GNU Linux-libre 5.15.137-gnu
[releases.git] / mm / migrate.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  * Memory Migration functionality - linux/mm/migrate.c
4  *
5  * Copyright (C) 2006 Silicon Graphics, Inc., Christoph Lameter
6  *
7  * Page migration was first developed in the context of the memory hotplug
8  * project. The main authors of the migration code are:
9  *
10  * IWAMOTO Toshihiro <iwamoto@valinux.co.jp>
11  * Hirokazu Takahashi <taka@valinux.co.jp>
12  * Dave Hansen <haveblue@us.ibm.com>
13  * Christoph Lameter
14  */
15
16 #include <linux/migrate.h>
17 #include <linux/export.h>
18 #include <linux/swap.h>
19 #include <linux/swapops.h>
20 #include <linux/pagemap.h>
21 #include <linux/buffer_head.h>
22 #include <linux/mm_inline.h>
23 #include <linux/nsproxy.h>
24 #include <linux/pagevec.h>
25 #include <linux/ksm.h>
26 #include <linux/rmap.h>
27 #include <linux/topology.h>
28 #include <linux/cpu.h>
29 #include <linux/cpuset.h>
30 #include <linux/writeback.h>
31 #include <linux/mempolicy.h>
32 #include <linux/vmalloc.h>
33 #include <linux/security.h>
34 #include <linux/backing-dev.h>
35 #include <linux/compaction.h>
36 #include <linux/syscalls.h>
37 #include <linux/compat.h>
38 #include <linux/hugetlb.h>
39 #include <linux/hugetlb_cgroup.h>
40 #include <linux/gfp.h>
41 #include <linux/pagewalk.h>
42 #include <linux/pfn_t.h>
43 #include <linux/memremap.h>
44 #include <linux/userfaultfd_k.h>
45 #include <linux/balloon_compaction.h>
46 #include <linux/mmu_notifier.h>
47 #include <linux/page_idle.h>
48 #include <linux/page_owner.h>
49 #include <linux/sched/mm.h>
50 #include <linux/ptrace.h>
51 #include <linux/oom.h>
52 #include <linux/memory.h>
53
54 #include <asm/tlbflush.h>
55
56 #define CREATE_TRACE_POINTS
57 #include <trace/events/migrate.h>
58
59 #include "internal.h"
60
61 int isolate_movable_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
62 {
63         struct address_space *mapping;
64
65         /*
66          * Avoid burning cycles with pages that are yet under __free_pages(),
67          * or just got freed under us.
68          *
69          * In case we 'win' a race for a movable page being freed under us and
70          * raise its refcount preventing __free_pages() from doing its job
71          * the put_page() at the end of this block will take care of
72          * release this page, thus avoiding a nasty leakage.
73          */
74         if (unlikely(!get_page_unless_zero(page)))
75                 goto out;
76
77         /*
78          * Check PageMovable before holding a PG_lock because page's owner
79          * assumes anybody doesn't touch PG_lock of newly allocated page
80          * so unconditionally grabbing the lock ruins page's owner side.
81          */
82         if (unlikely(!__PageMovable(page)))
83                 goto out_putpage;
84         /*
85          * As movable pages are not isolated from LRU lists, concurrent
86          * compaction threads can race against page migration functions
87          * as well as race against the releasing a page.
88          *
89          * In order to avoid having an already isolated movable page
90          * being (wrongly) re-isolated while it is under migration,
91          * or to avoid attempting to isolate pages being released,
92          * lets be sure we have the page lock
93          * before proceeding with the movable page isolation steps.
94          */
95         if (unlikely(!trylock_page(page)))
96                 goto out_putpage;
97
98         if (!PageMovable(page) || PageIsolated(page))
99                 goto out_no_isolated;
100
101         mapping = page_mapping(page);
102         VM_BUG_ON_PAGE(!mapping, page);
103
104         if (!mapping->a_ops->isolate_page(page, mode))
105                 goto out_no_isolated;
106
107         /* Driver shouldn't use PG_isolated bit of page->flags */
108         WARN_ON_ONCE(PageIsolated(page));
109         __SetPageIsolated(page);
110         unlock_page(page);
111
112         return 0;
113
114 out_no_isolated:
115         unlock_page(page);
116 out_putpage:
117         put_page(page);
118 out:
119         return -EBUSY;
120 }
121
122 static void putback_movable_page(struct page *page)
123 {
124         struct address_space *mapping;
125
126         mapping = page_mapping(page);
127         mapping->a_ops->putback_page(page);
128         __ClearPageIsolated(page);
129 }
130
131 /*
132  * Put previously isolated pages back onto the appropriate lists
133  * from where they were once taken off for compaction/migration.
134  *
135  * This function shall be used whenever the isolated pageset has been
136  * built from lru, balloon, hugetlbfs page. See isolate_migratepages_range()
137  * and isolate_hugetlb().
138  */
139 void putback_movable_pages(struct list_head *l)
140 {
141         struct page *page;
142         struct page *page2;
143
144         list_for_each_entry_safe(page, page2, l, lru) {
145                 if (unlikely(PageHuge(page))) {
146                         putback_active_hugepage(page);
147                         continue;
148                 }
149                 list_del(&page->lru);
150                 /*
151                  * We isolated non-lru movable page so here we can use
152                  * __PageMovable because LRU page's mapping cannot have
153                  * PAGE_MAPPING_MOVABLE.
154                  */
155                 if (unlikely(__PageMovable(page))) {
156                         VM_BUG_ON_PAGE(!PageIsolated(page), page);
157                         lock_page(page);
158                         if (PageMovable(page))
159                                 putback_movable_page(page);
160                         else
161                                 __ClearPageIsolated(page);
162                         unlock_page(page);
163                         put_page(page);
164                 } else {
165                         mod_node_page_state(page_pgdat(page), NR_ISOLATED_ANON +
166                                         page_is_file_lru(page), -thp_nr_pages(page));
167                         putback_lru_page(page);
168                 }
169         }
170 }
171
172 /*
173  * Restore a potential migration pte to a working pte entry
174  */
175 static bool remove_migration_pte(struct page *page, struct vm_area_struct *vma,
176                                  unsigned long addr, void *old)
177 {
178         struct page_vma_mapped_walk pvmw = {
179                 .page = old,
180                 .vma = vma,
181                 .address = addr,
182                 .flags = PVMW_SYNC | PVMW_MIGRATION,
183         };
184         struct page *new;
185         pte_t pte;
186         swp_entry_t entry;
187
188         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
189         while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
190                 if (PageKsm(page))
191                         new = page;
192                 else
193                         new = page - pvmw.page->index +
194                                 linear_page_index(vma, pvmw.address);
195
196 #ifdef CONFIG_ARCH_ENABLE_THP_MIGRATION
197                 /* PMD-mapped THP migration entry */
198                 if (!pvmw.pte) {
199                         VM_BUG_ON_PAGE(PageHuge(page) || !PageTransCompound(page), page);
200                         remove_migration_pmd(&pvmw, new);
201                         continue;
202                 }
203 #endif
204
205                 get_page(new);
206                 pte = pte_mkold(mk_pte(new, READ_ONCE(vma->vm_page_prot)));
207                 if (pte_swp_soft_dirty(*pvmw.pte))
208                         pte = pte_mksoft_dirty(pte);
209
210                 /*
211                  * Recheck VMA as permissions can change since migration started
212                  */
213                 entry = pte_to_swp_entry(*pvmw.pte);
214                 if (is_writable_migration_entry(entry))
215                         pte = maybe_mkwrite(pte, vma);
216                 else if (pte_swp_uffd_wp(*pvmw.pte))
217                         pte = pte_mkuffd_wp(pte);
218
219                 if (unlikely(is_device_private_page(new))) {
220                         if (pte_write(pte))
221                                 entry = make_writable_device_private_entry(
222                                                         page_to_pfn(new));
223                         else
224                                 entry = make_readable_device_private_entry(
225                                                         page_to_pfn(new));
226                         pte = swp_entry_to_pte(entry);
227                         if (pte_swp_soft_dirty(*pvmw.pte))
228                                 pte = pte_swp_mksoft_dirty(pte);
229                         if (pte_swp_uffd_wp(*pvmw.pte))
230                                 pte = pte_swp_mkuffd_wp(pte);
231                 }
232
233 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
234                 if (PageHuge(new)) {
235                         unsigned int shift = huge_page_shift(hstate_vma(vma));
236
237                         pte = pte_mkhuge(pte);
238                         pte = arch_make_huge_pte(pte, shift, vma->vm_flags);
239                         set_huge_pte_at(vma->vm_mm, pvmw.address, pvmw.pte, pte);
240                         if (PageAnon(new))
241                                 hugepage_add_anon_rmap(new, vma, pvmw.address);
242                         else
243                                 page_dup_rmap(new, true);
244                 } else
245 #endif
246                 {
247                         set_pte_at(vma->vm_mm, pvmw.address, pvmw.pte, pte);
248
249                         if (PageAnon(new))
250                                 page_add_anon_rmap(new, vma, pvmw.address, false);
251                         else
252                                 page_add_file_rmap(new, false);
253                 }
254                 if (vma->vm_flags & VM_LOCKED && !PageTransCompound(new))
255                         mlock_vma_page(new);
256
257                 if (PageTransHuge(page) && PageMlocked(page))
258                         clear_page_mlock(page);
259
260                 /* No need to invalidate - it was non-present before */
261                 update_mmu_cache(vma, pvmw.address, pvmw.pte);
262         }
263
264         return true;
265 }
266
267 /*
268  * Get rid of all migration entries and replace them by
269  * references to the indicated page.
270  */
271 void remove_migration_ptes(struct page *old, struct page *new, bool locked)
272 {
273         struct rmap_walk_control rwc = {
274                 .rmap_one = remove_migration_pte,
275                 .arg = old,
276         };
277
278         if (locked)
279                 rmap_walk_locked(new, &rwc);
280         else
281                 rmap_walk(new, &rwc);
282 }
283
284 /*
285  * Something used the pte of a page under migration. We need to
286  * get to the page and wait until migration is finished.
287  * When we return from this function the fault will be retried.
288  */
289 void __migration_entry_wait(struct mm_struct *mm, pte_t *ptep,
290                                 spinlock_t *ptl)
291 {
292         pte_t pte;
293         swp_entry_t entry;
294         struct page *page;
295
296         spin_lock(ptl);
297         pte = *ptep;
298         if (!is_swap_pte(pte))
299                 goto out;
300
301         entry = pte_to_swp_entry(pte);
302         if (!is_migration_entry(entry))
303                 goto out;
304
305         page = pfn_swap_entry_to_page(entry);
306         page = compound_head(page);
307
308         /*
309          * Once page cache replacement of page migration started, page_count
310          * is zero; but we must not call put_and_wait_on_page_locked() without
311          * a ref. Use get_page_unless_zero(), and just fault again if it fails.
312          */
313         if (!get_page_unless_zero(page))
314                 goto out;
315         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
316         put_and_wait_on_page_locked(page, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
317         return;
318 out:
319         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
320 }
321
322 void migration_entry_wait(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmd,
323                                 unsigned long address)
324 {
325         spinlock_t *ptl = pte_lockptr(mm, pmd);
326         pte_t *ptep = pte_offset_map(pmd, address);
327         __migration_entry_wait(mm, ptep, ptl);
328 }
329
330 void migration_entry_wait_huge(struct vm_area_struct *vma,
331                 struct mm_struct *mm, pte_t *pte)
332 {
333         spinlock_t *ptl = huge_pte_lockptr(hstate_vma(vma), mm, pte);
334         __migration_entry_wait(mm, pte, ptl);
335 }
336
337 #ifdef CONFIG_ARCH_ENABLE_THP_MIGRATION
338 void pmd_migration_entry_wait(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmd)
339 {
340         spinlock_t *ptl;
341         struct page *page;
342
343         ptl = pmd_lock(mm, pmd);
344         if (!is_pmd_migration_entry(*pmd))
345                 goto unlock;
346         page = pfn_swap_entry_to_page(pmd_to_swp_entry(*pmd));
347         if (!get_page_unless_zero(page))
348                 goto unlock;
349         spin_unlock(ptl);
350         put_and_wait_on_page_locked(page, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
351         return;
352 unlock:
353         spin_unlock(ptl);
354 }
355 #endif
356
357 static int expected_page_refs(struct address_space *mapping, struct page *page)
358 {
359         int expected_count = 1;
360
361         /*
362          * Device private pages have an extra refcount as they are
363          * ZONE_DEVICE pages.
364          */
365         expected_count += is_device_private_page(page);
366         if (mapping)
367                 expected_count += thp_nr_pages(page) + page_has_private(page);
368
369         return expected_count;
370 }
371
372 /*
373  * Replace the page in the mapping.
374  *
375  * The number of remaining references must be:
376  * 1 for anonymous pages without a mapping
377  * 2 for pages with a mapping
378  * 3 for pages with a mapping and PagePrivate/PagePrivate2 set.
379  */
380 int migrate_page_move_mapping(struct address_space *mapping,
381                 struct page *newpage, struct page *page, int extra_count)
382 {
383         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, page_index(page));
384         struct zone *oldzone, *newzone;
385         int dirty;
386         int expected_count = expected_page_refs(mapping, page) + extra_count;
387         int nr = thp_nr_pages(page);
388
389         if (!mapping) {
390                 /* Anonymous page without mapping */
391                 if (page_count(page) != expected_count)
392                         return -EAGAIN;
393
394                 /* No turning back from here */
395                 newpage->index = page->index;
396                 newpage->mapping = page->mapping;
397                 if (PageSwapBacked(page))
398                         __SetPageSwapBacked(newpage);
399
400                 return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
401         }
402
403         oldzone = page_zone(page);
404         newzone = page_zone(newpage);
405
406         xas_lock_irq(&xas);
407         if (page_count(page) != expected_count || xas_load(&xas) != page) {
408                 xas_unlock_irq(&xas);
409                 return -EAGAIN;
410         }
411
412         if (!page_ref_freeze(page, expected_count)) {
413                 xas_unlock_irq(&xas);
414                 return -EAGAIN;
415         }
416
417         /*
418          * Now we know that no one else is looking at the page:
419          * no turning back from here.
