
 250                         lock_buffer(bh);
 251                         bh = bh->b_this_page;
 252
 253                 } while (bh != head);
 254
 255                 return true;
 256         }
 257
 258         /* async case, we cannot block on lock_buffer so use trylock_buffer */
 259         do {
 260                 get_bh(bh);
 261                 if (!trylock_buffer(bh)) {
 262                         /*
 263                          * We failed to lock the buffer and cannot stall in
 264                          * async migration. Release the taken locks
 265                          */
 266                         struct buffer_head *failed_bh = bh;
 267                         put_bh(failed_bh);
 268                         bh = head;
 269                         while (bh != failed_bh) {
 270                                 unlock_buffer(bh);
 271                                 put_bh(bh);
 272                                 bh = bh->b_this_page;
 273                         }
 274                         return false;
 275                 }
 276
 277                 bh = bh->b_this_page;
 278         } while (bh != head);
 279         return true;
 280 }
 281 #else
 282 static inline bool buffer_migrate_lock_buffers(struct buffer_head *head,
 283                                                         enum migrate_mode mode)
 284 {
 285         return true;
 286 }
 287 #endif /* CONFIG_BLOCK */
 288
 289 /*
 290  * Replace the page in the mapping.
 291  *
 292  * The number of remaining references must be:
 293  * 1 for anonymous pages without a mapping
 294  * 2 for pages with a mapping
 295  * 3 for pages with a mapping and PagePrivate/PagePrivate2 set.
 296  */
 297 static int migrate_page_move_mapping(struct address_space *mapping,
 298                 struct page *newpage, struct page *page,
 299                 struct buffer_head *head, enum migrate_mode mode)
 300 {
 301         int expected_count = 0;
 302         void **pslot;
 303
 304         if (!mapping) {
 305                 /* Anonymous page without mapping */
 306                 if (page_count(page) != 1)
 307                         return -EAGAIN;
 308                 return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
 309         }
 310
 311         spin_lock_irq(&mapping->tree_lock);
 312
 313         pslot = radix_tree_lookup_slot(&mapping->page_tree,
 314                                         page_index(page));
 315
 316         expected_count = 2 + page_has_private(page);
 317         if (page_count(page) != expected_count ||
 318                 radix_tree_deref_slot_protected(pslot, &mapping->tree_lock) != page) {
 319                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 320                 return -EAGAIN;
 321         }
 322
 323         if (!page_freeze_refs(page, expected_count)) {
 324                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 325                 return -EAGAIN;
 326         }
 327
 328         /*
 329          * In the async migration case of moving a page with buffers, lock the
 330          * buffers using trylock before the mapping is moved. If the mapping
 331          * was moved, we later failed to lock the buffers and could not move
 332          * the mapping back due to an elevated page count, we would have to
 333          * block waiting on other references to be dropped.
 334          */
 335         if (mode == MIGRATE_ASYNC && head &&
 336                         !buffer_migrate_lock_buffers(head, mode)) {
 337                 page_unfreeze_refs(page, expected_count);
 338                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 339                 return -EAGAIN;
 340         }
 341
 342         /*
 343          * Now we know that no one else is looking at the page.
 344          */
 345         get_page(newpage);      /* add cache reference */
 346         if (PageSwapCache(page)) {
 347                 SetPageSwapCache(newpage);
 348                 set_page_private(newpage, page_private(page));
 349         }
 350
 351         radix_tree_replace_slot(pslot, newpage);
 352
 353         /*
 354          * Drop cache reference from old page by unfreezing
 355          * to one less reference.
 356          * We know this isn't the last reference.
 357          */
 358         page_unfreeze_refs(page, expected_count - 1);
 359
 360         /*
 361          * If moved to a different zone then also account
 362          * the page for that zone. Other VM counters will be
 363          * taken care of when we establish references to the
 364          * new page and drop references to the old page.
 365          *
 366          * Note that anonymous pages are accounted for
 367          * via NR_FILE_PAGES and NR_ANON_PAGES if they
 368          * are mapped to swap space.
 369          */
 370         __dec_zone_page_state(page, NR_FILE_PAGES);
 371         __inc_zone_page_state(newpage, NR_FILE_PAGES);
 372         if (!PageSwapCache(page) && PageSwapBacked(page)) {
 373                 __dec_zone_page_state(page, NR_SHMEM);
 374                 __inc_zone_page_state(newpage, NR_SHMEM);
 375         }
 376         spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 377
 378         return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
 379 }
 380
 381 /*
 382  * The expected number of remaining references is the same as that
 383  * of migrate_page_move_mapping().
 384  */
 385 int migrate_huge_page_move_mapping(struct address_space *mapping,
 386                                    struct page *newpage, struct page *page)
 387 {
 388         int expected_count;
 389         void **pslot;
 390
 391         if (!mapping) {
 392                 if (page_count(page) != 1)
 393                         return -EAGAIN;
 394                 return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
 395         }
 396
 397         spin_lock_irq(&mapping->tree_lock);
 398
 399         pslot = radix_tree_lookup_slot(&mapping->page_tree,
 400                                         page_index(page));
 401
 402         expected_count = 2 + page_has_private(page);
 403         if (page_count(page) != expected_count ||
 404                 radix_tree_deref_slot_protected(pslot, &mapping->tree_lock) != page) {
 405                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 406                 return -EAGAIN;
 407         }
 408
 409         if (!page_freeze_refs(page, expected_count)) {
 410                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 411                 return -EAGAIN;
 412         }
 413
 414         get_page(newpage);
 415
 416         radix_tree_replace_slot(pslot, newpage);
 417
 418         page_unfreeze_refs(page, expected_count - 1);
 419
 420         spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
 421         return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
 422 }
 423
 424 /*
 425  * Copy the page to its new location
 426  */
 427 void migrate_page_copy(struct page *newpage, struct page *page)
 428 {
 429         if (PageHuge(page) || PageTransHuge(page))
 430                 copy_huge_page(newpage, page);
 431         else
 432                 copy_highpage(newpage, page);
 433
 434         if (PageError(page))
 435                 SetPageError(newpage);
 436         if (PageReferenced(page))
 437                 SetPageReferenced(newpage);
 438         if (PageUptodate(page))
 439                 SetPageUptodate(newpage);
 440         if (TestClearPageActive(page)) {
 441                 VM_BUG_ON(PageUnevictable(page));
 442                 SetPageActive(newpage);
 443         } else if (TestClearPageUnevictable(page))
 444                 SetPageUnevictable(newpage);
 445         if (PageChecked(page))
 446                 SetPageChecked(newpage);
 447         if (PageMappedToDisk(page))
 448                 SetPageMappedToDisk(newpage);
 449
 450         if (PageDirty(page)) {
 451                 clear_page_dirty_for_io(page);
 452                 /*
 453                  * Want to mark the page and the radix tree as dirty, and
 454                  * redo the accounting that clear_page_dirty_for_io undid,
 455                  * but we can't use set_page_dirty because that function
 456                  * is actually a signal that all of the page has become dirty.
