Quelle  page_isolation.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * linux/mm/page_isolation.c
 */

#include <linux/mm.h>
#include <linux/page-isolation.h>
#include <linux/pageblock-flags.h>
#include <linux/memory.h>
#include <linux/hugetlb.h>
#include <linux/page_owner.h>
#include <linux/migrate.h>
#include "internal.h"

#define CREATE_TRACE_POINTS
#include <trace/events/page_isolation.h>

/*
 * This function checks whether the range [start_pfn, end_pfn) includes
 * unmovable pages or not. The range must fall into a single pageblock and
 * consequently belong to a single zone.
 *
 * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
 * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. Similarly, pages
 * with movable_ops can only be identified some time after they were
 * allocated. So you can't expect this function should be exact.
 *
 * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
 * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
 * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
 *
 */
static struct page *has_unmovable_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
    enum pb_isolate_mode mode)
{
 struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
 struct zone *zone = page_zone(page);
 unsigned long pfn;

 VM_BUG_ON(pageblock_start_pfn(start_pfn) !=
    pageblock_start_pfn(end_pfn - 1));

 if (is_migrate_cma_page(page)) {
  /*
   * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
   * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
   * so consider them movable here.
 */
  if (mode == PB_ISOLATE_MODE_CMA_ALLOC)
   return NULL;

  return page;
 }

 for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
  page = pfn_to_page(pfn);

  /*
   * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
   * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
   * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
   * specifying "movablecore".
 */
  if (PageReserved(page))
   return page;

  /*
   * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
   * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
   * is movable.
 */
  if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
   continue;

  /*
   * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
   * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
   * We need not scan over tail pages because we don't
   * handle each tail page individually in migration.
 */
  if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
   struct folio *folio = page_folio(page);
   unsigned int skip_pages;

   if (PageHuge(page)) {
    struct hstate *h;

    /*
     * The huge page may be freed so can not
     * use folio_hstate() directly.
 */
    h = size_to_hstate(folio_size(folio));
    if (h && !hugepage_migration_supported(h))
     return page;
   } else if (!folio_test_lru(folio)) {
    return page;
   }

   skip_pages = folio_nr_pages(folio) - folio_page_idx(folio, page);
   pfn += skip_pages - 1;
   continue;
  }

  /*
   * We can't use page_count without pin a page
   * because another CPU can free compound page.
   * This check already skips compound tails of THP
   * because their page->_refcount is zero at all time.
 */
  if (!page_ref_count(page)) {
   if (PageBuddy(page))
    pfn += (1 << buddy_order(page)) - 1;
   continue;
  }

  /*
   * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
   * page_count() is not 0.
 */
  if ((mode == PB_ISOLATE_MODE_MEM_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
   continue;

  /*
   * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
   * to give drivers a chance to decrement their reference count
   * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
   * can be offlined as there are no direct references anymore.
   * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
   * not support this, we will fail later when trying to actually
   * move these pages that still have a reference count > 0.
   * (false negatives in this function only)
 */
  if ((mode == PB_ISOLATE_MODE_MEM_OFFLINE) && PageOffline(page))
   continue;

  if (PageLRU(page) || page_has_movable_ops(page))
   continue;

  /*
   * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
   * it.  But now, memory offline itself doesn't call
   * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
 */
  return page;
 }
 return NULL;
}

/*
 * This function set pageblock migratetype to isolate if no unmovable page is
 * present in [start_pfn, end_pfn). The pageblock must intersect with
 * [start_pfn, end_pfn).
 */
static int set_migratetype_isolate(struct page *page, enum pb_isolate_mode mode,
   unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
{
 struct zone *zone = page_zone(page);
 struct page *unmovable;
 unsigned long flags;
 unsigned long check_unmovable_start, check_unmovable_end;

 if (PageUnaccepted(page))
  accept_page(page);

 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);

 /*
  * We assume the caller intended to SET migrate type to isolate.
  * If it is already set, then someone else must have raced and
  * set it before us.
 */
 if (is_migrate_isolate_page(page)) {
  spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
  return -EBUSY;
 }

