mm/page_isolation.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * linux/mm/page_isolation.c
   4  */
   5
   6 #include <linux/mm.h>
   7 #include <linux/page-isolation.h>
   8 #include <linux/pageblock-flags.h>
   9 #include <linux/memory.h>
  10 #include <linux/hugetlb.h>
  11 #include <linux/page_owner.h>
  12 #include <linux/migrate.h>
  13 #include "internal.h"
  14
  15 #define CREATE_TRACE_POINTS
  16 #include <trace/events/page_isolation.h>
  17
  18 static int set_migratetype_isolate(struct page *page, int migratetype, int isol_flags)
  19 {
  20         struct zone *zone = page_zone(page);
  21         struct page *unmovable;
  22         unsigned long flags;
  23
  24         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
  25
  26         /*
  27          * We assume the caller intended to SET migrate type to isolate.
  28          * If it is already set, then someone else must have raced and
  29          * set it before us.
  30          */
  31         if (is_migrate_isolate_page(page)) {
  32                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
  33                 return -EBUSY;
  34         }
  35
  36         /*
  37          * FIXME: Now, memory hotplug doesn't call shrink_slab() by itself.
  38          * We just check MOVABLE pages.
  39          */
  40         unmovable = has_unmovable_pages(zone, page, migratetype, isol_flags);
  41         if (!unmovable) {
  42                 unsigned long nr_pages;
  43                 int mt = get_pageblock_migratetype(page);
  44
  45                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_ISOLATE);
  46                 zone->nr_isolate_pageblock++;
  47                 nr_pages = move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_ISOLATE,
  48                                                                         NULL);
  49
  50                 __mod_zone_freepage_state(zone, -nr_pages, mt);
  51                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
  52                 drain_all_pages(zone);
  53                 return 0;
  54         }
  55
  56         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
  57         if (isol_flags & REPORT_FAILURE) {
  58                 /*
  59                  * printk() with zone->lock held will likely trigger a
  60                  * lockdep splat, so defer it here.
  61                  */
  62                 dump_page(unmovable, "unmovable page");
  63         }
  64
  65         return -EBUSY;
  66 }
  67
  68 static void unset_migratetype_isolate(struct page *page, unsigned migratetype)
  69 {
  70         struct zone *zone;
  71         unsigned long flags, nr_pages;
  72         bool isolated_page = false;
  73         unsigned int order;
  74         unsigned long pfn, buddy_pfn;
  75         struct page *buddy;
  76
  77         zone = page_zone(page);
  78         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
  79         if (!is_migrate_isolate_page(page))
  80                 goto out;
  81
  82         /*
  83          * Because freepage with more than pageblock_order on isolated
  84          * pageblock is restricted to merge due to freepage counting problem,
  85          * it is possible that there is free buddy page.
  86          * move_freepages_block() doesn't care of merge so we need other
  87          * approach in order to merge them. Isolation and free will make
  88          * these pages to be merged.
  89          */
  90         if (PageBuddy(page)) {
  91                 order = page_order(page);
  92                 if (order >= pageblock_order) {
  93                         pfn = page_to_pfn(page);
  94                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
  95                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
  96
  97                         if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
  98                             !is_migrate_isolate_page(buddy)) {
  99                                 __isolate_free_page(page, order);
 100                                 isolated_page = true;
 101                         }
 102                 }
 103         }
 104
 105         /*
 106          * If we isolate freepage with more than pageblock_order, there
 107          * should be no freepage in the range, so we could avoid costly
 108          * pageblock scanning for freepage moving.
 109          */
 110         if (!isolated_page) {
 111                 nr_pages = move_freepages_block(zone, page, migratetype, NULL);
 112                 __mod_zone_freepage_state(zone, nr_pages, migratetype);
 113         }
 114         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
 115         if (isolated_page)
 116                 __putback_isolated_page(page, order, migratetype);
 117         zone->nr_isolate_pageblock--;
 118 out:
 119         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
 120 }
 121
 122 static inline struct page *
 123 __first_valid_page(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
 124 {
 125         int i;
 126
 127         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
 128                 struct page *page;
 129
 130                 page = pfn_to_online_page(pfn + i);
 131                 if (!page)
 132                         continue;
 133                 return page;
 134         }
 135         return NULL;
 136 }
 137
 138 /**
 139  * start_isolate_page_range() - make page-allocation-type of range of pages to
 140  * be MIGRATE_ISOLATE.
 141  * @start_pfn:          The lower PFN of the range to be isolated.
 142  * @end_pfn:            The upper PFN of the range to be isolated.
 143  *                      start_pfn/end_pfn must be aligned to pageblock_order.
 144  * @migratetype:        Migrate type to set in error recovery.
 145  * @flags:              The following flags are allowed (they can be combined in
 146  *                      a bit mask)
 147  *                      MEMORY_OFFLINE - isolate to offline (!allocate) memory
 148  *                                       e.g., skip over PageHWPoison() pages
 149  *                                       and PageOffline() pages.
 150  *                      REPORT_FAILURE - report details about the failure to
 151  *                      isolate the range
 152  *
 153  * Making page-allocation-type to be MIGRATE_ISOLATE means free pages in
 154  * the range will never be allocated. Any free pages and pages freed in the
 155  * future will not be allocated again. If specified range includes migrate types
 156  * other than MOVABLE or CMA, this will fail with -EBUSY. For isolating all
 157  * pages in the range finally, the caller have to free all pages in the range.
 158  * test_page_isolated() can be used for test it.
 159  *
 160  * There is no high level synchronization mechanism that prevents two threads
 161  * from trying to isolate overlapping ranges. If this happens, one thread
 162  * will notice pageblocks in the overlapping range already set to isolate.