 457                  * Whereas only part of our page may be dirty.
 458                  */
 459                 if (PageSwapBacked(page))
 460                         SetPageDirty(newpage);
 461                 else
 462                         __set_page_dirty_nobuffers(newpage);
 463         }
 464
 465         mlock_migrate_page(newpage, page);
 466         ksm_migrate_page(newpage, page);
 467         /*
 468          * Please do not reorder this without considering how mm/ksm.c's
 469          * get_ksm_page() depends upon ksm_migrate_page() and PageSwapCache().
 470          */
 471         ClearPageSwapCache(page);
 472         ClearPagePrivate(page);
 473         set_page_private(page, 0);
 474
 475         /*
 476          * If any waiters have accumulated on the new page then
 477          * wake them up.
 478          */
 479         if (PageWriteback(newpage))
 480                 end_page_writeback(newpage);
 481 }
 482
 483 /************************************************************
 484  *                    Migration functions
 485  ***********************************************************/
 486
 487 /* Always fail migration. Used for mappings that are not movable */
 488 int fail_migrate_page(struct address_space *mapping,
 489                         struct page *newpage, struct page *page)
 490 {
 491         return -EIO;
 492 }
 493 EXPORT_SYMBOL(fail_migrate_page);
 494
 495 /*
 496  * Common logic to directly migrate a single page suitable for
 497  * pages that do not use PagePrivate/PagePrivate2.
 498  *
 499  * Pages are locked upon entry and exit.
 500  */
 501 int migrate_page(struct address_space *mapping,
 502                 struct page *newpage, struct page *page,
 503                 enum migrate_mode mode)
 504 {
 505         int rc;
 506
 507         BUG_ON(PageWriteback(page));    /* Writeback must be complete */
 508
 509         rc = migrate_page_move_mapping(mapping, newpage, page, NULL, mode);
 510
 511         if (rc != MIGRATEPAGE_SUCCESS)
 512                 return rc;
 513
 514         migrate_page_copy(newpage, page);
 515         return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
 516 }
 517 EXPORT_SYMBOL(migrate_page);
 518
 519 #ifdef CONFIG_BLOCK
 520 /*
 521  * Migration function for pages with buffers. This function can only be used
 522  * if the underlying filesystem guarantees that no other references to "page"
 523  * exist.
 524  */
 525 int buffer_migrate_page(struct address_space *mapping,
 526                 struct page *newpage, struct page *page, enum migrate_mode mode)
 527 {
 528         struct buffer_head *bh, *head;
 529         int rc;
 530
 531         if (!page_has_buffers(page))
 532                 return migrate_page(mapping, newpage, page, mode);
 533
 534         head = page_buffers(page);
 535
 536         rc = migrate_page_move_mapping(mapping, newpage, page, head, mode);
 537
 538         if (rc != MIGRATEPAGE_SUCCESS)
 539                 return rc;
 540
 541         /*
 542          * In the async case, migrate_page_move_mapping locked the buffers
 543          * with an IRQ-safe spinlock held. In the sync case, the buffers
 544          * need to be locked now
 545          */
 546         if (mode != MIGRATE_ASYNC)
 547                 BUG_ON(!buffer_migrate_lock_buffers(head, mode));
 548
 549         ClearPagePrivate(page);
 550         set_page_private(newpage, page_private(page));
 551         set_page_private(page, 0);
 552         put_page(page);
 553         get_page(newpage);
 554
 555         bh = head;
 556         do {
 557                 set_bh_page(bh, newpage, bh_offset(bh));
 558                 bh = bh->b_this_page;
 559
 560         } while (bh != head);
 561
 562         SetPagePrivate(newpage);
 563
 564         migrate_page_copy(newpage, page);
 565
 566         bh = head;
 567         do {
 568                 unlock_buffer(bh);
 569                 put_bh(bh);
 570                 bh = bh->b_this_page;
 571
 572         } while (bh != head);
 573
 574         return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
 575 }
 576 EXPORT_SYMBOL(buffer_migrate_page);
 577 #endif
 578
 579 /*
 580  * Writeback a page to clean the dirty state
 581  */
 582 static int writeout(struct address_space *mapping, struct page *page)
 583 {
 584         struct writeback_control wbc = {
 585                 .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
 586                 .nr_to_write = 1,
 587                 .range_start = 0,
 588                 .range_end = LLONG_MAX,
 589                 .for_reclaim = 1
 590         };
 591         int rc;
 592
 593         if (!mapping->a_ops->writepage)
 594                 /* No write method for the address space */
 595                 return -EINVAL;
 596
 597         if (!clear_page_dirty_for_io(page))
 598                 /* Someone else already triggered a write */
 599                 return -EAGAIN;
 600
 601         /*
 602          * A dirty page may imply that the underlying filesystem has
 603          * the page on some queue. So the page must be clean for
 604          * migration. Writeout may mean we loose the lock and the
 605          * page state is no longer what we checked for earlier.
 606          * At this point we know that the migration attempt cannot
 607          * be successful.
 608          */
 609         remove_migration_ptes(page, page);
 610
 611         rc = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
 612
 613         if (rc != AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE)
 614                 /* unlocked. Relock */
 615                 lock_page(page);
 616
 617         return (rc < 0) ? -EIO : -EAGAIN;
 618 }
 619
 620 /*
 621  * Default handling if a filesystem does not provide a migration function.
 622  */
 623 static int fallback_migrate_page(struct address_space *mapping,
 624         struct page *newpage, struct page *page, enum migrate_mode mode)
 625 {
 626         if (PageDirty(page)) {
 627                 /* Only writeback pages in full synchronous migration */
 628                 if (mode != MIGRATE_SYNC)
 629                         return -EBUSY;
 630                 return writeout(mapping, page);
 631         }
 632
 633         /*
 634          * Buffers may be managed in a filesystem specific way.
 635          * We must have no buffers or drop them.
 636          */
 637         if (page_has_private(page) &&
 638             !try_to_release_page(page, GFP_KERNEL))
 639                 return -EAGAIN;
 640
 641         return migrate_page(mapping, newpage, page, mode);
 642 }
 643
 644 /*
 645  * Move a page to a newly allocated page
 646  * The page is locked and all ptes have been successfully removed.