420          */
421         newpage->index = page->index;
422         newpage->mapping = page->mapping;
423         page_ref_add(newpage, nr); /* add cache reference */
424         if (PageSwapBacked(page)) {
425                 __SetPageSwapBacked(newpage);
426                 if (PageSwapCache(page)) {
427                         SetPageSwapCache(newpage);
428                         set_page_private(newpage, page_private(page));
429                 }
430         } else {
431                 VM_BUG_ON_PAGE(PageSwapCache(page), page);
432         }
433
434         /* Move dirty while page refs frozen and newpage not yet exposed */
435         dirty = PageDirty(page);
436         if (dirty) {
437                 ClearPageDirty(page);
438                 SetPageDirty(newpage);
439         }
440
441         xas_store(&xas, newpage);
442         if (PageTransHuge(page)) {
443                 int i;
444
445                 for (i = 1; i < nr; i++) {
446                         xas_next(&xas);
447                         xas_store(&xas, newpage);
448                 }
449         }
450
451         /*
452          * Drop cache reference from old page by unfreezing
453          * to one less reference.
454          * We know this isn't the last reference.
455          */
456         page_ref_unfreeze(page, expected_count - nr);
457
458         xas_unlock(&xas);
459         /* Leave irq disabled to prevent preemption while updating stats */
460
461         /*
462          * If moved to a different zone then also account
463          * the page for that zone. Other VM counters will be
464          * taken care of when we establish references to the
465          * new page and drop references to the old page.
466          *
467          * Note that anonymous pages are accounted for
468          * via NR_FILE_PAGES and NR_ANON_MAPPED if they
469          * are mapped to swap space.
470          */
471         if (newzone != oldzone) {
472                 struct lruvec *old_lruvec, *new_lruvec;
473                 struct mem_cgroup *memcg;
474
475                 memcg = page_memcg(page);
476                 old_lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, oldzone->zone_pgdat);
477                 new_lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, newzone->zone_pgdat);
478
479                 __mod_lruvec_state(old_lruvec, NR_FILE_PAGES, -nr);
480                 __mod_lruvec_state(new_lruvec, NR_FILE_PAGES, nr);
481                 if (PageSwapBacked(page) && !PageSwapCache(page)) {
482                         __mod_lruvec_state(old_lruvec, NR_SHMEM, -nr);
483                         __mod_lruvec_state(new_lruvec, NR_SHMEM, nr);
484                 }
485 #ifdef CONFIG_SWAP
486                 if (PageSwapCache(page)) {
487                         __mod_lruvec_state(old_lruvec, NR_SWAPCACHE, -nr);
488                         __mod_lruvec_state(new_lruvec, NR_SWAPCACHE, nr);
489                 }
490 #endif
491                 if (dirty && mapping_can_writeback(mapping)) {
492                         __mod_lruvec_state(old_lruvec, NR_FILE_DIRTY, -nr);
493                         __mod_zone_page_state(oldzone, NR_ZONE_WRITE_PENDING, -nr);
494                         __mod_lruvec_state(new_lruvec, NR_FILE_DIRTY, nr);
495                         __mod_zone_page_state(newzone, NR_ZONE_WRITE_PENDING, nr);
496                 }
497         }
498         local_irq_enable();
499
500         return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
501 }
502 EXPORT_SYMBOL(migrate_page_move_mapping);
503
504 /*
505  * The expected number of remaining references is the same as that
506  * of migrate_page_move_mapping().
507  */
508 int migrate_huge_page_move_mapping(struct address_space *mapping,
509                                    struct page *newpage, struct page *page)
510 {
511         XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, page_index(page));
512         int expected_count;
513
514         xas_lock_irq(&xas);
515         expected_count = 2 + page_has_private(page);
516         if (page_count(page) != expected_count || xas_load(&xas) != page) {
517                 xas_unlock_irq(&xas);
518                 return -EAGAIN;
519         }
520
521         if (!page_ref_freeze(page, expected_count)) {
522                 xas_unlock_irq(&xas);
523                 return -EAGAIN;
524         }
525
526         newpage->index = page->index;
527         newpage->mapping = page->mapping;
528
529         get_page(newpage);
530
531         xas_store(&xas, newpage);
532
533         page_ref_unfreeze(page, expected_count - 1);
534
535         xas_unlock_irq(&xas);
536
537         return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
538 }
539
540 /*
541  * Copy the page to its new location
542  */
543 void migrate_page_states(struct page *newpage, struct page *page)
544 {
545         int cpupid;
546
547         if (PageError(page))
548                 SetPageError(newpage);
549         if (PageReferenced(page))
550                 SetPageReferenced(newpage);
551         if (PageUptodate(page))
552                 SetPageUptodate(newpage);
553         if (TestClearPageActive(page)) {
554                 VM_BUG_ON_PAGE(PageUnevictable(page), page);
555                 SetPageActive(newpage);
556         } else if (TestClearPageUnevictable(page))
557                 SetPageUnevictable(newpage);
558         if (PageWorkingset(page))
559                 SetPageWorkingset(newpage);
560         if (PageChecked(page))
561                 SetPageChecked(newpage);
562         if (PageMappedToDisk(page))
563                 SetPageMappedToDisk(newpage);
564
565         /* Move dirty on pages not done by migrate_page_move_mapping() */
566         if (PageDirty(page))
567                 SetPageDirty(newpage);
568
569         if (page_is_young(page))
570                 set_page_young(newpage);
571         if (page_is_idle(page))
572                 set_page_idle(newpage);
573
574         /*
575          * Copy NUMA information to the new page, to prevent over-eager
576          * future migrations of this same page.
577          */
578         cpupid = page_cpupid_xchg_last(page, -1);
579         page_cpupid_xchg_last(newpage, cpupid);
580
581         ksm_migrate_page(newpage, page);
582         /*
583          * Please do not reorder this without considering how mm/ksm.c's
584          * get_ksm_page() depends upon ksm_migrate_page() and PageSwapCache().
585          */
586         if (PageSwapCache(page))
587                 ClearPageSwapCache(page);
588         ClearPagePrivate(page);
589
590         /* page->private contains hugetlb specific flags */
591         if (!PageHuge(page))
592                 set_page_private(page, 0);
593
594         /*
595          * If any waiters have accumulated on the new page then
596          * wake them up.
597          */
598         if (PageWriteback(newpage))
599                 end_page_writeback(newpage);
600
601         /*
602          * PG_readahead shares the same bit with PG_reclaim.  The above
603          * end_page_writeback() may clear PG_readahead mistakenly, so set the
604          * bit after that.
605          */
606         if (PageReadahead(page))
607                 SetPageReadahead(newpage);
608
609         copy_page_owner(page, newpage);
610
611         if (!PageHuge(page))
612                 mem_cgroup_migrate(page, newpage);
613 }
614 EXPORT_SYMBOL(migrate_page_states);
615
616 void migrate_page_copy(struct page *newpage, struct page *page)
617 {
618         if (PageHuge(page) || PageTransHuge(page))
619                 copy_huge_page(newpage, page);
620         else
621                 copy_highpage(newpage, page);
622
623         migrate_page_states(newpage, page);
624 }
625 EXPORT_SYMBOL(migrate_page_copy);
626
627 /************************************************************
628  *                    Migration functions
629  ***********************************************************/
630
631 /*
632  * Common logic to directly migrate a single LRU page suitable for
633  * pages that do not use PagePrivate/PagePrivate2.
634  *
635  * Pages are locked upon entry and exit.
636  */
637 int migrate_page(struct address_space *mapping,
638                 struct page *newpage, struct page *page,
639                 enum migrate_mode mode)
640 {
641         int rc;
642
643         BUG_ON(PageWriteback(page));    /* Writeback must be complete */
644
645         rc = migrate_page_move_mapping(mapping, newpage, page, 0);
646
647         if (rc != MIGRATEPAGE_SUCCESS)
648                 return rc;
649
650         if (mode != MIGRATE_SYNC_NO_COPY)
651                 migrate_page_copy(newpage, page);
652         else
653                 migrate_page_states(newpage, page);
654         return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
655 }
656 EXPORT_SYMBOL(migrate_page);
657
658 #ifdef CONFIG_BLOCK
659 /* Returns true if all buffers are successfully locked */
660 static bool buffer_migrate_lock_buffers(struct buffer_head *head,
661                                                         enum migrate_mode mode)
662 {
663         struct buffer_head *bh = head;
664
665         /* Simple case, sync compaction */
666         if (mode != MIGRATE_ASYNC) {
667                 do {
668                         lock_buffer(bh);
669                         bh = bh->b_this_page;
670
671                 } while (bh != head);
672
673                 return true;
674         }
675
676         /* async case, we cannot block on lock_buffer so use trylock_buffer */
677         do {
678                 if (!trylock_buffer(bh)) {
679                         /*
680                          * We failed to lock the buffer and cannot stall in
681                          * async migration. Release the taken locks
682                          */
683                         struct buffer_head *failed_bh = bh;
684                         bh = head;
685                         while (bh != failed_bh) {
686                                 unlock_buffer(bh);
687                                 bh = bh->b_this_page;
688                         }
689                         return false;
690                 }
691
692                 bh = bh->b_this_page;
693         } while (bh != head);
694         return true;
695 }
696
697 static int __buffer_migrate_page(struct address_space *mapping,
698                 struct page *newpage, struct page *page, enum migrate_mode mode,
699                 bool check_refs)
700 {
701         struct buffer_head *bh, *head;
702         int rc;
703         int expected_count;
704
705         if (!page_has_buffers(page))
706                 return migrate_page(mapping, newpage, page, mode);
707
708         /* Check whether page does not have extra refs before we do more work */
709         expected_count = expected_page_refs(mapping, page);
710         if (page_count(page) != expected_count)
711                 return -EAGAIN;
712
713         head = page_buffers(page);
714         if (!buffer_migrate_lock_buffers(head, mode))
715                 return -EAGAIN;
716
717         if (check_refs) {
718                 bool busy;
719                 bool invalidated = false;
720
721 recheck_buffers:
722                 busy = false;
723                 spin_lock(&mapping->private_lock);
724                 bh = head;
725                 do {
726                         if (atomic_read(&bh->b_count)) {
727                                 busy = true;
728                                 break;
729                         }
730                         bh = bh->b_this_page;
731                 } while (bh != head);
732                 if (busy) {
733                         if (invalidated) {
734                                 rc = -EAGAIN;
735                                 goto unlock_buffers;
736                         }
737                         spin_unlock(&mapping->private_lock);
738                         invalidate_bh_lrus();
739                         invalidated = true;
740                         goto recheck_buffers;
741                 }
742         }
743
744         rc = migrate_page_move_mapping(mapping, newpage, page, 0);
745         if (rc != MIGRATEPAGE_SUCCESS)
746                 goto unlock_buffers;
747
748         attach_page_private(newpage, detach_page_private(page));
749
750         bh = head;
751         do {
752                 set_bh_page(bh, newpage, bh_offset(bh));
753                 bh = bh->b_this_page;
754
755         } while (bh != head);
756
757         if (mode != MIGRATE_SYNC_NO_COPY)
758                 migrate_page_copy(newpage, page);
759         else
760                 migrate_page_states(newpage, page);
761
762         rc = MIGRATEPAGE_SUCCESS;
763 unlock_buffers:
764         if (check_refs)
765                 spin_unlock(&mapping->private_lock);
766         bh = head;
767         do {
768                 unlock_buffer(bh);
769                 bh = bh->b_this_page;
770
771         } while (bh != head);
772
773         return rc;
774 }
775
776 /*
777  * Migration function for pages with buffers. This function can only be used
778  * if the underlying filesystem guarantees that no other references to "page"
779  * exist. For example attached buffer heads are accessed only under page lock.
780  */
781 int buffer_migrate_page(struct address_space *mapping,
782                 struct page *newpage, struct page *page, enum migrate_mode mode)
783 {
784         return __buffer_migrate_page(mapping, newpage, page, mode, false);
785 }
786 EXPORT_SYMBOL(buffer_migrate_page);
787
788 /*
789  * Same as above except that this variant is more careful and checks that there
790  * are also no buffer head references. This function is the right one for
791  * mappings where buffer heads are directly looked up and referenced (such as
792  * block device mappings).
793  */
794 int buffer_migrate_page_norefs(struct address_space *mapping,
795                 struct page *newpage, struct page *page, enum migrate_mode mode)
796 {
797         return __buffer_migrate_page(mapping, newpage, page, mode, true);
798 }
799 #endif
800
801 /*
802  * Writeback a page to clean the dirty state
803  */
804 static int writeout(struct address_space *mapping, struct page *page)
805 {
806         struct writeback_control wbc = {
807                 .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
808                 .nr_to_write = 1,
809                 .range_start = 0,
810                 .range_end = LLONG_MAX,
811                 .for_reclaim = 1
812         };
813         int rc;
814
815         if (!mapping->a_ops->writepage)
816                 /* No write method for the address space */
817                 return -EINVAL;
818
819         if (!clear_page_dirty_for_io(page))
820                 /* Someone else already triggered a write */
821                 return -EAGAIN;
822
823         /*
824          * A dirty page may imply that the underlying filesystem has
825          * the page on some queue. So the page must be clean for
826          * migration. Writeout may mean we loose the lock and the
827          * page state is no longer what we checked for earlier.
828          * At this point we know that the migration attempt cannot
829          * be successful.
830          */
831         remove_migration_ptes(page, page, false);
832
833         rc = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
834
835         if (rc != AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE)
836                 /* unlocked. Relock */
837                 lock_page(page);
838
839         return (rc < 0) ? -EIO : -EAGAIN;
840 }
841
842 /*
843  * Default handling if a filesystem does not provide a migration function.
844  */
845 static int fallback_migrate_page(struct address_space *mapping,
846         struct page *newpage, struct page *page, enum migrate_mode mode)
847 {
848         if (PageDirty(page)) {
849                 /* Only writeback pages in full synchronous migration */
850                 switch (mode) {
851                 case MIGRATE_SYNC:
852                 case MIGRATE_SYNC_NO_COPY:
853                         break;
854                 default:
855                         return -EBUSY;
856                 }
857                 return writeout(mapping, page);
858         }
859
860         /*
861          * Buffers may be managed in a filesystem specific way.
862          * We must have no buffers or drop them.
863          */
864         if (page_has_private(page) &&
865             !try_to_release_page(page, GFP_KERNEL))
866                 return mode == MIGRATE_SYNC ? -EAGAIN : -EBUSY;
867
868         return migrate_page(mapping, newpage, page, mode);
869 }
870
871 /*
872  * Move a page to a newly allocated page
873  * The page is locked and all ptes have been successfully removed.
874  *
875  * The new page will have replaced the old page if this function
876  * is successful.