 163  * This happens in set_migratetype_isolate, and set_migratetype_isolate
 164  * returns an error. We then clean up by restoring the migration type on
 165  * pageblocks we may have modified and return -EBUSY to caller. This
 166  * prevents two threads from simultaneously working on overlapping ranges.
 167  *
 168  * Please note that there is no strong synchronization with the page allocator
 169  * either. Pages might be freed while their page blocks are marked ISOLATED.
 170  * In some cases pages might still end up on pcp lists and that would allow
 171  * for their allocation even when they are in fact isolated already. Depending
 172  * on how strong of a guarantee the caller needs drain_all_pages might be needed
 173  * (e.g. __offline_pages will need to call it after check for isolated range for
 174  * a next retry).
 175  *
 176  * Return: the number of isolated pageblocks on success and -EBUSY if any part
 177  * of range cannot be isolated.
 178  */
 179 int start_isolate_page_range(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
 180                              unsigned migratetype, int flags)
 181 {
 182         unsigned long pfn;
 183         unsigned long undo_pfn;
 184         struct page *page;
 185         int nr_isolate_pageblock = 0;
 186
 187         BUG_ON(!IS_ALIGNED(start_pfn, pageblock_nr_pages));
 188         BUG_ON(!IS_ALIGNED(end_pfn, pageblock_nr_pages));
 189
 190         for (pfn = start_pfn;
 191              pfn < end_pfn;
 192              pfn += pageblock_nr_pages) {
 193                 page = __first_valid_page(pfn, pageblock_nr_pages);
 194                 if (page) {
 195                         if (set_migratetype_isolate(page, migratetype, flags)) {
 196                                 undo_pfn = pfn;
 197                                 goto undo;
 198                         }
 199                         nr_isolate_pageblock++;
 200                 }
 201         }
 202         return nr_isolate_pageblock;
 203 undo:
 204         for (pfn = start_pfn;
 205              pfn < undo_pfn;
 206              pfn += pageblock_nr_pages) {
 207                 struct page *page = pfn_to_online_page(pfn);
 208                 if (!page)
 209                         continue;
 210                 unset_migratetype_isolate(page, migratetype);
 211         }
 212
 213         return -EBUSY;
 214 }
 215
 216 /*
 217  * Make isolated pages available again.
 218  */
 219 void undo_isolate_page_range(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
 220                             unsigned migratetype)
 221 {
 222         unsigned long pfn;
 223         struct page *page;
 224
 225         BUG_ON(!IS_ALIGNED(start_pfn, pageblock_nr_pages));
 226         BUG_ON(!IS_ALIGNED(end_pfn, pageblock_nr_pages));
 227
 228         for (pfn = start_pfn;
 229              pfn < end_pfn;
 230              pfn += pageblock_nr_pages) {
 231                 page = __first_valid_page(pfn, pageblock_nr_pages);
 232                 if (!page || !is_migrate_isolate_page(page))
 233                         continue;
 234                 unset_migratetype_isolate(page, migratetype);
 235         }
 236 }
 237 /*
 238  * Test all pages in the range is free(means isolated) or not.
 239  * all pages in [start_pfn...end_pfn) must be in the same zone.
 240  * zone->lock must be held before call this.
 241  *
 242  * Returns the last tested pfn.
 243  */
 244 static unsigned long
 245 __test_page_isolated_in_pageblock(unsigned long pfn, unsigned long end_pfn,
 246                                   int flags)
 247 {
 248         struct page *page;
 249
 250         while (pfn < end_pfn) {
 251                 if (!pfn_valid_within(pfn)) {
 252                         pfn++;
 253                         continue;
 254                 }
 255                 page = pfn_to_page(pfn);
 256                 if (PageBuddy(page))
 257                         /*
 258                          * If the page is on a free list, it has to be on
 259                          * the correct MIGRATE_ISOLATE freelist. There is no
 260                          * simple way to verify that as VM_BUG_ON(), though.
 261                          */
 262                         pfn += 1 << page_order(page);
 263                 else if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
 264                         /* A HWPoisoned page cannot be also PageBuddy */
 265                         pfn++;
 266                 else if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page) &&
 267                          !page_count(page))
 268                         /*
 269                          * The responsible driver agreed to skip PageOffline()
 270                          * pages when offlining memory by dropping its
 271                          * reference in MEM_GOING_OFFLINE.
 272                          */
 273                         pfn++;
 274                 else
 275                         break;
 276         }
 277
 278         return pfn;
 279 }
 280
 281 /* Caller should ensure that requested range is in a single zone */
 282 int test_pages_isolated(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
 283                         int isol_flags)
 284 {
 285         unsigned long pfn, flags;
 286         struct page *page;
 287         struct zone *zone;
 288
 289         /*
 290          * Note: pageblock_nr_pages != MAX_ORDER. Then, chunks of free pages
 291          * are not aligned to pageblock_nr_pages.
 292          * Then we just check migratetype first.
 293          */
 294         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
 295                 page = __first_valid_page(pfn, pageblock_nr_pages);
 296                 if (page && !is_migrate_isolate_page(page))
 297                         break;
 298         }
 299         page = __first_valid_page(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
 300         if ((pfn < end_pfn) || !page)
 301                 return -EBUSY;
 302         /* Check all pages are free or marked as ISOLATED */
 303         zone = page_zone(page);
 304         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
 305         pfn = __test_page_isolated_in_pageblock(start_pfn, end_pfn, isol_flags);
 306         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
 307
 308         trace_test_pages_isolated(start_pfn, end_pfn, pfn);
 309
 310         return pfn < end_pfn ? -EBUSY : 0;
 311 }