 647  *
 648  * The new page will have replaced the old page if this function
 649  * is successful.
 650  *
 651  * Return value:
 652  *   < 0 - error code
 653  *  MIGRATEPAGE_SUCCESS - success
 654  */
 655 static int move_to_new_page(struct page *newpage, struct page *page,
 656                                 int remap_swapcache, enum migrate_mode mode)
 657 {
 658         struct address_space *mapping;
 659         int rc;
 660
 661         /*
 662          * Block others from accessing the page when we get around to
 663          * establishing additional references. We are the only one
 664          * holding a reference to the new page at this point.
 665          */
 666         if (!trylock_page(newpage))
 667                 BUG();
 668
 669         /* Prepare mapping for the new page.*/
 670         newpage->index = page->index;
 671         newpage->mapping = page->mapping;
 672         if (PageSwapBacked(page))
 673                 SetPageSwapBacked(newpage);
 674
 675         mapping = page_mapping(page);
 676         if (!mapping)
 677                 rc = migrate_page(mapping, newpage, page, mode);
 678         else if (mapping->a_ops->migratepage)
 679                 /*
 680                  * Most pages have a mapping and most filesystems provide a
 681                  * migratepage callback. Anonymous pages are part of swap
 682                  * space which also has its own migratepage callback. This
 683                  * is the most common path for page migration.
 684                  */
 685                 rc = mapping->a_ops->migratepage(mapping,
 686                                                 newpage, page, mode);
 687         else
 688                 rc = fallback_migrate_page(mapping, newpage, page, mode);
 689
 690         if (rc != MIGRATEPAGE_SUCCESS) {
 691                 newpage->mapping = NULL;
 692         } else {
 693                 if (remap_swapcache)
 694                         remove_migration_ptes(page, newpage);
 695                 page->mapping = NULL;
 696         }
 697
 698         unlock_page(newpage);
 699
 700         return rc;
 701 }
 702
 703 static int __unmap_and_move(struct page *page, struct page *newpage,
 704                                 int force, enum migrate_mode mode)
 705 {
 706         int rc = -EAGAIN;
 707         int remap_swapcache = 1;
 708         struct mem_cgroup *mem;
 709         struct anon_vma *anon_vma = NULL;
 710
 711         if (!trylock_page(page)) {
 712                 if (!force || mode == MIGRATE_ASYNC)
 713                         goto out;
 714
 715                 /*
 716                  * It's not safe for direct compaction to call lock_page.
 717                  * For example, during page readahead pages are added locked
 718                  * to the LRU. Later, when the IO completes the pages are
 719                  * marked uptodate and unlocked. However, the queueing
 720                  * could be merging multiple pages for one bio (e.g.
 721                  * mpage_readpages). If an allocation happens for the
 722                  * second or third page, the process can end up locking
 723                  * the same page twice and deadlocking. Rather than
 724                  * trying to be clever about what pages can be locked,
 725                  * avoid the use of lock_page for direct compaction
 726                  * altogether.
 727                  */
 728                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
 729                         goto out;
 730
 731                 lock_page(page);
 732         }
 733
 734         /* charge against new page */
 735         mem_cgroup_prepare_migration(page, newpage, &mem);
 736
 737         if (PageWriteback(page)) {
 738                 /*
 739                  * Only in the case of a full syncronous migration is it
 740                  * necessary to wait for PageWriteback. In the async case,
 741                  * the retry loop is too short and in the sync-light case,
 742                  * the overhead of stalling is too much
 743                  */
 744                 if (mode != MIGRATE_SYNC) {
 745                         rc = -EBUSY;
 746                         goto uncharge;
 747                 }
 748                 if (!force)
 749                         goto uncharge;
 750                 wait_on_page_writeback(page);
 751         }
 752         /*
 753          * By try_to_unmap(), page->mapcount goes down to 0 here. In this case,
 754          * we cannot notice that anon_vma is freed while we migrates a page.
 755          * This get_anon_vma() delays freeing anon_vma pointer until the end
 756          * of migration. File cache pages are no problem because of page_lock()
 757          * File Caches may use write_page() or lock_page() in migration, then,
 758          * just care Anon page here.
 759          */
 760         if (PageAnon(page) && !PageKsm(page)) {
 761                 /*
 762                  * Only page_lock_anon_vma_read() understands the subtleties of
 763                  * getting a hold on an anon_vma from outside one of its mms.
 764                  */
 765                 anon_vma = page_get_anon_vma(page);
 766                 if (anon_vma) {
 767                         /*
 768                          * Anon page
 769                          */
 770                 } else if (PageSwapCache(page)) {
 771                         /*
 772                          * We cannot be sure that the anon_vma of an unmapped
 773                          * swapcache page is safe to use because we don't
 774                          * know in advance if the VMA that this page belonged
 775                          * to still exists. If the VMA and others sharing the
 776                          * data have been freed, then the anon_vma could
 777                          * already be invalid.
 778                          *
 779                          * To avoid this possibility, swapcache pages get
 780                          * migrated but are not remapped when migration
 781                          * completes
 782                          */
 783                         remap_swapcache = 0;
 784                 } else {
 785                         goto uncharge;
 786                 }
 787         }
 788
 789         if (unlikely(balloon_page_movable(page))) {
 790                 /*
 791                  * A ballooned page does not need any special attention from
 792                  * physical to virtual reverse mapping procedures.
 793                  * Skip any attempt to unmap PTEs or to remap swap cache,
 794                  * in order to avoid burning cycles at rmap level, and perform
 795                  * the page migration right away (proteced by page lock).
 796                  */
 797                 rc = balloon_page_migrate(newpage, page, mode);
 798                 goto uncharge;
 799         }
 800
 801         /*
 802          * Corner case handling:
 803          * 1. When a new swap-cache page is read into, it is added to the LRU
 804          * and treated as swapcache but it has no rmap yet.
 805          * Calling try_to_unmap() against a page->mapping==NULL page will
 806          * trigger a BUG.  So handle it here.
 807          * 2. An orphaned page (see truncate_complete_page) might have
 808          * fs-private metadata. The page can be picked up due to memory
 809          * offlining.  Everywhere else except page reclaim, the page is
 810          * invisible to the vm, so the page can not be migrated.  So try to
 811          * free the metadata, so the page can be freed.
