mm/page_ext.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 #include <linux/mm.h>
   3 #include <linux/mmzone.h>
   4 #include <linux/memblock.h>
   5 #include <linux/page_ext.h>
   6 #include <linux/memory.h>
   7 #include <linux/vmalloc.h>
   8 #include <linux/kmemleak.h>
   9 #include <linux/page_owner.h>
  10 #include <linux/page_idle.h>
  11
  12 /*
  13  * struct page extension
  14  *
  15  * This is the feature to manage memory for extended data per page.
  16  *
  17  * Until now, we must modify struct page itself to store extra data per page.
  18  * This requires rebuilding the kernel and it is really time consuming process.
  19  * And, sometimes, rebuild is impossible due to third party module dependency.
  20  * At last, enlarging struct page could cause un-wanted system behaviour change.
  21  *
  22  * This feature is intended to overcome above mentioned problems. This feature
  23  * allocates memory for extended data per page in certain place rather than
  24  * the struct page itself. This memory can be accessed by the accessor
  25  * functions provided by this code. During the boot process, it checks whether
  26  * allocation of huge chunk of memory is needed or not. If not, it avoids
  27  * allocating memory at all. With this advantage, we can include this feature
  28  * into the kernel in default and can avoid rebuild and solve related problems.
  29  *
  30  * To help these things to work well, there are two callbacks for clients. One
  31  * is the need callback which is mandatory if user wants to avoid useless
  32  * memory allocation at boot-time. The other is optional, init callback, which
  33  * is used to do proper initialization after memory is allocated.
  34  *
  35  * The need callback is used to decide whether extended memory allocation is
  36  * needed or not. Sometimes users want to deactivate some features in this
  37  * boot and extra memory would be unnecessary. In this case, to avoid
  38  * allocating huge chunk of memory, each clients represent their need of
  39  * extra memory through the need callback. If one of the need callbacks
  40  * returns true, it means that someone needs extra memory so that
  41  * page extension core should allocates memory for page extension. If
  42  * none of need callbacks return true, memory isn't needed at all in this boot
  43  * and page extension core can skip to allocate memory. As result,
  44  * none of memory is wasted.
  45  *
  46  * When need callback returns true, page_ext checks if there is a request for
  47  * extra memory through size in struct page_ext_operations. If it is non-zero,
  48  * extra space is allocated for each page_ext entry and offset is returned to
  49  * user through offset in struct page_ext_operations.
  50  *
  51  * The init callback is used to do proper initialization after page extension
  52  * is completely initialized. In sparse memory system, extra memory is
  53  * allocated some time later than memmap is allocated. In other words, lifetime
  54  * of memory for page extension isn't same with memmap for struct page.
  55  * Therefore, clients can't store extra data until page extension is
  56  * initialized, even if pages are allocated and used freely. This could
  57  * cause inadequate state of extra data per page, so, to prevent it, client
  58  * can utilize this callback to initialize the state of it correctly.
  59  */
  60
  61 static struct page_ext_operations *page_ext_ops[] = {
  62 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
  63         &page_owner_ops,
  64 #endif
  65 #if defined(CONFIG_IDLE_PAGE_TRACKING) && !defined(CONFIG_64BIT)
  66         &page_idle_ops,
  67 #endif
  68 };
  69
  70 unsigned long page_ext_size = sizeof(struct page_ext);
  71
  72 static unsigned long total_usage;
  73
  74 static bool __init invoke_need_callbacks(void)
  75 {
  76         int i;
  77         int entries = ARRAY_SIZE(page_ext_ops);
  78         bool need = false;
  79
  80         for (i = 0; i < entries; i++) {
  81                 if (page_ext_ops[i]->need && page_ext_ops[i]->need()) {
  82                         page_ext_ops[i]->offset = page_ext_size;
  83                         page_ext_size += page_ext_ops[i]->size;
  84                         need = true;
  85                 }
  86         }
  87
  88         return need;
  89 }
  90
  91 static void __init invoke_init_callbacks(void)
  92 {
  93         int i;
  94         int entries = ARRAY_SIZE(page_ext_ops);
  95
  96         for (i = 0; i < entries; i++) {
  97                 if (page_ext_ops[i]->init)
  98                         page_ext_ops[i]->init();
  99         }
 100 }
 101
 102 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
 103 void __init page_ext_init_flatmem_late(void)
 104 {
 105         invoke_init_callbacks();
 106 }
 107 #endif
 108
 109 static inline struct page_ext *get_entry(void *base, unsigned long index)
 110 {
 111         return base + page_ext_size * index;
 112 }
 113
 114 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
 115
 116
 117 void __meminit pgdat_page_ext_init(struct pglist_data *pgdat)
 118 {
 119         pgdat->node_page_ext = NULL;
 120 }
 121
 122 struct page_ext *lookup_page_ext(const struct page *page)
 123 {
 124         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
 125         unsigned long index;
 126         struct page_ext *base;
 127
 128         base = NODE_DATA(page_to_nid(page))->node_page_ext;
 129         /*
 130          * The sanity checks the page allocator does upon freeing a
 131          * page can reach here before the page_ext arrays are
 132          * allocated when feeding a range of pages to the allocator
 133          * for the first time during bootup or memory hotplug.
