Merge tag 'for-linus-4.20a-rc5-tag' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel...
[muen/linux.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/pgalloc.h>
62 #include <asm/pgtable.h>
63 #include <asm/tlb.h>
64
65 #include <asm/xen/hypervisor.h>
66 #include <asm/xen/hypercall.h>
67
68 #include <xen/xen.h>
69 #include <xen/interface/xen.h>
70 #include <xen/interface/memory.h>
71 #include <xen/balloon.h>
72 #include <xen/features.h>
73 #include <xen/page.h>
74 #include <xen/mem-reservation.h>
75
76 static int xen_hotplug_unpopulated;
77
78 #ifdef CONFIG_XEN_BALLOON_MEMORY_HOTPLUG
79
80 static int zero;
81 static int one = 1;
82
83 static struct ctl_table balloon_table[] = {
84         {
85                 .procname       = "hotplug_unpopulated",
86                 .data           = &xen_hotplug_unpopulated,
87                 .maxlen         = sizeof(int),
88                 .mode           = 0644,
89                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
90                 .extra1         = &zero,
91                 .extra2         = &one,
92         },
93         { }
94 };
95
96 static struct ctl_table balloon_root[] = {
97         {
98                 .procname       = "balloon",
99                 .mode           = 0555,
100                 .child          = balloon_table,
101         },
102         { }
103 };
104
105 static struct ctl_table xen_root[] = {
106         {
107                 .procname       = "xen",
108                 .mode           = 0555,
109                 .child          = balloon_root,
110         },
111         { }
112 };
113
114 #endif
115
116 /*
117  * Use one extent per PAGE_SIZE to avoid to break down the page into
118  * multiple frame.
119  */
120 #define EXTENT_ORDER (fls(XEN_PFN_PER_PAGE) - 1)
121
122 /*
123  * balloon_process() state:
124  *
125  * BP_DONE: done or nothing to do,
126  * BP_WAIT: wait to be rescheduled,
127  * BP_EAGAIN: error, go to sleep,
128  * BP_ECANCELED: error, balloon operation canceled.
129  */
130
131 enum bp_state {
132         BP_DONE,
133         BP_WAIT,
134         BP_EAGAIN,
135         BP_ECANCELED
136 };
137
138
139 static DEFINE_MUTEX(balloon_mutex);
140
141 struct balloon_stats balloon_stats;
142 EXPORT_SYMBOL_GPL(balloon_stats);
143
144 /* We increase/decrease in batches which fit in a page */
145 static xen_pfn_t frame_list[PAGE_SIZE / sizeof(xen_pfn_t)];
146
147
148 /* List of ballooned pages, threaded through the mem_map array. */
149 static LIST_HEAD(ballooned_pages);
150 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(balloon_wq);
151
152 /* Main work function, always executed in process context. */
153 static void balloon_process(struct work_struct *work);
154 static DECLARE_DELAYED_WORK(balloon_worker, balloon_process);
155
156 /* When ballooning out (allocating memory to return to Xen) we don't really
157    want the kernel to try too hard since that can trigger the oom killer. */
158 #define GFP_BALLOON \
159         (GFP_HIGHUSER | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY | __GFP_NOMEMALLOC)
160
161 /* balloon_append: add the given page to the balloon. */
162 static void __balloon_append(struct page *page)
163 {
164         /* Lowmem is re-populated first, so highmem pages go at list tail. */
165         if (PageHighMem(page)) {
166                 list_add_tail(&page->lru, &ballooned_pages);
167                 balloon_stats.balloon_high++;
168         } else {
169                 list_add(&page->lru, &ballooned_pages);
170                 balloon_stats.balloon_low++;
171         }
172         wake_up(&balloon_wq);
173 }
174
175 static void balloon_append(struct page *page)
176 {
177         __balloon_append(page);
178 }
179
180 /* balloon_retrieve: rescue a page from the balloon, if it is not empty. */
181 static struct page *balloon_retrieve(bool require_lowmem)
182 {
183         struct page *page;
184
185         if (list_empty(&ballooned_pages))