 /*
  * FIXME: Now, memory hotplug doesn't call shrink_slab() by itself.
  * We just check MOVABLE pages.
  *
  * Pass the intersection of [start_pfn, end_pfn) and the page's pageblock
  * to avoid redundant checks.
 */
 check_unmovable_start = max(page_to_pfn(page), start_pfn);
 check_unmovable_end = min(pageblock_end_pfn(page_to_pfn(page)),
      end_pfn);

 unmovable = has_unmovable_pages(check_unmovable_start, check_unmovable_end,
   mode);
 if (!unmovable) {
  if (!pageblock_isolate_and_move_free_pages(zone, page)) {
   spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
   return -EBUSY;
  }
  zone->nr_isolate_pageblock++;
  spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
  return 0;
 }

 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
 if (mode == PB_ISOLATE_MODE_MEM_OFFLINE) {
  /*
   * printk() with zone->lock held will likely trigger a
   * lockdep splat, so defer it here.
 */
  dump_page(unmovable, "unmovable page");
 }

 return -EBUSY;
}

static void unset_migratetype_isolate(struct page *page)
{
 struct zone *zone;
 unsigned long flags;
 bool isolated_page = false;
 unsigned int order;
 struct page *buddy;

 zone = page_zone(page);
 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
 if (!is_migrate_isolate_page(page))
  goto out;

 /*
  * Because freepage with more than pageblock_order on isolated
  * pageblock is restricted to merge due to freepage counting problem,
  * it is possible that there is free buddy page.
  * move_freepages_block() doesn't care of merge so we need other
  * approach in order to merge them. Isolation and free will make
  * these pages to be merged.
 */
 if (PageBuddy(page)) {
  order = buddy_order(page);
  if (order >= pageblock_order && order < MAX_PAGE_ORDER) {
   buddy = find_buddy_page_pfn(page, page_to_pfn(page),
          order, NULL);
   if (buddy && !is_migrate_isolate_page(buddy)) {
    isolated_page = !!__isolate_free_page(page, order);
    /*
     * Isolating a free page in an isolated pageblock
     * is expected to always work as watermarks don't
     * apply here.
 */
    VM_WARN_ON(!isolated_page);
   }
  }
 }

 /*
  * If we isolate freepage with more than pageblock_order, there
  * should be no freepage in the range, so we could avoid costly
  * pageblock scanning for freepage moving.
  *
  * We didn't actually touch any of the isolated pages, so place them
  * to the tail of the freelist. This is an optimization for memory
  * onlining - just onlined memory won't immediately be considered for
  * allocation.
 */
 if (!isolated_page) {
  /*
   * Isolating this block already succeeded, so this
   * should not fail on zone boundaries.
 */
  WARN_ON_ONCE(!pageblock_unisolate_and_move_free_pages(zone, page));
 } else {
  clear_pageblock_isolate(page);
  __putback_isolated_page(page, order, get_pageblock_migratetype(page));
 }
 zone->nr_isolate_pageblock--;
out:
 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
}

static inline struct page *
__first_valid_page(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
{
 int i;

 for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
  struct page *page;

  page = pfn_to_online_page(pfn + i);
  if (!page)
   continue;
  return page;
 }
 return NULL;
}

