mm/page_ext.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 #include <linux/mm.h>
   3 #include <linux/mmzone.h>
   4 #include <linux/memblock.h>
   5 #include <linux/page_ext.h>
   6 #include <linux/memory.h>
   7 #include <linux/vmalloc.h>
   8 #include <linux/kmemleak.h>
   9 #include <linux/page_owner.h>
  10 #include <linux/page_idle.h>
  11
  12 /*
  13  * struct page extension
  14  *
  15  * This is the feature to manage memory for extended data per page.
  16  *
  17  * Until now, we must modify struct page itself to store extra data per page.
  18  * This requires rebuilding the kernel and it is really time consuming process.
  19  * And, sometimes, rebuild is impossible due to third party module dependency.
  20  * At last, enlarging struct page could cause un-wanted system behaviour change.
  21  *
  22  * This feature is intended to overcome above mentioned problems. This feature
  23  * allocates memory for extended data per page in certain place rather than
  24  * the struct page itself. This memory can be accessed by the accessor
  25  * functions provided by this code. During the boot process, it checks whether
  26  * allocation of huge chunk of memory is needed or not. If not, it avoids
  27  * allocating memory at all. With this advantage, we can include this feature
  28  * into the kernel in default and can avoid rebuild and solve related problems.
  29  *
  30  * To help these things to work well, there are two callbacks for clients. One
  31  * is the need callback which is mandatory if user wants to avoid useless
  32  * memory allocation at boot-time. The other is optional, init callback, which
  33  * is used to do proper initialization after memory is allocated.
  34  *
  35  * The need callback is used to decide whether extended memory allocation is
  36  * needed or not. Sometimes users want to deactivate some features in this
  37  * boot and extra memory would be unneccessary. In this case, to avoid
  38  * allocating huge chunk of memory, each clients represent their need of
  39  * extra memory through the need callback. If one of the need callbacks
  40  * returns true, it means that someone needs extra memory so that
  41  * page extension core should allocates memory for page extension. If
  42  * none of need callbacks return true, memory isn't needed at all in this boot
  43  * and page extension core can skip to allocate memory. As result,
  44  * none of memory is wasted.
  45  *
  46  * When need callback returns true, page_ext checks if there is a request for
  47  * extra memory through size in struct page_ext_operations. If it is non-zero,
  48  * extra space is allocated for each page_ext entry and offset is returned to
  49  * user through offset in struct page_ext_operations.
  50  *
  51  * The init callback is used to do proper initialization after page extension
  52  * is completely initialized. In sparse memory system, extra memory is
  53  * allocated some time later than memmap is allocated. In other words, lifetime
  54  * of memory for page extension isn't same with memmap for struct page.
  55  * Therefore, clients can't store extra data until page extension is
  56  * initialized, even if pages are allocated and used freely. This could
  57  * cause inadequate state of extra data per page, so, to prevent it, client
  58  * can utilize this callback to initialize the state of it correctly.
  59  */
  60
  61 static struct page_ext_operations *page_ext_ops[] = {
  62 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
  63         &page_owner_ops,
  64 #endif
  65 #if defined(CONFIG_IDLE_PAGE_TRACKING) && !defined(CONFIG_64BIT)
  66         &page_idle_ops,
  67 #endif
  68 };
  69
  70 unsigned long page_ext_size = sizeof(struct page_ext);
  71
  72 static unsigned long total_usage;
  73
  74 static bool __init invoke_need_callbacks(void)
  75 {
  76         int i;
  77         int entries = ARRAY_SIZE(page_ext_ops);
  78         bool need = false;
  79
  80         for (i = 0; i < entries; i++) {
  81                 if (page_ext_ops[i]->need && page_ext_ops[i]->need()) {
  82                         page_ext_ops[i]->offset = page_ext_size;
  83                         page_ext_size += page_ext_ops[i]->size;
  84                         need = true;
  85                 }
  86         }
  87
  88         return need;
  89 }
  90
  91 static void __init invoke_init_callbacks(void)
  92 {
  93         int i;
  94         int entries = ARRAY_SIZE(page_ext_ops);
  95
  96         for (i = 0; i < entries; i++) {
  97                 if (page_ext_ops[i]->init)
  98                         page_ext_ops[i]->init();
  99         }
 100 }
 101
 102 static inline struct page_ext *get_entry(void *base, unsigned long index)
 103 {
 104         return base + page_ext_size * index;
 105 }
 106
 107 #if !defined(CONFIG_SPARSEMEM)
 108
 109
 110 void __meminit pgdat_page_ext_init(struct pglist_data *pgdat)
 111 {
 112         pgdat->node_page_ext = NULL;
 113 }
 114
 115 struct page_ext *lookup_page_ext(const struct page *page)
 116 {
 117         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
 118         unsigned long index;
 119         struct page_ext *base;
 120
 121         base = NODE_DATA(page_to_nid(page))->node_page_ext;
 122         /*
 123          * The sanity checks the page allocator does upon freeing a
 124          * page can reach here before the page_ext arrays are
 125          * allocated when feeding a range of pages to the allocator
 126          * for the first time during bootup or memory hotplug.
