mm: introduce compaction and migration for ballooned pages
[~shefty/rdma-dev.git] / 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 #include "internal.h"
43
44 /*
45  * migrate_prep() needs to be called before we start compiling a list of pages
46  * to be migrated using isolate_lru_page(). If scheduling work on other CPUs is
47  * undesirable, use migrate_prep_local()
48  */
49 int migrate_prep(void)
50 {
51         /*
52          * Clear the LRU lists so pages can be isolated.
53          * Note that pages may be moved off the LRU after we have
54          * drained them. Those pages will fail to migrate like other
55          * pages that may be busy.
56          */
57         lru_add_drain_all();
58
59         return 0;
60 }
61
62 /* Do the necessary work of migrate_prep but not if it involves other CPUs */
63 int migrate_prep_local(void)
64 {
65         lru_add_drain();
66
67         return 0;
68 }
69
70 /*
71  * Add isolated pages on the list back to the LRU under page lock
72  * to avoid leaking evictable pages back onto unevictable list.
73  */
74 void putback_lru_pages(struct list_head *l)
75 {
76         struct page *page;
77         struct page *page2;
78
79         list_for_each_entry_safe(page, page2, l, lru) {
80                 list_del(&page->lru);
81                 dec_zone_page_state(page, NR_ISOLATED_ANON +
82                                 page_is_file_cache(page));
83                 if (unlikely(balloon_page_movable(page)))
84                         balloon_page_putback(page);
85                 else
86                         putback_lru_page(page);
87         }
88 }
89
90 /*
91  * Restore a potential migration pte to a working pte entry
92  */
93 static int remove_migration_pte(struct page *new, struct vm_area_struct *vma,
94                                  unsigned long addr, void *old)
95 {
96         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
97         swp_entry_t entry;
98         pmd_t *pmd;
99         pte_t *ptep, pte;
100         spinlock_t *ptl;
101
102         if (unlikely(PageHuge(new))) {
103                 ptep = huge_pte_offset(mm, addr);
104                 if (!ptep)
105                         goto out;
106                 ptl = &mm->page_table_lock;
107         } else {
108                 pmd = mm_find_pmd(mm, addr);
109                 if (!pmd)
110                         goto out;
111                 if (pmd_trans_huge(*pmd))
112                         goto out;
113
114                 ptep = pte_offset_map(pmd, addr);
115
116                 /*
117                  * Peek to check is_swap_pte() before taking ptlock?  No, we
118                  * can race mremap's move_ptes(), which skips anon_vma lock.
119                  */
120
121                 ptl = pte_lockptr(mm, pmd);
122         }
123
124         spin_lock(ptl);
125         pte = *ptep;
126         if (!is_swap_pte(pte))
127                 goto unlock;
128
129         entry = pte_to_swp_entry(pte);
130
131         if (!is_migration_entry(entry) ||
132             migration_entry_to_page(entry) != old)
133                 goto unlock;
134
135         get_page(new);
136         pte = pte_mkold(mk_pte(new, vma->vm_page_prot));
137         if (is_write_migration_entry(entry))
138                 pte = pte_mkwrite(pte);
139 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
140         if (PageHuge(new))
141                 pte = pte_mkhuge(pte);
142 #endif
143         flush_cache_page(vma, addr, pte_pfn(pte));
144         set_pte_at(mm, addr, ptep, pte);
145
146         if (PageHuge(new)) {
147                 if (PageAnon(new))
148                         hugepage_add_anon_rmap(new, vma, addr);
149                 else
150                         page_dup_rmap(new);
151         } else if (PageAnon(new))
152                 page_add_anon_rmap(new, vma, addr);
153         else
154                 page_add_file_rmap(new);
155
156         /* No need to invalidate - it was non-present before */
157         update_mmu_cache(vma, addr, ptep);
158 unlock:
159         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
160 out:
161         return SWAP_AGAIN;
162 }
163
164 /*
165  * Get rid of all migration entries and replace them by
166  * references to the indicated page.
167  */
168 static void remove_migration_ptes(struct page *old, struct page *new)
169 {
170         rmap_walk(new, remove_migration_pte, old);
171 }
172
173 /*
174  * Something used the pte of a page under migration. We need to
175  * get to the page and wait until migration is finished.
176  * When we return from this function the fault will be retried.
177  */
178 void migration_entry_wait(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmd,
179                                 unsigned long address)
180 {
181         pte_t *ptep, pte;
182         spinlock_t *ptl;
183         swp_entry_t entry;
184         struct page *page;
185
186         ptep = pte_offset_map_lock(mm, pmd, address, &ptl);
187         pte = *ptep;
188         if (!is_swap_pte(pte))
189                 goto out;
190
191         entry = pte_to_swp_entry(pte);
192         if (!is_migration_entry(entry))
193                 goto out;
194
195         page = migration_entry_to_page(entry);
196
197         /*
198          * Once radix-tree replacement of page migration started, page_count
199          * *must* be zero. And, we don't want to call wait_on_page_locked()
200          * against a page without get_page().
201          * So, we use get_page_unless_zero(), here. Even failed, page fault
202          * will occur again.
