Merge tag 'for-linus' of git://github.com/openrisc/linux
[linux-2.6-microblaze.git] / drivers / xen / balloon.c
1 /******************************************************************************
2  * Xen balloon driver - enables returning/claiming memory to/from Xen.
3  *
4  * Copyright (c) 2003, B Dragovic
5  * Copyright (c) 2003-2004, M Williamson, K Fraser
6  * Copyright (c) 2005 Dan M. Smith, IBM Corporation
7  * Copyright (c) 2010 Daniel Kiper
8  *
9  * Memory hotplug support was written by Daniel Kiper. Work on
10  * it was sponsored by Google under Google Summer of Code 2010
11  * program. Jeremy Fitzhardinge from Citrix was the mentor for
12  * this project.
13  *
14  * This program is free software; you can redistribute it and/or
15  * modify it under the terms of the GNU General Public License version 2
16  * as published by the Free Software Foundation; or, when distributed
17  * separately from the Linux kernel or incorporated into other
18  * software packages, subject to the following license:
19  *
20  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy
21  * of this source file (the "Software"), to deal in the Software without
22  * restriction, including without limitation the rights to use, copy, modify,
23  * merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell copies of the Software,
24  * and to permit persons to whom the Software is furnished to do so, subject to
25  * the following conditions:
26  *
27  * The above copyright notice and this permission notice shall be included in
28  * all copies or substantial portions of the Software.
29  *
30  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
31  * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
32  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE
33  * AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
34  * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING
35  * FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS
36  * IN THE SOFTWARE.
37  */
38
39 #define pr_fmt(fmt) "xen:" KBUILD_MODNAME ": " fmt
40
41 #include <linux/cpu.h>
42 #include <linux/kernel.h>
43 #include <linux/sched.h>
44 #include <linux/cred.h>
45 #include <linux/errno.h>
46 #include <linux/mm.h>
47 #include <linux/memblock.h>
48 #include <linux/pagemap.h>
49 #include <linux/highmem.h>
50 #include <linux/mutex.h>
51 #include <linux/list.h>
52 #include <linux/gfp.h>
53 #include <linux/notifier.h>
54 #include <linux/memory.h>
55 #include <linux/memory_hotplug.h>
56 #include <linux/percpu-defs.h>
57 #include <linux/slab.h>
58 #include <linux/sysctl.h>
59
60 #include <asm/page.h>
61 #include <asm/tlb.h>
62
63 #include <asm/xen/hypervisor.h>
64 #include <asm/xen/hypercall.h>
65
66 #include <xen/xen.h>
67 #include <xen/interface/xen.h>
68 #include <xen/interface/memory.h>
69 #include <xen/balloon.h>
70 #include <xen/features.h>
71 #include <xen/page.h>
72 #include <xen/mem-reservation.h>
73
74 static int xen_hotplug_unpopulated;
75
76 #ifdef CONFIG_XEN_BALLOON_MEMORY_HOTPLUG
77
78 static struct ctl_table balloon_table[] = {
79         {
80                 .procname       = "hotplug_unpopulated",
81                 .data           = &xen_hotplug_unpopulated,
82                 .maxlen         = sizeof(int),
83                 .mode           = 0644,
84                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
85                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
86                 .extra2         = SYSCTL_ONE,
87         },
88         { }
89 };
90
91 static struct ctl_table balloon_root[] = {
92         {
93                 .procname       = "balloon",
94                 .mode           = 0555,
95                 .child          = balloon_table,
96         },
97         { }
98 };
99
100 static struct ctl_table xen_root[] = {
101         {
102                 .procname       = "xen",
103                 .mode           = 0555,
104                 .child          = balloon_root,
105         },
106         { }
107 };
108
109 #endif
110
111 /*
112  * Use one extent per PAGE_SIZE to avoid to break down the page into
113  * multiple frame.
114  */
115 #define EXTENT_ORDER (fls(XEN_PFN_PER_PAGE) - 1)
116
117 /*
118  * balloon_process() state:
119  *
120  * BP_DONE: done or nothing to do,
121  * BP_WAIT: wait to be rescheduled,
122  * BP_EAGAIN: error, go to sleep,
123  * BP_ECANCELED: error, balloon operation canceled.
