Add the rt linux 4.1.3-rt3 as base
[kvmfornfv.git] / kernel / drivers / virtio / virtio_balloon.c
diff --git a/kernel/drivers/virtio/virtio_balloon.c b/kernel/drivers/virtio/virtio_balloon.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..82e80e0
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,618 @@
+/*
+ * Virtio balloon implementation, inspired by Dor Laor and Marcelo
+ * Tosatti's implementations.
+ *
+ *  Copyright 2008 Rusty Russell IBM Corporation
+ *
+ *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
+ *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
+ *  the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
+ *  (at your option) any later version.
+ *
+ *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
+ *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+ *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
+ *  GNU General Public License for more details.
+ *
+ *  You should have received a copy of the GNU General Public License
+ *  along with this program; if not, write to the Free Software
+ *  Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA
+ */
+
+#include <linux/virtio.h>
+#include <linux/virtio_balloon.h>
+#include <linux/swap.h>
+#include <linux/kthread.h>
+#include <linux/freezer.h>
+#include <linux/delay.h>
+#include <linux/slab.h>
+#include <linux/module.h>
+#include <linux/balloon_compaction.h>
+#include <linux/oom.h>
+#include <linux/wait.h>
+
+/*
+ * Balloon device works in 4K page units.  So each page is pointed to by
+ * multiple balloon pages.  All memory counters in this driver are in balloon
+ * page units.
+ */
+#define VIRTIO_BALLOON_PAGES_PER_PAGE (unsigned)(PAGE_SIZE >> VIRTIO_BALLOON_PFN_SHIFT)
+#define VIRTIO_BALLOON_ARRAY_PFNS_MAX 256
+#define OOM_VBALLOON_DEFAULT_PAGES 256
+#define VIRTBALLOON_OOM_NOTIFY_PRIORITY 80
+
+static int oom_pages = OOM_VBALLOON_DEFAULT_PAGES;
+module_param(oom_pages, int, S_IRUSR | S_IWUSR);
+MODULE_PARM_DESC(oom_pages, "pages to free on OOM");
+
+struct virtio_balloon {
+       struct virtio_device *vdev;
+       struct virtqueue *inflate_vq, *deflate_vq, *stats_vq;
+
+       /* Where the ballooning thread waits for config to change. */
+       wait_queue_head_t config_change;
+
+       /* The thread servicing the balloon. */
+       struct task_struct *thread;
+
+       /* Waiting for host to ack the pages we released. */
+       wait_queue_head_t acked;
+
+       /* Number of balloon pages we've told the Host we're not using. */
+       unsigned int num_pages;
+       /*
+        * The pages we've told the Host we're not using are enqueued
+        * at vb_dev_info->pages list.
+        * Each page on this list adds VIRTIO_BALLOON_PAGES_PER_PAGE
+        * to num_pages above.