203          */
204         if (!get_page_unless_zero(page))
205                 goto out;
206         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
207         wait_on_page_locked(page);
208         put_page(page);
209         return;
210 out:
211         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
212 }
213
214 #ifdef CONFIG_BLOCK
215 /* Returns true if all buffers are successfully locked */
216 static bool buffer_migrate_lock_buffers(struct buffer_head *head,
217                                                         enum migrate_mode mode)
218 {
219         struct buffer_head *bh = head;
220
221         /* Simple case, sync compaction */
222         if (mode != MIGRATE_ASYNC) {
223                 do {
224                         get_bh(bh);
225                         lock_buffer(bh);
226                         bh = bh->b_this_page;
227
228                 } while (bh != head);
229
230                 return true;
231         }
232
233         /* async case, we cannot block on lock_buffer so use trylock_buffer */
234         do {
235                 get_bh(bh);
236                 if (!trylock_buffer(bh)) {
237                         /*
238                          * We failed to lock the buffer and cannot stall in
239                          * async migration. Release the taken locks
240                          */
241                         struct buffer_head *failed_bh = bh;
242                         put_bh(failed_bh);
243                         bh = head;
244                         while (bh != failed_bh) {
245                                 unlock_buffer(bh);
246                                 put_bh(bh);
247                                 bh = bh->b_this_page;
248                         }
249                         return false;
250                 }
251
252                 bh = bh->b_this_page;
253         } while (bh != head);
254         return true;
255 }
256 #else
257 static inline bool buffer_migrate_lock_buffers(struct buffer_head *head,
258                                                         enum migrate_mode mode)
259 {
260         return true;
261 }
262 #endif /* CONFIG_BLOCK */
263
264 /*
265  * Replace the page in the mapping.
266  *
267  * The number of remaining references must be:
268  * 1 for anonymous pages without a mapping
269  * 2 for pages with a mapping
270  * 3 for pages with a mapping and PagePrivate/PagePrivate2 set.
271  */
272 static int migrate_page_move_mapping(struct address_space *mapping,
273                 struct page *newpage, struct page *page,
274                 struct buffer_head *head, enum migrate_mode mode)
275 {
276         int expected_count;
277         void **pslot;
278
279         if (!mapping) {
280                 /* Anonymous page without mapping */
281                 if (page_count(page) != 1)
282                         return -EAGAIN;
283                 return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
284         }
285
286         spin_lock_irq(&mapping->tree_lock);
287
288         pslot = radix_tree_lookup_slot(&mapping->page_tree,
289                                         page_index(page));
290
291         expected_count = 2 + page_has_private(page);
292         if (page_count(page) != expected_count ||
293                 radix_tree_deref_slot_protected(pslot, &mapping->tree_lock) != page) {
294                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
295                 return -EAGAIN;
296         }
297
298         if (!page_freeze_refs(page, expected_count)) {
299                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
300                 return -EAGAIN;
301         }
302
303         /*
304          * In the async migration case of moving a page with buffers, lock the
305          * buffers using trylock before the mapping is moved. If the mapping
306          * was moved, we later failed to lock the buffers and could not move
307          * the mapping back due to an elevated page count, we would have to
308          * block waiting on other references to be dropped.
309          */
310         if (mode == MIGRATE_ASYNC && head &&
311                         !buffer_migrate_lock_buffers(head, mode)) {
312                 page_unfreeze_refs(page, expected_count);
313                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
314                 return -EAGAIN;
315         }
316
317         /*
318          * Now we know that no one else is looking at the page.
319          */
320         get_page(newpage);      /* add cache reference */
321         if (PageSwapCache(page)) {
322                 SetPageSwapCache(newpage);
323                 set_page_private(newpage, page_private(page));
324         }
325
326         radix_tree_replace_slot(pslot, newpage);
327
328         /*
329          * Drop cache reference from old page by unfreezing
330          * to one less reference.
331          * We know this isn't the last reference.
332          */
333         page_unfreeze_refs(page, expected_count - 1);
334
335         /*
336          * If moved to a different zone then also account
337          * the page for that zone. Other VM counters will be
338          * taken care of when we establish references to the
339          * new page and drop references to the old page.
340          *
341          * Note that anonymous pages are accounted for
342          * via NR_FILE_PAGES and NR_ANON_PAGES if they
343          * are mapped to swap space.
344          */
345         __dec_zone_page_state(page, NR_FILE_PAGES);
346         __inc_zone_page_state(newpage, NR_FILE_PAGES);
347         if (!PageSwapCache(page) && PageSwapBacked(page)) {
348                 __dec_zone_page_state(page, NR_SHMEM);
349                 __inc_zone_page_state(newpage, NR_SHMEM);
350         }
351         spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
352
353         return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
354 }
355
356 /*
357  * The expected number of remaining references is the same as that
358  * of migrate_page_move_mapping().
359  */
360 int migrate_huge_page_move_mapping(struct address_space *mapping,
361                                    struct page *newpage, struct page *page)
362 {
363         int expected_count;
364         void **pslot;
365
366         if (!mapping) {
367                 if (page_count(page) != 1)
368                         return -EAGAIN;
369                 return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
370         }
371
372         spin_lock_irq(&mapping->tree_lock);
373
374         pslot = radix_tree_lookup_slot(&mapping->page_tree,
375                                         page_index(page));
376
377         expected_count = 2 + page_has_private(page);
378         if (page_count(page) != expected_count ||
379                 radix_tree_deref_slot_protected(pslot, &mapping->tree_lock) != page) {
380                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
381                 return -EAGAIN;
382         }
383
384         if (!page_freeze_refs(page, expected_count)) {
385                 spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
386                 return -EAGAIN;
387         }
388
389         get_page(newpage);
390
391         radix_tree_replace_slot(pslot, newpage);
392
393         page_unfreeze_refs(page, expected_count - 1);
394
395         spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock);
396         return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
397 }
398
399 /*
400  * Copy the page to its new location
401  */
402 void migrate_page_copy(struct page *newpage, struct page *page)
403 {
404         if (PageHuge(page))
405                 copy_huge_page(newpage, page);
406         else
407                 copy_highpage(newpage, page);
408
409         if (PageError(page))
410                 SetPageError(newpage);
411         if (PageReferenced(page))
412                 SetPageReferenced(newpage);
413         if (PageUptodate(page))
414                 SetPageUptodate(newpage);
415         if (TestClearPageActive(page)) {
416                 VM_BUG_ON(PageUnevictable(page));
417                 SetPageActive(newpage);
418         } else if (TestClearPageUnevictable(page))
419                 SetPageUnevictable(newpage);
420         if (PageChecked(page))
421                 SetPageChecked(newpage);
422         if (PageMappedToDisk(page))
423                 SetPageMappedToDisk(newpage);
424
425         if (PageDirty(page)) {
426                 clear_page_dirty_for_io(page);
427                 /*
428                  * Want to mark the page and the radix tree as dirty, and
429                  * redo the accounting that clear_page_dirty_for_io undid,
430                  * but we can't use set_page_dirty because that function
431                  * is actually a signal that all of the page has become dirty.