877  *
878  * Return value:
879  *   < 0 - error code
880  *  MIGRATEPAGE_SUCCESS - success
881  */
882 static int move_to_new_page(struct page *newpage, struct page *page,
883                                 enum migrate_mode mode)
884 {
885         struct address_space *mapping;
886         int rc = -EAGAIN;
887         bool is_lru = !__PageMovable(page);
888
889         VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(page), page);
890         VM_BUG_ON_PAGE(!PageLocked(newpage), newpage);
891
892         mapping = page_mapping(page);
893
894         if (likely(is_lru)) {
895                 if (!mapping)
896                         rc = migrate_page(mapping, newpage, page, mode);
897                 else if (mapping->a_ops->migratepage)
898                         /*
899                          * Most pages have a mapping and most filesystems
900                          * provide a migratepage callback. Anonymous pages
901                          * are part of swap space which also has its own
902                          * migratepage callback. This is the most common path
903                          * for page migration.
904                          */
905                         rc = mapping->a_ops->migratepage(mapping, newpage,
906                                                         page, mode);
907                 else
908                         rc = fallback_migrate_page(mapping, newpage,
909                                                         page, mode);
910         } else {
911                 /*
912                  * In case of non-lru page, it could be released after
913                  * isolation step. In that case, we shouldn't try migration.
914                  */
915                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageIsolated(page), page);
916                 if (!PageMovable(page)) {
917                         rc = MIGRATEPAGE_SUCCESS;
918                         __ClearPageIsolated(page);
919                         goto out;
920                 }
921
922                 rc = mapping->a_ops->migratepage(mapping, newpage,
923                                                 page, mode);
924                 WARN_ON_ONCE(rc == MIGRATEPAGE_SUCCESS &&
925                         !PageIsolated(page));
926         }
927
928         /*
929          * When successful, old pagecache page->mapping must be cleared before
930          * page is freed; but stats require that PageAnon be left as PageAnon.
931          */
932         if (rc == MIGRATEPAGE_SUCCESS) {
933                 if (__PageMovable(page)) {
934                         VM_BUG_ON_PAGE(!PageIsolated(page), page);
935
936                         /*
937                          * We clear PG_movable under page_lock so any compactor
938                          * cannot try to migrate this page.
939                          */
940                         __ClearPageIsolated(page);
941                 }
942
943                 /*
944                  * Anonymous and movable page->mapping will be cleared by
945                  * free_pages_prepare so don't reset it here for keeping
946                  * the type to work PageAnon, for example.
947                  */
948                 if (!PageMappingFlags(page))
949                         page->mapping = NULL;
950
951                 if (likely(!is_zone_device_page(newpage))) {
952                         int i, nr = compound_nr(newpage);
953
954                         for (i = 0; i < nr; i++)
955                                 flush_dcache_page(newpage + i);
956                 }
957         }
958 out:
959         return rc;
960 }
961
962 static int __unmap_and_move(struct page *page, struct page *newpage,
963                                 int force, enum migrate_mode mode)
964 {
965         int rc = -EAGAIN;
966         bool page_was_mapped = false;
967         struct anon_vma *anon_vma = NULL;
968         bool is_lru = !__PageMovable(page);
969
970         if (!trylock_page(page)) {
971                 if (!force || mode == MIGRATE_ASYNC)
972                         goto out;
973
974                 /*
975                  * It's not safe for direct compaction to call lock_page.
976                  * For example, during page readahead pages are added locked
977                  * to the LRU. Later, when the IO completes the pages are
978                  * marked uptodate and unlocked. However, the queueing
979                  * could be merging multiple pages for one bio (e.g.
980                  * mpage_readahead). If an allocation happens for the
981                  * second or third page, the process can end up locking
982                  * the same page twice and deadlocking. Rather than
983                  * trying to be clever about what pages can be locked,
984                  * avoid the use of lock_page for direct compaction
985                  * altogether.
986                  */
987                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
988                         goto out;
989
990                 lock_page(page);
991         }
992
993         if (PageWriteback(page)) {
994                 /*
995                  * Only in the case of a full synchronous migration is it
996                  * necessary to wait for PageWriteback. In the async case,
997                  * the retry loop is too short and in the sync-light case,
998                  * the overhead of stalling is too much
999                  */
1000                 switch (mode) {
1001                 case MIGRATE_SYNC:
1002                 case MIGRATE_SYNC_NO_COPY:
1003                         break;
1004                 default:
1005                         rc = -EBUSY;
1006                         goto out_unlock;
1007                 }
1008                 if (!force)
1009                         goto out_unlock;
1010                 wait_on_page_writeback(page);
1011         }
1012
1013         /*
1014          * By try_to_migrate(), page->mapcount goes down to 0 here. In this case,
1015          * we cannot notice that anon_vma is freed while we migrates a page.
1016          * This get_anon_vma() delays freeing anon_vma pointer until the end
1017          * of migration. File cache pages are no problem because of page_lock()
1018          * File Caches may use write_page() or lock_page() in migration, then,
1019          * just care Anon page here.
1020          *
1021          * Only page_get_anon_vma() understands the subtleties of
1022          * getting a hold on an anon_vma from outside one of its mms.
1023          * But if we cannot get anon_vma, then we won't need it anyway,
1024          * because that implies that the anon page is no longer mapped
1025          * (and cannot be remapped so long as we hold the page lock).
1026          */
1027         if (PageAnon(page) && !PageKsm(page))
1028                 anon_vma = page_get_anon_vma(page);
1029
1030         /*
1031          * Block others from accessing the new page when we get around to
1032          * establishing additional references. We are usually the only one
1033          * holding a reference to newpage at this point. We used to have a BUG
1034          * here if trylock_page(newpage) fails, but would like to allow for
1035          * cases where there might be a race with the previous use of newpage.
1036          * This is much like races on refcount of oldpage: just don't BUG().
1037          */
1038         if (unlikely(!trylock_page(newpage)))
1039                 goto out_unlock;
1040
1041         if (unlikely(!is_lru)) {
1042                 rc = move_to_new_page(newpage, page, mode);
1043                 goto out_unlock_both;
1044         }
1045
1046         /*
1047          * Corner case handling:
1048          * 1. When a new swap-cache page is read into, it is added to the LRU
1049          * and treated as swapcache but it has no rmap yet.
1050          * Calling try_to_unmap() against a page->mapping==NULL page will
1051          * trigger a BUG.  So handle it here.
1052          * 2. An orphaned page (see truncate_cleanup_page) might have
1053          * fs-private metadata. The page can be picked up due to memory
1054          * offlining.  Everywhere else except page reclaim, the page is
1055          * invisible to the vm, so the page can not be migrated.  So try to
1056          * free the metadata, so the page can be freed.
1057          */
1058         if (!page->mapping) {
1059                 VM_BUG_ON_PAGE(PageAnon(page), page);
1060                 if (page_has_private(page)) {
1061                         try_to_free_buffers(page);
1062                         goto out_unlock_both;
1063                 }
1064         } else if (page_mapped(page)) {
1065                 /* Establish migration ptes */
1066                 VM_BUG_ON_PAGE(PageAnon(page) && !PageKsm(page) && !anon_vma,
1067                                 page);
1068                 try_to_migrate(page, 0);
1069                 page_was_mapped = true;
1070         }
1071
1072         if (!page_mapped(page))
1073                 rc = move_to_new_page(newpage, page, mode);
1074
1075         if (page_was_mapped)
1076                 remove_migration_ptes(page,
1077                         rc == MIGRATEPAGE_SUCCESS ? newpage : page, false);
1078
1079 out_unlock_both:
1080         unlock_page(newpage);
1081 out_unlock:
1082         /* Drop an anon_vma reference if we took one */
1083         if (anon_vma)
1084                 put_anon_vma(anon_vma);
1085         unlock_page(page);
1086 out:
1087         /*
1088          * If migration is successful, decrease refcount of the newpage
1089          * which will not free the page because new page owner increased
1090          * refcounter. As well, if it is LRU page, add the page to LRU
1091          * list in here. Use the old state of the isolated source page to
1092          * determine if we migrated a LRU page. newpage was already unlocked
1093          * and possibly modified by its owner - don't rely on the page
1094          * state.
1095          */
1096         if (rc == MIGRATEPAGE_SUCCESS) {
1097                 if (unlikely(!is_lru))
1098                         put_page(newpage);
1099                 else
1100                         putback_lru_page(newpage);
1101         }
1102
1103         return rc;
1104 }
1105
1106
1107 /*
1108  * node_demotion[] example:
1109  *
1110  * Consider a system with two sockets.  Each socket has
1111  * three classes of memory attached: fast, medium and slow.
1112  * Each memory class is placed in its own NUMA node.  The
1113  * CPUs are placed in the node with the "fast" memory.  The
1114  * 6 NUMA nodes (0-5) might be split among the sockets like
1115  * this:
1116  *
1117  *      Socket A: 0, 1, 2
1118  *      Socket B: 3, 4, 5
1119  *
1120  * When Node 0 fills up, its memory should be migrated to
1121  * Node 1.  When Node 1 fills up, it should be migrated to
1122  * Node 2.  The migration path start on the nodes with the
1123  * processors (since allocations default to this node) and
1124  * fast memory, progress through medium and end with the
1125  * slow memory:
1126  *
1127  *      0 -> 1 -> 2 -> stop
1128  *      3 -> 4 -> 5 -> stop
1129  *
1130  * This is represented in the node_demotion[] like this:
1131  *
1132  *      {  1, // Node 0 migrates to 1
1133  *         2, // Node 1 migrates to 2
1134  *        -1, // Node 2 does not migrate
1135  *         4, // Node 3 migrates to 4
1136  *         5, // Node 4 migrates to 5
1137  *        -1} // Node 5 does not migrate
1138  */
1139
1140 /*
1141  * Writes to this array occur without locking.  Cycles are
1142  * not allowed: Node X demotes to Y which demotes to X...
1143  *
1144  * If multiple reads are performed, a single rcu_read_lock()
1145  * must be held over all reads to ensure that no cycles are
1146  * observed.
1147  */
1148 static int node_demotion[MAX_NUMNODES] __read_mostly =
1149         {[0 ...  MAX_NUMNODES - 1] = NUMA_NO_NODE};
1150
1151 /**
1152  * next_demotion_node() - Get the next node in the demotion path
1153  * @node: The starting node to lookup the next node
1154  *
1155  * Return: node id for next memory node in the demotion path hierarchy
1156  * from @node; NUMA_NO_NODE if @node is terminal.  This does not keep
1157  * @node online or guarantee that it *continues* to be the next demotion
1158  * target.
1159  */
1160 int next_demotion_node(int node)
1161 {
1162         int target;
1163
1164         /*
1165          * node_demotion[] is updated without excluding this
1166          * function from running.  RCU doesn't provide any
1167          * compiler barriers, so the READ_ONCE() is required
1168          * to avoid compiler reordering or read merging.
1169          *
1170          * Make sure to use RCU over entire code blocks if
1171          * node_demotion[] reads need to be consistent.
1172          */
1173         rcu_read_lock();
1174         target = READ_ONCE(node_demotion[node]);
1175         rcu_read_unlock();
1176
1177         return target;
1178 }
1179
1180 /*
1181  * Obtain the lock on page, remove all ptes and migrate the page
1182  * to the newly allocated page in newpage.
1183  */
1184 static int unmap_and_move(new_page_t get_new_page,
1185                                    free_page_t put_new_page,
1186                                    unsigned long private, struct page *page,
1187                                    int force, enum migrate_mode mode,
1188                                    enum migrate_reason reason,
1189                                    struct list_head *ret)
1190 {
1191         int rc = MIGRATEPAGE_SUCCESS;
1192         struct page *newpage = NULL;
1193
1194         if (!thp_migration_supported() && PageTransHuge(page))
1195                 return -ENOSYS;
1196
1197         if (page_count(page) == 1) {
1198                 /* page was freed from under us. So we are done. */
1199                 ClearPageActive(page);
1200                 ClearPageUnevictable(page);
1201                 if (unlikely(__PageMovable(page))) {
1202                         lock_page(page);
1203                         if (!PageMovable(page))
1204                                 __ClearPageIsolated(page);
1205                         unlock_page(page);
1206                 }
1207                 goto out;
1208         }
1209
1210         newpage = get_new_page(page, private);
1211         if (!newpage)
1212                 return -ENOMEM;
1213
1214         rc = __unmap_and_move(page, newpage, force, mode);
1215         if (rc == MIGRATEPAGE_SUCCESS)
1216                 set_page_owner_migrate_reason(newpage, reason);
1217
1218 out:
1219         if (rc != -EAGAIN) {
1220                 /*
1221                  * A page that has been migrated has all references
1222                  * removed and will be freed. A page that has not been
1223                  * migrated will have kept its references and be restored.
1224                  */
1225                 list_del(&page->lru);
1226         }
1227
1228         /*
1229          * If migration is successful, releases reference grabbed during
1230          * isolation. Otherwise, restore the page to right list unless
1231          * we want to retry.
1232          */
1233         if (rc == MIGRATEPAGE_SUCCESS) {
1234                 /*
1235                  * Compaction can migrate also non-LRU pages which are
1236                  * not accounted to NR_ISOLATED_*. They can be recognized
1237                  * as __PageMovable
1238                  */
1239                 if (likely(!__PageMovable(page)))
1240                         mod_node_page_state(page_pgdat(page), NR_ISOLATED_ANON +
1241                                         page_is_file_lru(page), -thp_nr_pages(page));
1242
1243                 if (reason != MR_MEMORY_FAILURE)
1244                         /*
1245                          * We release the page in page_handle_poison.
1246                          */
1247                         put_page(page);
1248         } else {
1249                 if (rc != -EAGAIN)
1250                         list_add_tail(&page->lru, ret);
1251
1252                 if (put_new_page)
1253                         put_new_page(newpage, private);
1254                 else
1255                         put_page(newpage);
1256         }
1257
1258         return rc;
1259 }
1260
1261 /*
1262  * Counterpart of unmap_and_move_page() for hugepage migration.
1263  *
1264  * This function doesn't wait the completion of hugepage I/O
1265  * because there is no race between I/O and migration for hugepage.
1266  * Note that currently hugepage I/O occurs only in direct I/O
1267  * where no lock is held and PG_writeback is irrelevant,
1268  * and writeback status of all subpages are counted in the reference
1269  * count of the head page (i.e. if all subpages of a 2MB hugepage are
1270  * under direct I/O, the reference of the head page is 512 and a bit more.)
1271  * This means that when we try to migrate hugepage whose subpages are
1272  * doing direct I/O, some references remain after try_to_unmap() and
1273  * hugepage migration fails without data corruption.
1274  *
1275  * There is also no race when direct I/O is issued on the page under migration,
1276  * because then pte is replaced with migration swap entry and direct I/O code
1277  * will wait in the page fault for migration to complete.
