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 };
  55
  56 static unsigned long total_usage;
  57
  58 static bool __init invoke_need_callbacks(void)
  59 {
  60         int i;
  61         int entries = ARRAY_SIZE(page_ext_ops);
  62
  63         for (i = 0; i < entries; i++) {
  64                 if (page_ext_ops[i]->need && page_ext_ops[i]->need())
  65                         return true;
  66         }
  67
  68         return false;
  69 }
  70
  71 static void __init invoke_init_callbacks(void)
  72 {
  73         int i;
  74         int entries = ARRAY_SIZE(page_ext_ops);
  75
  76         for (i = 0; i < entries; i++) {
  77                 if (page_ext_ops[i]->init)
  78                         page_ext_ops[i]->init();
  79         }
  80 }
  81
  82 #if !defined(CONFIG_SPARSEMEM)
  83
  84
  85 void __meminit pgdat_page_ext_init(struct pglist_data *pgdat)
  86 {
  87         pgdat->node_page_ext = NULL;
  88 }
  89
  90 struct page_ext *lookup_page_ext(struct page *page)
  91 {
  92         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
  93         unsigned long offset;
  94         struct page_ext *base;
  95
  96         base = NODE_DATA(page_to_nid(page))->node_page_ext;
  97 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
  98         /*
  99          * The sanity checks the page allocator does upon freeing a
 100          * page can reach here before the page_ext arrays are
 101          * allocated when feeding a range of pages to the allocator
 102          * for the first time during bootup or memory hotplug.
 103          */
 104         if (unlikely(!base))
 105                 return NULL;
 106 #endif
 107         offset = pfn - round_down(node_start_pfn(page_to_nid(page)),
 108                                         MAX_ORDER_NR_PAGES);
 109         return base + offset;
 110 }
 111
 112 static int __init alloc_node_page_ext(int nid)
 113 {
 114         struct page_ext *base;
 115         unsigned long table_size;
 116         unsigned long nr_pages;
 117
 118         nr_pages = NODE_DATA(nid)->node_spanned_pages;
 119         if (!nr_pages)
 120                 return 0;
 121
 122         /*
 123          * Need extra space if node range is not aligned with
 124          * MAX_ORDER_NR_PAGES. When page allocator's buddy algorithm
 125          * checks buddy's status, range could be out of exact node range.
 126          */
 127         if (!IS_ALIGNED(node_start_pfn(nid), MAX_ORDER_NR_PAGES) ||
 128                 !IS_ALIGNED(node_end_pfn(nid), MAX_ORDER_NR_PAGES))
 129                 nr_pages += MAX_ORDER_NR_PAGES;
 130
 131         table_size = sizeof(struct page_ext) * nr_pages;
 132
 133         base = memblock_virt_alloc_try_nid_nopanic(
 134                         table_size, PAGE_SIZE, __pa(MAX_DMA_ADDRESS),
 135                         BOOTMEM_ALLOC_ACCESSIBLE, nid);
 136         if (!base)
 137                 return -ENOMEM;
 138         NODE_DATA(nid)->node_page_ext = base;
 139         total_usage += table_size;
 140         return 0;
 141 }
 142
 143 void __init page_ext_init_flatmem(void)
 144 {
 145
 146         int nid, fail;
 147
 148         if (!invoke_need_callbacks())
 149                 return;
 150
 151         for_each_online_node(nid)  {
 152                 fail = alloc_node_page_ext(nid);
 153                 if (fail)
 154                         goto fail;
 155         }
 156         pr_info("allocated %ld bytes of page_ext\n", total_usage);
 157         invoke_init_callbacks();
 158         return;
 159
 160 fail:
 161         pr_crit("allocation of page_ext failed.\n");
 162         panic("Out of memory");
 163 }
 164
 165 #else /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
 166
 167 struct page_ext *lookup_page_ext(struct page *page)
 168 {
 169         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
 170         struct mem_section *section = __pfn_to_section(pfn);
 171 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
 172         /*
 173          * The sanity checks the page allocator does upon freeing a
 174          * page can reach here before the page_ext arrays are
 175          * allocated when feeding a range of pages to the allocator
 176          * for the first time during bootup or memory hotplug.
 177          */
 178         if (!section->page_ext)
 179                 return NULL;
 180 #endif
 181         return section->page_ext + pfn;
 182 }
 183
 184 static void *__meminit alloc_page_ext(size_t size, int nid)
 185 {
 186         gfp_t flags = GFP_KERNEL | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN;
 187         void *addr = NULL;
 188
 189         addr = alloc_pages_exact_nid(nid, size, flags);
 190         if (addr) {
 191                 kmemleak_alloc(addr, size, 1, flags);
 192                 return addr;
 193         }
 194
 195         if (node_state(nid, N_HIGH_MEMORY))
 196                 addr = vzalloc_node(size, nid);
 197         else
 198                 addr = vzalloc(size);
 199
 200         return addr;
 201 }
 202
 203 static int __meminit init_section_page_ext(unsigned long pfn, int nid)
 204 {
 205         struct mem_section *section;
 206         struct page_ext *base;
 207         unsigned long table_size;
 208
 209         section = __pfn_to_section(pfn);
 210
 211         if (section->page_ext)
 212                 return 0;
 213
 214         table_size = sizeof(struct page_ext) * PAGES_PER_SECTION;
 215         base = alloc_page_ext(table_size, nid);
 216
 217         /*
 218          * The value stored in section->page_ext is (base - pfn)
 219          * and it does not point to the memory block allocated above,
 220          * causing kmemleak false positives.
 221          */
 222         kmemleak_not_leak(base);
 223
 224         if (!base) {
 225                 pr_err("page ext allocation failure\n");
 226                 return -ENOMEM;
 227         }
 228
 229         /*
 230          * The passed "pfn" may not be aligned to SECTION.  For the calculation
 231          * we need to apply a mask.