432                  * Whereas only part of our page may be dirty.
433                  */
434                 if (PageSwapBacked(page))
435                         SetPageDirty(newpage);
436                 else
437                         __set_page_dirty_nobuffers(newpage);
438         }
439
440         mlock_migrate_page(newpage, page);
441         ksm_migrate_page(newpage, page);
442
443         ClearPageSwapCache(page);
444         ClearPagePrivate(page);
445         set_page_private(page, 0);
446
447         /*
448          * If any waiters have accumulated on the new page then
449          * wake them up.
450          */
451         if (PageWriteback(newpage))
452                 end_page_writeback(newpage);
453 }
454
455 /************************************************************
456  *                    Migration functions
457  ***********************************************************/
458
459 /* Always fail migration. Used for mappings that are not movable */
460 int fail_migrate_page(struct address_space *mapping,
461                         struct page *newpage, struct page *page)
462 {
463         return -EIO;
464 }
465 EXPORT_SYMBOL(fail_migrate_page);
466
467 /*
468  * Common logic to directly migrate a single page suitable for
469  * pages that do not use PagePrivate/PagePrivate2.
470  *
471  * Pages are locked upon entry and exit.
472  */
473 int migrate_page(struct address_space *mapping,
474                 struct page *newpage, struct page *page,
475                 enum migrate_mode mode)
476 {
477         int rc;
478
479         BUG_ON(PageWriteback(page));    /* Writeback must be complete */
480
481         rc = migrate_page_move_mapping(mapping, newpage, page, NULL, mode);
482
483         if (rc != MIGRATEPAGE_SUCCESS)
484                 return rc;
485
486         migrate_page_copy(newpage, page);
487         return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
488 }
489 EXPORT_SYMBOL(migrate_page);
490
491 #ifdef CONFIG_BLOCK
492 /*
493  * Migration function for pages with buffers. This function can only be used
494  * if the underlying filesystem guarantees that no other references to "page"
495  * exist.
496  */
497 int buffer_migrate_page(struct address_space *mapping,
498                 struct page *newpage, struct page *page, enum migrate_mode mode)
499 {
500         struct buffer_head *bh, *head;
501         int rc;
502
503         if (!page_has_buffers(page))
504                 return migrate_page(mapping, newpage, page, mode);
505
506         head = page_buffers(page);
507
508         rc = migrate_page_move_mapping(mapping, newpage, page, head, mode);
509
510         if (rc != MIGRATEPAGE_SUCCESS)
511                 return rc;
512
513         /*
514          * In the async case, migrate_page_move_mapping locked the buffers
515          * with an IRQ-safe spinlock held. In the sync case, the buffers
516          * need to be locked now
517          */
518         if (mode != MIGRATE_ASYNC)
519                 BUG_ON(!buffer_migrate_lock_buffers(head, mode));
520
521         ClearPagePrivate(page);
522         set_page_private(newpage, page_private(page));
523         set_page_private(page, 0);
524         put_page(page);
525         get_page(newpage);
526
527         bh = head;
528         do {
529                 set_bh_page(bh, newpage, bh_offset(bh));
530                 bh = bh->b_this_page;
531
532         } while (bh != head);
533
534         SetPagePrivate(newpage);
535
536         migrate_page_copy(newpage, page);
537
538         bh = head;
539         do {
540                 unlock_buffer(bh);
541                 put_bh(bh);
542                 bh = bh->b_this_page;
543
544         } while (bh != head);
545
546         return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
547 }
548 EXPORT_SYMBOL(buffer_migrate_page);
549 #endif
550
551 /*
552  * Writeback a page to clean the dirty state
553  */
554 static int writeout(struct address_space *mapping, struct page *page)
555 {
556         struct writeback_control wbc = {
557                 .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
558                 .nr_to_write = 1,
559                 .range_start = 0,
560                 .range_end = LLONG_MAX,
561                 .for_reclaim = 1
562         };
563         int rc;
564
565         if (!mapping->a_ops->writepage)
566                 /* No write method for the address space */
567                 return -EINVAL;
568
569         if (!clear_page_dirty_for_io(page))
570                 /* Someone else already triggered a write */
571                 return -EAGAIN;
572
573         /*
574          * A dirty page may imply that the underlying filesystem has
575          * the page on some queue. So the page must be clean for
576          * migration. Writeout may mean we loose the lock and the
577          * page state is no longer what we checked for earlier.
578          * At this point we know that the migration attempt cannot
579          * be successful.
580          */
581         remove_migration_ptes(page, page);
582
583         rc = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
584
585         if (rc != AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE)
586                 /* unlocked. Relock */
587                 lock_page(page);
588
589         return (rc < 0) ? -EIO : -EAGAIN;
590 }
591
592 /*
593  * Default handling if a filesystem does not provide a migration function.