+        */
+       struct balloon_dev_info vb_dev_info;
+
+       /* Synchronize access/update to this struct virtio_balloon elements */
+       struct mutex balloon_lock;
+
+       /* The array of pfns we tell the Host about. */
+       unsigned int num_pfns;
+       u32 pfns[VIRTIO_BALLOON_ARRAY_PFNS_MAX];
+
+       /* Memory statistics */
+       int need_stats_update;
+       struct virtio_balloon_stat stats[VIRTIO_BALLOON_S_NR];
+
+       /* To register callback in oom notifier call chain */
+       struct notifier_block nb;
+};
+
+static struct virtio_device_id id_table[] = {
+       { VIRTIO_ID_BALLOON, VIRTIO_DEV_ANY_ID },
+       { 0 },
+};
+
+static u32 page_to_balloon_pfn(struct page *page)
+{
+       unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
+
+       BUILD_BUG_ON(PAGE_SHIFT < VIRTIO_BALLOON_PFN_SHIFT);
+       /* Convert pfn from Linux page size to balloon page size. */
+       return pfn * VIRTIO_BALLOON_PAGES_PER_PAGE;
+}
+
+static struct page *balloon_pfn_to_page(u32 pfn)
+{
+       BUG_ON(pfn % VIRTIO_BALLOON_PAGES_PER_PAGE);
+       return pfn_to_page(pfn / VIRTIO_BALLOON_PAGES_PER_PAGE);
+}
+
+static void balloon_ack(struct virtqueue *vq)
+{
+       struct virtio_balloon *vb = vq->vdev->priv;
+
+       wake_up(&vb->acked);
+}
+
+static void tell_host(struct virtio_balloon *vb, struct virtqueue *vq)
+{
+       struct scatterlist sg;
+       unsigned int len;
+
+       sg_init_one(&sg, vb->pfns, sizeof(vb->pfns[0]) * vb->num_pfns);
+
+       /* We should always be able to add one buffer to an empty queue. */
+       virtqueue_add_outbuf(vq, &sg, 1, vb, GFP_KERNEL);
+       virtqueue_kick(vq);
+
+       /* When host has read buffer, this completes via balloon_ack */
+       wait_event(vb->acked, virtqueue_get_buf(vq, &len));
+}
+
+static void set_page_pfns(u32 pfns[], struct page *page)
+{
+       unsigned int i;
+
+       /* Set balloon pfns pointing at this page.
+        * Note that the first pfn points at start of the page. */
+       for (i = 0; i < VIRTIO_BALLOON_PAGES_PER_PAGE; i++)
+               pfns[i] = page_to_balloon_pfn(page) + i;
+}
+
+static void fill_balloon(struct virtio_balloon *vb, size_t num)
+{
+       struct balloon_dev_info *vb_dev_info = &vb->vb_dev_info;
+
+       /* We can only do one array worth at a time. */
+       num = min(num, ARRAY_SIZE(vb->pfns));
+
+       mutex_lock(&vb->balloon_lock);
+       for (vb->num_pfns = 0; vb->num_pfns < num;
+            vb->num_pfns += VIRTIO_BALLOON_PAGES_PER_PAGE) {
+               struct page *page = balloon_page_enqueue(vb_dev_info);
+
+               if (!page) {
+                       dev_info_ratelimited(&vb->vdev->dev,
+                                            "Out of puff! Can't get %u pages\n",
+                                            VIRTIO_BALLOON_PAGES_PER_PAGE);
+                       /* Sleep for at least 1/5 of a second before retry. */
+                       msleep(200);
+                       break;
+               }
+               set_page_pfns(vb->pfns + vb->num_pfns, page);
+               vb->num_pages += VIRTIO_BALLOON_PAGES_PER_PAGE;
+               adjust_managed_page_count(page, -1);
+       }
+
+       /* Did we get any? */
+       if (vb->num_pfns != 0)
+               tell_host(vb, vb->inflate_vq);
+       mutex_unlock(&vb->balloon_lock);
+}
+
+static void release_pages_by_pfn(const u32 pfns[], unsigned int num)
+{
+       unsigned int i;
+
+       /* Find pfns pointing at start of each page, get pages and free them. */
+       for (i = 0; i < num; i += VIRTIO_BALLOON_PAGES_PER_PAGE) {
+               struct page *page = balloon_pfn_to_page(pfns[i]);
+               adjust_managed_page_count(page, 1);
+               put_page(page); /* balloon reference */
+       }
+}
+
+static unsigned leak_balloon(struct virtio_balloon *vb, size_t num)
+{
+       unsigned num_freed_pages;
+       struct page *page;
+       struct balloon_dev_info *vb_dev_info = &vb->vb_dev_info;
+
+       /* We can only do one array worth at a time. */
+       num = min(num, ARRAY_SIZE(vb->pfns));
+
+       mutex_lock(&vb->balloon_lock);
+       for (vb->num_pfns = 0; vb->num_pfns < num;
+            vb->num_pfns += VIRTIO_BALLOON_PAGES_PER_PAGE) {
+               page = balloon_page_dequeue(vb_dev_info);
+               if (!page)
+                       break;