/**
 * isolate_single_pageblock() -- tries to isolate a pageblock that might be
 * within a free or in-use page.
 * @boundary_pfn:  pageblock-aligned pfn that a page might cross
 * @mode:   isolation mode
 * @isolate_before: isolate the pageblock before the boundary_pfn
 * @skip_isolation: the flag to skip the pageblock isolation in second
 *   isolate_single_pageblock()
 *
 * Free and in-use pages can be as big as MAX_PAGE_ORDER and contain more than one
 * pageblock. When not all pageblocks within a page are isolated at the same
 * time, free page accounting can go wrong. For example, in the case of
 * MAX_PAGE_ORDER = pageblock_order + 1, a MAX_PAGE_ORDER page has two
 * pagelbocks.
 * [      MAX_PAGE_ORDER         ]
 * [  pageblock0  |  pageblock1  ]
 * When either pageblock is isolated, if it is a free page, the page is not
 * split into separate migratetype lists, which is supposed to; if it is an
 * in-use page and freed later, __free_one_page() does not split the free page
 * either. The function handles this by splitting the free page or migrating
 * the in-use page then splitting the free page.
 */
static int isolate_single_pageblock(unsigned long boundary_pfn,
   enum pb_isolate_mode mode, bool isolate_before,
   bool skip_isolation)
{
 unsigned long start_pfn;
 unsigned long isolate_pageblock;
 unsigned long pfn;
 struct zone *zone;
 int ret;

 VM_BUG_ON(!pageblock_aligned(boundary_pfn));

 if (isolate_before)
  isolate_pageblock = boundary_pfn - pageblock_nr_pages;
 else
  isolate_pageblock = boundary_pfn;

 /*
  * scan at the beginning of MAX_ORDER_NR_PAGES aligned range to avoid
  * only isolating a subset of pageblocks from a bigger than pageblock
  * free or in-use page. Also make sure all to-be-isolated pageblocks
  * are within the same zone.
 */
 zone  = page_zone(pfn_to_page(isolate_pageblock));
 start_pfn  = max(ALIGN_DOWN(isolate_pageblock, MAX_ORDER_NR_PAGES),
          zone->zone_start_pfn);

 if (skip_isolation) {
  VM_BUG_ON(!get_pageblock_isolate(pfn_to_page(isolate_pageblock)));
 } else {
  ret = set_migratetype_isolate(pfn_to_page(isolate_pageblock),
    mode, isolate_pageblock,
    isolate_pageblock + pageblock_nr_pages);

  if (ret)
   return ret;
 }

 /*
  * Bail out early when the to-be-isolated pageblock does not form
  * a free or in-use page across boundary_pfn:
  *
  * 1. isolate before boundary_pfn: the page after is not online
  * 2. isolate after boundary_pfn: the page before is not online
  *
  * This also ensures correctness. Without it, when isolate after
  * boundary_pfn and [start_pfn, boundary_pfn) are not online,
  * __first_valid_page() will return unexpected NULL in the for loop
  * below.
 */
 if (isolate_before) {
  if (!pfn_to_online_page(boundary_pfn))
   return 0;
 } else {
  if (!pfn_to_online_page(boundary_pfn - 1))
   return 0;
 }

 for (pfn = start_pfn; pfn < boundary_pfn;) {
  struct page *page = __first_valid_page(pfn, boundary_pfn - pfn);

  VM_BUG_ON(!page);
  pfn = page_to_pfn(page);

  if (PageUnaccepted(page)) {
   pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES;
   continue;
  }

  if (PageBuddy(page)) {
   int order = buddy_order(page);

   /* pageblock_isolate_and_move_free_pages() handled this */
   VM_WARN_ON_ONCE(pfn + (1 << order) > boundary_pfn);

   pfn += 1UL << order;
   continue;
  }

  /*
   * If a compound page is straddling our block, attempt
   * to migrate it out of the way.
   *
   * We don't have to worry about this creating a large
   * free page that straddles into our block: gigantic
   * pages are freed as order-0 chunks, and LRU pages
   * (currently) do not exceed pageblock_order.
   *
   * The block of interest has already been marked
   * MIGRATE_ISOLATE above, so when migration is done it
   * will free its pages onto the correct freelists.
 */
  if (PageCompound(page)) {
   struct page *head = compound_head(page);
   unsigned long head_pfn = page_to_pfn(head);
   unsigned long nr_pages = compound_nr(head);

   if (head_pfn + nr_pages <= boundary_pfn ||
       PageHuge(page)) {
    pfn = head_pfn + nr_pages;
    continue;
   }