594  */
595 static int fallback_migrate_page(struct address_space *mapping,
596         struct page *newpage, struct page *page, enum migrate_mode mode)
597 {
598         if (PageDirty(page)) {
599                 /* Only writeback pages in full synchronous migration */
600                 if (mode != MIGRATE_SYNC)
601                         return -EBUSY;
602                 return writeout(mapping, page);
603         }
604
605         /*
606          * Buffers may be managed in a filesystem specific way.
607          * We must have no buffers or drop them.
608          */
609         if (page_has_private(page) &&
610             !try_to_release_page(page, GFP_KERNEL))
611                 return -EAGAIN;
612
613         return migrate_page(mapping, newpage, page, mode);
614 }
615
616 /*
617  * Move a page to a newly allocated page
618  * The page is locked and all ptes have been successfully removed.
619  *
620  * The new page will have replaced the old page if this function
621  * is successful.
622  *
623  * Return value:
624  *   < 0 - error code
625  *  MIGRATEPAGE_SUCCESS - success
626  */
627 static int move_to_new_page(struct page *newpage, struct page *page,
628                                 int remap_swapcache, enum migrate_mode mode)
629 {
630         struct address_space *mapping;
631         int rc;
632
633         /*
634          * Block others from accessing the page when we get around to
635          * establishing additional references. We are the only one
636          * holding a reference to the new page at this point.
637          */
638         if (!trylock_page(newpage))
639                 BUG();
640
641         /* Prepare mapping for the new page.*/
642         newpage->index = page->index;
643         newpage->mapping = page->mapping;
644         if (PageSwapBacked(page))
645                 SetPageSwapBacked(newpage);
646
647         mapping = page_mapping(page);
648         if (!mapping)
649                 rc = migrate_page(mapping, newpage, page, mode);
650         else if (mapping->a_ops->migratepage)
651                 /*
652                  * Most pages have a mapping and most filesystems provide a
653                  * migratepage callback. Anonymous pages are part of swap
654                  * space which also has its own migratepage callback. This
655                  * is the most common path for page migration.
656                  */
657                 rc = mapping->a_ops->migratepage(mapping,
658                                                 newpage, page, mode);
659         else
660                 rc = fallback_migrate_page(mapping, newpage, page, mode);
661
662         if (rc != MIGRATEPAGE_SUCCESS) {
663                 newpage->mapping = NULL;
664         } else {
665                 if (remap_swapcache)
666                         remove_migration_ptes(page, newpage);
667                 page->mapping = NULL;
668         }
669
670         unlock_page(newpage);
671
672         return rc;
673 }
674
675 static int __unmap_and_move(struct page *page, struct page *newpage,
676                         int force, bool offlining, enum migrate_mode mode)
677 {
678         int rc = -EAGAIN;
679         int remap_swapcache = 1;
680         struct mem_cgroup *mem;
681         struct anon_vma *anon_vma = NULL;
682
683         if (!trylock_page(page)) {
684                 if (!force || mode == MIGRATE_ASYNC)
685                         goto out;
686
687                 /*
688                  * It's not safe for direct compaction to call lock_page.
689                  * For example, during page readahead pages are added locked
690                  * to the LRU. Later, when the IO completes the pages are
691                  * marked uptodate and unlocked. However, the queueing
692                  * could be merging multiple pages for one bio (e.g.
693                  * mpage_readpages). If an allocation happens for the
694                  * second or third page, the process can end up locking
695                  * the same page twice and deadlocking. Rather than
696                  * trying to be clever about what pages can be locked,
697                  * avoid the use of lock_page for direct compaction
698                  * altogether.
699                  */
700                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
701                         goto out;
702
703                 lock_page(page);
704         }
705
706         /*
707          * Only memory hotplug's offline_pages() caller has locked out KSM,
708          * and can safely migrate a KSM page.  The other cases have skipped
709          * PageKsm along with PageReserved - but it is only now when we have
710          * the page lock that we can be certain it will not go KSM beneath us
711          * (KSM will not upgrade a page from PageAnon to PageKsm when it sees
712          * its pagecount raised, but only here do we take the page lock which
713          * serializes that).
714          */
715         if (PageKsm(page) && !offlining) {
716                 rc = -EBUSY;
717                 goto unlock;
718         }
719
720         /* charge against new page */
721         mem_cgroup_prepare_migration(page, newpage, &mem);
722
723         if (PageWriteback(page)) {
724                 /*
725                  * Only in the case of a full syncronous migration is it
726                  * necessary to wait for PageWriteback. In the async case,
727                  * the retry loop is too short and in the sync-light case,
728                  * the overhead of stalling is too much
729                  */
730                 if (mode != MIGRATE_SYNC) {
731                         rc = -EBUSY;
732                         goto uncharge;
733                 }
734                 if (!force)
735                         goto uncharge;
736                 wait_on_page_writeback(page);
737         }
738         /*
739          * By try_to_unmap(), page->mapcount goes down to 0 here. In this case,
740          * we cannot notice that anon_vma is freed while we migrates a page.
741          * This get_anon_vma() delays freeing anon_vma pointer until the end
742          * of migration. File cache pages are no problem because of page_lock()
743          * File Caches may use write_page() or lock_page() in migration, then,
744          * just care Anon page here.
745          */
746         if (PageAnon(page)) {
747                 /*
748                  * Only page_lock_anon_vma() understands the subtleties of
749                  * getting a hold on an anon_vma from outside one of its mms.
