kernel/include/linux/mm_types.h

   1 #ifndef _LINUX_MM_TYPES_H
   2 #define _LINUX_MM_TYPES_H
   3
   4 #include <linux/auxvec.h>
   5 #include <linux/types.h>
   6 #include <linux/threads.h>
   7 #include <linux/list.h>
   8 #include <linux/spinlock.h>
   9 #include <linux/rbtree.h>
  10 #include <linux/rwsem.h>
  11 #include <linux/completion.h>
  12 #include <linux/cpumask.h>
  13 #include <linux/uprobes.h>
  14 #include <linux/rcupdate.h>
  15 #include <linux/page-flags-layout.h>
  16 #include <asm/page.h>
  17 #include <asm/mmu.h>
  18
  19 #ifndef AT_VECTOR_SIZE_ARCH
  20 #define AT_VECTOR_SIZE_ARCH 0
  21 #endif
  22 #define AT_VECTOR_SIZE (2*(AT_VECTOR_SIZE_ARCH + AT_VECTOR_SIZE_BASE + 1))
  23
  24 struct address_space;
  25 struct mem_cgroup;
  26
  27 #define USE_SPLIT_PTE_PTLOCKS   (NR_CPUS >= CONFIG_SPLIT_PTLOCK_CPUS)
  28 #define USE_SPLIT_PMD_PTLOCKS   (USE_SPLIT_PTE_PTLOCKS && \
  29                 IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_ENABLE_SPLIT_PMD_PTLOCK))
  30 #define ALLOC_SPLIT_PTLOCKS     (SPINLOCK_SIZE > BITS_PER_LONG/8)
  31
  32 /*
  33  * Each physical page in the system has a struct page associated with
  34  * it to keep track of whatever it is we are using the page for at the
  35  * moment. Note that we have no way to track which tasks are using
  36  * a page, though if it is a pagecache page, rmap structures can tell us
  37  * who is mapping it.
  38  *
  39  * The objects in struct page are organized in double word blocks in
  40  * order to allows us to use atomic double word operations on portions
  41  * of struct page. That is currently only used by slub but the arrangement
  42  * allows the use of atomic double word operations on the flags/mapping
  43  * and lru list pointers also.
  44  */
  45 struct page {
  46         /* First double word block */
  47         unsigned long flags;            /* Atomic flags, some possibly
  48                                          * updated asynchronously */
  49         union {
  50                 struct address_space *mapping;  /* If low bit clear, points to
  51                                                  * inode address_space, or NULL.
  52                                                  * If page mapped as anonymous
  53                                                  * memory, low bit is set, and
  54                                                  * it points to anon_vma object:
  55                                                  * see PAGE_MAPPING_ANON below.
  56                                                  */
  57                 void *s_mem;                    /* slab first object */
  58         };
  59
  60         /* Second double word */
  61         struct {
  62                 union {
  63                         pgoff_t index;          /* Our offset within mapping. */
  64                         void *freelist;         /* sl[aou]b first free object */
  65                 };
  66
  67                 union {
  68 #if defined(CONFIG_HAVE_CMPXCHG_DOUBLE) && \
  69         defined(CONFIG_HAVE_ALIGNED_STRUCT_PAGE)
  70                         /* Used for cmpxchg_double in slub */
  71                         unsigned long counters;
  72 #else
  73                         /*
  74                          * Keep _count separate from slub cmpxchg_double data.
  75                          * As the rest of the double word is protected by
  76                          * slab_lock but _count is not.
  77                          */
  78                         unsigned counters;
  79 #endif
  80
  81                         struct {
  82
  83                                 union {
  84                                         /*
  85                                          * Count of ptes mapped in
  86                                          * mms, to show when page is
  87                                          * mapped & limit reverse map
  88                                          * searches.
  89                                          *
  90                                          * Used also for tail pages
  91                                          * refcounting instead of
  92                                          * _count. Tail pages cannot
  93                                          * be mapped and keeping the
  94                                          * tail page _count zero at
  95                                          * all times guarantees
  96                                          * get_page_unless_zero() will
  97                                          * never succeed on tail
  98                                          * pages.