186                 return NULL;
187
188         page = list_entry(ballooned_pages.next, struct page, lru);
189         if (require_lowmem && PageHighMem(page))
190                 return NULL;
191         list_del(&page->lru);
192
193         if (PageHighMem(page))
194                 balloon_stats.balloon_high--;
195         else
196                 balloon_stats.balloon_low--;
197
198         return page;
199 }
200
201 static struct page *balloon_next_page(struct page *page)
202 {
203         struct list_head *next = page->lru.next;
204         if (next == &ballooned_pages)
205                 return NULL;
206         return list_entry(next, struct page, lru);
207 }
208
209 static enum bp_state update_schedule(enum bp_state state)
210 {
211         if (state == BP_WAIT)
212                 return BP_WAIT;
213
214         if (state == BP_ECANCELED)
215                 return BP_ECANCELED;
216
217         if (state == BP_DONE) {
218                 balloon_stats.schedule_delay = 1;
219                 balloon_stats.retry_count = 1;
220                 return BP_DONE;
221         }
222
223         ++balloon_stats.retry_count;
224
225         if (balloon_stats.max_retry_count != RETRY_UNLIMITED &&
226                         balloon_stats.retry_count > balloon_stats.max_retry_count) {
227                 balloon_stats.schedule_delay = 1;
228                 balloon_stats.retry_count = 1;
229                 return BP_ECANCELED;
230         }
231
232         balloon_stats.schedule_delay <<= 1;
233
234         if (balloon_stats.schedule_delay > balloon_stats.max_schedule_delay)
235                 balloon_stats.schedule_delay = balloon_stats.max_schedule_delay;
236
237         return BP_EAGAIN;
238 }
239
240 #ifdef CONFIG_XEN_BALLOON_MEMORY_HOTPLUG
241 static void release_memory_resource(struct resource *resource)
242 {
243         if (!resource)
244                 return;
245
246         /*
247          * No need to reset region to identity mapped since we now
248          * know that no I/O can be in this region
249          */
250         release_resource(resource);
251         kfree(resource);
252 }
253
254 static struct resource *additional_memory_resource(phys_addr_t size)
255 {
256         struct resource *res;
257         int ret;
258
259         res = kzalloc(sizeof(*res), GFP_KERNEL);
260         if (!res)
261                 return NULL;
262
263         res->name = "System RAM";
264         res->flags = IORESOURCE_SYSTEM_RAM | IORESOURCE_BUSY;
265
266         ret = allocate_resource(&iomem_resource, res,
267                                 size, 0, -1,
268                                 PAGES_PER_SECTION * PAGE_SIZE, NULL, NULL);
269         if (ret < 0) {
270                 pr_err("Cannot allocate new System RAM resource\n");
271                 kfree(res);
272                 return NULL;
273         }
274
275 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
276         {
277                 unsigned long limit = 1UL << (MAX_PHYSMEM_BITS - PAGE_SHIFT);
278                 unsigned long pfn = res->start >> PAGE_SHIFT;
279
280                 if (pfn > limit) {
281                         pr_err("New System RAM resource outside addressable RAM (%lu > %lu)\n",
282                                pfn, limit);
283                         release_memory_resource(res);
284                         return NULL;
285                 }
286         }
287 #endif
288
289         return res;
290 }
291
292 static enum bp_state reserve_additional_memory(void)
293 {
294         long credit;
295         struct resource *resource;
296         int nid, rc;
297         unsigned long balloon_hotplug;
298
299         credit = balloon_stats.target_pages + balloon_stats.target_unpopulated
300                 - balloon_stats.total_pages;
301
302         /*
303          * Already hotplugged enough pages?  Wait for them to be
304          * onlined.