 127          */
 128         if (unlikely(!base))
 129                 return NULL;
 130         index = pfn - round_down(node_start_pfn(page_to_nid(page)),
 131                                         MAX_ORDER_NR_PAGES);
 132         return get_entry(base, index);
 133 }
 134
 135 static int __init alloc_node_page_ext(int nid)
 136 {
 137         struct page_ext *base;
 138         unsigned long table_size;
 139         unsigned long nr_pages;
 140
 141         nr_pages = NODE_DATA(nid)->node_spanned_pages;
 142         if (!nr_pages)
 143                 return 0;
 144
 145         /*
 146          * Need extra space if node range is not aligned with
 147          * MAX_ORDER_NR_PAGES. When page allocator's buddy algorithm
 148          * checks buddy's status, range could be out of exact node range.
 149          */
 150         if (!IS_ALIGNED(node_start_pfn(nid), MAX_ORDER_NR_PAGES) ||
 151                 !IS_ALIGNED(node_end_pfn(nid), MAX_ORDER_NR_PAGES))
 152                 nr_pages += MAX_ORDER_NR_PAGES;
 153
 154         table_size = page_ext_size * nr_pages;
 155
 156         base = memblock_alloc_try_nid(
 157                         table_size, PAGE_SIZE, __pa(MAX_DMA_ADDRESS),
 158                         MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE, nid);
 159         if (!base)
 160                 return -ENOMEM;
 161         NODE_DATA(nid)->node_page_ext = base;
 162         total_usage += table_size;
 163         return 0;
 164 }
 165
 166 void __init page_ext_init_flatmem(void)
 167 {
 168
 169         int nid, fail;
 170
 171         if (!invoke_need_callbacks())
 172                 return;
 173
 174         for_each_online_node(nid)  {
 175                 fail = alloc_node_page_ext(nid);
 176                 if (fail)
 177                         goto fail;
 178         }
 179         pr_info("allocated %ld bytes of page_ext\n", total_usage);
 180         invoke_init_callbacks();
 181         return;
 182
 183 fail:
 184         pr_crit("allocation of page_ext failed.\n");
 185         panic("Out of memory");
 186 }
 187
 188 #else /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
 189
 190 struct page_ext *lookup_page_ext(const struct page *page)
 191 {
 192         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
 193         struct mem_section *section = __pfn_to_section(pfn);
 194         /*
 195          * The sanity checks the page allocator does upon freeing a
 196          * page can reach here before the page_ext arrays are
 197          * allocated when feeding a range of pages to the allocator
 198          * for the first time during bootup or memory hotplug.
 199          */
 200         if (!section->page_ext)
 201                 return NULL;
 202         return get_entry(section->page_ext, pfn);
 203 }
 204
 205 static void *__meminit alloc_page_ext(size_t size, int nid)
 206 {
 207         gfp_t flags = GFP_KERNEL | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN;
 208         void *addr = NULL;
 209
 210         addr = alloc_pages_exact_nid(nid, size, flags);
 211         if (addr) {
 212                 kmemleak_alloc(addr, size, 1, flags);
 213                 return addr;
 214         }
 215
 216         addr = vzalloc_node(size, nid);
 217
 218         return addr;
 219 }
 220
 221 static int __meminit init_section_page_ext(unsigned long pfn, int nid)
 222 {
 223         struct mem_section *section;
 224         struct page_ext *base;
 225         unsigned long table_size;
 226
 227         section = __pfn_to_section(pfn);
 228
 229         if (section->page_ext)
 230                 return 0;
 231
 232         table_size = page_ext_size * PAGES_PER_SECTION;
 233         base = alloc_page_ext(table_size, nid);
 234
 235         /*
 236          * The value stored in section->page_ext is (base - pfn)
 237          * and it does not point to the memory block allocated above,
 238          * causing kmemleak false positives.
 239          */
 240         kmemleak_not_leak(base);
 241
 242         if (!base) {
 243                 pr_err("page ext allocation failure\n");
 244                 return -ENOMEM;
 245         }
 246
 247         /*
 248          * The passed "pfn" may not be aligned to SECTION.  For the calculation
 249          * we need to apply a mask.