   /*
    * These pages are movable too, but they're
    * not expected to exceed pageblock_order.
    *
    * Let us know when they do, so we can add
    * proper free and split handling for them.
 */
   VM_WARN_ON_ONCE_PAGE(PageLRU(page), page);
   VM_WARN_ON_ONCE_PAGE(page_has_movable_ops(page), page);

   goto failed;
  }

  pfn++;
 }
 return 0;
failed:
 /* restore the original migratetype */
 if (!skip_isolation)
  unset_migratetype_isolate(pfn_to_page(isolate_pageblock));
 return -EBUSY;
}

/**
 * start_isolate_page_range() - mark page range MIGRATE_ISOLATE
 * @start_pfn:  The first PFN of the range to be isolated.
 * @end_pfn:  The last PFN of the range to be isolated.
 * @mode:  isolation mode
 *
 * Making page-allocation-type to be MIGRATE_ISOLATE means free pages in
 * the range will never be allocated. Any free pages and pages freed in the
 * future will not be allocated again. If specified range includes migrate types
 * other than MOVABLE or CMA, this will fail with -EBUSY. For isolating all
 * pages in the range finally, the caller have to free all pages in the range.
 * test_page_isolated() can be used for test it.
 *
 * The function first tries to isolate the pageblocks at the beginning and end
 * of the range, since there might be pages across the range boundaries.
 * Afterwards, it isolates the rest of the range.
 *
 * There is no high level synchronization mechanism that prevents two threads
 * from trying to isolate overlapping ranges. If this happens, one thread
 * will notice pageblocks in the overlapping range already set to isolate.
 * This happens in set_migratetype_isolate, and set_migratetype_isolate
 * returns an error. We then clean up by restoring the migration type on
 * pageblocks we may have modified and return -EBUSY to caller. This
 * prevents two threads from simultaneously working on overlapping ranges.
 *
 * Please note that there is no strong synchronization with the page allocator
 * either. Pages might be freed while their page blocks are marked ISOLATED.
 * A call to drain_all_pages() after isolation can flush most of them. However
 * in some cases pages might still end up on pcp lists and that would allow
 * for their allocation even when they are in fact isolated already. Depending
 * on how strong of a guarantee the caller needs, zone_pcp_disable/enable()
 * might be used to flush and disable pcplist before isolation and enable after
 * unisolation.
 *
 * Return: 0 on success and -EBUSY if any part of range cannot be isolated.
 */
int start_isolate_page_range(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
        enum pb_isolate_mode mode)
{
 unsigned long pfn;
 struct page *page;
 /* isolation is done at page block granularity */
 unsigned long isolate_start = pageblock_start_pfn(start_pfn);
 unsigned long isolate_end = pageblock_align(end_pfn);
 int ret;
 bool skip_isolation = false;

 /* isolate [isolate_start, isolate_start + pageblock_nr_pages) pageblock */
 ret = isolate_single_pageblock(isolate_start, mode, false,
   skip_isolation);
 if (ret)
  return ret;

 if (isolate_start == isolate_end - pageblock_nr_pages)
  skip_isolation = true;

 /* isolate [isolate_end - pageblock_nr_pages, isolate_end) pageblock */
 ret = isolate_single_pageblock(isolate_end, mode, true, skip_isolation);
 if (ret) {
  unset_migratetype_isolate(pfn_to_page(isolate_start));
  return ret;
 }

 /* skip isolated pageblocks at the beginning and end */
 for (pfn = isolate_start + pageblock_nr_pages;
      pfn < isolate_end - pageblock_nr_pages;
      pfn += pageblock_nr_pages) {
  page = __first_valid_page(pfn, pageblock_nr_pages);
  if (page && set_migratetype_isolate(page, mode, start_pfn,
     end_pfn)) {
   undo_isolate_page_range(isolate_start, pfn);
   unset_migratetype_isolate(
    pfn_to_page(isolate_end - pageblock_nr_pages));
   return -EBUSY;
  }
 }
 return 0;
}