1278  */
1279 static int unmap_and_move_huge_page(new_page_t get_new_page,
1280                                 free_page_t put_new_page, unsigned long private,
1281                                 struct page *hpage, int force,
1282                                 enum migrate_mode mode, int reason,
1283                                 struct list_head *ret)
1284 {
1285         int rc = -EAGAIN;
1286         int page_was_mapped = 0;
1287         struct page *new_hpage;
1288         struct anon_vma *anon_vma = NULL;
1289         struct address_space *mapping = NULL;
1290
1291         /*
1292          * Migratability of hugepages depends on architectures and their size.
1293          * This check is necessary because some callers of hugepage migration
1294          * like soft offline and memory hotremove don't walk through page
1295          * tables or check whether the hugepage is pmd-based or not before
1296          * kicking migration.
1297          */
1298         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(hpage))) {
1299                 list_move_tail(&hpage->lru, ret);
1300                 return -ENOSYS;
1301         }
1302
1303         if (page_count(hpage) == 1) {
1304                 /* page was freed from under us. So we are done. */
1305                 putback_active_hugepage(hpage);
1306                 return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
1307         }
1308
1309         new_hpage = get_new_page(hpage, private);
1310         if (!new_hpage)
1311                 return -ENOMEM;
1312
1313         if (!trylock_page(hpage)) {
1314                 if (!force)
1315                         goto out;
1316                 switch (mode) {
1317                 case MIGRATE_SYNC:
1318                 case MIGRATE_SYNC_NO_COPY:
1319                         break;
1320                 default:
1321                         goto out;
1322                 }
1323                 lock_page(hpage);
1324         }
1325
1326         /*
1327          * Check for pages which are in the process of being freed.  Without
1328          * page_mapping() set, hugetlbfs specific move page routine will not
1329          * be called and we could leak usage counts for subpools.
1330          */
1331         if (hugetlb_page_subpool(hpage) && !page_mapping(hpage)) {
1332                 rc = -EBUSY;
1333                 goto out_unlock;
1334         }
1335
1336         if (PageAnon(hpage))
1337                 anon_vma = page_get_anon_vma(hpage);
1338
1339         if (unlikely(!trylock_page(new_hpage)))
1340                 goto put_anon;
1341
1342         if (page_mapped(hpage)) {
1343                 bool mapping_locked = false;
1344                 enum ttu_flags ttu = 0;
1345
1346                 if (!PageAnon(hpage)) {
1347                         /*
1348                          * In shared mappings, try_to_unmap could potentially
1349                          * call huge_pmd_unshare.  Because of this, take
1350                          * semaphore in write mode here and set TTU_RMAP_LOCKED
1351                          * to let lower levels know we have taken the lock.
1352                          */
1353                         mapping = hugetlb_page_mapping_lock_write(hpage);
1354                         if (unlikely(!mapping))
1355                                 goto unlock_put_anon;
1356
1357                         mapping_locked = true;
1358                         ttu |= TTU_RMAP_LOCKED;
1359                 }
1360
1361                 try_to_migrate(hpage, ttu);
1362                 page_was_mapped = 1;
1363
1364                 if (mapping_locked)
1365                         i_mmap_unlock_write(mapping);
1366         }
1367
1368         if (!page_mapped(hpage))
1369                 rc = move_to_new_page(new_hpage, hpage, mode);
1370
1371         if (page_was_mapped)
1372                 remove_migration_ptes(hpage,
1373                         rc == MIGRATEPAGE_SUCCESS ? new_hpage : hpage, false);
1374
1375 unlock_put_anon:
1376         unlock_page(new_hpage);
1377
1378 put_anon:
1379         if (anon_vma)
1380                 put_anon_vma(anon_vma);
1381
1382         if (rc == MIGRATEPAGE_SUCCESS) {
1383                 move_hugetlb_state(hpage, new_hpage, reason);
1384                 put_new_page = NULL;
1385         }
1386
1387 out_unlock:
1388         unlock_page(hpage);
1389 out:
1390         if (rc == MIGRATEPAGE_SUCCESS)
1391                 putback_active_hugepage(hpage);
1392         else if (rc != -EAGAIN)
1393                 list_move_tail(&hpage->lru, ret);
1394
1395         /*
1396          * If migration was not successful and there's a freeing callback, use
1397          * it.  Otherwise, put_page() will drop the reference grabbed during
1398          * isolation.
1399          */
1400         if (put_new_page)
1401                 put_new_page(new_hpage, private);
1402         else
1403                 putback_active_hugepage(new_hpage);
1404
1405         return rc;
1406 }
1407
1408 static inline int try_split_thp(struct page *page, struct page **page2,
1409                                 struct list_head *from)
1410 {
1411         int rc = 0;
1412
1413         lock_page(page);
1414         rc = split_huge_page_to_list(page, from);
1415         unlock_page(page);
1416         if (!rc)
1417                 list_safe_reset_next(page, *page2, lru);
1418
1419         return rc;
1420 }
1421
1422 /*
1423  * migrate_pages - migrate the pages specified in a list, to the free pages
1424  *                 supplied as the target for the page migration
1425  *
1426  * @from:               The list of pages to be migrated.
1427  * @get_new_page:       The function used to allocate free pages to be used
1428  *                      as the target of the page migration.
1429  * @put_new_page:       The function used to free target pages if migration
1430  *                      fails, or NULL if no special handling is necessary.
1431  * @private:            Private data to be passed on to get_new_page()
1432  * @mode:               The migration mode that specifies the constraints for
1433  *                      page migration, if any.
1434  * @reason:             The reason for page migration.
1435  * @ret_succeeded:      Set to the number of pages migrated successfully if
1436  *                      the caller passes a non-NULL pointer.
1437  *
1438  * The function returns after 10 attempts or if no pages are movable any more
1439  * because the list has become empty or no retryable pages exist any more.
1440  * It is caller's responsibility to call putback_movable_pages() to return pages
1441  * to the LRU or free list only if ret != 0.
1442  *
1443  * Returns the number of pages that were not migrated, or an error code.
1444  */
1445 int migrate_pages(struct list_head *from, new_page_t get_new_page,
1446                 free_page_t put_new_page, unsigned long private,
1447                 enum migrate_mode mode, int reason, unsigned int *ret_succeeded)
1448 {
1449         int retry = 1;
1450         int thp_retry = 1;
1451         int nr_failed = 0;
1452         int nr_succeeded = 0;
1453         int nr_thp_succeeded = 0;
1454         int nr_thp_failed = 0;
1455         int nr_thp_split = 0;
1456         int pass = 0;
1457         bool is_thp = false;
1458         struct page *page;
1459         struct page *page2;
1460         int swapwrite = current->flags & PF_SWAPWRITE;
1461         int rc, nr_subpages;
1462         LIST_HEAD(ret_pages);
1463         bool nosplit = (reason == MR_NUMA_MISPLACED);
1464
1465         trace_mm_migrate_pages_start(mode, reason);
1466
1467         if (!swapwrite)
1468                 current->flags |= PF_SWAPWRITE;
1469
1470         for (pass = 0; pass < 10 && (retry || thp_retry); pass++) {
1471                 retry = 0;
1472                 thp_retry = 0;
1473
1474                 list_for_each_entry_safe(page, page2, from, lru) {
1475 retry:
1476                         /*
1477                          * THP statistics is based on the source huge page.
1478                          * Capture required information that might get lost
1479                          * during migration.
1480                          */
1481                         is_thp = PageTransHuge(page) && !PageHuge(page);
1482                         nr_subpages = thp_nr_pages(page);
1483                         cond_resched();
1484
1485                         if (PageHuge(page))
1486                                 rc = unmap_and_move_huge_page(get_new_page,
1487                                                 put_new_page, private, page,
1488                                                 pass > 2, mode, reason,
1489                                                 &ret_pages);
1490                         else
1491                                 rc = unmap_and_move(get_new_page, put_new_page,
1492                                                 private, page, pass > 2, mode,
1493                                                 reason, &ret_pages);
1494                         /*
1495                          * The rules are:
1496                          *      Success: non hugetlb page will be freed, hugetlb
1497                          *               page will be put back
1498                          *      -EAGAIN: stay on the from list
1499                          *      -ENOMEM: stay on the from list
1500                          *      Other errno: put on ret_pages list then splice to
1501                          *                   from list
1502                          */
1503                         switch(rc) {
1504                         /*
1505                          * THP migration might be unsupported or the
1506                          * allocation could've failed so we should
1507                          * retry on the same page with the THP split
1508                          * to base pages.
1509                          *
1510                          * Head page is retried immediately and tail
1511                          * pages are added to the tail of the list so
1512                          * we encounter them after the rest of the list
1513                          * is processed.
1514                          */
1515                         case -ENOSYS:
1516                                 /* THP migration is unsupported */
1517                                 if (is_thp) {
1518                                         if (!try_split_thp(page, &page2, from)) {
1519                                                 nr_thp_split++;
1520                                                 goto retry;
1521                                         }
1522
1523                                         nr_thp_failed++;
1524                                         nr_failed += nr_subpages;
1525                                         break;
1526                                 }
1527
1528                                 /* Hugetlb migration is unsupported */
1529                                 nr_failed++;
1530                                 break;
1531                         case -ENOMEM:
1532                                 /*
1533                                  * When memory is low, don't bother to try to migrate
1534                                  * other pages, just exit.
1535                                  * THP NUMA faulting doesn't split THP to retry.
1536                                  */
1537                                 if (is_thp && !nosplit) {
1538                                         if (!try_split_thp(page, &page2, from)) {
1539                                                 nr_thp_split++;
1540                                                 goto retry;
1541                                         }
1542
1543                                         nr_thp_failed++;
1544                                         nr_failed += nr_subpages;
1545                                         goto out;
1546                                 }
1547                                 nr_failed++;
1548                                 goto out;
1549                         case -EAGAIN:
1550                                 if (is_thp) {
1551                                         thp_retry++;
1552                                         break;
1553                                 }
1554                                 retry++;
1555                                 break;
1556                         case MIGRATEPAGE_SUCCESS:
1557                                 if (is_thp) {
1558                                         nr_thp_succeeded++;
1559                                         nr_succeeded += nr_subpages;
1560                                         break;
1561                                 }
1562                                 nr_succeeded++;
1563                                 break;
1564                         default:
1565                                 /*
1566                                  * Permanent failure (-EBUSY, etc.):
1567                                  * unlike -EAGAIN case, the failed page is
1568                                  * removed from migration page list and not
1569                                  * retried in the next outer loop.
1570                                  */
1571                                 if (is_thp) {
1572                                         nr_thp_failed++;
1573                                         nr_failed += nr_subpages;
1574                                         break;
1575                                 }
1576                                 nr_failed++;
1577                                 break;
1578                         }
1579                 }
1580         }
1581         nr_failed += retry + thp_retry;
1582         nr_thp_failed += thp_retry;
1583         rc = nr_failed;
1584 out:
1585         /*
1586          * Put the permanent failure page back to migration list, they
1587          * will be put back to the right list by the caller.
1588          */
1589         list_splice(&ret_pages, from);
1590
1591         count_vm_events(PGMIGRATE_SUCCESS, nr_succeeded);
1592         count_vm_events(PGMIGRATE_FAIL, nr_failed);
1593         count_vm_events(THP_MIGRATION_SUCCESS, nr_thp_succeeded);
1594         count_vm_events(THP_MIGRATION_FAIL, nr_thp_failed);
1595         count_vm_events(THP_MIGRATION_SPLIT, nr_thp_split);
1596         trace_mm_migrate_pages(nr_succeeded, nr_failed, nr_thp_succeeded,
1597                                nr_thp_failed, nr_thp_split, mode, reason);
1598
1599         if (!swapwrite)
1600                 current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
1601
1602         if (ret_succeeded)
1603                 *ret_succeeded = nr_succeeded;
1604
1605         return rc;
1606 }
1607
1608 struct page *alloc_migration_target(struct page *page, unsigned long private)
1609 {
1610         struct migration_target_control *mtc;
1611         gfp_t gfp_mask;
1612         unsigned int order = 0;
1613         struct page *new_page = NULL;
1614         int nid;
1615         int zidx;
1616
1617         mtc = (struct migration_target_control *)private;
1618         gfp_mask = mtc->gfp_mask;
1619         nid = mtc->nid;
1620         if (nid == NUMA_NO_NODE)
1621                 nid = page_to_nid(page);
1622
1623         if (PageHuge(page)) {
1624                 struct hstate *h = page_hstate(compound_head(page));
1625
1626                 gfp_mask = htlb_modify_alloc_mask(h, gfp_mask);
1627                 return alloc_huge_page_nodemask(h, nid, mtc->nmask, gfp_mask);
1628         }
1629
1630         if (PageTransHuge(page)) {
1631                 /*
1632                  * clear __GFP_RECLAIM to make the migration callback
1633                  * consistent with regular THP allocations.
1634                  */
1635                 gfp_mask &= ~__GFP_RECLAIM;
1636                 gfp_mask |= GFP_TRANSHUGE;
1637                 order = HPAGE_PMD_ORDER;
1638         }
1639         zidx = zone_idx(page_zone(page));
1640         if (is_highmem_idx(zidx) || zidx == ZONE_MOVABLE)
1641                 gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
1642
1643         new_page = __alloc_pages(gfp_mask, order, nid, mtc->nmask);
1644
1645         if (new_page && PageTransHuge(new_page))
1646                 prep_transhuge_page(new_page);
1647
1648         return new_page;
1649 }
1650
1651 #ifdef CONFIG_NUMA
1652
1653 static int store_status(int __user *status, int start, int value, int nr)
1654 {
1655         while (nr-- > 0) {
1656                 if (put_user(value, status + start))
1657                         return -EFAULT;
1658                 start++;
1659         }
1660
1661         return 0;
1662 }
1663
1664 static int do_move_pages_to_node(struct mm_struct *mm,
1665                 struct list_head *pagelist, int node)
1666 {
1667         int err;
1668         struct migration_target_control mtc = {
1669                 .nid = node,
1670                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE | __GFP_THISNODE,
1671         };
1672
1673         err = migrate_pages(pagelist, alloc_migration_target, NULL,
1674                 (unsigned long)&mtc, MIGRATE_SYNC, MR_SYSCALL, NULL);
1675         if (err)
1676                 putback_movable_pages(pagelist);
1677         return err;
1678 }
1679
1680 /*
1681  * Resolves the given address to a struct page, isolates it from the LRU and
1682  * puts it to the given pagelist.