 812          */
 813         if (!page->mapping) {
 814                 VM_BUG_ON(PageAnon(page));
 815                 if (page_has_private(page)) {
 816                         try_to_free_buffers(page);
 817                         goto uncharge;
 818                 }
 819                 goto skip_unmap;
 820         }
 821
 822         /* Establish migration ptes or remove ptes */
 823         try_to_unmap(page, TTU_MIGRATION|TTU_IGNORE_MLOCK|TTU_IGNORE_ACCESS);
 824
 825 skip_unmap:
 826         if (!page_mapped(page))
 827                 rc = move_to_new_page(newpage, page, remap_swapcache, mode);
 828
 829         if (rc && remap_swapcache)
 830                 remove_migration_ptes(page, page);
 831
 832         /* Drop an anon_vma reference if we took one */
 833         if (anon_vma)
 834                 put_anon_vma(anon_vma);
 835
 836 uncharge:
 837         mem_cgroup_end_migration(mem, page, newpage,
 838                                  (rc == MIGRATEPAGE_SUCCESS ||
 839                                   rc == MIGRATEPAGE_BALLOON_SUCCESS));
 840         unlock_page(page);
 841 out:
 842         return rc;
 843 }
 844
 845 /*
 846  * Obtain the lock on page, remove all ptes and migrate the page
 847  * to the newly allocated page in newpage.
 848  */
 849 static int unmap_and_move(new_page_t get_new_page, unsigned long private,
 850                         struct page *page, int force, enum migrate_mode mode)
 851 {
 852         int rc = 0;
 853         int *result = NULL;
 854         struct page *newpage = get_new_page(page, private, &result);
 855
 856         if (!newpage)
 857                 return -ENOMEM;
 858
 859         if (page_count(page) == 1) {
 860                 /* page was freed from under us. So we are done. */
 861                 goto out;
 862         }
 863
 864         if (unlikely(PageTransHuge(page)))
 865                 if (unlikely(split_huge_page(page)))
 866                         goto out;
 867
 868         rc = __unmap_and_move(page, newpage, force, mode);
 869
 870         if (unlikely(rc == MIGRATEPAGE_BALLOON_SUCCESS)) {
 871                 /*
 872                  * A ballooned page has been migrated already.
 873                  * Now, it's the time to wrap-up counters,
 874                  * handle the page back to Buddy and return.
 875                  */
 876                 dec_zone_page_state(page, NR_ISOLATED_ANON +
 877                                     page_is_file_cache(page));
 878                 balloon_page_free(page);
 879                 return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
 880         }
 881 out:
 882         if (rc != -EAGAIN) {
 883                 /*
 884                  * A page that has been migrated has all references
 885                  * removed and will be freed. A page that has not been
 886                  * migrated will have kepts its references and be
 887                  * restored.
 888                  */
 889                 list_del(&page->lru);
 890                 dec_zone_page_state(page, NR_ISOLATED_ANON +
 891                                 page_is_file_cache(page));
 892                 putback_lru_page(page);
 893         }
 894         /*
 895          * Move the new page to the LRU. If migration was not successful
 896          * then this will free the page.
 897          */
 898         putback_lru_page(newpage);
 899         if (result) {
 900                 if (rc)
 901                         *result = rc;
 902                 else
 903                         *result = page_to_nid(newpage);
 904         }
 905         return rc;
 906 }
 907
 908 /*
 909  * Counterpart of unmap_and_move_page() for hugepage migration.
 910  *
 911  * This function doesn't wait the completion of hugepage I/O
 912  * because there is no race between I/O and migration for hugepage.
 913  * Note that currently hugepage I/O occurs only in direct I/O
 914  * where no lock is held and PG_writeback is irrelevant,
 915  * and writeback status of all subpages are counted in the reference
 916  * count of the head page (i.e. if all subpages of a 2MB hugepage are
 917  * under direct I/O, the reference of the head page is 512 and a bit more.)
 918  * This means that when we try to migrate hugepage whose subpages are
 919  * doing direct I/O, some references remain after try_to_unmap() and
 920  * hugepage migration fails without data corruption.
 921  *
 922  * There is also no race when direct I/O is issued on the page under migration,
 923  * because then pte is replaced with migration swap entry and direct I/O code
 924  * will wait in the page fault for migration to complete.
 925  */
 926 static int unmap_and_move_huge_page(new_page_t get_new_page,
 927                                 unsigned long private, struct page *hpage,
 928                                 int force, enum migrate_mode mode)
 929 {
 930         int rc = 0;
 931         int *result = NULL;
 932         struct page *new_hpage = get_new_page(hpage, private, &result);
 933         struct anon_vma *anon_vma = NULL;
 934
 935         if (!new_hpage)
 936                 return -ENOMEM;
 937
 938         rc = -EAGAIN;
 939
 940         if (!trylock_page(hpage)) {
 941                 if (!force || mode != MIGRATE_SYNC)
 942                         goto out;
 943                 lock_page(hpage);
 944         }
 945
 946         if (PageAnon(hpage))
 947                 anon_vma = page_get_anon_vma(hpage);
 948
 949         try_to_unmap(hpage, TTU_MIGRATION|TTU_IGNORE_MLOCK|TTU_IGNORE_ACCESS);
 950
 951         if (!page_mapped(hpage))
 952                 rc = move_to_new_page(new_hpage, hpage, 1, mode);
 953
 954         if (rc)
 955                 remove_migration_ptes(hpage, hpage);
 956
 957         if (anon_vma)
 958                 put_anon_vma(anon_vma);
 959
 960         if (!rc)
 961                 hugetlb_cgroup_migrate(hpage, new_hpage);
 962
 963         unlock_page(hpage);
 964 out:
 965         put_page(new_hpage);
 966         if (result) {
 967                 if (rc)
 968                         *result = rc;
 969                 else
 970                         *result = page_to_nid(new_hpage);
 971         }
 972         return rc;
 973 }
 974
 975 /*
 976  * migrate_pages
 977  *
 978  * The function takes one list of pages to migrate and a function
 979  * that determines from the page to be migrated and the private data
 980  * the target of the move and allocates the page.
 981  *
 982  * The function returns after 10 attempts or if no pages
 983  * are movable anymore because to has become empty
 984  * or no retryable pages exist anymore.
 985  * Caller should call putback_lru_pages to return pages to the LRU
 986  * or free list only if ret != 0.
 987  *
 988  * Return: Number of pages not migrated or error code.