  99                                          */
 100                                         atomic_t _mapcount;
 101
 102                                         struct { /* SLUB */
 103                                                 unsigned inuse:16;
 104                                                 unsigned objects:15;
 105                                                 unsigned frozen:1;
 106                                         };
 107                                         int units;      /* SLOB */
 108                                 };
 109                                 atomic_t _count;                /* Usage count, see below. */
 110                         };
 111                         unsigned int active;    /* SLAB */
 112                 };
 113         };
 114
 115         /*
 116          * Third double word block
 117          *
 118          * WARNING: bit 0 of the first word encode PageTail(). That means
 119          * the rest users of the storage space MUST NOT use the bit to
 120          * avoid collision and false-positive PageTail().
 121          */
 122         union {
 123                 struct list_head lru;   /* Pageout list, eg. active_list
 124                                          * protected by zone->lru_lock !
 125                                          * Can be used as a generic list
 126                                          * by the page owner.
 127                                          */
 128                 struct {                /* slub per cpu partial pages */
 129                         struct page *next;      /* Next partial slab */
 130 #ifdef CONFIG_64BIT
 131                         int pages;      /* Nr of partial slabs left */
 132                         int pobjects;   /* Approximate # of objects */
 133 #else
 134                         short int pages;
 135                         short int pobjects;
 136 #endif
 137                 };
 138
 139                 struct rcu_head rcu_head;       /* Used by SLAB
 140                                                  * when destroying via RCU
 141                                                  */
 142                 /* Tail pages of compound page */
 143                 struct {
 144                         unsigned long compound_head; /* If bit zero is set */
 145
 146                         /* First tail page only */
 147 #ifdef CONFIG_64BIT
 148                         /*
 149                          * On 64 bit system we have enough space in struct page
 150                          * to encode compound_dtor and compound_order with
 151                          * unsigned int. It can help compiler generate better or
 152                          * smaller code on some archtectures.
 153                          */
 154                         unsigned int compound_dtor;
 155                         unsigned int compound_order;
 156 #else
 157                         unsigned short int compound_dtor;
 158                         unsigned short int compound_order;
 159 #endif
 160                 };
 161
 162 #if defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) && USE_SPLIT_PMD_PTLOCKS
 163                 struct {
 164                         unsigned long __pad;    /* do not overlay pmd_huge_pte
 165                                                  * with compound_head to avoid
 166                                                  * possible bit 0 collision.
 167                                                  */
 168                         pgtable_t pmd_huge_pte; /* protected by page->ptl */
 169                 };
 170 #endif
 171         };
 172
 173         /* Remainder is not double word aligned */
 174         union {
 175                 unsigned long private;          /* Mapping-private opaque data:
 176                                                  * usually used for buffer_heads
 177                                                  * if PagePrivate set; used for
 178                                                  * swp_entry_t if PageSwapCache;
 179                                                  * indicates order in the buddy
 180                                                  * system if PG_buddy is set.
 181                                                  */
 182 #if USE_SPLIT_PTE_PTLOCKS
 183 #if ALLOC_SPLIT_PTLOCKS
 184                 spinlock_t *ptl;
 185 #else
 186                 spinlock_t ptl;
 187 #endif
 188 #endif
 189                 struct kmem_cache *slab_cache;  /* SL[AU]B: Pointer to slab */
 190         };
 191
 192 #ifdef CONFIG_MEMCG
 193         struct mem_cgroup *mem_cgroup;
 194 #endif
 195
 196         /*
 197          * On machines where all RAM is mapped into kernel address space,
 198          * we can simply calculate the virtual address. On machines with
 199          * highmem some memory is mapped into kernel virtual memory
 200          * dynamically, so we need a place to store that address.