1683  * Returns:
1684  *     errno - if the page cannot be found/isolated
1685  *     0 - when it doesn't have to be migrated because it is already on the
1686  *         target node
1687  *     1 - when it has been queued
1688  */
1689 static int add_page_for_migration(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
1690                 int node, struct list_head *pagelist, bool migrate_all)
1691 {
1692         struct vm_area_struct *vma;
1693         struct page *page;
1694         unsigned int follflags;
1695         int err;
1696
1697         mmap_read_lock(mm);
1698         err = -EFAULT;
1699         vma = find_vma(mm, addr);
1700         if (!vma || addr < vma->vm_start || !vma_migratable(vma))
1701                 goto out;
1702
1703         /* FOLL_DUMP to ignore special (like zero) pages */
1704         follflags = FOLL_GET | FOLL_DUMP;
1705         page = follow_page(vma, addr, follflags);
1706
1707         err = PTR_ERR(page);
1708         if (IS_ERR(page))
1709                 goto out;
1710
1711         err = -ENOENT;
1712         if (!page)
1713                 goto out;
1714
1715         err = 0;
1716         if (page_to_nid(page) == node)
1717                 goto out_putpage;
1718
1719         err = -EACCES;
1720         if (page_mapcount(page) > 1 && !migrate_all)
1721                 goto out_putpage;
1722
1723         if (PageHuge(page)) {
1724                 if (PageHead(page)) {
1725                         err = isolate_hugetlb(page, pagelist);
1726                         if (!err)
1727                                 err = 1;
1728                 }
1729         } else {
1730                 struct page *head;
1731
1732                 head = compound_head(page);
1733                 err = isolate_lru_page(head);
1734                 if (err)
1735                         goto out_putpage;
1736
1737                 err = 1;
1738                 list_add_tail(&head->lru, pagelist);
1739                 mod_node_page_state(page_pgdat(head),
1740                         NR_ISOLATED_ANON + page_is_file_lru(head),
1741                         thp_nr_pages(head));
1742         }
1743 out_putpage:
1744         /*
1745          * Either remove the duplicate refcount from
1746          * isolate_lru_page() or drop the page ref if it was
1747          * not isolated.
1748          */
1749         put_page(page);
1750 out:
1751         mmap_read_unlock(mm);
1752         return err;
1753 }
1754
1755 static int move_pages_and_store_status(struct mm_struct *mm, int node,
1756                 struct list_head *pagelist, int __user *status,
1757                 int start, int i, unsigned long nr_pages)
1758 {
1759         int err;
1760
1761         if (list_empty(pagelist))
1762                 return 0;
1763
1764         err = do_move_pages_to_node(mm, pagelist, node);
1765         if (err) {
1766                 /*
1767                  * Positive err means the number of failed
1768                  * pages to migrate.  Since we are going to
1769                  * abort and return the number of non-migrated
1770                  * pages, so need to include the rest of the
1771                  * nr_pages that have not been attempted as
1772                  * well.
1773                  */
1774                 if (err > 0)
1775                         err += nr_pages - i - 1;
1776                 return err;
1777         }
1778         return store_status(status, start, node, i - start);
1779 }
1780
1781 /*
1782  * Migrate an array of page address onto an array of nodes and fill
1783  * the corresponding array of status.
1784  */
1785 static int do_pages_move(struct mm_struct *mm, nodemask_t task_nodes,
1786                          unsigned long nr_pages,
1787                          const void __user * __user *pages,
1788                          const int __user *nodes,
1789                          int __user *status, int flags)
1790 {
1791         int current_node = NUMA_NO_NODE;
1792         LIST_HEAD(pagelist);
1793         int start, i;
1794         int err = 0, err1;
1795
1796         lru_cache_disable();
1797
1798         for (i = start = 0; i < nr_pages; i++) {
1799                 const void __user *p;
1800                 unsigned long addr;
1801                 int node;
1802
1803                 err = -EFAULT;
1804                 if (get_user(p, pages + i))
1805                         goto out_flush;
1806                 if (get_user(node, nodes + i))
1807                         goto out_flush;
1808                 addr = (unsigned long)untagged_addr(p);
1809
1810                 err = -ENODEV;
1811                 if (node < 0 || node >= MAX_NUMNODES)
1812                         goto out_flush;
1813                 if (!node_state(node, N_MEMORY))
1814                         goto out_flush;
1815
1816                 err = -EACCES;
1817                 if (!node_isset(node, task_nodes))
1818                         goto out_flush;
1819
1820                 if (current_node == NUMA_NO_NODE) {
1821                         current_node = node;
1822                         start = i;
1823                 } else if (node != current_node) {
1824                         err = move_pages_and_store_status(mm, current_node,
1825                                         &pagelist, status, start, i, nr_pages);
1826                         if (err)
1827                                 goto out;
1828                         start = i;
1829                         current_node = node;
1830                 }
1831
1832                 /*
1833                  * Errors in the page lookup or isolation are not fatal and we simply
1834                  * report them via status
1835                  */
1836                 err = add_page_for_migration(mm, addr, current_node,
1837                                 &pagelist, flags & MPOL_MF_MOVE_ALL);
1838
1839                 if (err > 0) {
1840                         /* The page is successfully queued for migration */
1841                         continue;
1842                 }
1843
1844                 /*
1845                  * If the page is already on the target node (!err), store the
1846                  * node, otherwise, store the err.
1847                  */
1848                 err = store_status(status, i, err ? : current_node, 1);
1849                 if (err)
1850                         goto out_flush;
1851
1852                 err = move_pages_and_store_status(mm, current_node, &pagelist,
1853                                 status, start, i, nr_pages);
1854                 if (err)
1855                         goto out;
1856                 current_node = NUMA_NO_NODE;
1857         }
1858 out_flush:
1859         /* Make sure we do not overwrite the existing error */
1860         err1 = move_pages_and_store_status(mm, current_node, &pagelist,
1861                                 status, start, i, nr_pages);
1862         if (err >= 0)
1863                 err = err1;
1864 out:
1865         lru_cache_enable();
1866         return err;
1867 }
1868
1869 /*
1870  * Determine the nodes of an array of pages and store it in an array of status.
1871  */
1872 static void do_pages_stat_array(struct mm_struct *mm, unsigned long nr_pages,
1873                                 const void __user **pages, int *status)
1874 {
1875         unsigned long i;
1876
1877         mmap_read_lock(mm);
1878
1879         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
1880                 unsigned long addr = (unsigned long)(*pages);
1881                 struct vm_area_struct *vma;
1882                 struct page *page;
1883                 int err = -EFAULT;
1884
1885                 vma = vma_lookup(mm, addr);
1886                 if (!vma)
1887                         goto set_status;
1888
1889                 /* FOLL_DUMP to ignore special (like zero) pages */
1890                 page = follow_page(vma, addr, FOLL_DUMP);
1891
1892                 err = PTR_ERR(page);
1893                 if (IS_ERR(page))
1894                         goto set_status;
1895
1896                 err = page ? page_to_nid(page) : -ENOENT;
1897 set_status:
1898                 *status = err;
1899
1900                 pages++;
1901                 status++;
1902         }
1903
1904         mmap_read_unlock(mm);
1905 }
1906
1907 static int get_compat_pages_array(const void __user *chunk_pages[],
1908                                   const void __user * __user *pages,
1909                                   unsigned long chunk_nr)
1910 {
1911         compat_uptr_t __user *pages32 = (compat_uptr_t __user *)pages;
1912         compat_uptr_t p;
1913         int i;
1914
1915         for (i = 0; i < chunk_nr; i++) {
1916                 if (get_user(p, pages32 + i))
1917                         return -EFAULT;
1918                 chunk_pages[i] = compat_ptr(p);
1919         }
1920
1921         return 0;
1922 }
1923
1924 /*
1925  * Determine the nodes of a user array of pages and store it in
1926  * a user array of status.
1927  */
1928 static int do_pages_stat(struct mm_struct *mm, unsigned long nr_pages,
1929                          const void __user * __user *pages,
1930                          int __user *status)
1931 {
1932 #define DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR 16
1933         const void __user *chunk_pages[DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR];
1934         int chunk_status[DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR];
1935
1936         while (nr_pages) {
1937                 unsigned long chunk_nr;
1938
1939                 chunk_nr = nr_pages;
1940                 if (chunk_nr > DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR)
1941                         chunk_nr = DO_PAGES_STAT_CHUNK_NR;
1942
1943                 if (in_compat_syscall()) {
1944                         if (get_compat_pages_array(chunk_pages, pages,
1945                                                    chunk_nr))
1946                                 break;
1947                 } else {
1948                         if (copy_from_user(chunk_pages, pages,
1949                                       chunk_nr * sizeof(*chunk_pages)))
1950                                 break;
1951                 }
1952
1953                 do_pages_stat_array(mm, chunk_nr, chunk_pages, chunk_status);
1954
1955                 if (copy_to_user(status, chunk_status, chunk_nr * sizeof(*status)))
1956                         break;
1957
1958                 pages += chunk_nr;
1959                 status += chunk_nr;
1960                 nr_pages -= chunk_nr;
1961         }
1962         return nr_pages ? -EFAULT : 0;
1963 }
1964
1965 static struct mm_struct *find_mm_struct(pid_t pid, nodemask_t *mem_nodes)
1966 {
1967         struct task_struct *task;
1968         struct mm_struct *mm;
1969
1970         /*
1971          * There is no need to check if current process has the right to modify
1972          * the specified process when they are same.
1973          */
1974         if (!pid) {
1975                 mmget(current->mm);
1976                 *mem_nodes = cpuset_mems_allowed(current);
1977                 return current->mm;
1978         }
1979
1980         /* Find the mm_struct */
1981         rcu_read_lock();
1982         task = find_task_by_vpid(pid);
1983         if (!task) {
1984                 rcu_read_unlock();
1985                 return ERR_PTR(-ESRCH);
1986         }
1987         get_task_struct(task);
1988
1989         /*
1990          * Check if this process has the right to modify the specified
1991          * process. Use the regular "ptrace_may_access()" checks.
1992          */
1993         if (!ptrace_may_access(task, PTRACE_MODE_READ_REALCREDS)) {
1994                 rcu_read_unlock();
1995                 mm = ERR_PTR(-EPERM);
1996                 goto out;
1997         }
1998         rcu_read_unlock();
1999
2000         mm = ERR_PTR(security_task_movememory(task));
2001         if (IS_ERR(mm))
2002                 goto out;
2003         *mem_nodes = cpuset_mems_allowed(task);
2004         mm = get_task_mm(task);
2005 out:
2006         put_task_struct(task);
2007         if (!mm)
2008                 mm = ERR_PTR(-EINVAL);
2009         return mm;
2010 }
2011
2012 /*
2013  * Move a list of pages in the address space of the currently executing
2014  * process.
2015  */
2016 static int kernel_move_pages(pid_t pid, unsigned long nr_pages,
2017                              const void __user * __user *pages,
2018                              const int __user *nodes,
2019                              int __user *status, int flags)
2020 {
2021         struct mm_struct *mm;
2022         int err;
2023         nodemask_t task_nodes;
2024
2025         /* Check flags */
2026         if (flags & ~(MPOL_MF_MOVE|MPOL_MF_MOVE_ALL))
2027                 return -EINVAL;
2028
2029         if ((flags & MPOL_MF_MOVE_ALL) && !capable(CAP_SYS_NICE))
2030                 return -EPERM;
2031
2032         mm = find_mm_struct(pid, &task_nodes);
2033         if (IS_ERR(mm))
2034                 return PTR_ERR(mm);
2035
2036         if (nodes)
2037                 err = do_pages_move(mm, task_nodes, nr_pages, pages,
2038                                     nodes, status, flags);
2039         else
2040                 err = do_pages_stat(mm, nr_pages, pages, status);
2041
2042         mmput(mm);
2043         return err;
2044 }
2045
2046 SYSCALL_DEFINE6(move_pages, pid_t, pid, unsigned long, nr_pages,
2047                 const void __user * __user *, pages,
2048                 const int __user *, nodes,
2049                 int __user *, status, int, flags)
2050 {
2051         return kernel_move_pages(pid, nr_pages, pages, nodes, status, flags);
2052 }
2053
2054 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
2055 /*
2056  * Returns true if this is a safe migration target node for misplaced NUMA
2057  * pages. Currently it only checks the watermarks which crude
2058  */
2059 static bool migrate_balanced_pgdat(struct pglist_data *pgdat,
2060                                    unsigned long nr_migrate_pages)
2061 {
2062         int z;
2063
2064         for (z = pgdat->nr_zones - 1; z >= 0; z--) {
2065                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + z;
2066
2067                 if (!populated_zone(zone))
2068                         continue;
2069
2070                 /* Avoid waking kswapd by allocating pages_to_migrate pages. */
2071                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0,
2072                                        high_wmark_pages(zone) +
2073                                        nr_migrate_pages,
2074                                        ZONE_MOVABLE, 0))
2075                         continue;
2076                 return true;
2077         }
2078         return false;
2079 }
2080
2081 static struct page *alloc_misplaced_dst_page(struct page *page,
2082                                            unsigned long data)
2083 {
2084         int nid = (int) data;
2085         struct page *newpage;
2086
2087         newpage = __alloc_pages_node(nid,
2088                                          (GFP_HIGHUSER_MOVABLE |
2089                                           __GFP_THISNODE | __GFP_NOMEMALLOC |
2090                                           __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN) &
2091                                          ~__GFP_RECLAIM, 0);
2092
2093         return newpage;
2094 }
2095
2096 static struct page *alloc_misplaced_dst_page_thp(struct page *page,
2097                                                  unsigned long data)
2098 {
2099         int nid = (int) data;
2100         struct page *newpage;
2101
2102         newpage = alloc_pages_node(nid, (GFP_TRANSHUGE_LIGHT | __GFP_THISNODE),
2103                                    HPAGE_PMD_ORDER);
2104         if (!newpage)
2105                 goto out;
2106
2107         prep_transhuge_page(newpage);
2108
2109 out:
2110         return newpage;
2111 }
2112
2113 static int numamigrate_isolate_page(pg_data_t *pgdat, struct page *page)
2114 {
2115         int page_lru;
2116         int nr_pages = thp_nr_pages(page);
2117
2118         VM_BUG_ON_PAGE(compound_order(page) && !PageTransHuge(page), page);
2119
2120         /* Do not migrate THP mapped by multiple processes */
2121         if (PageTransHuge(page) && total_mapcount(page) > 1)
2122                 return 0;
2123
2124         /* Avoid migrating to a node that is nearly full */
2125         if (!migrate_balanced_pgdat(pgdat, nr_pages))
2126                 return 0;
2127
2128         if (isolate_lru_page(page))
2129                 return 0;
2130
2131         page_lru = page_is_file_lru(page);
2132         mod_node_page_state(page_pgdat(page), NR_ISOLATED_ANON + page_lru,
2133                             nr_pages);
2134
2135         /*
2136          * Isolating the page has taken another reference, so the
2137          * caller's reference can be safely dropped without the page
2138          * disappearing underneath us during migration.