 134          */
 135         if (unlikely(!base))
 136                 return NULL;
 137         index = pfn - round_down(node_start_pfn(page_to_nid(page)),
 138                                         MAX_ORDER_NR_PAGES);
 139         return get_entry(base, index);
 140 }
 141
 142 static int __init alloc_node_page_ext(int nid)
 143 {
 144         struct page_ext *base;
 145         unsigned long table_size;
 146         unsigned long nr_pages;
 147
 148         nr_pages = NODE_DATA(nid)->node_spanned_pages;
 149         if (!nr_pages)
 150                 return 0;
 151
 152         /*
 153          * Need extra space if node range is not aligned with
 154          * MAX_ORDER_NR_PAGES. When page allocator's buddy algorithm
 155          * checks buddy's status, range could be out of exact node range.
 156          */
 157         if (!IS_ALIGNED(node_start_pfn(nid), MAX_ORDER_NR_PAGES) ||
 158                 !IS_ALIGNED(node_end_pfn(nid), MAX_ORDER_NR_PAGES))
 159                 nr_pages += MAX_ORDER_NR_PAGES;
 160
 161         table_size = page_ext_size * nr_pages;
 162
 163         base = memblock_alloc_try_nid(
 164                         table_size, PAGE_SIZE, __pa(MAX_DMA_ADDRESS),
 165                         MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE, nid);
 166         if (!base)
 167                 return -ENOMEM;
 168         NODE_DATA(nid)->node_page_ext = base;
 169         total_usage += table_size;
 170         return 0;
 171 }
 172
 173 void __init page_ext_init_flatmem(void)
 174 {
 175
 176         int nid, fail;
 177
 178         if (!invoke_need_callbacks())
 179                 return;
 180
 181         for_each_online_node(nid)  {
 182                 fail = alloc_node_page_ext(nid);
 183                 if (fail)
 184                         goto fail;
 185         }
 186         pr_info("allocated %ld bytes of page_ext\n", total_usage);
 187         return;
 188
 189 fail:
 190         pr_crit("allocation of page_ext failed.\n");
 191         panic("Out of memory");
 192 }
 193
 194 #else /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
 195
 196 struct page_ext *lookup_page_ext(const struct page *page)
 197 {
 198         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
 199         struct mem_section *section = __pfn_to_section(pfn);
 200         /*
 201          * The sanity checks the page allocator does upon freeing a
 202          * page can reach here before the page_ext arrays are
 203          * allocated when feeding a range of pages to the allocator
 204          * for the first time during bootup or memory hotplug.
 205          */
 206         if (!section->page_ext)
 207                 return NULL;
 208         return get_entry(section->page_ext, pfn);
 209 }
 210
 211 static void *__meminit alloc_page_ext(size_t size, int nid)
 212 {
 213         gfp_t flags = GFP_KERNEL | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN;
 214         void *addr = NULL;
 215
 216         addr = alloc_pages_exact_nid(nid, size, flags);
 217         if (addr) {
 218                 kmemleak_alloc(addr, size, 1, flags);
 219                 return addr;
 220         }
 221
 222         addr = vzalloc_node(size, nid);
 223
 224         return addr;
 225 }
 226
 227 static int __meminit init_section_page_ext(unsigned long pfn, int nid)
 228 {
 229         struct mem_section *section;
 230         struct page_ext *base;
 231         unsigned long table_size;
 232
 233         section = __pfn_to_section(pfn);
 234
 235         if (section->page_ext)
 236                 return 0;
 237
 238         table_size = page_ext_size * PAGES_PER_SECTION;
 239         base = alloc_page_ext(table_size, nid);
 240
 241         /*
 242          * The value stored in section->page_ext is (base - pfn)
 243          * and it does not point to the memory block allocated above,
 244          * causing kmemleak false positives.
 245          */
 246         kmemleak_not_leak(base);
 247
 248         if (!base) {
 249                 pr_err("page ext allocation failure\n");
 250                 return -ENOMEM;
 251         }
 252
 253         /*
 254          * The passed "pfn" may not be aligned to SECTION.  For the calculation
 255          * we need to apply a mask.
