Linux-libre 5.7.3-gnu
[librecmc/linux-libre.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 struct ctl_table balloon_table[] = {
81         {
82                 .procname       = "hotplug_unpopulated",
83                 .data           = &xen_hotplug_unpopulated,
84                 .maxlen         = sizeof(int),
85                 .mode           = 0644,
86                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
87                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
88                 .extra2         = SYSCTL_ONE,
89         },
90         { }
91 };
92
93 static struct ctl_table balloon_root[] = {
94         {
95                 .procname       = "balloon",
96                 .mode           = 0555,
97                 .child          = balloon_table,
98         },
99         { }
100 };
101
102 static struct ctl_table xen_root[] = {
103         {
104                 .procname       = "xen",
105                 .mode           = 0555,
106                 .child          = balloon_root,
107         },
108         { }
109 };
110
111 #endif
112
113 /*
114  * Use one extent per PAGE_SIZE to avoid to break down the page into
115  * multiple frame.
116  */
117 #define EXTENT_ORDER (fls(XEN_PFN_PER_PAGE) - 1)
118
119 /*
120  * balloon_process() state:
121  *
122  * BP_DONE: done or nothing to do,
123  * BP_WAIT: wait to be rescheduled,
124  * BP_EAGAIN: error, go to sleep,
125  * BP_ECANCELED: error, balloon operation canceled.
126  */
127
128 enum bp_state {
129         BP_DONE,
130         BP_WAIT,
131         BP_EAGAIN,
132         BP_ECANCELED
133 };
134
135
136 static DEFINE_MUTEX(balloon_mutex);
137
138 struct balloon_stats balloon_stats;
139 EXPORT_SYMBOL_GPL(balloon_stats);
140
141 /* We increase/decrease in batches which fit in a page */
142 static xen_pfn_t frame_list[PAGE_SIZE / sizeof(xen_pfn_t)];
143
144
145 /* List of ballooned pages, threaded through the mem_map array. */
146 static LIST_HEAD(ballooned_pages);
147 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(balloon_wq);
148
149 /* Main work function, always executed in process context. */
150 static void balloon_process(struct work_struct *work);
151 static DECLARE_DELAYED_WORK(balloon_worker, balloon_process);
152
153 /* When ballooning out (allocating memory to return to Xen) we don't really
154    want the kernel to try too hard since that can trigger the oom killer. */
155 #define GFP_BALLOON \
156         (GFP_HIGHUSER | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY | __GFP_NOMEMALLOC)
157
158 /* balloon_append: add the given page to the balloon. */
159 static void balloon_append(struct page *page)
160 {
161         __SetPageOffline(page);
162
163         /* Lowmem is re-populated first, so highmem pages go at list tail. */
164         if (PageHighMem(page)) {
165                 list_add_tail(&page->lru, &ballooned_pages);
166                 balloon_stats.balloon_high++;
167         } else {
168                 list_add(&page->lru, &ballooned_pages);
169                 balloon_stats.balloon_low++;
170         }
171         wake_up(&balloon_wq);
172 }
173
174 /* balloon_retrieve: rescue a page from the balloon, if it is not empty. */
175 static struct page *balloon_retrieve(bool require_lowmem)
176 {
177         struct page *page;
178
179         if (list_empty(&ballooned_pages))
180                 return NULL;
181
182         page = list_entry(ballooned_pages.next, struct page, lru);
183         if (require_lowmem && PageHighMem(page))
184                 return NULL;
185         list_del(&page->lru);
186
187         if (PageHighMem(page))
188                 balloon_stats.balloon_high--;
189         else
190                 balloon_stats.balloon_low--;
191
192         __ClearPageOffline(page);
193         return page;
194 }
195
196 static struct page *balloon_next_page(struct page *page)
197 {
198         struct list_head *next = page->lru.next;
199         if (next == &ballooned_pages)
200                 return NULL;
201         return list_entry(next, struct page, lru);
202 }
203
204 static enum bp_state update_schedule(enum bp_state state)
205 {
206         if (state == BP_WAIT)
207                 return BP_WAIT;
208
209         if (state == BP_ECANCELED)
210                 return BP_ECANCELED;
211
212         if (state == BP_DONE) {
213                 balloon_stats.schedule_delay = 1;
214                 balloon_stats.retry_count = 1;
215                 return BP_DONE;
216         }
217
218         ++balloon_stats.retry_count;
219
220         if (balloon_stats.max_retry_count != RETRY_UNLIMITED &&