305          */
306         if (credit <= 0)
307                 return BP_WAIT;
308
309         balloon_hotplug = round_up(credit, PAGES_PER_SECTION);
310
311         resource = additional_memory_resource(balloon_hotplug * PAGE_SIZE);
312         if (!resource)
313                 goto err;
314
315         nid = memory_add_physaddr_to_nid(resource->start);
316
317 #ifdef CONFIG_XEN_HAVE_PVMMU
318         /*
319          * We don't support PV MMU when Linux and Xen is using
320          * different page granularity.
321          */
322         BUILD_BUG_ON(XEN_PAGE_SIZE != PAGE_SIZE);
323
324         /*
325          * add_memory() will build page tables for the new memory so
326          * the p2m must contain invalid entries so the correct
327          * non-present PTEs will be written.
328          *
329          * If a failure occurs, the original (identity) p2m entries
330          * are not restored since this region is now known not to
331          * conflict with any devices.
332          */ 
333         if (!xen_feature(XENFEAT_auto_translated_physmap)) {
334                 unsigned long pfn, i;
335
336                 pfn = PFN_DOWN(resource->start);
337                 for (i = 0; i < balloon_hotplug; i++) {
338                         if (!set_phys_to_machine(pfn + i, INVALID_P2M_ENTRY)) {
339                                 pr_warn("set_phys_to_machine() failed, no memory added\n");
340                                 goto err;
341                         }
342                 }
343         }
344 #endif
345
346         /*
347          * add_memory_resource() will call online_pages() which in its turn
348          * will call xen_online_page() callback causing deadlock if we don't
349          * release balloon_mutex here. Unlocking here is safe because the
350          * callers drop the mutex before trying again.
351          */
352         mutex_unlock(&balloon_mutex);
353         /* add_memory_resource() requires the device_hotplug lock */
354         lock_device_hotplug();
355         rc = add_memory_resource(nid, resource, memhp_auto_online);
356         unlock_device_hotplug();
357         mutex_lock(&balloon_mutex);
358
359         if (rc) {
360                 pr_warn("Cannot add additional memory (%i)\n", rc);
361                 goto err;
362         }
363
364         balloon_stats.total_pages += balloon_hotplug;
365
366         return BP_WAIT;
367   err:
368         release_memory_resource(resource);
369         return BP_ECANCELED;
370 }
371
372 static void xen_online_page(struct page *page)
373 {
374         __online_page_set_limits(page);
375
376         mutex_lock(&balloon_mutex);
377
378         __balloon_append(page);
379
380         mutex_unlock(&balloon_mutex);
381 }
382
383 static int xen_memory_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long val, void *v)
384 {
385         if (val == MEM_ONLINE)
386                 schedule_delayed_work(&balloon_worker, 0);
387
388         return NOTIFY_OK;
389 }
390
391 static struct notifier_block xen_memory_nb = {
392         .notifier_call = xen_memory_notifier,
393         .priority = 0
394 };
395 #else
396 static enum bp_state reserve_additional_memory(void)
397 {
398         balloon_stats.target_pages = balloon_stats.current_pages;
399         return BP_ECANCELED;
400 }
401 #endif /* CONFIG_XEN_BALLOON_MEMORY_HOTPLUG */
402
403 static long current_credit(void)
404 {
405         return balloon_stats.target_pages - balloon_stats.current_pages;
406 }
407
408 static bool balloon_is_inflated(void)
409 {
410         return balloon_stats.balloon_low || balloon_stats.balloon_high;
411 }
412
413 static enum bp_state increase_reservation(unsigned long nr_pages)
414 {
415         int rc;
416         unsigned long i;
417         struct page   *page;
418
419         if (nr_pages > ARRAY_SIZE(frame_list))
420                 nr_pages = ARRAY_SIZE(frame_list);
421
422         page = list_first_entry_or_null(&ballooned_pages, struct page, lru);
423         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
424                 if (!page) {
425                         nr_pages = i;
426                         break;
427                 }
428
429                 frame_list[i] = page_to_xen_pfn(page);