 201          * Note that this field could be 16 bits on x86 ... ;)
 202          *
 203          * Architectures with slow multiplication can define
 204          * WANT_PAGE_VIRTUAL in asm/page.h
 205          */
 206 #if defined(WANT_PAGE_VIRTUAL)
 207         void *virtual;                  /* Kernel virtual address (NULL if
 208                                            not kmapped, ie. highmem) */
 209 #endif /* WANT_PAGE_VIRTUAL */
 210
 211 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
 212         /*
 213          * kmemcheck wants to track the status of each byte in a page; this
 214          * is a pointer to such a status block. NULL if not tracked.
 215          */
 216         void *shadow;
 217 #endif
 218
 219 #ifdef LAST_CPUPID_NOT_IN_PAGE_FLAGS
 220         int _last_cpupid;
 221 #endif
 222 }
 223 /*
 224  * The struct page can be forced to be double word aligned so that atomic ops
 225  * on double words work. The SLUB allocator can make use of such a feature.
 226  */
 227 #ifdef CONFIG_HAVE_ALIGNED_STRUCT_PAGE
 228         __aligned(2 * sizeof(unsigned long))
 229 #endif
 230 ;
 231
 232 struct page_frag {
 233         struct page *page;
 234 #if (BITS_PER_LONG > 32) || (PAGE_SIZE >= 65536)
 235         __u32 offset;
 236         __u32 size;
 237 #else
 238         __u16 offset;
 239         __u16 size;
 240 #endif
 241 };
 242
 243 #define PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE        __ALIGN_MASK(32768, ~PAGE_MASK)
 244 #define PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER       get_order(PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
 245
 246 struct page_frag_cache {
 247         void * va;
 248 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
 249         __u16 offset;
 250         __u16 size;
 251 #else
 252         __u32 offset;
 253 #endif
 254         /* we maintain a pagecount bias, so that we dont dirty cache line
 255          * containing page->_count every time we allocate a fragment.
 256          */
 257         unsigned int            pagecnt_bias;
 258         bool pfmemalloc;
 259 };
 260
 261 typedef unsigned long vm_flags_t;
 262
 263 /*
 264  * A region containing a mapping of a non-memory backed file under NOMMU
 265  * conditions.  These are held in a global tree and are pinned by the VMAs that
 266  * map parts of them.
 267  */
 268 struct vm_region {
 269         struct rb_node  vm_rb;          /* link in global region tree */
 270         vm_flags_t      vm_flags;       /* VMA vm_flags */
 271         unsigned long   vm_start;       /* start address of region */
 272         unsigned long   vm_end;         /* region initialised to here */
 273         unsigned long   vm_top;         /* region allocated to here */
 274         unsigned long   vm_pgoff;       /* the offset in vm_file corresponding to vm_start */
 275         struct file     *vm_file;       /* the backing file or NULL */
 276
 277         int             vm_usage;       /* region usage count (access under nommu_region_sem) */
 278         bool            vm_icache_flushed : 1; /* true if the icache has been flushed for
 279                                                 * this region */
 280 };
 281
 282 #ifdef CONFIG_USERFAULTFD
 283 #define NULL_VM_UFFD_CTX ((struct vm_userfaultfd_ctx) { NULL, })
 284 struct vm_userfaultfd_ctx {
 285         struct userfaultfd_ctx *ctx;
 286 };
 287 #else /* CONFIG_USERFAULTFD */
 288 #define NULL_VM_UFFD_CTX ((struct vm_userfaultfd_ctx) {})
 289 struct vm_userfaultfd_ctx {};
 290 #endif /* CONFIG_USERFAULTFD */
 291
 292 /*
 293  * This struct defines a memory VMM memory area. There is one of these
 294  * per VM-area/task.  A VM area is any part of the process virtual memory
 295  * space that has a special rule for the page-fault handlers (ie a shared
 296  * library, the executable area etc).
 297  */
 298 struct vm_area_struct {
 299         /* The first cache line has the info for VMA tree walking. */
 300
 301         unsigned long vm_start;         /* Our start address within vm_mm. */
 302         unsigned long vm_end;           /* The first byte after our end address
 303                                            within vm_mm. */
 304
 305         /* linked list of VM areas per task, sorted by address */
 306         struct vm_area_struct *vm_next, *vm_prev;
 307
 308         struct rb_node vm_rb;
 309
 310         /*
 311          * Largest free memory gap in bytes to the left of this VMA.