221                         balloon_stats.retry_count > balloon_stats.max_retry_count) {
222                 balloon_stats.schedule_delay = 1;
223                 balloon_stats.retry_count = 1;
224                 return BP_ECANCELED;
225         }
226
227         balloon_stats.schedule_delay <<= 1;
228
229         if (balloon_stats.schedule_delay > balloon_stats.max_schedule_delay)
230                 balloon_stats.schedule_delay = balloon_stats.max_schedule_delay;
231
232         return BP_EAGAIN;
233 }
234
235 #ifdef CONFIG_XEN_BALLOON_MEMORY_HOTPLUG
236 static void release_memory_resource(struct resource *resource)
237 {
238         if (!resource)
239                 return;
240
241         /*
242          * No need to reset region to identity mapped since we now
243          * know that no I/O can be in this region
244          */
245         release_resource(resource);
246         kfree(resource);
247 }
248
249 static struct resource *additional_memory_resource(phys_addr_t size)
250 {
251         struct resource *res;
252         int ret;
253
254         res = kzalloc(sizeof(*res), GFP_KERNEL);
255         if (!res)
256                 return NULL;
257
258         res->name = "System RAM";
259         res->flags = IORESOURCE_SYSTEM_RAM | IORESOURCE_BUSY;
260
261         ret = allocate_resource(&iomem_resource, res,
262                                 size, 0, -1,
263                                 PAGES_PER_SECTION * PAGE_SIZE, NULL, NULL);
264         if (ret < 0) {
265                 pr_err("Cannot allocate new System RAM resource\n");
266                 kfree(res);
267                 return NULL;
268         }
269
270 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
271         {
272                 unsigned long limit = 1UL << (MAX_PHYSMEM_BITS - PAGE_SHIFT);
273                 unsigned long pfn = res->start >> PAGE_SHIFT;
274
275                 if (pfn > limit) {
276                         pr_err("New System RAM resource outside addressable RAM (%lu > %lu)\n",
277                                pfn, limit);
278                         release_memory_resource(res);
279                         return NULL;
280                 }
281         }
282 #endif
283
284         return res;
285 }
286
287 static enum bp_state reserve_additional_memory(void)
288 {
289         long credit;
290         struct resource *resource;
291         int nid, rc;
292         unsigned long balloon_hotplug;
293
294         credit = balloon_stats.target_pages + balloon_stats.target_unpopulated
295                 - balloon_stats.total_pages;
296
297         /*
298          * Already hotplugged enough pages?  Wait for them to be
299          * onlined.
300          */
301         if (credit <= 0)
302                 return BP_WAIT;
303
304         balloon_hotplug = round_up(credit, PAGES_PER_SECTION);
305
306         resource = additional_memory_resource(balloon_hotplug * PAGE_SIZE);
307         if (!resource)
308                 goto err;
309
310         nid = memory_add_physaddr_to_nid(resource->start);
311
312 #ifdef CONFIG_XEN_HAVE_PVMMU
313         /*
314          * We don't support PV MMU when Linux and Xen is using
315          * different page granularity.
316          */
317         BUILD_BUG_ON(XEN_PAGE_SIZE != PAGE_SIZE);
318
319         /*
320          * add_memory() will build page tables for the new memory so
321          * the p2m must contain invalid entries so the correct
322          * non-present PTEs will be written.
323          *
324          * If a failure occurs, the original (identity) p2m entries
325          * are not restored since this region is now known not to
326          * conflict with any devices.
327          */ 
328         if (!xen_feature(XENFEAT_auto_translated_physmap)) {
329                 unsigned long pfn, i;
330
331                 pfn = PFN_DOWN(resource->start);
332                 for (i = 0; i < balloon_hotplug; i++) {
333                         if (!set_phys_to_machine(pfn + i, INVALID_P2M_ENTRY)) {
334                                 pr_warn("set_phys_to_machine() failed, no memory added\n");
335                                 goto err;
336                         }
337                 }
338         }
339 #endif
340
341         /*
342          * add_memory_resource() will call online_pages() which in its turn
343          * will call xen_online_page() callback causing deadlock if we don't
344          * release balloon_mutex here. Unlocking here is safe because the
345          * callers drop the mutex before trying again.