2139          */
2140         put_page(page);
2141         return 1;
2142 }
2143
2144 /*
2145  * Attempt to migrate a misplaced page to the specified destination
2146  * node. Caller is expected to have an elevated reference count on
2147  * the page that will be dropped by this function before returning.
2148  */
2149 int migrate_misplaced_page(struct page *page, struct vm_area_struct *vma,
2150                            int node)
2151 {
2152         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(node);
2153         int isolated;
2154         int nr_remaining;
2155         LIST_HEAD(migratepages);
2156         new_page_t *new;
2157         bool compound;
2158         int nr_pages = thp_nr_pages(page);
2159
2160         /*
2161          * PTE mapped THP or HugeTLB page can't reach here so the page could
2162          * be either base page or THP.  And it must be head page if it is
2163          * THP.
2164          */
2165         compound = PageTransHuge(page);
2166
2167         if (compound)
2168                 new = alloc_misplaced_dst_page_thp;
2169         else
2170                 new = alloc_misplaced_dst_page;
2171
2172         /*
2173          * Don't migrate file pages that are mapped in multiple processes
2174          * with execute permissions as they are probably shared libraries.
2175          */
2176         if (page_mapcount(page) != 1 && page_is_file_lru(page) &&
2177             (vma->vm_flags & VM_EXEC))
2178                 goto out;
2179
2180         /*
2181          * Also do not migrate dirty pages as not all filesystems can move
2182          * dirty pages in MIGRATE_ASYNC mode which is a waste of cycles.
2183          */
2184         if (page_is_file_lru(page) && PageDirty(page))
2185                 goto out;
2186
2187         isolated = numamigrate_isolate_page(pgdat, page);
2188         if (!isolated)
2189                 goto out;
2190
2191         list_add(&page->lru, &migratepages);
2192         nr_remaining = migrate_pages(&migratepages, *new, NULL, node,
2193                                      MIGRATE_ASYNC, MR_NUMA_MISPLACED, NULL);
2194         if (nr_remaining) {
2195                 if (!list_empty(&migratepages)) {
2196                         list_del(&page->lru);
2197                         mod_node_page_state(page_pgdat(page), NR_ISOLATED_ANON +
2198                                         page_is_file_lru(page), -nr_pages);
2199                         putback_lru_page(page);
2200                 }
2201                 isolated = 0;
2202         } else
2203                 count_vm_numa_events(NUMA_PAGE_MIGRATE, nr_pages);
2204         BUG_ON(!list_empty(&migratepages));
2205         return isolated;
2206
2207 out:
2208         put_page(page);
2209         return 0;
2210 }
2211 #endif /* CONFIG_NUMA_BALANCING */
2212 #endif /* CONFIG_NUMA */
2213
2214 #ifdef CONFIG_DEVICE_PRIVATE
2215 static int migrate_vma_collect_skip(unsigned long start,
2216                                     unsigned long end,
2217                                     struct mm_walk *walk)
2218 {
2219         struct migrate_vma *migrate = walk->private;
2220         unsigned long addr;
2221
2222         for (addr = start; addr < end; addr += PAGE_SIZE) {
2223                 migrate->dst[migrate->npages] = 0;
2224                 migrate->src[migrate->npages++] = 0;
2225         }
2226
2227         return 0;
2228 }
2229
2230 static int migrate_vma_collect_hole(unsigned long start,
2231                                     unsigned long end,
2232                                     __always_unused int depth,
2233                                     struct mm_walk *walk)
2234 {
2235         struct migrate_vma *migrate = walk->private;
2236         unsigned long addr;
2237
2238         /* Only allow populating anonymous memory. */
2239         if (!vma_is_anonymous(walk->vma))
2240                 return migrate_vma_collect_skip(start, end, walk);
2241
2242         for (addr = start; addr < end; addr += PAGE_SIZE) {
2243                 migrate->src[migrate->npages] = MIGRATE_PFN_MIGRATE;
2244                 migrate->dst[migrate->npages] = 0;
2245                 migrate->npages++;
2246                 migrate->cpages++;
2247         }
2248
2249         return 0;
2250 }
2251
2252 static int migrate_vma_collect_pmd(pmd_t *pmdp,
2253                                    unsigned long start,
2254                                    unsigned long end,
2255                                    struct mm_walk *walk)
2256 {
2257         struct migrate_vma *migrate = walk->private;
2258         struct vm_area_struct *vma = walk->vma;
2259         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
2260         unsigned long addr = start, unmapped = 0;
2261         spinlock_t *ptl;
2262         pte_t *ptep;
2263
2264 again:
2265         if (pmd_none(*pmdp))
2266                 return migrate_vma_collect_hole(start, end, -1, walk);
2267
2268         if (pmd_trans_huge(*pmdp)) {
2269                 struct page *page;
2270
2271                 ptl = pmd_lock(mm, pmdp);
2272                 if (unlikely(!pmd_trans_huge(*pmdp))) {
2273                         spin_unlock(ptl);
2274                         goto again;
2275                 }
2276
2277                 page = pmd_page(*pmdp);
2278                 if (is_huge_zero_page(page)) {
2279                         spin_unlock(ptl);
2280                         split_huge_pmd(vma, pmdp, addr);
2281                         if (pmd_trans_unstable(pmdp))
2282                                 return migrate_vma_collect_skip(start, end,
2283                                                                 walk);
2284                 } else {
2285                         int ret;
2286
2287                         get_page(page);
2288                         spin_unlock(ptl);
2289                         if (unlikely(!trylock_page(page)))
2290                                 return migrate_vma_collect_skip(start, end,
2291                                                                 walk);
2292                         ret = split_huge_page(page);
2293                         unlock_page(page);
2294                         put_page(page);
2295                         if (ret)
2296                                 return migrate_vma_collect_skip(start, end,
2297                                                                 walk);
2298                         if (pmd_none(*pmdp))
2299                                 return migrate_vma_collect_hole(start, end, -1,
2300                                                                 walk);
2301                 }
2302         }
2303
2304         if (unlikely(pmd_bad(*pmdp)))
2305                 return migrate_vma_collect_skip(start, end, walk);
2306
2307         ptep = pte_offset_map_lock(mm, pmdp, addr, &ptl);
2308         arch_enter_lazy_mmu_mode();
2309
2310         for (; addr < end; addr += PAGE_SIZE, ptep++) {
2311                 unsigned long mpfn = 0, pfn;
2312                 struct page *page;
2313                 swp_entry_t entry;
2314                 pte_t pte;
2315
2316                 pte = *ptep;
2317
2318                 if (pte_none(pte)) {
2319                         if (vma_is_anonymous(vma)) {
2320                                 mpfn = MIGRATE_PFN_MIGRATE;
2321                                 migrate->cpages++;
2322                         }
2323                         goto next;
2324                 }
2325
2326                 if (!pte_present(pte)) {
2327                         /*
2328                          * Only care about unaddressable device page special
2329                          * page table entry. Other special swap entries are not
2330                          * migratable, and we ignore regular swapped page.
2331                          */
2332                         entry = pte_to_swp_entry(pte);
2333                         if (!is_device_private_entry(entry))
2334                                 goto next;
2335
2336                         page = pfn_swap_entry_to_page(entry);
2337                         if (!(migrate->flags &
2338                                 MIGRATE_VMA_SELECT_DEVICE_PRIVATE) ||
2339                             page->pgmap->owner != migrate->pgmap_owner)
2340                                 goto next;
2341
2342                         mpfn = migrate_pfn(page_to_pfn(page)) |
2343                                         MIGRATE_PFN_MIGRATE;
2344                         if (is_writable_device_private_entry(entry))
2345                                 mpfn |= MIGRATE_PFN_WRITE;
2346                 } else {
2347                         if (!(migrate->flags & MIGRATE_VMA_SELECT_SYSTEM))
2348                                 goto next;
2349                         pfn = pte_pfn(pte);
2350                         if (is_zero_pfn(pfn)) {
2351                                 mpfn = MIGRATE_PFN_MIGRATE;
2352                                 migrate->cpages++;
2353                                 goto next;
2354                         }
2355                         page = vm_normal_page(migrate->vma, addr, pte);
2356                         mpfn = migrate_pfn(pfn) | MIGRATE_PFN_MIGRATE;
2357                         mpfn |= pte_write(pte) ? MIGRATE_PFN_WRITE : 0;
2358                 }
2359
2360                 /* FIXME support THP */
2361                 if (!page || !page->mapping || PageTransCompound(page)) {
2362                         mpfn = 0;
2363                         goto next;
2364                 }
2365
2366                 /*
2367                  * By getting a reference on the page we pin it and that blocks
2368                  * any kind of migration. Side effect is that it "freezes" the
2369                  * pte.
2370                  *
2371                  * We drop this reference after isolating the page from the lru
2372                  * for non device page (device page are not on the lru and thus
2373                  * can't be dropped from it).
2374                  */
2375                 get_page(page);
2376                 migrate->cpages++;
2377
2378                 /*
2379                  * Optimize for the common case where page is only mapped once
2380                  * in one process. If we can lock the page, then we can safely
2381                  * set up a special migration page table entry now.
2382                  */
2383                 if (trylock_page(page)) {
2384                         pte_t swp_pte;
2385
2386                         mpfn |= MIGRATE_PFN_LOCKED;
2387                         ptep_get_and_clear(mm, addr, ptep);
2388
2389                         /* Setup special migration page table entry */
2390                         if (mpfn & MIGRATE_PFN_WRITE)
2391                                 entry = make_writable_migration_entry(
2392                                                         page_to_pfn(page));
2393                         else
2394                                 entry = make_readable_migration_entry(
2395                                                         page_to_pfn(page));
2396                         swp_pte = swp_entry_to_pte(entry);
2397                         if (pte_present(pte)) {
2398                                 if (pte_soft_dirty(pte))
2399                                         swp_pte = pte_swp_mksoft_dirty(swp_pte);
2400                                 if (pte_uffd_wp(pte))
2401                                         swp_pte = pte_swp_mkuffd_wp(swp_pte);
2402                         } else {
2403                                 if (pte_swp_soft_dirty(pte))
2404                                         swp_pte = pte_swp_mksoft_dirty(swp_pte);
2405                                 if (pte_swp_uffd_wp(pte))
2406                                         swp_pte = pte_swp_mkuffd_wp(swp_pte);
2407                         }
2408                         set_pte_at(mm, addr, ptep, swp_pte);
2409
2410                         /*
2411                          * This is like regular unmap: we remove the rmap and
2412                          * drop page refcount. Page won't be freed, as we took
2413                          * a reference just above.
2414                          */
2415                         page_remove_rmap(page, false);
2416                         put_page(page);
2417
2418                         if (pte_present(pte))
2419                                 unmapped++;
2420                 }
2421
2422 next:
2423                 migrate->dst[migrate->npages] = 0;
2424                 migrate->src[migrate->npages++] = mpfn;
2425         }
2426
2427         /* Only flush the TLB if we actually modified any entries */
2428         if (unmapped)
2429                 flush_tlb_range(walk->vma, start, end);
2430
2431         arch_leave_lazy_mmu_mode();
2432         pte_unmap_unlock(ptep - 1, ptl);
2433
2434         return 0;
2435 }
2436
2437 static const struct mm_walk_ops migrate_vma_walk_ops = {
2438         .pmd_entry              = migrate_vma_collect_pmd,
2439         .pte_hole               = migrate_vma_collect_hole,
2440 };
2441
2442 /*
2443  * migrate_vma_collect() - collect pages over a range of virtual addresses
2444  * @migrate: migrate struct containing all migration information
2445  *
2446  * This will walk the CPU page table. For each virtual address backed by a
2447  * valid page, it updates the src array and takes a reference on the page, in
2448  * order to pin the page until we lock it and unmap it.
2449  */
2450 static void migrate_vma_collect(struct migrate_vma *migrate)
2451 {
2452         struct mmu_notifier_range range;
2453
2454         /*
2455          * Note that the pgmap_owner is passed to the mmu notifier callback so
2456          * that the registered device driver can skip invalidating device
2457          * private page mappings that won't be migrated.
2458          */
2459         mmu_notifier_range_init_owner(&range, MMU_NOTIFY_MIGRATE, 0,
2460                 migrate->vma, migrate->vma->vm_mm, migrate->start, migrate->end,
2461                 migrate->pgmap_owner);
2462         mmu_notifier_invalidate_range_start(&range);
2463
2464         walk_page_range(migrate->vma->vm_mm, migrate->start, migrate->end,
2465                         &migrate_vma_walk_ops, migrate);
2466
2467         mmu_notifier_invalidate_range_end(&range);
2468         migrate->end = migrate->start + (migrate->npages << PAGE_SHIFT);
2469 }
2470
2471 /*
2472  * migrate_vma_check_page() - check if page is pinned or not
2473  * @page: struct page to check
2474  *
2475  * Pinned pages cannot be migrated. This is the same test as in
2476  * migrate_page_move_mapping(), except that here we allow migration of a
2477  * ZONE_DEVICE page.
2478  */
2479 static bool migrate_vma_check_page(struct page *page)
2480 {
2481         /*
2482          * One extra ref because caller holds an extra reference, either from
2483          * isolate_lru_page() for a regular page, or migrate_vma_collect() for
2484          * a device page.
2485          */
2486         int extra = 1;
2487
2488         /*
2489          * FIXME support THP (transparent huge page), it is bit more complex to
2490          * check them than regular pages, because they can be mapped with a pmd
2491          * or with a pte (split pte mapping).
2492          */
2493         if (PageCompound(page))
2494                 return false;
2495
2496         /* Page from ZONE_DEVICE have one extra reference */
2497         if (is_zone_device_page(page)) {
2498                 /*
2499                  * Private page can never be pin as they have no valid pte and
2500                  * GUP will fail for those. Yet if there is a pending migration
2501                  * a thread might try to wait on the pte migration entry and
2502                  * will bump the page reference count. Sadly there is no way to
2503                  * differentiate a regular pin from migration wait. Hence to
2504                  * avoid 2 racing thread trying to migrate back to CPU to enter
2505                  * infinite loop (one stopping migration because the other is
2506                  * waiting on pte migration entry). We always return true here.
2507                  *
2508                  * FIXME proper solution is to rework migration_entry_wait() so
2509                  * it does not need to take a reference on page.
2510                  */
2511                 return is_device_private_page(page);
2512         }
2513
2514         /* For file back page */
2515         if (page_mapping(page))
2516                 extra += 1 + page_has_private(page);
2517
2518         if ((page_count(page) - extra) > page_mapcount(page))
2519                 return false;
2520
2521         return true;
2522 }
2523
2524 /*
2525  * migrate_vma_prepare() - lock pages and isolate them from the lru
2526  * @migrate: migrate struct containing all migration information
2527  *
2528  * This locks pages that have been collected by migrate_vma_collect(). Once each
2529  * page is locked it is isolated from the lru (for non-device pages). Finally,
2530  * the ref taken by migrate_vma_collect() is dropped, as locked pages cannot be
2531  * migrated by concurrent kernel threads.