 312          * Either between this VMA and vma->vm_prev, or between one of the
 313          * VMAs below us in the VMA rbtree and its ->vm_prev. This helps
 314          * get_unmapped_area find a free area of the right size.
 315          */
 316         unsigned long rb_subtree_gap;
 317
 318         /* Second cache line starts here. */
 319
 320         struct mm_struct *vm_mm;        /* The address space we belong to. */
 321         pgprot_t vm_page_prot;          /* Access permissions of this VMA. */
 322         unsigned long vm_flags;         /* Flags, see mm.h. */
 323
 324         /*
 325          * For areas with an address space and backing store,
 326          * linkage into the address_space->i_mmap interval tree.
 327          */
 328         struct {
 329                 struct rb_node rb;
 330                 unsigned long rb_subtree_last;
 331         } shared;
 332
 333         /*
 334          * A file's MAP_PRIVATE vma can be in both i_mmap tree and anon_vma
 335          * list, after a COW of one of the file pages.  A MAP_SHARED vma
 336          * can only be in the i_mmap tree.  An anonymous MAP_PRIVATE, stack
 337          * or brk vma (with NULL file) can only be in an anon_vma list.
 338          */
 339         struct list_head anon_vma_chain; /* Serialized by mmap_sem &
 340                                           * page_table_lock */
 341         struct anon_vma *anon_vma;      /* Serialized by page_table_lock */
 342
 343         /* Function pointers to deal with this struct. */
 344         const struct vm_operations_struct *vm_ops;
 345
 346         /* Information about our backing store: */
 347         unsigned long vm_pgoff;         /* Offset (within vm_file) in PAGE_SIZE
 348                                            units, *not* PAGE_CACHE_SIZE */
 349         struct file * vm_file;          /* File we map to (can be NULL). */
 350         void * vm_private_data;         /* was vm_pte (shared mem) */
 351
 352 #ifndef CONFIG_MMU
 353         struct vm_region *vm_region;    /* NOMMU mapping region */
 354 #endif
 355 #ifdef CONFIG_NUMA
 356         struct mempolicy *vm_policy;    /* NUMA policy for the VMA */
 357 #endif
 358         struct vm_userfaultfd_ctx vm_userfaultfd_ctx;
 359 };
 360
 361 struct core_thread {
 362         struct task_struct *task;
 363         struct core_thread *next;
 364 };
 365
 366 struct core_state {
 367         atomic_t nr_threads;
 368         struct core_thread dumper;
 369         struct completion startup;
 370 };
 371
 372 enum {
 373         MM_FILEPAGES,
 374         MM_ANONPAGES,
 375         MM_SWAPENTS,
 376         NR_MM_COUNTERS
 377 };
 378
 379 #if USE_SPLIT_PTE_PTLOCKS && defined(CONFIG_MMU)
 380 #define SPLIT_RSS_COUNTING
 381 /* per-thread cached information, */
 382 struct task_rss_stat {
 383         int events;     /* for synchronization threshold */
 384         int count[NR_MM_COUNTERS];
 385 };
 386 #endif /* USE_SPLIT_PTE_PTLOCKS */
 387
 388 struct mm_rss_stat {
 389         atomic_long_t count[NR_MM_COUNTERS];
 390 };
 391
 392 struct kioctx_table;
 393 struct mm_struct {
 394         struct vm_area_struct *mmap;            /* list of VMAs */
 395         struct rb_root mm_rb;
 396         u32 vmacache_seqnum;                   /* per-thread vmacache */
 397 #ifdef CONFIG_MMU
 398         unsigned long (*get_unmapped_area) (struct file *filp,
 399                                 unsigned long addr, unsigned long len,
 400                                 unsigned long pgoff, unsigned long flags);
 401 #endif
 402         unsigned long mmap_base;                /* base of mmap area */
 403         unsigned long mmap_legacy_base;         /* base of mmap area in bottom-up allocations */
 404         unsigned long task_size;                /* size of task vm space */
 405         unsigned long highest_vm_end;           /* highest vma end address */
 406         pgd_t * pgd;