346          */
347         mutex_unlock(&balloon_mutex);
348         /* add_memory_resource() requires the device_hotplug lock */
349         lock_device_hotplug();
350         rc = add_memory_resource(nid, resource);
351         unlock_device_hotplug();
352         mutex_lock(&balloon_mutex);
353
354         if (rc) {
355                 pr_warn("Cannot add additional memory (%i)\n", rc);
356                 goto err;
357         }
358
359         balloon_stats.total_pages += balloon_hotplug;
360
361         return BP_WAIT;
362   err:
363         release_memory_resource(resource);
364         return BP_ECANCELED;
365 }
366
367 static void xen_online_page(struct page *page, unsigned int order)
368 {
369         unsigned long i, size = (1 << order);
370         unsigned long start_pfn = page_to_pfn(page);
371         struct page *p;
372
373         pr_debug("Online %lu pages starting at pfn 0x%lx\n", size, start_pfn);
374         mutex_lock(&balloon_mutex);
375         for (i = 0; i < size; i++) {
376                 p = pfn_to_page(start_pfn + i);
377                 balloon_append(p);
378         }
379         mutex_unlock(&balloon_mutex);
380 }
381
382 static int xen_memory_notifier(struct notifier_block *nb, unsigned long val, void *v)
383 {
384         if (val == MEM_ONLINE)
385                 schedule_delayed_work(&balloon_worker, 0);
386
387         return NOTIFY_OK;
388 }
389
390 static struct notifier_block xen_memory_nb = {
391         .notifier_call = xen_memory_notifier,
392         .priority = 0
393 };
394 #else
395 static enum bp_state reserve_additional_memory(void)
396 {
397         balloon_stats.target_pages = balloon_stats.current_pages +
398                                      balloon_stats.target_unpopulated;
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                         long n_pages;
535
536                         n_pages = min(-credit, si_mem_available());
537                         state = decrease_reservation(n_pages, GFP_BALLOON);
538                         if (state == BP_DONE && n_pages != -credit &&
539                             n_pages < totalreserve_pages)
540                                 state = BP_EAGAIN;
541                 }
542
543                 state = update_schedule(state);
544
545                 mutex_unlock(&balloon_mutex);
546
547                 cond_resched();
548
549         } while (credit && state == BP_DONE);
550
551         /* Schedule more work if there is some still to be done. */
552         if (state == BP_EAGAIN)
553                 schedule_delayed_work(&balloon_worker, balloon_stats.schedule_delay * HZ);
554 }
555
556 /* Resets the Xen limit, sets new target, and kicks off processing. */
557 void balloon_set_new_target(unsigned long target)
558 {
559         /* No need for lock. Not read-modify-write updates. */
560         balloon_stats.target_pages = target;
561         schedule_delayed_work(&balloon_worker, 0);
562 }
563 EXPORT_SYMBOL_GPL(balloon_set_new_target);
564
565 static int add_ballooned_pages(int nr_pages)
566 {
567         enum bp_state st;
568
569         if (xen_hotplug_unpopulated) {
570                 st = reserve_additional_memory();
571                 if (st != BP_ECANCELED) {
572                         mutex_unlock(&balloon_mutex);
573                         wait_event(balloon_wq,
574                                    !list_empty(&ballooned_pages));
575                         mutex_lock(&balloon_mutex);
576                         return 0;
577                 }
578         }
579
580         if (si_mem_available() < nr_pages)
581                 return -ENOMEM;
582
583         st = decrease_reservation(nr_pages, GFP_USER);
584         if (st != BP_DONE)
585                 return -ENOMEM;
586
587         return 0;
588 }
589
590 /**
591  * alloc_xenballooned_pages - get pages that have been ballooned out
592  * @nr_pages: Number of pages to get
593  * @pages: pages returned
594  * @return 0 on success, error otherwise
595  */
596 int alloc_xenballooned_pages(int nr_pages, struct page **pages)
597 {
598         int pgno = 0;
599         struct page *page;
600         int ret;
601
602         mutex_lock(&balloon_mutex);
603
604         balloon_stats.target_unpopulated += nr_pages;
605
606         while (pgno < nr_pages) {
607                 page = balloon_retrieve(true);
608                 if (page) {
609                         pages[pgno++] = page;
610 #ifdef CONFIG_XEN_HAVE_PVMMU
611                         /*
612                          * We don't support PV MMU when Linux and Xen is using
613                          * different page granularity.