2532  */
2533 static void migrate_vma_prepare(struct migrate_vma *migrate)
2534 {
2535         const unsigned long npages = migrate->npages;
2536         const unsigned long start = migrate->start;
2537         unsigned long addr, i, restore = 0;
2538         bool allow_drain = true;
2539
2540         lru_add_drain();
2541
2542         for (i = 0; (i < npages) && migrate->cpages; i++) {
2543                 struct page *page = migrate_pfn_to_page(migrate->src[i]);
2544                 bool remap = true;
2545
2546                 if (!page)
2547                         continue;
2548
2549                 if (!(migrate->src[i] & MIGRATE_PFN_LOCKED)) {
2550                         /*
2551                          * Because we are migrating several pages there can be
2552                          * a deadlock between 2 concurrent migration where each
2553                          * are waiting on each other page lock.
2554                          *
2555                          * Make migrate_vma() a best effort thing and backoff
2556                          * for any page we can not lock right away.
2557                          */
2558                         if (!trylock_page(page)) {
2559                                 migrate->src[i] = 0;
2560                                 migrate->cpages--;
2561                                 put_page(page);
2562                                 continue;
2563                         }
2564                         remap = false;
2565                         migrate->src[i] |= MIGRATE_PFN_LOCKED;
2566                 }
2567
2568                 /* ZONE_DEVICE pages are not on LRU */
2569                 if (!is_zone_device_page(page)) {
2570                         if (!PageLRU(page) && allow_drain) {
2571                                 /* Drain CPU's pagevec */
2572                                 lru_add_drain_all();
2573                                 allow_drain = false;
2574                         }
2575
2576                         if (isolate_lru_page(page)) {
2577                                 if (remap) {
2578                                         migrate->src[i] &= ~MIGRATE_PFN_MIGRATE;
2579                                         migrate->cpages--;
2580                                         restore++;
2581                                 } else {
2582                                         migrate->src[i] = 0;
2583                                         unlock_page(page);
2584                                         migrate->cpages--;
2585                                         put_page(page);
2586                                 }
2587                                 continue;
2588                         }
2589
2590                         /* Drop the reference we took in collect */
2591                         put_page(page);
2592                 }
2593
2594                 if (!migrate_vma_check_page(page)) {
2595                         if (remap) {
2596                                 migrate->src[i] &= ~MIGRATE_PFN_MIGRATE;
2597                                 migrate->cpages--;
2598                                 restore++;
2599
2600                                 if (!is_zone_device_page(page)) {
2601                                         get_page(page);
2602                                         putback_lru_page(page);
2603                                 }
2604                         } else {
2605                                 migrate->src[i] = 0;
2606                                 unlock_page(page);
2607                                 migrate->cpages--;
2608
2609                                 if (!is_zone_device_page(page))
2610                                         putback_lru_page(page);
2611                                 else
2612                                         put_page(page);
2613                         }
2614                 }
2615         }
2616
2617         for (i = 0, addr = start; i < npages && restore; i++, addr += PAGE_SIZE) {
2618                 struct page *page = migrate_pfn_to_page(migrate->src[i]);
2619
2620                 if (!page || (migrate->src[i] & MIGRATE_PFN_MIGRATE))
2621                         continue;
2622
2623                 remove_migration_pte(page, migrate->vma, addr, page);
2624
2625                 migrate->src[i] = 0;
2626                 unlock_page(page);
2627                 put_page(page);
2628                 restore--;
2629         }
2630 }
2631
2632 /*
2633  * migrate_vma_unmap() - replace page mapping with special migration pte entry
2634  * @migrate: migrate struct containing all migration information
2635  *
2636  * Replace page mapping (CPU page table pte) with a special migration pte entry
2637  * and check again if it has been pinned. Pinned pages are restored because we
2638  * cannot migrate them.
2639  *
2640  * This is the last step before we call the device driver callback to allocate
2641  * destination memory and copy contents of original page over to new page.
2642  */
2643 static void migrate_vma_unmap(struct migrate_vma *migrate)
2644 {
2645         const unsigned long npages = migrate->npages;
2646         const unsigned long start = migrate->start;
2647         unsigned long addr, i, restore = 0;
2648
2649         for (i = 0; i < npages; i++) {
2650                 struct page *page = migrate_pfn_to_page(migrate->src[i]);
2651
2652                 if (!page || !(migrate->src[i] & MIGRATE_PFN_MIGRATE))
2653                         continue;
2654
2655                 if (page_mapped(page)) {
2656                         try_to_migrate(page, 0);
2657                         if (page_mapped(page))
2658                                 goto restore;
2659                 }
2660
2661                 if (migrate_vma_check_page(page))
2662                         continue;
2663
2664 restore:
2665                 migrate->src[i] &= ~MIGRATE_PFN_MIGRATE;
2666                 migrate->cpages--;
2667                 restore++;
2668         }
2669
2670         for (addr = start, i = 0; i < npages && restore; addr += PAGE_SIZE, i++) {
2671                 struct page *page = migrate_pfn_to_page(migrate->src[i]);
2672
2673                 if (!page || (migrate->src[i] & MIGRATE_PFN_MIGRATE))
2674                         continue;
2675
2676                 remove_migration_ptes(page, page, false);
2677
2678                 migrate->src[i] = 0;
2679                 unlock_page(page);
2680                 restore--;
2681
2682                 if (is_zone_device_page(page))
2683                         put_page(page);
2684                 else
2685                         putback_lru_page(page);
2686         }
2687 }
2688
2689 /**
2690  * migrate_vma_setup() - prepare to migrate a range of memory
2691  * @args: contains the vma, start, and pfns arrays for the migration
2692  *
2693  * Returns: negative errno on failures, 0 when 0 or more pages were migrated
2694  * without an error.
2695  *
2696  * Prepare to migrate a range of memory virtual address range by collecting all
2697  * the pages backing each virtual address in the range, saving them inside the
2698  * src array.  Then lock those pages and unmap them. Once the pages are locked
2699  * and unmapped, check whether each page is pinned or not.  Pages that aren't
2700  * pinned have the MIGRATE_PFN_MIGRATE flag set (by this function) in the
2701  * corresponding src array entry.  Then restores any pages that are pinned, by
2702  * remapping and unlocking those pages.
2703  *
2704  * The caller should then allocate destination memory and copy source memory to
2705  * it for all those entries (ie with MIGRATE_PFN_VALID and MIGRATE_PFN_MIGRATE
2706  * flag set).  Once these are allocated and copied, the caller must update each
2707  * corresponding entry in the dst array with the pfn value of the destination
2708  * page and with the MIGRATE_PFN_VALID and MIGRATE_PFN_LOCKED flags set
2709  * (destination pages must have their struct pages locked, via lock_page()).
2710  *
2711  * Note that the caller does not have to migrate all the pages that are marked
2712  * with MIGRATE_PFN_MIGRATE flag in src array unless this is a migration from
2713  * device memory to system memory.  If the caller cannot migrate a device page
2714  * back to system memory, then it must return VM_FAULT_SIGBUS, which has severe
2715  * consequences for the userspace process, so it must be avoided if at all
2716  * possible.
2717  *
2718  * For empty entries inside CPU page table (pte_none() or pmd_none() is true) we
2719  * do set MIGRATE_PFN_MIGRATE flag inside the corresponding source array thus
2720  * allowing the caller to allocate device memory for those unbacked virtual
2721  * addresses.  For this the caller simply has to allocate device memory and
2722  * properly set the destination entry like for regular migration.  Note that
2723  * this can still fail, and thus inside the device driver you must check if the
2724  * migration was successful for those entries after calling migrate_vma_pages(),
2725  * just like for regular migration.
2726  *
2727  * After that, the callers must call migrate_vma_pages() to go over each entry
2728  * in the src array that has the MIGRATE_PFN_VALID and MIGRATE_PFN_MIGRATE flag
2729  * set. If the corresponding entry in dst array has MIGRATE_PFN_VALID flag set,
2730  * then migrate_vma_pages() to migrate struct page information from the source
2731  * struct page to the destination struct page.  If it fails to migrate the
2732  * struct page information, then it clears the MIGRATE_PFN_MIGRATE flag in the
2733  * src array.
2734  *
2735  * At this point all successfully migrated pages have an entry in the src
2736  * array with MIGRATE_PFN_VALID and MIGRATE_PFN_MIGRATE flag set and the dst
2737  * array entry with MIGRATE_PFN_VALID flag set.
2738  *
2739  * Once migrate_vma_pages() returns the caller may inspect which pages were
2740  * successfully migrated, and which were not.  Successfully migrated pages will
2741  * have the MIGRATE_PFN_MIGRATE flag set for their src array entry.
2742  *
2743  * It is safe to update device page table after migrate_vma_pages() because
2744  * both destination and source page are still locked, and the mmap_lock is held
2745  * in read mode (hence no one can unmap the range being migrated).
2746  *
2747  * Once the caller is done cleaning up things and updating its page table (if it
2748  * chose to do so, this is not an obligation) it finally calls
2749  * migrate_vma_finalize() to update the CPU page table to point to new pages
2750  * for successfully migrated pages or otherwise restore the CPU page table to
2751  * point to the original source pages.
2752  */
2753 int migrate_vma_setup(struct migrate_vma *args)
2754 {
2755         long nr_pages = (args->end - args->start) >> PAGE_SHIFT;
2756
2757         args->start &= PAGE_MASK;
2758         args->end &= PAGE_MASK;
2759         if (!args->vma || is_vm_hugetlb_page(args->vma) ||
2760             (args->vma->vm_flags & VM_SPECIAL) || vma_is_dax(args->vma))
2761                 return -EINVAL;
2762         if (nr_pages <= 0)
2763                 return -EINVAL;
2764         if (args->start < args->vma->vm_start ||
2765             args->start >= args->vma->vm_end)
2766                 return -EINVAL;
2767         if (args->end <= args->vma->vm_start || args->end > args->vma->vm_end)
2768                 return -EINVAL;
2769         if (!args->src || !args->dst)
2770                 return -EINVAL;
2771
2772         memset(args->src, 0, sizeof(*args->src) * nr_pages);
2773         args->cpages = 0;
2774         args->npages = 0;
2775
2776         migrate_vma_collect(args);
2777
2778         if (args->cpages)
2779                 migrate_vma_prepare(args);
2780         if (args->cpages)
2781                 migrate_vma_unmap(args);
2782
2783         /*
2784          * At this point pages are locked and unmapped, and thus they have
2785          * stable content and can safely be copied to destination memory that
2786          * is allocated by the drivers.
2787          */
2788         return 0;
2789
2790 }
2791 EXPORT_SYMBOL(migrate_vma_setup);
2792
2793 /*
2794  * This code closely matches the code in:
2795  *   __handle_mm_fault()
2796  *     handle_pte_fault()
2797  *       do_anonymous_page()
2798  * to map in an anonymous zero page but the struct page will be a ZONE_DEVICE
2799  * private page.
2800  */
2801 static void migrate_vma_insert_page(struct migrate_vma *migrate,
2802                                     unsigned long addr,
2803                                     struct page *page,
2804                                     unsigned long *src)
2805 {
2806         struct vm_area_struct *vma = migrate->vma;
2807         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
2808         bool flush = false;
2809         spinlock_t *ptl;
2810         pte_t entry;
2811         pgd_t *pgdp;
2812         p4d_t *p4dp;
2813         pud_t *pudp;
2814         pmd_t *pmdp;
2815         pte_t *ptep;
2816
2817         /* Only allow populating anonymous memory */
2818         if (!vma_is_anonymous(vma))
2819                 goto abort;
2820
2821         pgdp = pgd_offset(mm, addr);
2822         p4dp = p4d_alloc(mm, pgdp, addr);
2823         if (!p4dp)
2824                 goto abort;
2825         pudp = pud_alloc(mm, p4dp, addr);
2826         if (!pudp)
2827                 goto abort;
2828         pmdp = pmd_alloc(mm, pudp, addr);
2829         if (!pmdp)
2830                 goto abort;
2831
2832         if (pmd_trans_huge(*pmdp) || pmd_devmap(*pmdp))
2833                 goto abort;
2834
2835         /*
2836          * Use pte_alloc() instead of pte_alloc_map().  We can't run
2837          * pte_offset_map() on pmds where a huge pmd might be created
2838          * from a different thread.
2839          *
2840          * pte_alloc_map() is safe to use under mmap_write_lock(mm) or when
2841          * parallel threads are excluded by other means.
2842          *
2843          * Here we only have mmap_read_lock(mm).
2844          */
2845         if (pte_alloc(mm, pmdp))
2846                 goto abort;
2847
2848         /* See the comment in pte_alloc_one_map() */
2849         if (unlikely(pmd_trans_unstable(pmdp)))
2850                 goto abort;
2851
2852         if (unlikely(anon_vma_prepare(vma)))
2853                 goto abort;
2854         if (mem_cgroup_charge(page, vma->vm_mm, GFP_KERNEL))
2855                 goto abort;
2856
2857         /*
2858          * The memory barrier inside __SetPageUptodate makes sure that
2859          * preceding stores to the page contents become visible before
2860          * the set_pte_at() write.
2861          */
2862         __SetPageUptodate(page);
2863
2864         if (is_zone_device_page(page)) {
2865                 if (is_device_private_page(page)) {
2866                         swp_entry_t swp_entry;
2867
2868                         if (vma->vm_flags & VM_WRITE)
2869                                 swp_entry = make_writable_device_private_entry(
2870                                                         page_to_pfn(page));
2871                         else
2872                                 swp_entry = make_readable_device_private_entry(
2873                                                         page_to_pfn(page));
2874                         entry = swp_entry_to_pte(swp_entry);
2875                 } else {
2876                         /*
2877                          * For now we only support migrating to un-addressable
2878                          * device memory.
2879                          */
2880                         pr_warn_once("Unsupported ZONE_DEVICE page type.\n");
2881                         goto abort;
2882                 }
2883         } else {
2884                 entry = mk_pte(page, vma->vm_page_prot);
2885                 if (vma->vm_flags & VM_WRITE)
2886                         entry = pte_mkwrite(pte_mkdirty(entry));
2887         }
2888
2889         ptep = pte_offset_map_lock(mm, pmdp, addr, &ptl);
2890
2891         if (check_stable_address_space(mm))
2892                 goto unlock_abort;
2893
2894         if (pte_present(*ptep)) {
2895                 unsigned long pfn = pte_pfn(*ptep);
2896
2897                 if (!is_zero_pfn(pfn))
2898                         goto unlock_abort;
2899                 flush = true;
2900         } else if (!pte_none(*ptep))
2901                 goto unlock_abort;
2902
2903         /*
2904          * Check for userfaultfd but do not deliver the fault. Instead,
2905          * just back off.