124  */
125
126 enum bp_state {
127         BP_DONE,
128         BP_WAIT,
129         BP_EAGAIN,
130         BP_ECANCELED
131 };
132
133
134 static DEFINE_MUTEX(balloon_mutex);
135
136 struct balloon_stats balloon_stats;
137 EXPORT_SYMBOL_GPL(balloon_stats);
138
139 /* We increase/decrease in batches which fit in a page */
140 static xen_pfn_t frame_list[PAGE_SIZE / sizeof(xen_pfn_t)];
141
142
143 /* List of ballooned pages, threaded through the mem_map array. */
144 static LIST_HEAD(ballooned_pages);
145 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(balloon_wq);
146
147 /* Main work function, always executed in process context. */
148 static void balloon_process(struct work_struct *work);
149 static DECLARE_DELAYED_WORK(balloon_worker, balloon_process);
150
151 /* When ballooning out (allocating memory to return to Xen) we don't really
152    want the kernel to try too hard since that can trigger the oom killer. */
153 #define GFP_BALLOON \
154         (GFP_HIGHUSER | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY | __GFP_NOMEMALLOC)
155
156 /* balloon_append: add the given page to the balloon. */
157 static void balloon_append(struct page *page)
158 {
159         __SetPageOffline(page);
160
161         /* Lowmem is re-populated first, so highmem pages go at list tail. */
162         if (PageHighMem(page)) {
163                 list_add_tail(&page->lru, &ballooned_pages);
164                 balloon_stats.balloon_high++;
165         } else {
166                 list_add(&page->lru, &ballooned_pages);
167                 balloon_stats.balloon_low++;
168         }
169         wake_up(&balloon_wq);
170 }
171
172 /* balloon_retrieve: rescue a page from the balloon, if it is not empty. */
173 static struct page *balloon_retrieve(bool require_lowmem)
174 {
175         struct page *page;
176
177         if (list_empty(&ballooned_pages))
178                 return NULL;
179
180         page = list_entry(ballooned_pages.next, struct page, lru);
181         if (require_lowmem && PageHighMem(page))
182                 return NULL;
183         list_del(&page->lru);
184
185         if (PageHighMem(page))
186                 balloon_stats.balloon_high--;
187         else
188                 balloon_stats.balloon_low--;
189
190         __ClearPageOffline(page);
191         return page;
192 }
193
194 static struct page *balloon_next_page(struct page *page)
195 {
196         struct list_head *next = page->lru.next;
197         if (next == &ballooned_pages)
198                 return NULL;
199         return list_entry(next, struct page, lru);
200 }
201
202 static enum bp_state update_schedule(enum bp_state state)
203 {
204         if (state == BP_WAIT)
205                 return BP_WAIT;
206
207         if (state == BP_ECANCELED)
208                 return BP_ECANCELED;
209
210         if (state == BP_DONE) {
211                 balloon_stats.schedule_delay = 1;
212                 balloon_stats.retry_count = 1;
213                 return BP_DONE;
214         }
215
216         ++balloon_stats.retry_count;
217
218         if (balloon_stats.max_retry_count != RETRY_UNLIMITED &&
219                         balloon_stats.retry_count > balloon_stats.max_retry_count) {
220                 balloon_stats.schedule_delay = 1;
221                 balloon_stats.retry_count = 1;
222                 return BP_ECANCELED;
223         }
224
225         balloon_stats.schedule_delay <<= 1;
226
227         if (balloon_stats.schedule_delay > balloon_stats.max_schedule_delay)
228                 balloon_stats.schedule_delay = balloon_stats.max_schedule_delay;