 407         atomic_t mm_users;                      /* How many users with user space? */
 408         atomic_t mm_count;                      /* How many references to "struct mm_struct" (users count as 1) */
 409         atomic_long_t nr_ptes;                  /* PTE page table pages */
 410 #if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 2
 411         atomic_long_t nr_pmds;                  /* PMD page table pages */
 412 #endif
 413         int map_count;                          /* number of VMAs */
 414
 415         spinlock_t page_table_lock;             /* Protects page tables and some counters */
 416         struct rw_semaphore mmap_sem;
 417
 418         struct list_head mmlist;                /* List of maybe swapped mm's.  These are globally strung
 419                                                  * together off init_mm.mmlist, and are protected
 420                                                  * by mmlist_lock
 421                                                  */
 422
 423
 424         unsigned long hiwater_rss;      /* High-watermark of RSS usage */
 425         unsigned long hiwater_vm;       /* High-water virtual memory usage */
 426
 427         unsigned long total_vm;         /* Total pages mapped */
 428         unsigned long locked_vm;        /* Pages that have PG_mlocked set */
 429         unsigned long pinned_vm;        /* Refcount permanently increased */
 430         unsigned long shared_vm;        /* Shared pages (files) */
 431         unsigned long exec_vm;          /* VM_EXEC & ~VM_WRITE */
 432         unsigned long stack_vm;         /* VM_GROWSUP/DOWN */
 433         unsigned long def_flags;
 434         unsigned long start_code, end_code, start_data, end_data;
 435         unsigned long start_brk, brk, start_stack;
 436         unsigned long arg_start, arg_end, env_start, env_end;
 437
 438         unsigned long saved_auxv[AT_VECTOR_SIZE]; /* for /proc/PID/auxv */
 439
 440         /*
 441          * Special counters, in some configurations protected by the
 442          * page_table_lock, in other configurations by being atomic.
 443          */
 444         struct mm_rss_stat rss_stat;
 445
 446         struct linux_binfmt *binfmt;
 447
 448         cpumask_var_t cpu_vm_mask_var;
 449
 450         /* Architecture-specific MM context */
 451         mm_context_t context;
 452
 453         unsigned long flags; /* Must use atomic bitops to access the bits */
 454
 455         struct core_state *core_state; /* coredumping support */
 456 #ifdef CONFIG_AIO
 457         spinlock_t                      ioctx_lock;
 458         struct kioctx_table __rcu       *ioctx_table;
 459 #endif
 460 #ifdef CONFIG_MEMCG
 461         /*
 462          * "owner" points to a task that is regarded as the canonical
 463          * user/owner of this mm. All of the following must be true in
 464          * order for it to be changed:
 465          *
 466          * current == mm->owner
 467          * current->mm != mm
 468          * new_owner->mm == mm
 469          * new_owner->alloc_lock is held
 470          */
 471         struct task_struct __rcu *owner;
 472 #endif
 473
 474         /* store ref to file /proc/<pid>/exe symlink points to */
 475         struct file __rcu *exe_file;
 476 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
 477         struct mmu_notifier_mm *mmu_notifier_mm;
 478 #endif
 479 #if defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) && !USE_SPLIT_PMD_PTLOCKS
 480         pgtable_t pmd_huge_pte; /* protected by page_table_lock */
 481 #endif
 482 #ifdef CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK
 483         struct cpumask cpumask_allocation;
 484 #endif
 485 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
 486         /*
 487          * numa_next_scan is the next time that the PTEs will be marked
 488          * pte_numa. NUMA hinting faults will gather statistics and migrate
 489          * pages to new nodes if necessary.