/**
 * undo_isolate_page_range - undo effects of start_isolate_page_range()
 * @start_pfn:  The first PFN of the isolated range
 * @end_pfn:  The last PFN of the isolated range
 *
 * This finds and unsets every MIGRATE_ISOLATE page block in the given range
 */
void undo_isolate_page_range(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
{
 unsigned long pfn;
 struct page *page;
 unsigned long isolate_start = pageblock_start_pfn(start_pfn);
 unsigned long isolate_end = pageblock_align(end_pfn);

 for (pfn = isolate_start;
      pfn < isolate_end;
      pfn += pageblock_nr_pages) {
  page = __first_valid_page(pfn, pageblock_nr_pages);
  if (!page || !is_migrate_isolate_page(page))
   continue;
  unset_migratetype_isolate(page);
 }
}
/*
 * Test all pages in the range is free(means isolated) or not.
 * all pages in [start_pfn...end_pfn) must be in the same zone.
 * zone->lock must be held before call this.
 *
 * Returns the last tested pfn.
 */
static unsigned long
__test_page_isolated_in_pageblock(unsigned long pfn, unsigned long end_pfn,
      enum pb_isolate_mode mode)
{
 struct page *page;

 while (pfn < end_pfn) {
  page = pfn_to_page(pfn);
  if (PageBuddy(page))
   /*
    * If the page is on a free list, it has to be on
    * the correct MIGRATE_ISOLATE freelist. There is no
    * simple way to verify that as VM_BUG_ON(), though.
 */
   pfn += 1 << buddy_order(page);
  else if ((mode == PB_ISOLATE_MODE_MEM_OFFLINE) &&
    PageHWPoison(page))
   /* A HWPoisoned page cannot be also PageBuddy */
   pfn++;
  else if ((mode == PB_ISOLATE_MODE_MEM_OFFLINE) &&
    PageOffline(page) && !page_count(page))
   /*
    * The responsible driver agreed to skip PageOffline()
    * pages when offlining memory by dropping its
    * reference in MEM_GOING_OFFLINE.
 */
   pfn++;
  else
   break;
 }

 return pfn;
}

/**
 * test_pages_isolated - check if pageblocks in range are isolated
 * @start_pfn:  The first PFN of the isolated range
 * @end_pfn:  The first PFN *after* the isolated range
 * @mode:  Testing mode
 *
 * This tests if all in the specified range are free.
 *
 * If %PB_ISOLATE_MODE_MEM_OFFLINE specified in @mode, it will consider
 * poisoned and offlined pages free as well.
 *
 * Caller must ensure the requested range doesn't span zones.
 *
 * Returns 0 if true, -EBUSY if one or more pages are in use.
 */
int test_pages_isolated(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
   enum pb_isolate_mode mode)
{
 unsigned long pfn, flags;
 struct page *page;
 struct zone *zone;
 int ret;

 /*
  * Due to the deferred freeing of hugetlb folios, the hugepage folios may
  * not immediately release to the buddy system. This can cause PageBuddy()
  * to fail in __test_page_isolated_in_pageblock(). To ensure that the
  * hugetlb folios are properly released back to the buddy system, we
  * invoke the wait_for_freed_hugetlb_folios() function to wait for the
  * release to complete.
 */
 wait_for_freed_hugetlb_folios();

 /*
  * Note: pageblock_nr_pages != MAX_PAGE_ORDER. Then, chunks of free
  * pages are not aligned to pageblock_nr_pages.
  * Then we just check migratetype first.
 */
 for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
  page = __first_valid_page(pfn, pageblock_nr_pages);
  if (page && !is_migrate_isolate_page(page))
   break;
 }
 page = __first_valid_page(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
 if ((pfn < end_pfn) || !page) {
  ret = -EBUSY;
  goto out;
 }

 /* Check all pages are free or marked as ISOLATED */
 zone = page_zone(page);
 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
 pfn = __test_page_isolated_in_pageblock(start_pfn, end_pfn, mode);
 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);

 ret = pfn < end_pfn ? -EBUSY : 0;

out:
 trace_test_pages_isolated(start_pfn, end_pfn, pfn);

 return ret;
}