430                 page = balloon_next_page(page);
431         }
432
433         rc = xenmem_reservation_increase(nr_pages, frame_list);
434         if (rc <= 0)
435                 return BP_EAGAIN;
436
437         for (i = 0; i < rc; i++) {
438                 page = balloon_retrieve(false);
439                 BUG_ON(page == NULL);
440
441                 xenmem_reservation_va_mapping_update(1, &page, &frame_list[i]);
442
443                 /* Relinquish the page back to the allocator. */
444                 free_reserved_page(page);
445         }
446
447         balloon_stats.current_pages += rc;
448
449         return BP_DONE;
450 }
451
452 static enum bp_state decrease_reservation(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp)
453 {
454         enum bp_state state = BP_DONE;
455         unsigned long i;
456         struct page *page, *tmp;
457         int ret;
458         LIST_HEAD(pages);
459
460         if (nr_pages > ARRAY_SIZE(frame_list))
461                 nr_pages = ARRAY_SIZE(frame_list);
462
463         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
464                 page = alloc_page(gfp);
465                 if (page == NULL) {
466                         nr_pages = i;
467                         state = BP_EAGAIN;
468                         break;
469                 }
470                 adjust_managed_page_count(page, -1);
471                 xenmem_reservation_scrub_page(page);
472                 list_add(&page->lru, &pages);
473         }
474
475         /*
476          * Ensure that ballooned highmem pages don't have kmaps.
477          *
478          * Do this before changing the p2m as kmap_flush_unused()
479          * reads PTEs to obtain pages (and hence needs the original
480          * p2m entry).
481          */
482         kmap_flush_unused();
483
484         /*
485          * Setup the frame, update direct mapping, invalidate P2M,
486          * and add to balloon.
487          */
488         i = 0;
489         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &pages, lru) {
490                 frame_list[i++] = xen_page_to_gfn(page);
491
492                 xenmem_reservation_va_mapping_reset(1, &page);
493
494                 list_del(&page->lru);
495
496                 balloon_append(page);
497         }
498
499         flush_tlb_all();
500
501         ret = xenmem_reservation_decrease(nr_pages, frame_list);
502         BUG_ON(ret != nr_pages);
503
504         balloon_stats.current_pages -= nr_pages;
505
506         return state;
507 }
508
509 /*
510  * As this is a work item it is guaranteed to run as a single instance only.
511  * We may of course race updates of the target counts (which are protected
512  * by the balloon lock), or with changes to the Xen hard limit, but we will
513  * recover from these in time.
514  */
515 static void balloon_process(struct work_struct *work)
516 {
517         enum bp_state state = BP_DONE;
518         long credit;
519
520
521         do {
522                 mutex_lock(&balloon_mutex);
523
524                 credit = current_credit();
525
526                 if (credit > 0) {
527                         if (balloon_is_inflated())
528                                 state = increase_reservation(credit);
529                         else
530                                 state = reserve_additional_memory();
531                 }
532
533                 if (credit < 0)
534                         state = decrease_reservation(-credit, GFP_BALLOON);
535
536                 state = update_schedule(state);
537
538                 mutex_unlock(&balloon_mutex);
539
540                 cond_resched();
541
542         } while (credit && state == BP_DONE);
543
544         /* Schedule more work if there is some still to be done. */
545         if (state == BP_EAGAIN)
546                 schedule_delayed_work(&balloon_worker, balloon_stats.schedule_delay * HZ);
547 }
548
549 /* Resets the Xen limit, sets new target, and kicks off processing. */
550 void balloon_set_new_target(unsigned long target)
551 {
552         /* No need for lock. Not read-modify-write updates. */
553         balloon_stats.target_pages = target;