 989  */
 990 int migrate_pages(struct list_head *from, new_page_t get_new_page,
 991                 unsigned long private, enum migrate_mode mode, int reason)
 992 {
 993         int retry = 1;
 994         int nr_failed = 0;
 995         int nr_succeeded = 0;
 996         int pass = 0;
 997         struct page *page;
 998         struct page *page2;
 999         int swapwrite = current->flags & PF_SWAPWRITE;
1000         int rc;
1001
1002         if (!swapwrite)
1003                 current->flags |= PF_SWAPWRITE;
1004
1005         for(pass = 0; pass < 10 && retry; pass++) {
1006                 retry = 0;
1007
1008                 list_for_each_entry_safe(page, page2, from, lru) {
1009                         cond_resched();
1010
1011                         rc = unmap_and_move(get_new_page, private,
1012                                                 page, pass > 2, mode);
1013
1014                         switch(rc) {
1015                         case -ENOMEM:
1016                                 goto out;
1017                         case -EAGAIN:
1018                                 retry++;
1019                                 break;
1020                         case MIGRATEPAGE_SUCCESS:
1021                                 nr_succeeded++;
1022                                 break;
1023                         default:
1024                                 /* Permanent failure */
1025                                 nr_failed++;
1026                                 break;
1027                         }
1028                 }
1029         }
1030         rc = nr_failed + retry;
1031 out:
1032         if (nr_succeeded)
1033                 count_vm_events(PGMIGRATE_SUCCESS, nr_succeeded);
1034         if (nr_failed)
1035                 count_vm_events(PGMIGRATE_FAIL, nr_failed);
1036         trace_mm_migrate_pages(nr_succeeded, nr_failed, mode, reason);
1037
1038         if (!swapwrite)
1039                 current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
1040
1041         return rc;
1042 }
1043
1044 int migrate_huge_page(struct page *hpage, new_page_t get_new_page,
1045                       unsigned long private, enum migrate_mode mode)
1046 {
1047         int pass, rc;
1048
1049         for (pass = 0; pass < 10; pass++) {
1050                 rc = unmap_and_move_huge_page(get_new_page, private,
1051                                                 hpage, pass > 2, mode);
1052                 switch (rc) {
1053                 case -ENOMEM:
1054                         goto out;
1055                 case -EAGAIN:
1056                         /* try again */
1057                         cond_resched();
1058                         break;
1059                 case MIGRATEPAGE_SUCCESS:
1060                         goto out;
1061                 default:
1062                         rc = -EIO;
1063                         goto out;
1064                 }
1065         }
1066 out:
1067         return rc;
1068 }
1069
1070 #ifdef CONFIG_NUMA
1071 /*
1072  * Move a list of individual pages
1073  */
1074 struct page_to_node {
1075         unsigned long addr;
1076         struct page *page;
1077         int node;
1078         int status;
1079 };
1080
1081 static struct page *new_page_node(struct page *p, unsigned long private,
1082                 int **result)
1083 {
1084         struct page_to_node *pm = (struct page_to_node *)private;
1085
1086         while (pm->node != MAX_NUMNODES && pm->page != p)
1087                 pm++;
1088
1089         if (pm->node == MAX_NUMNODES)
1090                 return NULL;
1091
1092         *result = &pm->status;
1093
1094         return alloc_pages_exact_node(pm->node,
1095                                 GFP_HIGHUSER_MOVABLE | GFP_THISNODE, 0);
1096 }
1097
1098 /*
1099  * Move a set of pages as indicated in the pm array. The addr
1100  * field must be set to the virtual address of the page to be moved
1101  * and the node number must contain a valid target node.
1102  * The pm array ends with node = MAX_NUMNODES.
1103  */
1104 static int do_move_page_to_node_array(struct mm_struct *mm,
1105                                       struct page_to_node *pm,
1106                                       int migrate_all)
1107 {
1108         int err;
1109         struct page_to_node *pp;
1110         LIST_HEAD(pagelist);
1111
1112         down_read(&mm->mmap_sem);
1113
1114         /*
1115          * Build a list of pages to migrate
1116          */
1117         for (pp = pm; pp->node != MAX_NUMNODES; pp++) {
1118                 struct vm_area_struct *vma;
1119                 struct page *page;
1120
1121                 err = -EFAULT;
1122                 vma = find_vma(mm, pp->addr);
1123                 if (!vma || pp->addr < vma->vm_start || !vma_migratable(vma))
1124                         goto set_status;
1125
1126                 page = follow_page(vma, pp->addr, FOLL_GET|FOLL_SPLIT);
1127
1128                 err = PTR_ERR(page);
1129                 if (IS_ERR(page))
1130                         goto set_status;
1131
1132                 err = -ENOENT;
1133                 if (!page)
1134                         goto set_status;
1135
1136                 /* Use PageReserved to check for zero page */
1137                 if (PageReserved(page))
1138                         goto put_and_set;
1139
1140                 pp->page = page;
1141                 err = page_to_nid(page);
1142
1143                 if (err == pp->node)
1144                         /*
1145                          * Node already in the right place
1146                          */
1147                         goto put_and_set;
1148
1149                 err = -EACCES;
1150                 if (page_mapcount(page) > 1 &&
1151                                 !migrate_all)
1152                         goto put_and_set;
1153
1154                 err = isolate_lru_page(page);
1155                 if (!err) {
1156                         list_add_tail(&page->lru, &pagelist);
1157                         inc_zone_page_state(page, NR_ISOLATED_ANON +
1158                                             page_is_file_cache(page));
1159                 }
1160 put_and_set:
1161                 /*
1162                  * Either remove the duplicate refcount from
1163                  * isolate_lru_page() or drop the page ref if it was
1164                  * not isolated.
1165                  */
1166                 put_page(page);
1167 set_status:
1168                 pp->status = err;
1169         }
1170
1171         err = 0;
1172         if (!list_empty(&pagelist)) {
1173                 err = migrate_pages(&pagelist, new_page_node,
1174                                 (unsigned long)pm, MIGRATE_SYNC, MR_SYSCALL);
1175                 if (err)
1176                         putback_lru_pages(&pagelist);
1177         }
1178
1179         up_read(&mm->mmap_sem);
1180         return err;
1181 }
1182
1183 /*
1184  * Migrate an array of page address onto an array of nodes and fill
1185  * the corresponding array of status.