 490          */
 491         unsigned long numa_next_scan;
 492
 493         /* Restart point for scanning and setting pte_numa */
 494         unsigned long numa_scan_offset;
 495
 496         /* numa_scan_seq prevents two threads setting pte_numa */
 497         int numa_scan_seq;
 498 #endif
 499 #if defined(CONFIG_NUMA_BALANCING) || defined(CONFIG_COMPACTION)
 500         /*
 501          * An operation with batched TLB flushing is going on. Anything that
 502          * can move process memory needs to flush the TLB when moving a
 503          * PROT_NONE or PROT_NUMA mapped page.
 504          */
 505         bool tlb_flush_pending;
 506 #endif
 507         struct uprobes_state uprobes_state;
 508 #ifdef CONFIG_PREEMPT_RT_BASE
 509         struct rcu_head delayed_drop;
 510 #endif
 511 #ifdef CONFIG_X86_INTEL_MPX
 512         /* address of the bounds directory */
 513         void __user *bd_addr;
 514 #endif
 515 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 516         atomic_long_t hugetlb_usage;
 517 #endif
 518 };
 519
 520 static inline void mm_init_cpumask(struct mm_struct *mm)
 521 {
 522 #ifdef CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK
 523         mm->cpu_vm_mask_var = &mm->cpumask_allocation;
 524 #endif
 525         cpumask_clear(mm->cpu_vm_mask_var);
 526 }
 527
 528 /* Future-safe accessor for struct mm_struct's cpu_vm_mask. */
 529 static inline cpumask_t *mm_cpumask(struct mm_struct *mm)
 530 {
 531         return mm->cpu_vm_mask_var;
 532 }
 533
 534 #if defined(CONFIG_NUMA_BALANCING) || defined(CONFIG_COMPACTION)
 535 /*
 536  * Memory barriers to keep this state in sync are graciously provided by
 537  * the page table locks, outside of which no page table modifications happen.
 538  * The barriers below prevent the compiler from re-ordering the instructions
 539  * around the memory barriers that are already present in the code.
 540  */
 541 static inline bool mm_tlb_flush_pending(struct mm_struct *mm)
 542 {
 543         barrier();
 544         return mm->tlb_flush_pending;
 545 }
 546 static inline void set_tlb_flush_pending(struct mm_struct *mm)
 547 {
 548         mm->tlb_flush_pending = true;
 549
 550         /*
 551          * Guarantee that the tlb_flush_pending store does not leak into the
 552          * critical section updating the page tables
 553          */
 554         smp_mb__before_spinlock();
 555 }
 556 /* Clearing is done after a TLB flush, which also provides a barrier. */
 557 static inline void clear_tlb_flush_pending(struct mm_struct *mm)
 558 {
 559         barrier();
 560         mm->tlb_flush_pending = false;
 561 }
 562 #else
 563 static inline bool mm_tlb_flush_pending(struct mm_struct *mm)
 564 {
 565         return false;
 566 }
 567 static inline void set_tlb_flush_pending(struct mm_struct *mm)
 568 {
 569 }
 570 static inline void clear_tlb_flush_pending(struct mm_struct *mm)
 571 {
 572 }
 573 #endif
 574
 575 struct vm_special_mapping
 576 {
 577         const char *name;
 578         struct page **pages;
 579 };
 580
 581 enum tlb_flush_reason {
 582         TLB_FLUSH_ON_TASK_SWITCH,
 583         TLB_REMOTE_SHOOTDOWN,
 584         TLB_LOCAL_SHOOTDOWN,
 585         TLB_LOCAL_MM_SHOOTDOWN,
 586         TLB_REMOTE_SEND_IPI,
 587         NR_TLB_FLUSH_REASONS,
 588 };
 589
 590  /*
 591   * A swap entry has to fit into a "unsigned long", as the entry is hidden
 592   * in the "index" field of the swapper address space.
 593   */
 594 typedef struct {
 595         unsigned long val;
 596 } swp_entry_t;
 597
 598 #endif /* _LINUX_MM_TYPES_H */