750                  */
751                 anon_vma = page_get_anon_vma(page);
752                 if (anon_vma) {
753                         /*
754                          * Anon page
755                          */
756                 } else if (PageSwapCache(page)) {
757                         /*
758                          * We cannot be sure that the anon_vma of an unmapped
759                          * swapcache page is safe to use because we don't
760                          * know in advance if the VMA that this page belonged
761                          * to still exists. If the VMA and others sharing the
762                          * data have been freed, then the anon_vma could
763                          * already be invalid.
764                          *
765                          * To avoid this possibility, swapcache pages get
766                          * migrated but are not remapped when migration
767                          * completes
768                          */
769                         remap_swapcache = 0;
770                 } else {
771                         goto uncharge;
772                 }
773         }
774
775         if (unlikely(balloon_page_movable(page))) {
776                 /*
777                  * A ballooned page does not need any special attention from
778                  * physical to virtual reverse mapping procedures.
779                  * Skip any attempt to unmap PTEs or to remap swap cache,
780                  * in order to avoid burning cycles at rmap level, and perform
781                  * the page migration right away (proteced by page lock).
782                  */
783                 rc = balloon_page_migrate(newpage, page, mode);
784                 goto uncharge;
785         }
786
787         /*
788          * Corner case handling:
789          * 1. When a new swap-cache page is read into, it is added to the LRU
790          * and treated as swapcache but it has no rmap yet.
791          * Calling try_to_unmap() against a page->mapping==NULL page will
792          * trigger a BUG.  So handle it here.
793          * 2. An orphaned page (see truncate_complete_page) might have
794          * fs-private metadata. The page can be picked up due to memory
795          * offlining.  Everywhere else except page reclaim, the page is
796          * invisible to the vm, so the page can not be migrated.  So try to
797          * free the metadata, so the page can be freed.
798          */
799         if (!page->mapping) {
800                 VM_BUG_ON(PageAnon(page));
801                 if (page_has_private(page)) {
802                         try_to_free_buffers(page);
803                         goto uncharge;
804                 }
805                 goto skip_unmap;
806         }
807
808         /* Establish migration ptes or remove ptes */
809         try_to_unmap(page, TTU_MIGRATION|TTU_IGNORE_MLOCK|TTU_IGNORE_ACCESS);
810
811 skip_unmap:
812         if (!page_mapped(page))
813                 rc = move_to_new_page(newpage, page, remap_swapcache, mode);
814
815         if (rc && remap_swapcache)
816                 remove_migration_ptes(page, page);
817
818         /* Drop an anon_vma reference if we took one */
819         if (anon_vma)
820                 put_anon_vma(anon_vma);
821
822 uncharge:
823         mem_cgroup_end_migration(mem, page, newpage,
824                                  (rc == MIGRATEPAGE_SUCCESS ||
825                                   rc == MIGRATEPAGE_BALLOON_SUCCESS));
826 unlock:
827         unlock_page(page);
828 out:
829         return rc;
830 }
831
832 /*
833  * Obtain the lock on page, remove all ptes and migrate the page
834  * to the newly allocated page in newpage.
835  */
836 static int unmap_and_move(new_page_t get_new_page, unsigned long private,
837                         struct page *page, int force, bool offlining,
838                         enum migrate_mode mode)
839 {
840         int rc = 0;
841         int *result = NULL;
842         struct page *newpage = get_new_page(page, private, &result);
843
844         if (!newpage)
845                 return -ENOMEM;
846
847         if (page_count(page) == 1) {
848                 /* page was freed from under us. So we are done. */
849                 goto out;
850         }
851
852         if (unlikely(PageTransHuge(page)))
853                 if (unlikely(split_huge_page(page)))
854                         goto out;
855
856         rc = __unmap_and_move(page, newpage, force, offlining, mode);
857
858         if (unlikely(rc == MIGRATEPAGE_BALLOON_SUCCESS)) {
859                 /*
860                  * A ballooned page has been migrated already.
861                  * Now, it's the time to wrap-up counters,
862                  * handle the page back to Buddy and return.
863                  */
864                 dec_zone_page_state(page, NR_ISOLATED_ANON +
865                                     page_is_file_cache(page));
866                 balloon_page_free(page);
867                 return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
868         }
869 out:
870         if (rc != -EAGAIN) {
871                 /*
872                  * A page that has been migrated has all references
873                  * removed and will be freed. A page that has not been
874                  * migrated will have kepts its references and be
875                  * restored.
876                  */
877                 list_del(&page->lru);
878                 dec_zone_page_state(page, NR_ISOLATED_ANON +
879                                 page_is_file_cache(page));
880                 putback_lru_page(page);
881         }
882         /*
883          * Move the new page to the LRU. If migration was not successful
884          * then this will free the page.
885          */
886         putback_lru_page(newpage);
887         if (result) {
888                 if (rc)
889                         *result = rc;
890                 else
891                         *result = page_to_nid(newpage);
892         }
893         return rc;
894 }
895
896 /*
897  * Counterpart of unmap_and_move_page() for hugepage migration.
898  *
899  * This function doesn't wait the completion of hugepage I/O
900  * because there is no race between I/O and migration for hugepage.
901  * Note that currently hugepage I/O occurs only in direct I/O
902  * where no lock is held and PG_writeback is irrelevant,
903  * and writeback status of all subpages are counted in the reference
904  * count of the head page (i.e. if all subpages of a 2MB hugepage are
905  * under direct I/O, the reference of the head page is 512 and a bit more.)
906  * This means that when we try to migrate hugepage whose subpages are
907  * doing direct I/O, some references remain after try_to_unmap() and
908  * hugepage migration fails without data corruption.