 250          */
 251         pfn &= PAGE_SECTION_MASK;
 252         section->page_ext = (void *)base - page_ext_size * pfn;
 253         total_usage += table_size;
 254         return 0;
 255 }
 256 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
 257 static void free_page_ext(void *addr)
 258 {
 259         if (is_vmalloc_addr(addr)) {
 260                 vfree(addr);
 261         } else {
 262                 struct page *page = virt_to_page(addr);
 263                 size_t table_size;
 264
 265                 table_size = page_ext_size * PAGES_PER_SECTION;
 266
 267                 BUG_ON(PageReserved(page));
 268                 kmemleak_free(addr);
 269                 free_pages_exact(addr, table_size);
 270         }
 271 }
 272
 273 static void __free_page_ext(unsigned long pfn)
 274 {
 275         struct mem_section *ms;
 276         struct page_ext *base;
 277
 278         ms = __pfn_to_section(pfn);
 279         if (!ms || !ms->page_ext)
 280                 return;
 281         base = get_entry(ms->page_ext, pfn);
 282         free_page_ext(base);
 283         ms->page_ext = NULL;
 284 }
 285
 286 static int __meminit online_page_ext(unsigned long start_pfn,
 287                                 unsigned long nr_pages,
 288                                 int nid)
 289 {
 290         unsigned long start, end, pfn;
 291         int fail = 0;
 292
 293         start = SECTION_ALIGN_DOWN(start_pfn);
 294         end = SECTION_ALIGN_UP(start_pfn + nr_pages);
 295
 296         if (nid == NUMA_NO_NODE) {
 297                 /*
 298                  * In this case, "nid" already exists and contains valid memory.
 299                  * "start_pfn" passed to us is a pfn which is an arg for
 300                  * online__pages(), and start_pfn should exist.
 301                  */
 302                 nid = pfn_to_nid(start_pfn);
 303                 VM_BUG_ON(!node_state(nid, N_ONLINE));
 304         }
 305
 306         for (pfn = start; !fail && pfn < end; pfn += PAGES_PER_SECTION)
 307                 fail = init_section_page_ext(pfn, nid);
 308         if (!fail)
 309                 return 0;
 310
 311         /* rollback */
 312         for (pfn = start; pfn < end; pfn += PAGES_PER_SECTION)
 313                 __free_page_ext(pfn);
 314
 315         return -ENOMEM;
 316 }
 317
 318 static int __meminit offline_page_ext(unsigned long start_pfn,
 319                                 unsigned long nr_pages, int nid)
 320 {
 321         unsigned long start, end, pfn;
 322
 323         start = SECTION_ALIGN_DOWN(start_pfn);
 324         end = SECTION_ALIGN_UP(start_pfn + nr_pages);
 325
 326         for (pfn = start; pfn < end; pfn += PAGES_PER_SECTION)
 327                 __free_page_ext(pfn);
 328         return 0;
 329
 330 }
 331
 332 static int __meminit page_ext_callback(struct notifier_block *self,
 333                                unsigned long action, void *arg)
 334 {
 335         struct memory_notify *mn = arg;
 336         int ret = 0;
 337
 338         switch (action) {
 339         case MEM_GOING_ONLINE:
 340                 ret = online_page_ext(mn->start_pfn,
 341                                    mn->nr_pages, mn->status_change_nid);
 342                 break;
 343         case MEM_OFFLINE:
 344                 offline_page_ext(mn->start_pfn,
 345                                 mn->nr_pages, mn->status_change_nid);
 346                 break;
 347         case MEM_CANCEL_ONLINE:
 348                 offline_page_ext(mn->start_pfn,
 349                                 mn->nr_pages, mn->status_change_nid);
 350                 break;
 351         case MEM_GOING_OFFLINE:
 352                 break;
 353         case MEM_ONLINE:
 354         case MEM_CANCEL_OFFLINE:
 355                 break;
 356         }
 357
 358         return notifier_from_errno(ret);
 359 }
 360
 361 #endif
 362
 363 void __init page_ext_init(void)
 364 {
 365         unsigned long pfn;
 366         int nid;
 367
 368         if (!invoke_need_callbacks())
 369                 return;
 370
 371         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
 372                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
 373
 374                 start_pfn = node_start_pfn(nid);
 375                 end_pfn = node_end_pfn(nid);
 376                 /*
 377                  * start_pfn and end_pfn may not be aligned to SECTION and the
 378                  * page->flags of out of node pages are not initialized.  So we
 379                  * scan [start_pfn, the biggest section's pfn < end_pfn) here.
 380                  */
 381                 for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn;
 382                         pfn = ALIGN(pfn + 1, PAGES_PER_SECTION)) {
 383
 384                         if (!pfn_valid(pfn))
 385                                 continue;
 386                         /*
 387                          * Nodes's pfns can be overlapping.
 388                          * We know some arch can have a nodes layout such as
 389                          * -------------pfn-------------->
 390                          * N0 | N1 | N2 | N0 | N1 | N2|....
 391                          */
 392                         if (pfn_to_nid(pfn) != nid)
 393                                 continue;
 394                         if (init_section_page_ext(pfn, nid))
 395                                 goto oom;
 396                         cond_resched();
 397                 }
 398         }
 399         hotplug_memory_notifier(page_ext_callback, 0);
 400         pr_info("allocated %ld bytes of page_ext\n", total_usage);
 401         invoke_init_callbacks();
 402         return;
 403
 404 oom:
 405         panic("Out of memory");
 406 }
 407
 408 void __meminit pgdat_page_ext_init(struct pglist_data *pgdat)
 409 {
 410 }
 411
 412 #endif