+               set_page_pfns(vb->pfns + vb->num_pfns, page);
+               vb->num_pages -= VIRTIO_BALLOON_PAGES_PER_PAGE;
+       }
+
+       num_freed_pages = vb->num_pfns;
+       /*
+        * Note that if
+        * virtio_has_feature(vdev, VIRTIO_BALLOON_F_MUST_TELL_HOST);
+        * is true, we *have* to do it in this order
+        */
+       if (vb->num_pfns != 0)
+               tell_host(vb, vb->deflate_vq);
+       mutex_unlock(&vb->balloon_lock);
+       release_pages_by_pfn(vb->pfns, vb->num_pfns);
+       return num_freed_pages;
+}
+
+static inline void update_stat(struct virtio_balloon *vb, int idx,
+                              u16 tag, u64 val)
+{
+       BUG_ON(idx >= VIRTIO_BALLOON_S_NR);
+       vb->stats[idx].tag = cpu_to_virtio16(vb->vdev, tag);
+       vb->stats[idx].val = cpu_to_virtio64(vb->vdev, val);
+}
+
+#define pages_to_bytes(x) ((u64)(x) << PAGE_SHIFT)
+
+static void update_balloon_stats(struct virtio_balloon *vb)
+{
+       unsigned long events[NR_VM_EVENT_ITEMS];
+       struct sysinfo i;
+       int idx = 0;
+
+       all_vm_events(events);
+       si_meminfo(&i);
+
+       update_stat(vb, idx++, VIRTIO_BALLOON_S_SWAP_IN,
+                               pages_to_bytes(events[PSWPIN]));
+       update_stat(vb, idx++, VIRTIO_BALLOON_S_SWAP_OUT,
+                               pages_to_bytes(events[PSWPOUT]));
+       update_stat(vb, idx++, VIRTIO_BALLOON_S_MAJFLT, events[PGMAJFAULT]);
+       update_stat(vb, idx++, VIRTIO_BALLOON_S_MINFLT, events[PGFAULT]);
+       update_stat(vb, idx++, VIRTIO_BALLOON_S_MEMFREE,
+                               pages_to_bytes(i.freeram));
+       update_stat(vb, idx++, VIRTIO_BALLOON_S_MEMTOT,
+                               pages_to_bytes(i.totalram));
+}
+
+/*
+ * While most virtqueues communicate guest-initiated requests to the hypervisor,
+ * the stats queue operates in reverse.  The driver initializes the virtqueue
+ * with a single buffer.  From that point forward, all conversations consist of
+ * a hypervisor request (a call to this function) which directs us to refill
+ * the virtqueue with a fresh stats buffer.  Since stats collection can sleep,
+ * we notify our kthread which does the actual work via stats_handle_request().
+ */
+static void stats_request(struct virtqueue *vq)
+{
+       struct virtio_balloon *vb = vq->vdev->priv;
+
+       vb->need_stats_update = 1;
+       wake_up(&vb->config_change);
+}
+
+static void stats_handle_request(struct virtio_balloon *vb)
+{
+       struct virtqueue *vq;
+       struct scatterlist sg;
+       unsigned int len;
+
+       vb->need_stats_update = 0;
+       update_balloon_stats(vb);
+
+       vq = vb->stats_vq;
+       if (!virtqueue_get_buf(vq, &len))
+               return;
+       sg_init_one(&sg, vb->stats, sizeof(vb->stats));
+       virtqueue_add_outbuf(vq, &sg, 1, vb, GFP_KERNEL);
+       virtqueue_kick(vq);
+}
+
+static void virtballoon_changed(struct virtio_device *vdev)
+{
+       struct virtio_balloon *vb = vdev->priv;
+
+       wake_up(&vb->config_change);
+}
+
+static inline s64 towards_target(struct virtio_balloon *vb)
+{
+       s64 target;
+       u32 num_pages;
+
+       virtio_cread(vb->vdev, struct virtio_balloon_config, num_pages,
+                    &num_pages);
+
+       /* Legacy balloon config space is LE, unlike all other devices. */
+       if (!virtio_has_feature(vb->vdev, VIRTIO_F_VERSION_1))
+               num_pages = le32_to_cpu((__force __le32)num_pages);
+
+       target = num_pages;
+       return target - vb->num_pages;
+}
+
+static void update_balloon_size(struct virtio_balloon *vb)
+{
+       u32 actual = vb->num_pages;
+
+       /* Legacy balloon config space is LE, unlike all other devices. */
+       if (!virtio_has_feature(vb->vdev, VIRTIO_F_VERSION_1))
+               actual = (__force u32)cpu_to_le32(actual);
+
+       virtio_cwrite(vb->vdev, struct virtio_balloon_config, actual,
+                     &actual);
+}
+
+/*
+ * virtballoon_oom_notify - release pages when system is under severe
+ *                         memory pressure (called from out_of_memory())
+ * @self : notifier block struct
+ * @dummy: not used
+ * @parm : returned - number of freed pages
+ *
+ * The balancing of memory by use of the virtio balloon should not cause
+ * the termination of processes while there are pages in the balloon.