229
230         return BP_EAGAIN;
231 }
232
233 #ifdef CONFIG_XEN_BALLOON_MEMORY_HOTPLUG
234 static void release_memory_resource(struct resource *resource)
235 {
236         if (!resource)
237                 return;
238
239         /*
240          * No need to reset region to identity mapped since we now
241          * know that no I/O can be in this region
242          */
243         release_resource(resource);
244         kfree(resource);
245 }
246
247 static struct resource *additional_memory_resource(phys_addr_t size)
248 {
249         struct resource *res;
250         int ret;
251
252         res = kzalloc(sizeof(*res), GFP_KERNEL);
253         if (!res)
254                 return NULL;
255
256         res->name = "System RAM";
257         res->flags = IORESOURCE_SYSTEM_RAM | IORESOURCE_BUSY;
258
259         ret = allocate_resource(&iomem_resource, res,
260                                 size, 0, -1,
261                                 PAGES_PER_SECTION * PAGE_SIZE, NULL, NULL);
262         if (ret < 0) {
263                 pr_err("Cannot allocate new System RAM resource\n");
264                 kfree(res);
265                 return NULL;
266         }
267
268         return res;
269 }
270
271 static enum bp_state reserve_additional_memory(void)
272 {
273         long credit;
274         struct resource *resource;
275         int nid, rc;
276         unsigned long balloon_hotplug;
277
278         credit = balloon_stats.target_pages + balloon_stats.target_unpopulated
279                 - balloon_stats.total_pages;
280
281         /*
282          * Already hotplugged enough pages?  Wait for them to be
283          * onlined.
284          */
285         if (credit <= 0)
286                 return BP_WAIT;
287
288         balloon_hotplug = round_up(credit, PAGES_PER_SECTION);
289
290         resource = additional_memory_resource(balloon_hotplug * PAGE_SIZE);
291         if (!resource)
292                 goto err;
293
294         nid = memory_add_physaddr_to_nid(resource->start);
295
296 #ifdef CONFIG_XEN_HAVE_PVMMU
297         /*
298          * We don't support PV MMU when Linux and Xen is using
299          * different page granularity.
300          */
301         BUILD_BUG_ON(XEN_PAGE_SIZE != PAGE_SIZE);
302
303         /*
304          * add_memory() will build page tables for the new memory so
305          * the p2m must contain invalid entries so the correct
306          * non-present PTEs will be written.
307          *
308          * If a failure occurs, the original (identity) p2m entries
309          * are not restored since this region is now known not to
310          * conflict with any devices.
311          */ 
312         if (!xen_feature(XENFEAT_auto_translated_physmap)) {
313                 unsigned long pfn, i;
314
315                 pfn = PFN_DOWN(resource->start);
316                 for (i = 0; i < balloon_hotplug; i++) {
317                         if (!set_phys_to_machine(pfn + i, INVALID_P2M_ENTRY)) {
318                                 pr_warn("set_phys_to_machine() failed, no memory added\n");
319                                 goto err;
320                         }
321                 }
322         }
323 #endif
324
325         /*
326          * add_memory_resource() will call online_pages() which in its turn
327          * will call xen_online_page() callback causing deadlock if we don't
328          * release balloon_mutex here. Unlocking here is safe because the
329          * callers drop the mutex before trying again.