909  *
910  * There is also no race when direct I/O is issued on the page under migration,
911  * because then pte is replaced with migration swap entry and direct I/O code
912  * will wait in the page fault for migration to complete.
913  */
914 static int unmap_and_move_huge_page(new_page_t get_new_page,
915                                 unsigned long private, struct page *hpage,
916                                 int force, bool offlining,
917                                 enum migrate_mode mode)
918 {
919         int rc = 0;
920         int *result = NULL;
921         struct page *new_hpage = get_new_page(hpage, private, &result);
922         struct anon_vma *anon_vma = NULL;
923
924         if (!new_hpage)
925                 return -ENOMEM;
926
927         rc = -EAGAIN;
928
929         if (!trylock_page(hpage)) {
930                 if (!force || mode != MIGRATE_SYNC)
931                         goto out;
932                 lock_page(hpage);
933         }
934
935         if (PageAnon(hpage))
936                 anon_vma = page_get_anon_vma(hpage);
937
938         try_to_unmap(hpage, TTU_MIGRATION|TTU_IGNORE_MLOCK|TTU_IGNORE_ACCESS);
939
940         if (!page_mapped(hpage))
941                 rc = move_to_new_page(new_hpage, hpage, 1, mode);
942
943         if (rc)
944                 remove_migration_ptes(hpage, hpage);
945
946         if (anon_vma)
947                 put_anon_vma(anon_vma);
948
949         if (!rc)
950                 hugetlb_cgroup_migrate(hpage, new_hpage);
951
952         unlock_page(hpage);
953 out:
954         put_page(new_hpage);
955         if (result) {
956                 if (rc)
957                         *result = rc;
958                 else
959                         *result = page_to_nid(new_hpage);
960         }
961         return rc;
962 }
963
964 /*
965  * migrate_pages
966  *
967  * The function takes one list of pages to migrate and a function
968  * that determines from the page to be migrated and the private data
969  * the target of the move and allocates the page.
970  *
971  * The function returns after 10 attempts or if no pages
972  * are movable anymore because to has become empty
973  * or no retryable pages exist anymore.
974  * Caller should call putback_lru_pages to return pages to the LRU
975  * or free list only if ret != 0.
976  *
977  * Return: Number of pages not migrated or error code.
978  */
979 int migrate_pages(struct list_head *from,
980                 new_page_t get_new_page, unsigned long private, bool offlining,
981                 enum migrate_mode mode)
982 {
983         int retry = 1;
984         int nr_failed = 0;
985         int pass = 0;
986         struct page *page;
987         struct page *page2;
988         int swapwrite = current->flags & PF_SWAPWRITE;
989         int rc;
990
991         if (!swapwrite)
992                 current->flags |= PF_SWAPWRITE;
993
994         for(pass = 0; pass < 10 && retry; pass++) {
995                 retry = 0;
996
997                 list_for_each_entry_safe(page, page2, from, lru) {
998                         cond_resched();
999
1000                         rc = unmap_and_move(get_new_page, private,
1001                                                 page, pass > 2, offlining,
1002                                                 mode);
1003
1004                         switch(rc) {
1005                         case -ENOMEM:
1006                                 goto out;
1007                         case -EAGAIN:
1008                                 retry++;
1009                                 break;
1010                         case MIGRATEPAGE_SUCCESS:
1011                                 break;
1012                         default:
1013                                 /* Permanent failure */
1014                                 nr_failed++;
1015                                 break;
1016                         }
1017                 }
1018         }
1019         rc = nr_failed + retry;
1020 out:
1021         if (!swapwrite)
1022                 current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
1023
1024         return rc;
1025 }
1026
1027 int migrate_huge_page(struct page *hpage, new_page_t get_new_page,
1028                       unsigned long private, bool offlining,
1029                       enum migrate_mode mode)
1030 {
1031         int pass, rc;
1032
1033         for (pass = 0; pass < 10; pass++) {
1034                 rc = unmap_and_move_huge_page(get_new_page,
1035                                               private, hpage, pass > 2, offlining,
1036                                               mode);
1037                 switch (rc) {
1038                 case -ENOMEM:
1039                         goto out;
1040                 case -EAGAIN:
1041                         /* try again */
1042                         cond_resched();
1043                         break;
1044                 case MIGRATEPAGE_SUCCESS:
1045                         goto out;
1046                 default:
1047                         rc = -EIO;
1048                         goto out;
1049                 }
1050         }
1051 out:
1052         return rc;
1053 }
1054
1055 #ifdef CONFIG_NUMA
1056 /*
1057  * Move a list of individual pages
1058  */
1059 struct page_to_node {
1060         unsigned long addr;
1061         struct page *page;
1062         int node;
1063         int status;
1064 };
1065
1066 static struct page *new_page_node(struct page *p, unsigned long private,
1067                 int **result)
1068 {
1069         struct page_to_node *pm = (struct page_to_node *)private;
1070
1071         while (pm->node != MAX_NUMNODES && pm->page != p)
1072                 pm++;
1073
1074         if (pm->node == MAX_NUMNODES)
1075                 return NULL;
1076
1077         *result = &pm->status;
1078
1079         return alloc_pages_exact_node(pm->node,
1080                                 GFP_HIGHUSER_MOVABLE | GFP_THISNODE, 0);
1081 }
1082
1083 /*
1084  * Move a set of pages as indicated in the pm array. The addr
1085  * field must be set to the virtual address of the page to be moved
1086  * and the node number must contain a valid target node.
1087  * The pm array ends with node = MAX_NUMNODES.