 256          */
 257         pfn &= PAGE_SECTION_MASK;
 258         section->page_ext = (void *)base - page_ext_size * pfn;
 259         total_usage += table_size;
 260         return 0;
 261 }
 262 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
 263 static void free_page_ext(void *addr)
 264 {
 265         if (is_vmalloc_addr(addr)) {
 266                 vfree(addr);
 267         } else {
 268                 struct page *page = virt_to_page(addr);
 269                 size_t table_size;
 270
 271                 table_size = page_ext_size * PAGES_PER_SECTION;
 272
 273                 BUG_ON(PageReserved(page));
 274                 kmemleak_free(addr);
 275                 free_pages_exact(addr, table_size);
 276         }
 277 }
 278
 279 static void __free_page_ext(unsigned long pfn)
 280 {
 281         struct mem_section *ms;
 282         struct page_ext *base;
 283
 284         ms = __pfn_to_section(pfn);
 285         if (!ms || !ms->page_ext)
 286                 return;
 287         base = get_entry(ms->page_ext, pfn);
 288         free_page_ext(base);
 289         ms->page_ext = NULL;
 290 }
 291
 292 static int __meminit online_page_ext(unsigned long start_pfn,
 293                                 unsigned long nr_pages,
 294                                 int nid)
 295 {
 296         unsigned long start, end, pfn;
 297         int fail = 0;
 298
 299         start = SECTION_ALIGN_DOWN(start_pfn);
 300         end = SECTION_ALIGN_UP(start_pfn + nr_pages);
 301
 302         if (nid == NUMA_NO_NODE) {
 303                 /*
 304                  * In this case, "nid" already exists and contains valid memory.
 305                  * "start_pfn" passed to us is a pfn which is an arg for
 306                  * online__pages(), and start_pfn should exist.
 307                  */
 308                 nid = pfn_to_nid(start_pfn);
 309                 VM_BUG_ON(!node_state(nid, N_ONLINE));
 310         }
 311
 312         for (pfn = start; !fail && pfn < end; pfn += PAGES_PER_SECTION)
 313                 fail = init_section_page_ext(pfn, nid);
 314         if (!fail)
 315                 return 0;
 316
 317         /* rollback */
 318         for (pfn = start; pfn < end; pfn += PAGES_PER_SECTION)
 319                 __free_page_ext(pfn);
 320
 321         return -ENOMEM;
 322 }
 323
 324 static int __meminit offline_page_ext(unsigned long start_pfn,
 325                                 unsigned long nr_pages, int nid)
 326 {
 327         unsigned long start, end, pfn;
 328
 329         start = SECTION_ALIGN_DOWN(start_pfn);
 330         end = SECTION_ALIGN_UP(start_pfn + nr_pages);
 331
 332         for (pfn = start; pfn < end; pfn += PAGES_PER_SECTION)
 333                 __free_page_ext(pfn);
 334         return 0;
 335
 336 }
 337
 338 static int __meminit page_ext_callback(struct notifier_block *self,
 339                                unsigned long action, void *arg)
 340 {
 341         struct memory_notify *mn = arg;
 342         int ret = 0;
 343
 344         switch (action) {
 345         case MEM_GOING_ONLINE:
 346                 ret = online_page_ext(mn->start_pfn,
 347                                    mn->nr_pages, mn->status_change_nid);
 348                 break;
 349         case MEM_OFFLINE:
 350                 offline_page_ext(mn->start_pfn,
 351                                 mn->nr_pages, mn->status_change_nid);
 352                 break;
 353         case MEM_CANCEL_ONLINE:
 354                 offline_page_ext(mn->start_pfn,
 355                                 mn->nr_pages, mn->status_change_nid);
 356                 break;
 357         case MEM_GOING_OFFLINE:
 358                 break;
 359         case MEM_ONLINE:
 360         case MEM_CANCEL_OFFLINE:
 361                 break;
 362         }
 363
 364         return notifier_from_errno(ret);
 365 }
 366
 367 #endif
 368
 369 void __init page_ext_init(void)
 370 {
 371         unsigned long pfn;
 372         int nid;
 373
 374         if (!invoke_need_callbacks())
 375                 return;
 376
 377         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
 378                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
 379
 380                 start_pfn = node_start_pfn(nid);
 381                 end_pfn = node_end_pfn(nid);
 382                 /*
 383                  * start_pfn and end_pfn may not be aligned to SECTION and the
 384                  * page->flags of out of node pages are not initialized.  So we
 385                  * scan [start_pfn, the biggest section's pfn < end_pfn) here.
 386                  */
 387                 for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn;
 388                         pfn = ALIGN(pfn + 1, PAGES_PER_SECTION)) {
 389
 390                         if (!pfn_valid(pfn))
 391                                 continue;
 392                         /*
 393                          * Nodes's pfns can be overlapping.
 394                          * We know some arch can have a nodes layout such as
 395                          * -------------pfn-------------->
 396                          * N0 | N1 | N2 | N0 | N1 | N2|....
 397                          */
 398                         if (pfn_to_nid(pfn) != nid)
 399                                 continue;
 400                         if (init_section_page_ext(pfn, nid))
 401                                 goto oom;
 402                         cond_resched();
 403                 }
 404         }
 405         hotplug_memory_notifier(page_ext_callback, 0);
 406         pr_info("allocated %ld bytes of page_ext\n", total_usage);
 407         invoke_init_callbacks();
 408         return;
 409
 410 oom:
 411         panic("Out of memory");
 412 }
 413
 414 void __meminit pgdat_page_ext_init(struct pglist_data *pgdat)
 415 {
 416 }
 417
 418 #endif