330          */
331         mutex_unlock(&balloon_mutex);
332         /* add_memory_resource() requires the device_hotplug lock */
333         lock_device_hotplug();
334         rc = add_memory_resource(nid, resource, MHP_MERGE_RESOURCE);
335         unlock_device_hotplug();
336         mutex_lock(&balloon_mutex);
337
338         if (rc) {
339                 pr_warn("Cannot add additional memory (%i)\n", rc);
340                 goto err;
341         }
342
343         balloon_stats.total_pages += balloon_hotplug;
344
345         return BP_WAIT;
346   err:
347         release_memory_resource(resource);
348         return BP_ECANCELED;
349 }
350
351 static void xen_online_page(struct page *page, unsigned int order)
352 {
353         unsigned long i, size = (1 << order);
354         unsigned long start_pfn = page_to_pfn(page);
355         struct page *p;
356
357         pr_debug("Online %lu pages starting at pfn 0x%lx\n", size, start_pfn);
358         mutex_lock(&balloon_mutex);
359         for (i = 0; i < size; i++) {
360                 p = pfn_to_page(start_pfn + i);
361                 balloon_append(p);
362         }
363         mutex_unlock(&balloon_mutex);
364 }
365
366 static int xen_memory_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long val, void *v)
367 {
368         if (val == MEM_ONLINE)
369                 schedule_delayed_work(&balloon_worker, 0);
370
371         return NOTIFY_OK;
372 }
373
374 static struct notifier_block xen_memory_nb = {
375         .notifier_call = xen_memory_notifier,
376         .priority = 0
377 };
378 #else
379 static enum bp_state reserve_additional_memory(void)
380 {
381         balloon_stats.target_pages = balloon_stats.current_pages +
382                                      balloon_stats.target_unpopulated;
383         return BP_ECANCELED;
384 }
385 #endif /* CONFIG_XEN_BALLOON_MEMORY_HOTPLUG */
386
387 static long current_credit(void)
388 {
389         return balloon_stats.target_pages - balloon_stats.current_pages;
390 }
391
392 static bool balloon_is_inflated(void)
393 {
394         return balloon_stats.balloon_low || balloon_stats.balloon_high;
395 }
396
397 static enum bp_state increase_reservation(unsigned long nr_pages)
398 {
399         int rc;
400         unsigned long i;
401         struct page   *page;
402
403         if (nr_pages > ARRAY_SIZE(frame_list))
404                 nr_pages = ARRAY_SIZE(frame_list);
405
406         page = list_first_entry_or_null(&ballooned_pages, struct page, lru);
407         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
408                 if (!page) {
409                         nr_pages = i;
410                         break;
411                 }
412
413                 frame_list[i] = page_to_xen_pfn(page);
414                 page = balloon_next_page(page);
415         }
416
417         rc = xenmem_reservation_increase(nr_pages, frame_list);
418         if (rc <= 0)
419                 return BP_EAGAIN;
420
421         for (i = 0; i < rc; i++) {
422                 page = balloon_retrieve(false);
423                 BUG_ON(page == NULL);
424
425                 xenmem_reservation_va_mapping_update(1, &page, &frame_list[i]);
426
427                 /* Relinquish the page back to the allocator. */
428                 free_reserved_page(page);
429         }
430
431         balloon_stats.current_pages += rc;
432
433         return BP_DONE;
434 }
435
436 static enum bp_state decrease_reservation(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp)
437 {
438         enum bp_state state = BP_DONE;
439         unsigned long i;
440         struct page *page, *tmp;
441         int ret;
442         LIST_HEAD(pages);
443
444         if (nr_pages > ARRAY_SIZE(frame_list))
445                 nr_pages = ARRAY_SIZE(frame_list);
446
447         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
448                 page = alloc_page(gfp);
449                 if (page == NULL) {
450                         nr_pages = i;
451                         state = BP_EAGAIN;
452                         break;
453                 }
454                 adjust_managed_page_count(page, -1);
455                 xenmem_reservation_scrub_page(page);
456                 list_add(&page->lru, &pages);
457         }
458
459         /*
460          * Ensure that ballooned highmem pages don't have kmaps.
461          *
462          * Do this before changing the p2m as kmap_flush_unused()
463          * reads PTEs to obtain pages (and hence needs the original
464          * p2m entry).
465          */
466         kmap_flush_unused();
467
468         /*
469          * Setup the frame, update direct mapping, invalidate P2M,
470          * and add to balloon.
471          */
472         i = 0;
473         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &pages, lru) {
474                 frame_list[i++] = xen_page_to_gfn(page);
475
476                 xenmem_reservation_va_mapping_reset(1, &page);
477
478                 list_del(&page->lru);
479
480                 balloon_append(page);
481         }
482
483         flush_tlb_all();
484
485         ret = xenmem_reservation_decrease(nr_pages, frame_list);
486         BUG_ON(ret != nr_pages);
487
488         balloon_stats.current_pages -= nr_pages;
489
490         return state;
491 }
492
493 /*
494  * As this is a work item it is guaranteed to run as a single instance only.