1088  */
1089 static int do_move_page_to_node_array(struct mm_struct *mm,
1090                                       struct page_to_node *pm,
1091                                       int migrate_all)
1092 {
1093         int err;
1094         struct page_to_node *pp;
1095         LIST_HEAD(pagelist);
1096
1097         down_read(&mm->mmap_sem);
1098
1099         /*
1100          * Build a list of pages to migrate
1101          */
1102         for (pp = pm; pp->node != MAX_NUMNODES; pp++) {
1103                 struct vm_area_struct *vma;
1104                 struct page *page;
1105
1106                 err = -EFAULT;
1107                 vma = find_vma(mm, pp->addr);
1108                 if (!vma || pp->addr < vma->vm_start || !vma_migratable(vma))
1109                         goto set_status;
1110
1111                 page = follow_page(vma, pp->addr, FOLL_GET|FOLL_SPLIT);
1112
1113                 err = PTR_ERR(page);
1114                 if (IS_ERR(page))
1115                         goto set_status;
1116
1117                 err = -ENOENT;
1118                 if (!page)
1119                         goto set_status;
1120
1121                 /* Use PageReserved to check for zero page */
1122                 if (PageReserved(page) || PageKsm(page))
1123                         goto put_and_set;
1124
1125                 pp->page = page;
1126                 err = page_to_nid(page);
1127
1128                 if (err == pp->node)
1129                         /*
1130                          * Node already in the right place
1131                          */
1132                         goto put_and_set;
1133
1134                 err = -EACCES;
1135                 if (page_mapcount(page) > 1 &&
1136                                 !migrate_all)
1137                         goto put_and_set;
1138
1139                 err = isolate_lru_page(page);
1140                 if (!err) {
1141                         list_add_tail(&page->lru, &pagelist);
1142                         inc_zone_page_state(page, NR_ISOLATED_ANON +
1143                                             page_is_file_cache(page));
1144                 }
1145 put_and_set:
1146                 /*
1147                  * Either remove the duplicate refcount from
1148                  * isolate_lru_page() or drop the page ref if it was
1149                  * not isolated.
1150                  */
1151                 put_page(page);
1152 set_status:
1153                 pp->status = err;
1154         }
1155
1156         err = 0;
1157         if (!list_empty(&pagelist)) {
1158                 err = migrate_pages(&pagelist, new_page_node,
1159                                 (unsigned long)pm, 0, MIGRATE_SYNC);
1160                 if (err)
1161                         putback_lru_pages(&pagelist);
1162         }
1163
1164         up_read(&mm->mmap_sem);
1165         return err;
1166 }
1167
1168 /*
1169  * Migrate an array of page address onto an array of nodes and fill
1170  * the corresponding array of status.
1171  */
1172 static int do_pages_move(struct mm_struct *mm, nodemask_t task_nodes,
1173                          unsigned long nr_pages,
1174                          const void __user * __user *pages,
1175                          const int __user *nodes,
1176                          int __user *status, int flags)
1177 {
1178         struct page_to_node *pm;
1179         unsigned long chunk_nr_pages;
1180         unsigned long chunk_start;
1181         int err;
1182
1183         err = -ENOMEM;
1184         pm = (struct page_to_node *)__get_free_page(GFP_KERNEL);
1185         if (!pm)
1186                 goto out;
1187
1188         migrate_prep();
1189
1190         /*
1191          * Store a chunk of page_to_node array in a page,
1192          * but keep the last one as a marker
1193          */
1194         chunk_nr_pages = (PAGE_SIZE / sizeof(struct page_to_node)) - 1;
1195
1196         for (chunk_start = 0;
1197              chunk_start < nr_pages;
1198              chunk_start += chunk_nr_pages) {
1199                 int j;
1200
1201                 if (chunk_start + chunk_nr_pages > nr_pages)
1202                         chunk_nr_pages = nr_pages - chunk_start;
1203
1204                 /* fill the chunk pm with addrs and nodes from user-space */
1205                 for (j = 0; j < chunk_nr_pages; j++) {
1206                         const void __user *p;
1207                         int node;
1208
1209                         err = -EFAULT;
1210                         if (get_user(p, pages + j + chunk_start))
1211                                 goto out_pm;
1212                         pm[j].addr = (unsigned long) p;
1213
1214                         if (get_user(node, nodes + j + chunk_start))
1215                                 goto out_pm;
1216
1217                         err = -ENODEV;
1218                         if (node < 0 || node >= MAX_NUMNODES)
1219                                 goto out_pm;
1220
1221                         if (!node_state(node, N_HIGH_MEMORY))
1222                                 goto out_pm;
1223
1224                         err = -EACCES;
1225                         if (!node_isset(node, task_nodes))
1226                                 goto out_pm;
1227
1228                         pm[j].node = node;
1229                 }
1230
1231                 /* End marker for this chunk */
1232                 pm[chunk_nr_pages].node = MAX_NUMNODES;
1233
1234                 /* Migrate this chunk */
1235                 err = do_move_page_to_node_array(mm, pm,
1236                                                  flags & MPOL_MF_MOVE_ALL);
1237                 if (err < 0)
1238                         goto out_pm;
1239
1240                 /* Return status information */
1241                 for (j = 0; j < chunk_nr_pages; j++)
1242                         if (put_user(pm[j].status, status + j + chunk_start)) {
1243                                 err = -EFAULT;
1244                                 goto out_pm;
1245                         }
1246         }
1247         err = 0;
1248
1249 out_pm:
1250         free_page((unsigned long)pm);
1251 out:
1252         return err;
1253 }
1254
1255 /*
1256  * Determine the nodes of an array of pages and store it in an array of status.