1186  */
1187 static int do_pages_move(struct mm_struct *mm, nodemask_t task_nodes,
1188                          unsigned long nr_pages,
1189                          const void __user * __user *pages,
1190                          const int __user *nodes,
1191                          int __user *status, int flags)
1192 {
1193         struct page_to_node *pm;
1194         unsigned long chunk_nr_pages;
1195         unsigned long chunk_start;
1196         int err;
1197
1198         err = -ENOMEM;
1199         pm = (struct page_to_node *)__get_free_page(GFP_KERNEL);
1200         if (!pm)
1201                 goto out;
1202
1203         migrate_prep();
1204
1205         /*
1206          * Store a chunk of page_to_node array in a page,
1207          * but keep the last one as a marker
1208          */
1209         chunk_nr_pages = (PAGE_SIZE / sizeof(struct page_to_node)) - 1;
1210
1211         for (chunk_start = 0;
1212              chunk_start < nr_pages;
1213              chunk_start += chunk_nr_pages) {
1214                 int j;
1215
1216                 if (chunk_start + chunk_nr_pages > nr_pages)
1217                         chunk_nr_pages = nr_pages - chunk_start;
1218
1219                 /* fill the chunk pm with addrs and nodes from user-space */
1220                 for (j = 0; j < chunk_nr_pages; j++) {
1221                         const void __user *p;
1222                         int node;
1223
1224                         err = -EFAULT;
1225                         if (get_user(p, pages + j + chunk_start))
1226                                 goto out_pm;
1227                         pm[j].addr = (unsigned long) p;
1228
1229                         if (get_user(node, nodes + j + chunk_start))
1230                                 goto out_pm;
1231
1232                         err = -ENODEV;
1233                         if (node < 0 || node >= MAX_NUMNODES)
1234                                 goto out_pm;
1235
1236                         if (!node_state(node, N_MEMORY))
1237                                 goto out_pm;
1238
1239                         err = -EACCES;
1240                         if (!node_isset(node, task_nodes))
1241                                 goto out_pm;
1242
1243                         pm[j].node = node;
1244                 }
1245
1246                 /* End marker for this chunk */
1247                 pm[chunk_nr_pages].node = MAX_NUMNODES;
1248
1249                 /* Migrate this chunk */
1250                 err = do_move_page_to_node_array(mm, pm,
1251                                                  flags & MPOL_MF_MOVE_ALL);
1252                 if (err < 0)
1253                         goto out_pm;
1254
1255                 /* Return status information */
1256                 for (j = 0; j < chunk_nr_pages; j++)
1257                         if (put_user(pm[j].status, status + j + chunk_start)) {
1258                                 err = -EFAULT;
1259                                 goto out_pm;
1260                         }
1261         }
1262         err = 0;
1263
1264 out_pm:
1265         free_page((unsigned long)pm);
1266 out:
1267         return err;
1268 }
1269
1270 /*
1271  * Determine the nodes of an array of pages and store it in an array of status.
1272  */
1273 static void do_pages_stat_array(struct mm_struct *mm, unsigned long nr_pages,
1274                                 const void __user **pages, int *status)
1275 {
1276         unsigned long i;
1277
1278         down_read(&mm->mmap_sem);
1279
1280         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
1281                 unsigned long addr = (unsigned long)(*pages);
1282                 struct vm_area_struct *vma;
1283                 struct page *page;
1284                 int err = -EFAULT;
1285
1286                 vma = find_vma(mm, addr);
1287                 if (!vma || addr < vma->vm_start)
1288                         goto set_status;
1289
1290                 page = follow_page(vma, addr, 0);
1291
1292                 err = PTR_ERR(page);
1293                 if (IS_ERR(page))
1294                         goto set_status;
1295
1296                 err = -ENOENT;
1297                 /* Use PageReserved to check for zero page */
1298                 if (!page || PageReserved(page))
1299                         goto set_status;
1300
1301                 err = page_to_nid(page);
1302 set_status:
1303                 *status = err;
1304
1305                 pages++;
1306                 status++;
1307         }
1308
1309         up_read(&mm->mmap_sem);
1310 }
1311
1312 /*
1313  * Determine the nodes of a user array of pages and store it in
1314  * a user array of status.
1315  */
1316 static int do_pages_stat(struct mm_struct *mm, unsigned long nr_pages,
1317                          const void __user * __user *pages,
1318                          int __user *status)
1319 {
1320 #define DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR 16
1321         const void __user *chunk_pages[DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR];
1322         int chunk_status[DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR];
1323
1324         while (nr_pages) {
1325                 unsigned long chunk_nr;
1326
1327                 chunk_nr = nr_pages;
1328                 if (chunk_nr > DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR)
1329                         chunk_nr = DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR;
1330
1331                 if (copy_from_user(chunk_pages, pages, chunk_nr * sizeof(*chunk_pages)))
1332                         break;
1333
1334                 do_pages_stat_array(mm, chunk_nr, chunk_pages, chunk_status);
1335
1336                 if (copy_to_user(status, chunk_status, chunk_nr * sizeof(*status)))
1337                         break;
1338
1339                 pages += chunk_nr;
1340                 status += chunk_nr;
1341                 nr_pages -= chunk_nr;
1342         }
1343         return nr_pages ? -EFAULT : 0;
1344 }
1345
1346 /*
1347  * Move a list of pages in the address space of the currently executing
1348  * process.
1349  */
1350 SYSCALL_DEFINE6(move_pages, pid_t, pid, unsigned long, nr_pages,
1351                 const void __user * __user *, pages,
1352                 const int __user *, nodes,
1353                 int __user *, status, int, flags)
1354 {
1355         const struct cred *cred = current_cred(), *tcred;
1356         struct task_struct *task;
1357         struct mm_struct *mm;
1358         int err;
1359         nodemask_t task_nodes;
1360
1361         /* Check flags */
1362         if (flags & ~(MPOL_MF_MOVE|MPOL_MF_MOVE_ALL))
1363                 return -EINVAL;
1364
1365         if ((flags & MPOL_MF_MOVE_ALL) && !capable(CAP_SYS_NICE))
1366                 return -EPERM;
1367
1368         /* Find the mm_struct */
1369         rcu_read_lock();
1370         task = pid ? find_task_by_vpid(pid) : current;
1371         if (!task) {
1372                 rcu_read_unlock();
1373                 return -ESRCH;
1374         }
1375         get_task_struct(task);
1376
1377         /*
1378          * Check if this process has the right to modify the specified
1379          * process. The right exists if the process has administrative
1380          * capabilities, superuser privileges or the same
1381          * userid as the target process.
1382          */
1383         tcred = __task_cred(task);
1384         if (!uid_eq(cred->euid, tcred->suid) && !uid_eq(cred->euid, tcred->uid) &&
1385             !uid_eq(cred->uid,  tcred->suid) && !uid_eq(cred->uid,  tcred->uid) &&
1386             !capable(CAP_SYS_NICE)) {
1387                 rcu_read_unlock();
1388                 err = -EPERM;
1389                 goto out;
1390         }
1391         rcu_read_unlock();
1392
1393         err = security_task_movememory(task);
1394         if (err)
1395                 goto out;
1396
1397         task_nodes = cpuset_mems_allowed(task);
1398         mm = get_task_mm(task);
1399         put_task_struct(task);
1400
1401         if (!mm)
1402                 return -EINVAL;
1403
1404         if (nodes)
1405                 err = do_pages_move(mm, task_nodes, nr_pages, pages,
1406                                     nodes, status, flags);
1407         else
1408                 err = do_pages_stat(mm, nr_pages, pages, status);
1409
1410         mmput(mm);
1411         return err;
1412
1413 out:
1414         put_task_struct(task);
1415         return err;
1416 }
1417
1418 /*
1419  * Call migration functions in the vma_ops that may prepare
1420  * memory in a vm for migration. migration functions may perform
1421  * the migration for vmas that do not have an underlying page struct.