495  * We may of course race updates of the target counts (which are protected
496  * by the balloon lock), or with changes to the Xen hard limit, but we will
497  * recover from these in time.
498  */
499 static void balloon_process(struct work_struct *work)
500 {
501         enum bp_state state = BP_DONE;
502         long credit;
503
504
505         do {
506                 mutex_lock(&balloon_mutex);
507
508                 credit = current_credit();
509
510                 if (credit > 0) {
511                         if (balloon_is_inflated())
512                                 state = increase_reservation(credit);
513                         else
514                                 state = reserve_additional_memory();
515                 }
516
517                 if (credit < 0) {
518                         long n_pages;
519
520                         n_pages = min(-credit, si_mem_available());
521                         state = decrease_reservation(n_pages, GFP_BALLOON);
522                         if (state == BP_DONE && n_pages != -credit &&
523                             n_pages < totalreserve_pages)
524                                 state = BP_EAGAIN;
525                 }
526
527                 state = update_schedule(state);
528
529                 mutex_unlock(&balloon_mutex);
530
531                 cond_resched();
532
533         } while (credit && state == BP_DONE);
534
535         /* Schedule more work if there is some still to be done. */
536         if (state == BP_EAGAIN)
537                 schedule_delayed_work(&balloon_worker, balloon_stats.schedule_delay * HZ);
538 }
539
540 /* Resets the Xen limit, sets new target, and kicks off processing. */
541 void balloon_set_new_target(unsigned long target)
542 {
543         /* No need for lock. Not read-modify-write updates. */
544         balloon_stats.target_pages = target;
545         schedule_delayed_work(&balloon_worker, 0);
546 }
547 EXPORT_SYMBOL_GPL(balloon_set_new_target);
548
549 static int add_ballooned_pages(int nr_pages)
550 {
551         enum bp_state st;
552
553         if (xen_hotplug_unpopulated) {
554                 st = reserve_additional_memory();
555                 if (st != BP_ECANCELED) {
556                         int rc;
557
558                         mutex_unlock(&balloon_mutex);
559                         rc = wait_event_interruptible(balloon_wq,
560                                    !list_empty(&ballooned_pages));
561                         mutex_lock(&balloon_mutex);
562                         return rc ? -ENOMEM : 0;
563                 }
564         }
565
566         if (si_mem_available() < nr_pages)
567                 return -ENOMEM;
568
569         st = decrease_reservation(nr_pages, GFP_USER);
570         if (st != BP_DONE)
571                 return -ENOMEM;
572
573         return 0;
574 }
575
576 /**
577  * alloc_xenballooned_pages - get pages that have been ballooned out
578  * @nr_pages: Number of pages to get
579  * @pages: pages returned
580  * @return 0 on success, error otherwise
581  */
582 int alloc_xenballooned_pages(int nr_pages, struct page **pages)
583 {
584         int pgno = 0;
585         struct page *page;
586         int ret;
587
588         mutex_lock(&balloon_mutex);
589
590         balloon_stats.target_unpopulated += nr_pages;
591
592         while (pgno < nr_pages) {
593                 page = balloon_retrieve(true);
594                 if (page) {
595                         pages[pgno++] = page;
596 #ifdef CONFIG_XEN_HAVE_PVMMU
597                         /*
598                          * We don't support PV MMU when Linux and Xen is using
599                          * different page granularity.
600                          */
601                         BUILD_BUG_ON(XEN_PAGE_SIZE != PAGE_SIZE);
602
603                         if (!xen_feature(XENFEAT_auto_translated_physmap)) {
604                                 ret = xen_alloc_p2m_entry(page_to_pfn(page));
605                                 if (ret < 0)
606                                         goto out_undo;
607                         }
608 #endif
609                 } else {
610                         ret = add_ballooned_pages(nr_pages - pgno);
611                         if (ret < 0)
612                                 goto out_undo;
613                 }
614         }
615         mutex_unlock(&balloon_mutex);
616         return 0;
617  out_undo:
618         mutex_unlock(&balloon_mutex);
619         free_xenballooned_pages(pgno, pages);
620         /*
621          * NB: free_xenballooned_pages will only subtract pgno pages, but since
622          * target_unpopulated is incremented with nr_pages at the start we need
623          * to remove the remaining ones also, or accounting will be screwed.