554         schedule_delayed_work(&balloon_worker, 0);
555 }
556 EXPORT_SYMBOL_GPL(balloon_set_new_target);
557
558 static int add_ballooned_pages(int nr_pages)
559 {
560         enum bp_state st;
561
562         if (xen_hotplug_unpopulated) {
563                 st = reserve_additional_memory();
564                 if (st != BP_ECANCELED) {
565                         mutex_unlock(&balloon_mutex);
566                         wait_event(balloon_wq,
567                                    !list_empty(&ballooned_pages));
568                         mutex_lock(&balloon_mutex);
569                         return 0;
570                 }
571         }
572
573         st = decrease_reservation(nr_pages, GFP_USER);
574         if (st != BP_DONE)
575                 return -ENOMEM;
576
577         return 0;
578 }
579
580 /**
581  * alloc_xenballooned_pages - get pages that have been ballooned out
582  * @nr_pages: Number of pages to get
583  * @pages: pages returned
584  * @return 0 on success, error otherwise
585  */
586 int alloc_xenballooned_pages(int nr_pages, struct page **pages)
587 {
588         int pgno = 0;
589         struct page *page;
590         int ret;
591
592         mutex_lock(&balloon_mutex);
593
594         balloon_stats.target_unpopulated += nr_pages;
595
596         while (pgno < nr_pages) {
597                 page = balloon_retrieve(true);
598                 if (page) {
599                         pages[pgno++] = page;
600 #ifdef CONFIG_XEN_HAVE_PVMMU
601                         /*
602                          * We don't support PV MMU when Linux and Xen is using
603                          * different page granularity.
604                          */
605                         BUILD_BUG_ON(XEN_PAGE_SIZE != PAGE_SIZE);
606
607                         if (!xen_feature(XENFEAT_auto_translated_physmap)) {
608                                 ret = xen_alloc_p2m_entry(page_to_pfn(page));
609                                 if (ret < 0)
610                                         goto out_undo;
611                         }
612 #endif
613                 } else {
614                         ret = add_ballooned_pages(nr_pages - pgno);
615                         if (ret < 0)
616                                 goto out_undo;
617                 }
618         }
619         mutex_unlock(&balloon_mutex);
620         return 0;
621  out_undo:
622         mutex_unlock(&balloon_mutex);
623         free_xenballooned_pages(pgno, pages);
624         return ret;
625 }
626 EXPORT_SYMBOL(alloc_xenballooned_pages);
627
628 /**
629  * free_xenballooned_pages - return pages retrieved with get_ballooned_pages
630  * @nr_pages: Number of pages
631  * @pages: pages to return
632  */
633 void free_xenballooned_pages(int nr_pages, struct page **pages)
634 {
635         int i;
636
637         mutex_lock(&balloon_mutex);
638
639         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
640                 if (pages[i])
641                         balloon_append(pages[i]);
642         }
643
644         balloon_stats.target_unpopulated -= nr_pages;
645
646         /* The balloon may be too large now. Shrink it if needed. */
647         if (current_credit())
648                 schedule_delayed_work(&balloon_worker, 0);
649
650         mutex_unlock(&balloon_mutex);
651 }
652 EXPORT_SYMBOL(free_xenballooned_pages);
653
654 #ifdef CONFIG_XEN_PV
655 static void __init balloon_add_region(unsigned long start_pfn,
656                                       unsigned long pages)
657 {
658         unsigned long pfn, extra_pfn_end;
659         struct page *page;
660
661         /*
662          * If the amount of usable memory has been limited (e.g., with
663          * the 'mem' command line parameter), don't add pages beyond
664          * this limit.
665          */
666         extra_pfn_end = min(max_pfn, start_pfn + pages);
667
668         for (pfn = start_pfn; pfn < extra_pfn_end; pfn++) {
669                 page = pfn_to_page(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(page);
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 = RETRY_UNLIMITED;
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 #ifdef CONFIG_XEN_PV
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);