Documentation/vm/split_page_table_lock.rst

   1 .. _split_page_table_lock:
   2
   3 =====================
   4 Split page table lock
   5 =====================
   6
   7 Originally, mm->page_table_lock spinlock protected all page tables of the
   8 mm_struct. But this approach leads to poor page fault scalability of
   9 multi-threaded applications due high contention on the lock. To improve
  10 scalability, split page table lock was introduced.
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  12 With split page table lock we have separate per-table lock to serialize
  13 access to the table. At the moment we use split lock for PTE and PMD
  14 tables. Access to higher level tables protected by mm->page_table_lock.
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  16 There are helpers to lock/unlock a table and other accessor functions:
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  18  - pte_offset_map_lock()
  19         maps pte and takes PTE table lock, returns pointer to the taken
  20         lock;
  21  - pte_unmap_unlock()
  22         unlocks and unmaps PTE table;
  23  - pte_alloc_map_lock()
  24         allocates PTE table if needed and take the lock, returns pointer
  25         to taken lock or NULL if allocation failed;
  26  - pte_lockptr()
  27         returns pointer to PTE table lock;
  28  - pmd_lock()
  29         takes PMD table lock, returns pointer to taken lock;
  30  - pmd_lockptr()
  31         returns pointer to PMD table lock;
  32
  33 Split page table lock for PTE tables is enabled compile-time if
  34 CONFIG_SPLIT_PTLOCK_CPUS (usually 4) is less or equal to NR_CPUS.
  35 If split lock is disabled, all tables guaded by mm->page_table_lock.
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  37 Split page table lock for PMD tables is enabled, if it's enabled for PTE
  38 tables and the architecture supports it (see below).
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  40 Hugetlb and split page table lock
  41 =================================
  42
  43 Hugetlb can support several page sizes. We use split lock only for PMD
  44 level, but not for PUD.
  45
  46 Hugetlb-specific helpers:
  47
  48  - huge_pte_lock()
  49         takes pmd split lock for PMD_SIZE page, mm->page_table_lock
  50         otherwise;
  51  - huge_pte_lockptr()
  52         returns pointer to table lock;
  53
  54 Support of split page table lock by an architecture
  55 ===================================================
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  57 There's no need in special enabling of PTE split page table lock:
  58 everything required is done by pgtable_page_ctor() and pgtable_page_dtor(),
  59 which must be called on PTE table allocation / freeing.
  60
  61 Make sure the architecture doesn't use slab allocator for page table
  62 allocation: slab uses page->slab_cache for its pages.
  63 This field shares storage with page->ptl.
  64
  65 PMD split lock only makes sense if you have more than two page table
  66 levels.
  67
  68 PMD split lock enabling requires pgtable_pmd_page_ctor() call on PMD table
  69 allocation and pgtable_pmd_page_dtor() on freeing.
  70
  71 Allocation usually happens in pmd_alloc_one(), freeing in pmd_free() and
  72 pmd_free_tlb(), but make sure you cover all PMD table allocation / freeing
  73 paths: i.e X86_PAE preallocate few PMDs on pgd_alloc().
  74
  75 With everything in place you can set CONFIG_ARCH_ENABLE_SPLIT_PMD_PTLOCK.
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  77 NOTE: pgtable_page_ctor() and pgtable_pmd_page_ctor() can fail -- it must
  78 be handled properly.
  79
  80 page->ptl
  81 =========
  82
  83 page->ptl is used to access split page table lock, where 'page' is struct
  84 page of page containing the table. It shares storage with page->private
  85 (and few other fields in union).
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  87 To avoid increasing size of struct page and have best performance, we use a
  88 trick:
  89
  90  - if spinlock_t fits into long, we use page->ptr as spinlock, so we
  91    can avoid indirect access and save a cache line.
  92  - if size of spinlock_t is bigger then size of long, we use page->ptl as
  93    pointer to spinlock_t and allocate it dynamically. This allows to use
  94    split lock with enabled DEBUG_SPINLOCK or DEBUG_LOCK_ALLOC, but costs
  95    one more cache line for indirect access;
  96
  97 The spinlock_t allocated in pgtable_page_ctor() for PTE table and in
  98 pgtable_pmd_page_ctor() for PMD table.
  99
 100 Please, never access page->ptl directly -- use appropriate helper.