614                          */
615                         BUILD_BUG_ON(XEN_PAGE_SIZE != PAGE_SIZE);
616
617                         if (!xen_feature(XENFEAT_auto_translated_physmap)) {
618                                 ret = xen_alloc_p2m_entry(page_to_pfn(page));
619                                 if (ret < 0)
620                                         goto out_undo;
621                         }
622 #endif
623                 } else {
624                         ret = add_ballooned_pages(nr_pages - pgno);
625                         if (ret < 0)
626                                 goto out_undo;
627                 }
628         }
629         mutex_unlock(&balloon_mutex);
630         return 0;
631  out_undo:
632         mutex_unlock(&balloon_mutex);
633         free_xenballooned_pages(pgno, pages);
634         return ret;
635 }
636 EXPORT_SYMBOL(alloc_xenballooned_pages);
637
638 /**
639  * free_xenballooned_pages - return pages retrieved with get_ballooned_pages
640  * @nr_pages: Number of pages
641  * @pages: pages to return
642  */
643 void free_xenballooned_pages(int nr_pages, struct page **pages)
644 {
645         int i;
646
647         mutex_lock(&balloon_mutex);
648
649         for (i = 0; i < nr_pages; i++) {
650                 if (pages[i])
651                         balloon_append(pages[i]);
652         }
653
654         balloon_stats.target_unpopulated -= nr_pages;
655
656         /* The balloon may be too large now. Shrink it if needed. */
657         if (current_credit())
658                 schedule_delayed_work(&balloon_worker, 0);
659
660         mutex_unlock(&balloon_mutex);
661 }
662 EXPORT_SYMBOL(free_xenballooned_pages);
663
664 #ifdef CONFIG_XEN_PV
665 static void __init balloon_add_region(unsigned long start_pfn,
666                                       unsigned long pages)
667 {
668         unsigned long pfn, extra_pfn_end;
669
670         /*
671          * If the amount of usable memory has been limited (e.g., with
672          * the 'mem' command line parameter), don't add pages beyond
673          * this limit.
674          */
675         extra_pfn_end = min(max_pfn, start_pfn + pages);
676
677         for (pfn = start_pfn; pfn < extra_pfn_end; pfn++) {
678                 /* totalram_pages and totalhigh_pages do not
679                    include the boot-time balloon extension, so
680                    don't subtract from it. */
681                 balloon_append(pfn_to_page(pfn));
682         }
683
684         balloon_stats.total_pages += extra_pfn_end - start_pfn;
685 }
686 #endif
687
688 static int __init balloon_init(void)
689 {
690         if (!xen_domain())
691                 return -ENODEV;
692
693         pr_info("Initialising balloon driver\n");
694
695 #ifdef CONFIG_XEN_PV
696         balloon_stats.current_pages = xen_pv_domain()
697                 ? min(xen_start_info->nr_pages - xen_released_pages, max_pfn)
698                 : get_num_physpages();
699 #else
700         balloon_stats.current_pages = get_num_physpages();
701 #endif
702         balloon_stats.target_pages  = balloon_stats.current_pages;
703         balloon_stats.balloon_low   = 0;
704         balloon_stats.balloon_high  = 0;
705         balloon_stats.total_pages   = balloon_stats.current_pages;
706
707         balloon_stats.schedule_delay = 1;
708         balloon_stats.max_schedule_delay = 32;
709         balloon_stats.retry_count = 1;
710         balloon_stats.max_retry_count = 4;
711
712 #ifdef CONFIG_XEN_BALLOON_MEMORY_HOTPLUG
713         set_online_page_callback(&xen_online_page);
714         register_memory_notifier(&xen_memory_nb);
715         register_sysctl_table(xen_root);
716 #endif
717
718 #ifdef CONFIG_XEN_PV
719         {
720                 int i;
721
722                 /*
723                  * Initialize the balloon with pages from the extra memory
724                  * regions (see arch/x86/xen/setup.c).
725                  */
726                 for (i = 0; i < XEN_EXTRA_MEM_MAX_REGIONS; i++)
727                         if (xen_extra_mem[i].n_pfns)
728                                 balloon_add_region(xen_extra_mem[i].start_pfn,
729                                                    xen_extra_mem[i].n_pfns);
730         }
731 #endif
732
733         /* Init the xen-balloon driver. */
734         xen_balloon_init();
735
736         return 0;
737 }
738 subsys_initcall(balloon_init);