1257  */
1258 static void do_pages_stat_array(struct mm_struct *mm, unsigned long nr_pages,
1259                                 const void __user **pages, int *status)
1260 {
1261         unsigned long i;
1262
1263         down_read(&mm->mmap_sem);
1264
1265         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
1266                 unsigned long addr = (unsigned long)(*pages);
1267                 struct vm_area_struct *vma;
1268                 struct page *page;
1269                 int err = -EFAULT;
1270
1271                 vma = find_vma(mm, addr);
1272                 if (!vma || addr < vma->vm_start)
1273                         goto set_status;
1274
1275                 page = follow_page(vma, addr, 0);
1276
1277                 err = PTR_ERR(page);
1278                 if (IS_ERR(page))
1279                         goto set_status;
1280
1281                 err = -ENOENT;
1282                 /* Use PageReserved to check for zero page */
1283                 if (!page || PageReserved(page) || PageKsm(page))
1284                         goto set_status;
1285
1286                 err = page_to_nid(page);
1287 set_status:
1288                 *status = err;
1289
1290                 pages++;
1291                 status++;
1292         }
1293
1294         up_read(&mm->mmap_sem);
1295 }
1296
1297 /*
1298  * Determine the nodes of a user array of pages and store it in
1299  * a user array of status.
1300  */
1301 static int do_pages_stat(struct mm_struct *mm, unsigned long nr_pages,
1302                          const void __user * __user *pages,
1303                          int __user *status)
1304 {
1305 #define DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR 16
1306         const void __user *chunk_pages[DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR];
1307         int chunk_status[DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR];
1308
1309         while (nr_pages) {
1310                 unsigned long chunk_nr;
1311
1312                 chunk_nr = nr_pages;
1313                 if (chunk_nr > DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR)
1314                         chunk_nr = DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR;
1315
1316                 if (copy_from_user(chunk_pages, pages, chunk_nr * sizeof(*chunk_pages)))
1317                         break;
1318
1319                 do_pages_stat_array(mm, chunk_nr, chunk_pages, chunk_status);
1320
1321                 if (copy_to_user(status, chunk_status, chunk_nr * sizeof(*status)))
1322                         break;
1323
1324                 pages += chunk_nr;
1325                 status += chunk_nr;
1326                 nr_pages -= chunk_nr;
1327         }
1328         return nr_pages ? -EFAULT : 0;
1329 }
1330
1331 /*
1332  * Move a list of pages in the address space of the currently executing
1333  * process.
1334  */
1335 SYSCALL_DEFINE6(move_pages, pid_t, pid, unsigned long, nr_pages,
1336                 const void __user * __user *, pages,
1337                 const int __user *, nodes,
1338                 int __user *, status, int, flags)
1339 {
1340         const struct cred *cred = current_cred(), *tcred;
1341         struct task_struct *task;
1342         struct mm_struct *mm;
1343         int err;
1344         nodemask_t task_nodes;
1345
1346         /* Check flags */
1347         if (flags & ~(MPOL_MF_MOVE|MPOL_MF_MOVE_ALL))
1348                 return -EINVAL;
1349
1350         if ((flags & MPOL_MF_MOVE_ALL) && !capable(CAP_SYS_NICE))
1351                 return -EPERM;
1352
1353         /* Find the mm_struct */
1354         rcu_read_lock();
1355         task = pid ? find_task_by_vpid(pid) : current;
1356         if (!task) {
1357                 rcu_read_unlock();
1358                 return -ESRCH;
1359         }
1360         get_task_struct(task);
1361
1362         /*
1363          * Check if this process has the right to modify the specified
1364          * process. The right exists if the process has administrative
1365          * capabilities, superuser privileges or the same
1366          * userid as the target process.
1367          */
1368         tcred = __task_cred(task);
1369         if (!uid_eq(cred->euid, tcred->suid) && !uid_eq(cred->euid, tcred->uid) &&
1370             !uid_eq(cred->uid,  tcred->suid) && !uid_eq(cred->uid,  tcred->uid) &&
1371             !capable(CAP_SYS_NICE)) {
1372                 rcu_read_unlock();
1373                 err = -EPERM;
1374                 goto out;
1375         }
1376         rcu_read_unlock();
1377
1378         err = security_task_movememory(task);
1379         if (err)
1380                 goto out;
1381
1382         task_nodes = cpuset_mems_allowed(task);
1383         mm = get_task_mm(task);
1384         put_task_struct(task);
1385
1386         if (!mm)
1387                 return -EINVAL;
1388
1389         if (nodes)
1390                 err = do_pages_move(mm, task_nodes, nr_pages, pages,
1391                                     nodes, status, flags);
1392         else
1393                 err = do_pages_stat(mm, nr_pages, pages, status);
1394
1395         mmput(mm);
1396         return err;
1397
1398 out:
1399         put_task_struct(task);
1400         return err;
1401 }
1402
1403 /*
1404  * Call migration functions in the vma_ops that may prepare
1405  * memory in a vm for migration. migration functions may perform
1406  * the migration for vmas that do not have an underlying page struct.
1407  */
1408 int migrate_vmas(struct mm_struct *mm, const nodemask_t *to,
1409         const nodemask_t *from, unsigned long flags)
1410 {
1411         struct vm_area_struct *vma;
1412         int err = 0;
1413
1414         for (vma = mm->mmap; vma && !err; vma = vma->vm_next) {
1415                 if (vma->vm_ops && vma->vm_ops->migrate) {
1416                         err = vma->vm_ops->migrate(vma, to, from, flags);
1417                         if (err)
1418                                 break;
1419                 }
1420         }
1421         return err;
1422 }
1423 #endif