+ * If virtio balloon manages to release some memory, it will make the
+ * system return and retry the allocation that forced the OOM killer
+ * to run.
+ */
+static int virtballoon_oom_notify(struct notifier_block *self,
+                                 unsigned long dummy, void *parm)
+{
+       struct virtio_balloon *vb;
+       unsigned long *freed;
+       unsigned num_freed_pages;
+
+       vb = container_of(self, struct virtio_balloon, nb);
+       if (!virtio_has_feature(vb->vdev, VIRTIO_BALLOON_F_DEFLATE_ON_OOM))
+               return NOTIFY_OK;
+
+       freed = parm;
+       num_freed_pages = leak_balloon(vb, oom_pages);
+       update_balloon_size(vb);
+       *freed += num_freed_pages;
+
+       return NOTIFY_OK;
+}
+
+static int balloon(void *_vballoon)
+{
+       struct virtio_balloon *vb = _vballoon;
+       DEFINE_WAIT_FUNC(wait, woken_wake_function);
+
+       set_freezable();
+       while (!kthread_should_stop()) {
+               s64 diff;
+
+               try_to_freeze();
+
+               add_wait_queue(&vb->config_change, &wait);
+               for (;;) {
+                       if ((diff = towards_target(vb)) != 0 ||
+                           vb->need_stats_update ||
+                           kthread_should_stop() ||
+                           freezing(current))
+                               break;
+                       wait_woken(&wait, TASK_INTERRUPTIBLE, MAX_SCHEDULE_TIMEOUT);
+               }
+               remove_wait_queue(&vb->config_change, &wait);
+
+               if (vb->need_stats_update)
+                       stats_handle_request(vb);
+               if (diff > 0)
+                       fill_balloon(vb, diff);
+               else if (diff < 0)
+                       leak_balloon(vb, -diff);
+               update_balloon_size(vb);
+
+               /*
+                * For large balloon changes, we could spend a lot of time
+                * and always have work to do.  Be nice if preempt disabled.
+                */
+               cond_resched();
+       }
+       return 0;
+}
+
+static int init_vqs(struct virtio_balloon *vb)
+{
+       struct virtqueue *vqs[3];
+       vq_callback_t *callbacks[] = { balloon_ack, balloon_ack, stats_request };
+       const char *names[] = { "inflate", "deflate", "stats" };
+       int err, nvqs;
+
+       /*
+        * We expect two virtqueues: inflate and deflate, and
+        * optionally stat.
+        */
+       nvqs = virtio_has_feature(vb->vdev, VIRTIO_BALLOON_F_STATS_VQ) ? 3 : 2;
+       err = vb->vdev->config->find_vqs(vb->vdev, nvqs, vqs, callbacks, names);
+       if (err)
+               return err;
+
+       vb->inflate_vq = vqs[0];
+       vb->deflate_vq = vqs[1];
+       if (virtio_has_feature(vb->vdev, VIRTIO_BALLOON_F_STATS_VQ)) {
+               struct scatterlist sg;
+               vb->stats_vq = vqs[2];
+
+               /*
+                * Prime this virtqueue with one buffer so the hypervisor can
+                * use it to signal us later (it can't be broken yet!).