 232          */
 233         pfn &= PAGE_SECTION_MASK;
 234         section->page_ext = base - pfn;
 235         total_usage += table_size;
 236         return 0;
 237 }
 238 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
 239 static void free_page_ext(void *addr)
 240 {
 241         if (is_vmalloc_addr(addr)) {
 242                 vfree(addr);
 243         } else {
 244                 struct page *page = virt_to_page(addr);
 245                 size_t table_size;
 246
 247                 table_size = sizeof(struct page_ext) * PAGES_PER_SECTION;
 248
 249                 BUG_ON(PageReserved(page));
 250                 free_pages_exact(addr, table_size);
 251         }
 252 }
 253
 254 static void __free_page_ext(unsigned long pfn)
 255 {
 256         struct mem_section *ms;
 257         struct page_ext *base;
 258
 259         ms = __pfn_to_section(pfn);
 260         if (!ms || !ms->page_ext)
 261                 return;
 262         base = ms->page_ext + pfn;
 263         free_page_ext(base);
 264         ms->page_ext = NULL;
 265 }
 266
 267 static int __meminit online_page_ext(unsigned long start_pfn,
 268                                 unsigned long nr_pages,
 269                                 int nid)
 270 {
 271         unsigned long start, end, pfn;
 272         int fail = 0;
 273
 274         start = SECTION_ALIGN_DOWN(start_pfn);
 275         end = SECTION_ALIGN_UP(start_pfn + nr_pages);
 276
 277         if (nid == -1) {
 278                 /*
 279                  * In this case, "nid" already exists and contains valid memory.
 280                  * "start_pfn" passed to us is a pfn which is an arg for
 281                  * online__pages(), and start_pfn should exist.
 282                  */
 283                 nid = pfn_to_nid(start_pfn);
 284                 VM_BUG_ON(!node_state(nid, N_ONLINE));
 285         }
 286
 287         for (pfn = start; !fail && pfn < end; pfn += PAGES_PER_SECTION) {
 288                 if (!pfn_present(pfn))
 289                         continue;
 290                 fail = init_section_page_ext(pfn, nid);
 291         }
 292         if (!fail)
 293                 return 0;
 294
 295         /* rollback */
 296         for (pfn = start; pfn < end; pfn += PAGES_PER_SECTION)
 297                 __free_page_ext(pfn);
 298
 299         return -ENOMEM;
 300 }
 301
 302 static int __meminit offline_page_ext(unsigned long start_pfn,
 303                                 unsigned long nr_pages, int nid)
 304 {
 305         unsigned long start, end, pfn;
 306
 307         start = SECTION_ALIGN_DOWN(start_pfn);
 308         end = SECTION_ALIGN_UP(start_pfn + nr_pages);
 309
 310         for (pfn = start; pfn < end; pfn += PAGES_PER_SECTION)
 311                 __free_page_ext(pfn);
 312         return 0;
 313
 314 }
 315
 316 static int __meminit page_ext_callback(struct notifier_block *self,
 317                                unsigned long action, void *arg)
 318 {
 319         struct memory_notify *mn = arg;
 320         int ret = 0;
 321
 322         switch (action) {
 323         case MEM_GOING_ONLINE:
 324                 ret = online_page_ext(mn->start_pfn,
 325                                    mn->nr_pages, mn->status_change_nid);
 326                 break;
 327         case MEM_OFFLINE:
 328                 offline_page_ext(mn->start_pfn,
 329                                 mn->nr_pages, mn->status_change_nid);
 330                 break;
 331         case MEM_CANCEL_ONLINE:
 332                 offline_page_ext(mn->start_pfn,
 333                                 mn->nr_pages, mn->status_change_nid);
 334                 break;
 335         case MEM_GOING_OFFLINE:
 336                 break;
 337         case MEM_ONLINE:
 338         case MEM_CANCEL_OFFLINE:
 339                 break;
 340         }
 341
 342         return notifier_from_errno(ret);
 343 }
 344
 345 #endif
 346
 347 void __init page_ext_init(void)
 348 {
 349         unsigned long pfn;
 350         int nid;
 351
 352         if (!invoke_need_callbacks())
 353                 return;
 354
 355         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
 356                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
 357
 358                 start_pfn = node_start_pfn(nid);
 359                 end_pfn = node_end_pfn(nid);
 360                 /*
 361                  * start_pfn and end_pfn may not be aligned to SECTION and the
 362                  * page->flags of out of node pages are not initialized.  So we
 363                  * scan [start_pfn, the biggest section's pfn < end_pfn) here.
 364                  */
 365                 for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn;
 366                         pfn = ALIGN(pfn + 1, PAGES_PER_SECTION)) {
 367
 368                         if (!pfn_valid(pfn))
 369                                 continue;
 370                         /*
 371                          * Nodes's pfns can be overlapping.
 372                          * We know some arch can have a nodes layout such as
 373                          * -------------pfn-------------->
 374                          * N0 | N1 | N2 | N0 | N1 | N2|....
 375                          */
 376                         if (pfn_to_nid(pfn) != nid)
 377                                 continue;
 378                         if (init_section_page_ext(pfn, nid))
 379                                 goto oom;
 380                 }
 381         }
 382         hotplug_memory_notifier(page_ext_callback, 0);
 383         pr_info("allocated %ld bytes of page_ext\n", total_usage);
 384         invoke_init_callbacks();
 385         return;
 386
 387 oom:
 388         panic("Out of memory");
 389 }
 390
 391 void __meminit pgdat_page_ext_init(struct pglist_data *pgdat)
 392 {
 393 }
 394
 395 #endif