Documentation/vm/page_migration

   1 Page migration
   2 --------------
   3
   4 Page migration allows the moving of the physical location of pages between
   5 nodes in a numa system while the process is running. This means that the
   6 virtual addresses that the process sees do not change. However, the
   7 system rearranges the physical location of those pages.
   8
   9 The main intend of page migration is to reduce the latency of memory access
  10 by moving pages near to the processor where the process accessing that memory
  11 is running.
  12
  13 Page migration allows a process to manually relocate the node on which its
  14 pages are located through the MF_MOVE and MF_MOVE_ALL options while setting
  15 a new memory policy. The pages of process can also be relocated
  16 from another process using the sys_migrate_pages() function call. The
  17 migrate_pages function call takes two sets of nodes and moves pages of a
  18 process that are located on the from nodes to the destination nodes.
  19
  20 Manual migration is very useful if for example the scheduler has relocated
  21 a process to a processor on a distant node. A batch scheduler or an
  22 administrator may detect the situation and move the pages of the process
  23 nearer to the new processor. At some point in the future we may have
  24 some mechanism in the scheduler that will automatically move the pages.
  25
  26 Larger installations usually partition the system using cpusets into
  27 sections of nodes. Paul Jackson has equipped cpusets with the ability to
  28 move pages when a task is moved to another cpuset. This allows automatic
  29 control over locality of a process. If a task is moved to a new cpuset
  30 then also all its pages are moved with it so that the performance of the
  31 process does not sink dramatically (as is the case today).
  32
  33 Page migration allows the preservation of the relative location of pages
  34 within a group of nodes for all migration techniques which will preserve a
  35 particular memory allocation pattern generated even after migrating a
  36 process. This is necessary in order to preserve the memory latencies.
  37 Processes will run with similar performance after migration.
  38
  39 Page migration occurs in several steps. First a high level
  40 description for those trying to use migrate_pages() and then
  41 a low level description of how the low level details work.
  42
  43 A. Use of migrate_pages()
  44 -------------------------
  45
  46 1. Remove pages from the LRU.
  47
  48    Lists of pages to be migrated are generated by scanning over
  49    pages and moving them into lists. This is done by
  50    calling isolate_lru_page() or __isolate_lru_page().
  51    Calling isolate_lru_page increases the references to the page
  52    so that it cannot vanish under us.
  53
  54 2. Generate a list of newly allocates page to move the contents
  55    of the first list to.
  56
  57 3. The migrate_pages() function is called which attempts
  58    to do the migration. It returns the moved pages in the
  59    list specified as the third parameter and the failed
  60    migrations in the fourth parameter. The first parameter
  61    will contain the pages that could still be retried.
  62
  63 4. The leftover pages of various types are returned
  64    to the LRU using putback_to_lru_pages() or otherwise
  65    disposed of. The pages will still have the refcount as
  66    increased by isolate_lru_pages()!
  67
  68 B. Operation of migrate_pages()
  69 --------------------------------
  70
  71 migrate_pages does several passes over its list of pages. A page is moved
  72 if all references to a page are removable at the time.
  73
  74 Steps:
  75
  76 1. Lock the page to be migrated
  77
  78 2. Insure that writeback is complete.
  79
  80 3. Make sure that the page has assigned swap cache entry if
  81    it is an anonyous page. The swap cache reference is necessary
  82    to preserve the information contain in the page table maps.
  83
  84 4. Prep the new page that we want to move to. It is locked
  85    and set to not being uptodate so that all accesses to the new
  86    page immediately lock while we are moving references.
  87
  88 5. All the page table references to the page are either dropped (file backed)
  89    or converted to swap references (anonymous pages). This should decrease the
  90    reference count.
  91
  92 6. The radix tree lock is taken
  93
  94 7. The refcount of the page is examined and we back out if references remain
  95    otherwise we know that we are the only one referencing this page.
  96
  97 8. The radix tree is checked and if it does not contain the pointer to this
  98    page then we back out.
  99
 100 9. The mapping is checked. If the mapping is gone then a truncate action may
 101    be in progress and we back out.
 102
 103 10. The new page is prepped with some settings from the old page so that accesses
 104    to the new page will be discovered to have the correct settings.
 105
 106 11. The radix tree is changed to point to the new page.
 107
 108 12. The reference count of the old page is dropped because the reference has now
 109     been removed.
 110
 111 13. The radix tree lock is dropped.
 112
 113 14. The page contents are copied to the new page.
 114
 115 15. The remaining page flags are copied to the new page.
 116
 117 16. The old page flags are cleared to indicate that the page does
 118     not use any information anymore.
 119
 120 17. Queued up writeback on the new page is triggered.
 121
 122 18. If swap pte's were generated for the page then remove them again.
 123
 124 19. The locks are dropped from the old and new page.
 125
 126 20. The new page is moved to the LRU.
 127
 128 Christoph Lameter, December 19, 2005.
 129