+                */
+               sg_init_one(&sg, vb->stats, sizeof vb->stats);
+               if (virtqueue_add_outbuf(vb->stats_vq, &sg, 1, vb, GFP_KERNEL)
+                   < 0)
+                       BUG();
+               virtqueue_kick(vb->stats_vq);
+       }
+       return 0;
+}
+
+#ifdef CONFIG_BALLOON_COMPACTION
+/*
+ * virtballoon_migratepage - perform the balloon page migration on behalf of
+ *                          a compation thread.     (called under page lock)
+ * @vb_dev_info: the balloon device
+ * @newpage: page that will replace the isolated page after migration finishes.
+ * @page   : the isolated (old) page that is about to be migrated to newpage.
+ * @mode   : compaction mode -- not used for balloon page migration.
+ *
+ * After a ballooned page gets isolated by compaction procedures, this is the
+ * function that performs the page migration on behalf of a compaction thread
+ * The page migration for virtio balloon is done in a simple swap fashion which
+ * follows these two macro steps:
+ *  1) insert newpage into vb->pages list and update the host about it;
+ *  2) update the host about the old page removed from vb->pages list;
+ *
+ * This function preforms the balloon page migration task.
+ * Called through balloon_mapping->a_ops->migratepage
+ */
+static int virtballoon_migratepage(struct balloon_dev_info *vb_dev_info,
+               struct page *newpage, struct page *page, enum migrate_mode mode)
+{
+       struct virtio_balloon *vb = container_of(vb_dev_info,
+                       struct virtio_balloon, vb_dev_info);
+       unsigned long flags;
+
+       /*
+        * In order to avoid lock contention while migrating pages concurrently
+        * to leak_balloon() or fill_balloon() we just give up the balloon_lock
+        * this turn, as it is easier to retry the page migration later.
+        * This also prevents fill_balloon() getting stuck into a mutex
+        * recursion in the case it ends up triggering memory compaction
+        * while it is attempting to inflate the ballon.
+        */
+       if (!mutex_trylock(&vb->balloon_lock))
+               return -EAGAIN;
+
+       get_page(newpage); /* balloon reference */
+
+       /* balloon's page migration 1st step  -- inflate "newpage" */
+       spin_lock_irqsave(&vb_dev_info->pages_lock, flags);
+       balloon_page_insert(vb_dev_info, newpage);
+       vb_dev_info->isolated_pages--;
+       __count_vm_event(BALLOON_MIGRATE);
+       spin_unlock_irqrestore(&vb_dev_info->pages_lock, flags);
+       vb->num_pfns = VIRTIO_BALLOON_PAGES_PER_PAGE;
+       set_page_pfns(vb->pfns, newpage);
+       tell_host(vb, vb->inflate_vq);
+
+       /* balloon's page migration 2nd step -- deflate "page" */
+       balloon_page_delete(page);
+       vb->num_pfns = VIRTIO_BALLOON_PAGES_PER_PAGE;
+       set_page_pfns(vb->pfns, page);
+       tell_host(vb, vb->deflate_vq);
+
+       mutex_unlock(&vb->balloon_lock);
+
+       put_page(page); /* balloon reference */
+
+       return MIGRATEPAGE_SUCCESS;
+}
+#endif /* CONFIG_BALLOON_COMPACTION */
+
+static int virtballoon_probe(struct virtio_device *vdev)
+{
+       struct virtio_balloon *vb;
+       int err;
+
+       if (!vdev->config->get) {
+               dev_err(&vdev->dev, "%s failure: config access disabled\n",
+                       __func__);
+               return -EINVAL;
+       }