1422  */
1423 int migrate_vmas(struct mm_struct *mm, const nodemask_t *to,
1424         const nodemask_t *from, unsigned long flags)
1425 {
1426         struct vm_area_struct *vma;
1427         int err = 0;
1428
1429         for (vma = mm->mmap; vma && !err; vma = vma->vm_next) {
1430                 if (vma->vm_ops && vma->vm_ops->migrate) {
1431                         err = vma->vm_ops->migrate(vma, to, from, flags);
1432                         if (err)
1433                                 break;
1434                 }
1435         }
1436         return err;
1437 }
1438
1439 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
1440 /*
1441  * Returns true if this is a safe migration target node for misplaced NUMA
1442  * pages. Currently it only checks the watermarks which crude
1443  */
1444 static bool migrate_balanced_pgdat(struct pglist_data *pgdat,
1445                                    unsigned long nr_migrate_pages)
1446 {
1447         int z;
1448         for (z = pgdat->nr_zones - 1; z >= 0; z--) {
1449                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + z;
1450
1451                 if (!populated_zone(zone))
1452                         continue;
1453
1454                 if (zone->all_unreclaimable)
1455                         continue;
1456
1457                 /* Avoid waking kswapd by allocating pages_to_migrate pages. */
1458                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0,
1459                                        high_wmark_pages(zone) +
1460                                        nr_migrate_pages,
1461                                        0, 0))
1462                         continue;
1463                 return true;
1464         }
1465         return false;
1466 }
1467
1468 static struct page *alloc_misplaced_dst_page(struct page *page,
1469                                            unsigned long data,
1470                                            int **result)
1471 {
1472         int nid = (int) data;
1473         struct page *newpage;
1474
1475         newpage = alloc_pages_exact_node(nid,
1476                                          (GFP_HIGHUSER_MOVABLE | GFP_THISNODE |
1477                                           __GFP_NOMEMALLOC | __GFP_NORETRY |
1478                                           __GFP_NOWARN) &
1479                                          ~GFP_IOFS, 0);
1480         if (newpage)
1481                 page_nid_xchg_last(newpage, page_nid_last(page));
1482
1483         return newpage;
1484 }
1485
1486 /*
1487  * page migration rate limiting control.
1488  * Do not migrate more than @pages_to_migrate in a @migrate_interval_millisecs
1489  * window of time. Default here says do not migrate more than 1280M per second.
1490  * If a node is rate-limited then PTE NUMA updates are also rate-limited. However
1491  * as it is faults that reset the window, pte updates will happen unconditionally
1492  * if there has not been a fault since @pteupdate_interval_millisecs after the
1493  * throttle window closed.
1494  */
1495 static unsigned int migrate_interval_millisecs __read_mostly = 100;
1496 static unsigned int pteupdate_interval_millisecs __read_mostly = 1000;
1497 static unsigned int ratelimit_pages __read_mostly = 128 << (20 - PAGE_SHIFT);
1498
1499 /* Returns true if NUMA migration is currently rate limited */
1500 bool migrate_ratelimited(int node)
1501 {
1502         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(node);
1503
1504         if (time_after(jiffies, pgdat->numabalancing_migrate_next_window +
1505                                 msecs_to_jiffies(pteupdate_interval_millisecs)))
1506                 return false;
1507
1508         if (pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages < ratelimit_pages)
1509                 return false;
1510
1511         return true;
1512 }
1513
1514 /* Returns true if the node is migrate rate-limited after the update */
1515 bool numamigrate_update_ratelimit(pg_data_t *pgdat, unsigned long nr_pages)
1516 {
1517         bool rate_limited = false;
1518
1519         /*
1520          * Rate-limit the amount of data that is being migrated to a node.
1521          * Optimal placement is no good if the memory bus is saturated and
1522          * all the time is being spent migrating!
1523          */
1524         spin_lock(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
1525         if (time_after(jiffies, pgdat->numabalancing_migrate_next_window)) {
1526                 pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
1527                 pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies +
1528                         msecs_to_jiffies(migrate_interval_millisecs);
1529         }
1530         if (pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages > ratelimit_pages)
1531                 rate_limited = true;
1532         else
1533                 pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages += nr_pages;
1534         spin_unlock(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
1535
1536         return rate_limited;
1537 }
1538
1539 int numamigrate_isolate_page(pg_data_t *pgdat, struct page *page)
1540 {
1541         int page_lru;
1542
1543         VM_BUG_ON(compound_order(page) && !PageTransHuge(page));
1544
1545         /* Avoid migrating to a node that is nearly full */
1546         if (!migrate_balanced_pgdat(pgdat, 1UL << compound_order(page)))
1547                 return 0;
1548
1549         if (isolate_lru_page(page))
1550                 return 0;
1551
1552         /*
1553          * migrate_misplaced_transhuge_page() skips page migration's usual
1554          * check on page_count(), so we must do it here, now that the page
1555          * has been isolated: a GUP pin, or any other pin, prevents migration.
1556          * The expected page count is 3: 1 for page's mapcount and 1 for the
1557          * caller's pin and 1 for the reference taken by isolate_lru_page().
1558          */
1559         if (PageTransHuge(page) && page_count(page) != 3) {
1560                 putback_lru_page(page);
1561                 return 0;
1562         }
1563
1564         page_lru = page_is_file_cache(page);
1565         mod_zone_page_state(page_zone(page), NR_ISOLATED_ANON + page_lru,
1566                                 hpage_nr_pages(page));
1567
1568         /*
1569          * Isolating the page has taken another reference, so the
1570          * caller's reference can be safely dropped without the page
1571          * disappearing underneath us during migration.
1572          */
1573         put_page(page);
1574         return 1;
1575 }
1576
1577 /*
1578  * Attempt to migrate a misplaced page to the specified destination
1579  * node. Caller is expected to have an elevated reference count on
1580  * the page that will be dropped by this function before returning.