624          */
625         balloon_stats.target_unpopulated -= nr_pages - pgno;
626         return ret;
627 }
628 EXPORT_SYMBOL(alloc_xenballooned_pages);
629
630 /**
631  * free_xenballooned_pages - return pages retrieved with get_ballooned_pages
632  * @nr_pages: Number of pages
633  * @pages: pages to return
634  */
635 void free_xenballooned_pages(int nr_pages, struct page **pages)
636 {
637         int i;
638
639         mutex_lock(&balloon_mutex);
640
641         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
642                 if (pages[i])
643                         balloon_append(pages[i]);
644         }
645
646         balloon_stats.target_unpopulated -= nr_pages;
647
648         /* The balloon may be too large now. Shrink it if needed. */
649         if (current_credit())
650                 schedule_delayed_work(&balloon_worker, 0);
651
652         mutex_unlock(&balloon_mutex);
653 }
654 EXPORT_SYMBOL(free_xenballooned_pages);
655
656 #if defined(CONFIG_XEN_PV) && !defined(CONFIG_XEN_UNPOPULATED_ALLOC)
657 static void __init balloon_add_region(unsigned long start_pfn,
658                                       unsigned long pages)
659 {
660         unsigned long pfn, extra_pfn_end;
661
662         /*
663          * If the amount of usable memory has been limited (e.g., with
664          * the 'mem' command line parameter), don't add pages beyond
665          * this limit.
666          */
667         extra_pfn_end = min(max_pfn, start_pfn + pages);
668
669         for (pfn = start_pfn; pfn < extra_pfn_end; pfn++) {
670                 /* totalram_pages and totalhigh_pages do not
671                    include the boot-time balloon extension, so
672                    don't subtract from it. */
673                 balloon_append(pfn_to_page(pfn));
674         }
675
676         balloon_stats.total_pages += extra_pfn_end - start_pfn;
677 }
678 #endif
679
680 static int __init balloon_init(void)
681 {
682         if (!xen_domain())
683                 return -ENODEV;
684
685         pr_info("Initialising balloon driver\n");
686
687 #ifdef CONFIG_XEN_PV
688         balloon_stats.current_pages = xen_pv_domain()
689                 ? min(xen_start_info->nr_pages - xen_released_pages, max_pfn)
690                 : get_num_physpages();
691 #else
692         balloon_stats.current_pages = get_num_physpages();
693 #endif
694         balloon_stats.target_pages  = balloon_stats.current_pages;
695         balloon_stats.balloon_low   = 0;
696         balloon_stats.balloon_high  = 0;
697         balloon_stats.total_pages   = balloon_stats.current_pages;
698
699         balloon_stats.schedule_delay = 1;
700         balloon_stats.max_schedule_delay = 32;
701         balloon_stats.retry_count = 1;
702         balloon_stats.max_retry_count = 4;
703
704 #ifdef CONFIG_XEN_BALLOON_MEMORY_HOTPLUG
705         set_online_page_callback(&xen_online_page);
706         register_memory_notifier(&xen_memory_nb);
707         register_sysctl_table(xen_root);
708 #endif
709
710 #if defined(CONFIG_XEN_PV) && !defined(CONFIG_XEN_UNPOPULATED_ALLOC)
711         {
712                 int i;
713
714                 /*
715                  * Initialize the balloon with pages from the extra memory
716                  * regions (see arch/x86/xen/setup.c).
717                  */
718                 for (i = 0; i < XEN_EXTRA_MEM_MAX_REGIONS; i++)
719                         if (xen_extra_mem[i].n_pfns)
720                                 balloon_add_region(xen_extra_mem[i].start_pfn,
721                                                    xen_extra_mem[i].n_pfns);
722         }
723 #endif
724
725         /* Init the xen-balloon driver. */
726         xen_balloon_init();
727
728         return 0;
729 }
730 subsys_initcall(balloon_init);