+
+       vdev->priv = vb = kmalloc(sizeof(*vb), GFP_KERNEL);
+       if (!vb) {
+               err = -ENOMEM;
+               goto out;
+       }
+
+       vb->num_pages = 0;
+       mutex_init(&vb->balloon_lock);
+       init_waitqueue_head(&vb->config_change);
+       init_waitqueue_head(&vb->acked);
+       vb->vdev = vdev;
+       vb->need_stats_update = 0;
+
+       balloon_devinfo_init(&vb->vb_dev_info);
+#ifdef CONFIG_BALLOON_COMPACTION
+       vb->vb_dev_info.migratepage = virtballoon_migratepage;
+#endif
+
+       err = init_vqs(vb);
+       if (err)
+               goto out_free_vb;
+
+       vb->nb.notifier_call = virtballoon_oom_notify;
+       vb->nb.priority = VIRTBALLOON_OOM_NOTIFY_PRIORITY;
+       err = register_oom_notifier(&vb->nb);
+       if (err < 0)
+               goto out_oom_notify;
+
+       virtio_device_ready(vdev);
+
+       vb->thread = kthread_run(balloon, vb, "vballoon");
+       if (IS_ERR(vb->thread)) {
+               err = PTR_ERR(vb->thread);
+               goto out_del_vqs;
+       }
+
+       return 0;
+
+out_del_vqs:
+       unregister_oom_notifier(&vb->nb);
+out_oom_notify:
+       vdev->config->del_vqs(vdev);
+out_free_vb:
+       kfree(vb);
+out:
+       return err;
+}
+
+static void remove_common(struct virtio_balloon *vb)
+{
+       /* There might be pages left in the balloon: free them. */
+       while (vb->num_pages)
+               leak_balloon(vb, vb->num_pages);
+       update_balloon_size(vb);
+
+       /* Now we reset the device so we can clean up the queues. */
+       vb->vdev->config->reset(vb->vdev);
+
+       vb->vdev->config->del_vqs(vb->vdev);
+}
+
+static void virtballoon_remove(struct virtio_device *vdev)
+{
+       struct virtio_balloon *vb = vdev->priv;
+
+       unregister_oom_notifier(&vb->nb);
+       kthread_stop(vb->thread);
+       remove_common(vb);
+       kfree(vb);
+}
+
+#ifdef CONFIG_PM_SLEEP
+static int virtballoon_freeze(struct virtio_device *vdev)
+{
+       struct virtio_balloon *vb = vdev->priv;
+
+       /*
+        * The kthread is already frozen by the PM core before this
+        * function is called.
+        */
+
+       remove_common(vb);
+       return 0;
+}
+
+static int virtballoon_restore(struct virtio_device *vdev)
+{
+       struct virtio_balloon *vb = vdev->priv;
+       int ret;
+
+       ret = init_vqs(vdev->priv);
+       if (ret)
+               return ret;
+
+       virtio_device_ready(vdev);
+
+       fill_balloon(vb, towards_target(vb));
+       update_balloon_size(vb);
+       return 0;
+}
+#endif
+
+static unsigned int features[] = {
+       VIRTIO_BALLOON_F_MUST_TELL_HOST,
+       VIRTIO_BALLOON_F_STATS_VQ,
+       VIRTIO_BALLOON_F_DEFLATE_ON_OOM,
+};
+
+static struct virtio_driver virtio_balloon_driver = {
+       .feature_table = features,
+       .feature_table_size = ARRAY_SIZE(features),
+       .driver.name =  KBUILD_MODNAME,
+       .driver.owner = THIS_MODULE,
+       .id_table =     id_table,
+       .probe =        virtballoon_probe,
+       .remove =       virtballoon_remove,
+       .config_changed = virtballoon_changed,
+#ifdef CONFIG_PM_SLEEP
+       .freeze =       virtballoon_freeze,
+       .restore =      virtballoon_restore,
+#endif
+};
+
+module_virtio_driver(virtio_balloon_driver);
+MODULE_DEVICE_TABLE(virtio, id_table);
+MODULE_DESCRIPTION("Virtio balloon driver");
+MODULE_LICENSE("GPL");