2906          */
2907         if (userfaultfd_missing(vma))
2908                 goto unlock_abort;
2909
2910         inc_mm_counter(mm, MM_ANONPAGES);
2911         page_add_new_anon_rmap(page, vma, addr, false);
2912         if (!is_zone_device_page(page))
2913                 lru_cache_add_inactive_or_unevictable(page, vma);
2914         get_page(page);
2915
2916         if (flush) {
2917                 flush_cache_page(vma, addr, pte_pfn(*ptep));
2918                 ptep_clear_flush_notify(vma, addr, ptep);
2919                 set_pte_at_notify(mm, addr, ptep, entry);
2920                 update_mmu_cache(vma, addr, ptep);
2921         } else {
2922                 /* No need to invalidate - it was non-present before */
2923                 set_pte_at(mm, addr, ptep, entry);
2924                 update_mmu_cache(vma, addr, ptep);
2925         }
2926
2927         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
2928         *src = MIGRATE_PFN_MIGRATE;
2929         return;
2930
2931 unlock_abort:
2932         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
2933 abort:
2934         *src &= ~MIGRATE_PFN_MIGRATE;
2935 }
2936
2937 /**
2938  * migrate_vma_pages() - migrate meta-data from src page to dst page
2939  * @migrate: migrate struct containing all migration information
2940  *
2941  * This migrates struct page meta-data from source struct page to destination
2942  * struct page. This effectively finishes the migration from source page to the
2943  * destination page.
2944  */
2945 void migrate_vma_pages(struct migrate_vma *migrate)
2946 {
2947         const unsigned long npages = migrate->npages;
2948         const unsigned long start = migrate->start;
2949         struct mmu_notifier_range range;
2950         unsigned long addr, i;
2951         bool notified = false;
2952
2953         for (i = 0, addr = start; i < npages; addr += PAGE_SIZE, i++) {
2954                 struct page *newpage = migrate_pfn_to_page(migrate->dst[i]);
2955                 struct page *page = migrate_pfn_to_page(migrate->src[i]);
2956                 struct address_space *mapping;
2957                 int r;
2958
2959                 if (!newpage) {
2960                         migrate->src[i] &= ~MIGRATE_PFN_MIGRATE;
2961                         continue;
2962                 }
2963
2964                 if (!page) {
2965                         if (!(migrate->src[i] & MIGRATE_PFN_MIGRATE))
2966                                 continue;
2967                         if (!notified) {
2968                                 notified = true;
2969
2970                                 mmu_notifier_range_init_owner(&range,
2971                                         MMU_NOTIFY_MIGRATE, 0, migrate->vma,
2972                                         migrate->vma->vm_mm, addr, migrate->end,
2973                                         migrate->pgmap_owner);
2974                                 mmu_notifier_invalidate_range_start(&range);
2975                         }
2976                         migrate_vma_insert_page(migrate, addr, newpage,
2977                                                 &migrate->src[i]);
2978                         continue;
2979                 }
2980
2981                 mapping = page_mapping(page);
2982
2983                 if (is_zone_device_page(newpage)) {
2984                         if (is_device_private_page(newpage)) {
2985                                 /*
2986                                  * For now only support private anonymous when
2987                                  * migrating to un-addressable device memory.
2988                                  */
2989                                 if (mapping) {
2990                                         migrate->src[i] &= ~MIGRATE_PFN_MIGRATE;
2991                                         continue;
2992                                 }
2993                         } else {
2994                                 /*
2995                                  * Other types of ZONE_DEVICE page are not
2996                                  * supported.
2997                                  */
2998                                 migrate->src[i] &= ~MIGRATE_PFN_MIGRATE;
2999                                 continue;
3000                         }
3001                 }
3002
3003                 r = migrate_page(mapping, newpage, page, MIGRATE_SYNC_NO_COPY);
3004                 if (r != MIGRATEPAGE_SUCCESS)
3005                         migrate->src[i] &= ~MIGRATE_PFN_MIGRATE;
3006         }
3007
3008         /*
3009          * No need to double call mmu_notifier->invalidate_range() callback as
3010          * the above ptep_clear_flush_notify() inside migrate_vma_insert_page()
3011          * did already call it.
3012          */
3013         if (notified)
3014                 mmu_notifier_invalidate_range_only_end(&range);
3015 }
3016 EXPORT_SYMBOL(migrate_vma_pages);
3017
3018 /**
3019  * migrate_vma_finalize() - restore CPU page table entry
3020  * @migrate: migrate struct containing all migration information
3021  *
3022  * This replaces the special migration pte entry with either a mapping to the
3023  * new page if migration was successful for that page, or to the original page
3024  * otherwise.
3025  *
3026  * This also unlocks the pages and puts them back on the lru, or drops the extra
3027  * refcount, for device pages.
3028  */
3029 void migrate_vma_finalize(struct migrate_vma *migrate)
3030 {
3031         const unsigned long npages = migrate->npages;
3032         unsigned long i;
3033
3034         for (i = 0; i < npages; i++) {
3035                 struct page *newpage = migrate_pfn_to_page(migrate->dst[i]);
3036                 struct page *page = migrate_pfn_to_page(migrate->src[i]);
3037
3038                 if (!page) {
3039                         if (newpage) {
3040                                 unlock_page(newpage);
3041                                 put_page(newpage);
3042                         }
3043                         continue;
3044                 }
3045
3046                 if (!(migrate->src[i] & MIGRATE_PFN_MIGRATE) || !newpage) {
3047                         if (newpage) {
3048                                 unlock_page(newpage);
3049                                 put_page(newpage);
3050                         }
3051                         newpage = page;
3052                 }
3053
3054                 remove_migration_ptes(page, newpage, false);
3055                 unlock_page(page);
3056
3057                 if (is_zone_device_page(page))
3058                         put_page(page);
3059                 else
3060                         putback_lru_page(page);
3061
3062                 if (newpage != page) {
3063                         unlock_page(newpage);
3064                         if (is_zone_device_page(newpage))
3065                                 put_page(newpage);
3066                         else
3067                                 putback_lru_page(newpage);
3068                 }
3069         }
3070 }
3071 EXPORT_SYMBOL(migrate_vma_finalize);
3072 #endif /* CONFIG_DEVICE_PRIVATE */
3073
3074 #if defined(CONFIG_HOTPLUG_CPU)
3075 /* Disable reclaim-based migration. */
3076 static void __disable_all_migrate_targets(void)
3077 {
3078         int node;
3079
3080         for_each_online_node(node)
3081                 node_demotion[node] = NUMA_NO_NODE;
3082 }
3083
3084 static void disable_all_migrate_targets(void)
3085 {
3086         __disable_all_migrate_targets();
3087
3088         /*
3089          * Ensure that the "disable" is visible across the system.
3090          * Readers will see either a combination of before+disable
3091          * state or disable+after.  They will never see before and
3092          * after state together.
3093          *
3094          * The before+after state together might have cycles and
3095          * could cause readers to do things like loop until this
3096          * function finishes.  This ensures they can only see a
3097          * single "bad" read and would, for instance, only loop
3098          * once.
3099          */
3100         synchronize_rcu();
3101 }
3102
3103 /*
3104  * Find an automatic demotion target for 'node'.
3105  * Failing here is OK.  It might just indicate
3106  * being at the end of a chain.
3107  */
3108 static int establish_migrate_target(int node, nodemask_t *used)
3109 {
3110         int migration_target;
3111
3112         /*
3113          * Can not set a migration target on a
3114          * node with it already set.
3115          *
3116          * No need for READ_ONCE() here since this
3117          * in the write path for node_demotion[].
3118          * This should be the only thread writing.
3119          */
3120         if (node_demotion[node] != NUMA_NO_NODE)
3121                 return NUMA_NO_NODE;
3122
3123         migration_target = find_next_best_node(node, used);
3124         if (migration_target == NUMA_NO_NODE)
3125                 return NUMA_NO_NODE;
3126
3127         node_demotion[node] = migration_target;
3128
3129         return migration_target;
3130 }
3131
3132 /*
3133  * When memory fills up on a node, memory contents can be
3134  * automatically migrated to another node instead of
3135  * discarded at reclaim.
3136  *
3137  * Establish a "migration path" which will start at nodes
3138  * with CPUs and will follow the priorities used to build the
3139  * page allocator zonelists.
3140  *
3141  * The difference here is that cycles must be avoided.  If
3142  * node0 migrates to node1, then neither node1, nor anything
3143  * node1 migrates to can migrate to node0.
3144  *
3145  * This function can run simultaneously with readers of
3146  * node_demotion[].  However, it can not run simultaneously
3147  * with itself.  Exclusion is provided by memory hotplug events
3148  * being single-threaded.
3149  */
3150 static void __set_migration_target_nodes(void)
3151 {
3152         nodemask_t next_pass    = NODE_MASK_NONE;
3153         nodemask_t this_pass    = NODE_MASK_NONE;
3154         nodemask_t used_targets = NODE_MASK_NONE;
3155         int node;
3156
3157         /*
3158          * Avoid any oddities like cycles that could occur
3159          * from changes in the topology.  This will leave
3160          * a momentary gap when migration is disabled.
3161          */
3162         disable_all_migrate_targets();
3163
3164         /*
3165          * Allocations go close to CPUs, first.  Assume that
3166          * the migration path starts at the nodes with CPUs.
3167          */
3168         next_pass = node_states[N_CPU];
3169 again:
3170         this_pass = next_pass;
3171         next_pass = NODE_MASK_NONE;
3172         /*
3173          * To avoid cycles in the migration "graph", ensure
3174          * that migration sources are not future targets by
3175          * setting them in 'used_targets'.  Do this only
3176          * once per pass so that multiple source nodes can
3177          * share a target node.
3178          *
3179          * 'used_targets' will become unavailable in future
3180          * passes.  This limits some opportunities for
3181          * multiple source nodes to share a destination.
3182          */
3183         nodes_or(used_targets, used_targets, this_pass);
3184         for_each_node_mask(node, this_pass) {
3185                 int target_node = establish_migrate_target(node, &used_targets);
3186
3187                 if (target_node == NUMA_NO_NODE)
3188                         continue;
3189
3190                 /*
3191                  * Visit targets from this pass in the next pass.
3192                  * Eventually, every node will have been part of
3193                  * a pass, and will become set in 'used_targets'.
3194                  */
3195                 node_set(target_node, next_pass);
3196         }
3197         /*
3198          * 'next_pass' contains nodes which became migration
3199          * targets in this pass.  Make additional passes until
3200          * no more migrations targets are available.
3201          */
3202         if (!nodes_empty(next_pass))
3203                 goto again;
3204 }
3205
3206 /*
3207  * For callers that do not hold get_online_mems() already.
3208  */
3209 static void set_migration_target_nodes(void)
3210 {
3211         get_online_mems();
3212         __set_migration_target_nodes();
3213         put_online_mems();
3214 }
3215
3216 /*
3217  * This leaves migrate-on-reclaim transiently disabled between
3218  * the MEM_GOING_OFFLINE and MEM_OFFLINE events.  This runs
3219  * whether reclaim-based migration is enabled or not, which
3220  * ensures that the user can turn reclaim-based migration at
3221  * any time without needing to recalculate migration targets.
3222  *
3223  * These callbacks already hold get_online_mems().  That is why
3224  * __set_migration_target_nodes() can be used as opposed to
3225  * set_migration_target_nodes().
3226  */
3227 static int __meminit migrate_on_reclaim_callback(struct notifier_block *self,
3228                                                  unsigned long action, void *_arg)
3229 {
3230         struct memory_notify *arg = _arg;
3231
3232         /*
3233          * Only update the node migration order when a node is
3234          * changing status, like online->offline.  This avoids
3235          * the overhead of synchronize_rcu() in most cases.
3236          */
3237         if (arg->status_change_nid < 0)
3238                 return notifier_from_errno(0);
3239
3240         switch (action) {
3241         case MEM_GOING_OFFLINE:
3242                 /*
3243                  * Make sure there are not transient states where
3244                  * an offline node is a migration target.  This
3245                  * will leave migration disabled until the offline
3246                  * completes and the MEM_OFFLINE case below runs.
3247                  */
3248                 disable_all_migrate_targets();
3249                 break;
3250         case MEM_OFFLINE:
3251         case MEM_ONLINE:
3252                 /*
3253                  * Recalculate the target nodes once the node
3254                  * reaches its final state (online or offline).
3255                  */
3256                 __set_migration_target_nodes();
3257                 break;
3258         case MEM_CANCEL_OFFLINE:
3259                 /*
3260                  * MEM_GOING_OFFLINE disabled all the migration
3261                  * targets.  Reenable them.
3262                  */
3263                 __set_migration_target_nodes();
3264                 break;
3265         case MEM_GOING_ONLINE:
3266         case MEM_CANCEL_ONLINE:
3267                 break;
3268         }
3269
3270         return notifier_from_errno(0);
3271 }
3272
3273 /*
3274  * React to hotplug events that might affect the migration targets
3275  * like events that online or offline NUMA nodes.
3276  *
3277  * The ordering is also currently dependent on which nodes have
3278  * CPUs.  That means we need CPU on/offline notification too.
3279  */
3280 static int migration_online_cpu(unsigned int cpu)
3281 {
3282         set_migration_target_nodes();
3283         return 0;
3284 }
3285
3286 static int migration_offline_cpu(unsigned int cpu)
3287 {
3288         set_migration_target_nodes();
3289         return 0;
3290 }
3291
3292 static int __init migrate_on_reclaim_init(void)
3293 {
3294         int ret;
3295
3296         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_MM_DEMOTION_DEAD, "mm/demotion:offline",
3297                                         NULL, migration_offline_cpu);
3298         /*
3299          * In the unlikely case that this fails, the automatic
3300          * migration targets may become suboptimal for nodes
3301          * where N_CPU changes.  With such a small impact in a
3302          * rare case, do not bother trying to do anything special.
3303          */
3304         WARN_ON(ret < 0);
3305         ret = cpuhp_setup_state(CPUHP_AP_MM_DEMOTION_ONLINE, "mm/demotion:online",
3306                                 migration_online_cpu, NULL);
3307         WARN_ON(ret < 0);
3308
3309         hotplug_memory_notifier(migrate_on_reclaim_callback, 100);
3310         return 0;
3311 }
3312 late_initcall(migrate_on_reclaim_init);
3313 #endif /* CONFIG_HOTPLUG_CPU */