mm/page_ext.c

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