1581  */
1582 int migrate_misplaced_page(struct page *page, int node)
1583 {
1584         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(node);
1585         int isolated;
1586         int nr_remaining;
1587         LIST_HEAD(migratepages);
1588
1589         /*
1590          * Don't migrate pages that are mapped in multiple processes.
1591          * TODO: Handle false sharing detection instead of this hammer
1592          */
1593         if (page_mapcount(page) != 1)
1594                 goto out;
1595
1596         /*
1597          * Rate-limit the amount of data that is being migrated to a node.
1598          * Optimal placement is no good if the memory bus is saturated and
1599          * all the time is being spent migrating!
1600          */
1601         if (numamigrate_update_ratelimit(pgdat, 1))
1602                 goto out;
1603
1604         isolated = numamigrate_isolate_page(pgdat, page);
1605         if (!isolated)
1606                 goto out;
1607
1608         list_add(&page->lru, &migratepages);
1609         nr_remaining = migrate_pages(&migratepages, alloc_misplaced_dst_page,
1610                                      node, MIGRATE_ASYNC, MR_NUMA_MISPLACED);
1611         if (nr_remaining) {
1612                 putback_lru_pages(&migratepages);
1613                 isolated = 0;
1614         } else
1615                 count_vm_numa_event(NUMA_PAGE_MIGRATE);
1616         BUG_ON(!list_empty(&migratepages));
1617         return isolated;
1618
1619 out:
1620         put_page(page);
1621         return 0;
1622 }
1623 #endif /* CONFIG_NUMA_BALANCING */
1624
1625 #if defined(CONFIG_NUMA_BALANCING) && defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)
1626 /*
1627  * Migrates a THP to a given target node. page must be locked and is unlocked
1628  * before returning.
1629  */
1630 int migrate_misplaced_transhuge_page(struct mm_struct *mm,
1631                                 struct vm_area_struct *vma,
1632                                 pmd_t *pmd, pmd_t entry,
1633                                 unsigned long address,
1634                                 struct page *page, int node)
1635 {
1636         unsigned long haddr = address & HPAGE_PMD_MASK;
1637         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(node);
1638         int isolated = 0;
1639         struct page *new_page = NULL;
1640         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
1641         int page_lru = page_is_file_cache(page);
1642
1643         /*
1644          * Don't migrate pages that are mapped in multiple processes.
1645          * TODO: Handle false sharing detection instead of this hammer
1646          */
1647         if (page_mapcount(page) != 1)
1648                 goto out_dropref;
1649
1650         /*
1651          * Rate-limit the amount of data that is being migrated to a node.
1652          * Optimal placement is no good if the memory bus is saturated and
1653          * all the time is being spent migrating!
1654          */
1655         if (numamigrate_update_ratelimit(pgdat, HPAGE_PMD_NR))
1656                 goto out_dropref;
1657
1658         new_page = alloc_pages_node(node,
1659                 (GFP_TRANSHUGE | GFP_THISNODE) & ~__GFP_WAIT, HPAGE_PMD_ORDER);
1660         if (!new_page)
1661                 goto out_fail;
1662
1663         page_nid_xchg_last(new_page, page_nid_last(page));
1664
1665         isolated = numamigrate_isolate_page(pgdat, page);
1666         if (!isolated) {
1667                 put_page(new_page);
1668                 goto out_fail;
1669         }
1670
1671         /* Prepare a page as a migration target */
1672         __set_page_locked(new_page);
1673         SetPageSwapBacked(new_page);
1674
1675         /* anon mapping, we can simply copy page->mapping to the new page: */
1676         new_page->mapping = page->mapping;
1677         new_page->index = page->index;
1678         migrate_page_copy(new_page, page);
1679         WARN_ON(PageLRU(new_page));
1680
1681         /* Recheck the target PMD */
1682         spin_lock(&mm->page_table_lock);
1683         if (unlikely(!pmd_same(*pmd, entry))) {
1684                 spin_unlock(&mm->page_table_lock);
1685
1686                 /* Reverse changes made by migrate_page_copy() */
1687                 if (TestClearPageActive(new_page))
1688                         SetPageActive(page);
1689                 if (TestClearPageUnevictable(new_page))
1690                         SetPageUnevictable(page);
1691                 mlock_migrate_page(page, new_page);
1692
1693                 unlock_page(new_page);
1694                 put_page(new_page);             /* Free it */
1695
1696                 unlock_page(page);
1697                 putback_lru_page(page);
1698
1699                 count_vm_events(PGMIGRATE_FAIL, HPAGE_PMD_NR);
1700                 isolated = 0;
1701                 goto out;
1702         }
1703
1704         /*
1705          * Traditional migration needs to prepare the memcg charge
1706          * transaction early to prevent the old page from being
1707          * uncharged when installing migration entries.  Here we can
1708          * save the potential rollback and start the charge transfer
1709          * only when migration is already known to end successfully.
1710          */
1711         mem_cgroup_prepare_migration(page, new_page, &memcg);
1712
1713         entry = mk_pmd(new_page, vma->vm_page_prot);
1714         entry = pmd_mknonnuma(entry);
1715         entry = maybe_pmd_mkwrite(pmd_mkdirty(entry), vma);
1716         entry = pmd_mkhuge(entry);
1717
1718         page_add_new_anon_rmap(new_page, vma, haddr);
1719
1720         set_pmd_at(mm, haddr, pmd, entry);
1721         update_mmu_cache_pmd(vma, address, &entry);
1722         page_remove_rmap(page);
1723         /*
1724          * Finish the charge transaction under the page table lock to
1725          * prevent split_huge_page() from dividing up the charge
1726          * before it's fully transferred to the new page.
1727          */
1728         mem_cgroup_end_migration(memcg, page, new_page, true);
1729         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
1730
1731         unlock_page(new_page);
1732         unlock_page(page);
1733         put_page(page);                 /* Drop the rmap reference */
1734         put_page(page);                 /* Drop the LRU isolation reference */
1735
1736         count_vm_events(PGMIGRATE_SUCCESS, HPAGE_PMD_NR);
1737         count_vm_numa_events(NUMA_PAGE_MIGRATE, HPAGE_PMD_NR);
1738
1739 out:
1740         mod_zone_page_state(page_zone(page),
1741                         NR_ISOLATED_ANON + page_lru,
1742                         -HPAGE_PMD_NR);
1743         return isolated;
1744
1745 out_fail:
1746         count_vm_events(PGMIGRATE_FAIL, HPAGE_PMD_NR);
1747 out_dropref:
1748         unlock_page(page);
1749         put_page(page);
1750         return 0;
1751 }
1752 #endif /* CONFIG_NUMA_BALANCING */
1753
1754 #endif /* CONFIG_NUMA */