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mm: enable lazy_mmu sections to nest
authorKevin Brodsky <kevin.brodsky@arm.com>
Mon, 15 Dec 2025 15:03:18 +0000 (15:03 +0000)
committerAndrew Morton <akpm@linux-foundation.org>
Wed, 21 Jan 2026 03:24:34 +0000 (19:24 -0800)
Despite recent efforts to prevent lazy_mmu sections from nesting, it
remains difficult to ensure that it never occurs - and in fact it does
occur on arm64 in certain situations (CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC).  Commit
1ef3095b1405 ("arm64/mm: Permit lazy_mmu_mode to be nested") made nesting
tolerable on arm64, but without truly supporting it: the inner call to
leave() disables the batching optimisation before the outer section ends.

This patch actually enables lazy_mmu sections to nest by tracking the
nesting level in task_struct, in a similar fashion to e.g.
pagefault_{enable,disable}().  This is fully handled by the generic
lazy_mmu helpers that were recently introduced.

lazy_mmu sections were not initially intended to nest, so we need to
clarify the semantics w.r.t.  the arch_*_lazy_mmu_mode() callbacks.  This
patch takes the following approach:

* The outermost calls to lazy_mmu_mode_{enable,disable}() trigger
  calls to arch_{enter,leave}_lazy_mmu_mode() - this is unchanged.

* Nested calls to lazy_mmu_mode_{enable,disable}() are not forwarded
  to the arch via arch_{enter,leave} - lazy MMU remains enabled so
  the assumption is that these callbacks are not relevant. However,
  existing code may rely on a call to disable() to flush any batched
  state, regardless of nesting. arch_flush_lazy_mmu_mode() is
  therefore called in that situation.

A separate interface was recently introduced to temporarily pause the lazy
MMU mode: lazy_mmu_mode_{pause,resume}().  pause() fully exits the mode
*regardless of the nesting level*, and resume() restores the mode at the
same nesting level.

pause()/resume() are themselves allowed to nest, so we actually store two
nesting levels in task_struct: enable_count and pause_count.  A new helper
is_lazy_mmu_mode_active() is introduced to determine whether we are
currently in lazy MMU mode; this will be used in subsequent patches to
replace the various ways arch's currently track whether the mode is
enabled.

In summary (enable/pause represent the values *after* the call):

lazy_mmu_mode_enable() -> arch_enter()     enable=1 pause=0
    lazy_mmu_mode_enable() -> ΓΈ     enable=2 pause=0
lazy_mmu_mode_pause() -> arch_leave()     enable=2 pause=1
lazy_mmu_mode_resume() -> arch_enter()     enable=2 pause=0
    lazy_mmu_mode_disable() -> arch_flush()     enable=1 pause=0
lazy_mmu_mode_disable() -> arch_leave()     enable=0 pause=0

Note: is_lazy_mmu_mode_active() is added to <linux/sched.h> to allow
arch headers included by <linux/pgtable.h> to use it.

Link: https://lkml.kernel.org/r/20251215150323.2218608-10-kevin.brodsky@arm.com
Signed-off-by: Kevin Brodsky <kevin.brodsky@arm.com>
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arch/arm64/include/asm/pgtable.h
include/linux/mm_types_task.h
include/linux/pgtable.h
include/linux/sched.h

index bf9178902bdb49176fca96b779aeb23d2ef80a11..7f528c36d53c120cf521421e19ea4d752ed8b8ec 100644 (file)
@@ -82,18 +82,6 @@ static inline void queue_pte_barriers(void)
 
 static inline void arch_enter_lazy_mmu_mode(void)
 {
-       /*
-        * lazy_mmu_mode is not supposed to permit nesting. But in practice this
-        * does happen with CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC, where a page allocation
-        * inside a lazy_mmu_mode section (such as zap_pte_range()) will change
-        * permissions on the linear map with apply_to_page_range(), which
-        * re-enters lazy_mmu_mode. So we tolerate nesting in our
-        * implementation. The first call to arch_leave_lazy_mmu_mode() will
-        * flush and clear the flag such that the remainder of the work in the
-        * outer nest behaves as if outside of lazy mmu mode. This is safe and
-        * keeps tracking simple.
-        */
-
        set_thread_flag(TIF_LAZY_MMU);
 }
 
index a82aa80c0ba46e52de7fd463304dc99a2e62160d..11bf319d78ecb5a9c2f412ac6b38e3ab132a182d 100644 (file)
@@ -88,4 +88,9 @@ struct tlbflush_unmap_batch {
 #endif
 };
 
+struct lazy_mmu_state {
+       u8 enable_count;
+       u8 pause_count;
+};
+
 #endif /* _LINUX_MM_TYPES_TASK_H */
index dddde6873d1ed00f421fe151bd3b51183f93d942..2f0dd3a4ace1acd665f229d4ea2a67187fd4d2b9 100644 (file)
@@ -236,39 +236,139 @@ static inline int pmd_dirty(pmd_t pmd)
  * The mode is disabled in interrupt context and calls to the lazy_mmu API have
  * no effect.
  *
- * Nesting is not permitted.
+ * The lazy MMU mode is enabled for a given block of code using:
+ *
+ *   lazy_mmu_mode_enable();
+ *   <code>
+ *   lazy_mmu_mode_disable();
+ *
+ * Nesting is permitted: <code> may itself use an enable()/disable() pair.
+ * A nested call to enable() has no functional effect; however disable() causes
+ * any batched architectural state to be flushed regardless of nesting. After a
+ * call to disable(), the caller can therefore rely on all previous page table
+ * modifications to have taken effect, but the lazy MMU mode may still be
+ * enabled.
+ *
+ * In certain cases, it may be desirable to temporarily pause the lazy MMU mode.
+ * This can be done using:
+ *
+ *   lazy_mmu_mode_pause();
+ *   <code>
+ *   lazy_mmu_mode_resume();
+ *
+ * pause() ensures that the mode is exited regardless of the nesting level;
+ * resume() re-enters the mode at the same nesting level. Any call to the
+ * lazy_mmu_mode_* API between those two calls has no effect. In particular,
+ * this means that pause()/resume() pairs may nest.
+ *
+ * is_lazy_mmu_mode_active() can be used to check whether the lazy MMU mode is
+ * currently enabled.
  */
 #ifdef CONFIG_ARCH_HAS_LAZY_MMU_MODE
+/**
+ * lazy_mmu_mode_enable() - Enable the lazy MMU mode.
+ *
+ * Enters a new lazy MMU mode section; if the mode was not already enabled,
+ * enables it and calls arch_enter_lazy_mmu_mode().
+ *
+ * Must be paired with a call to lazy_mmu_mode_disable().
+ *
+ * Has no effect if called:
+ * - While paused - see lazy_mmu_mode_pause()
+ * - In interrupt context
+ */
 static inline void lazy_mmu_mode_enable(void)
 {
-       if (in_interrupt())
+       struct lazy_mmu_state *state = &current->lazy_mmu_state;
+
+       if (in_interrupt() || state->pause_count > 0)
                return;
 
-       arch_enter_lazy_mmu_mode();
+       VM_WARN_ON_ONCE(state->enable_count == U8_MAX);
+
+       if (state->enable_count++ == 0)
+               arch_enter_lazy_mmu_mode();
 }
 
+/**
+ * lazy_mmu_mode_disable() - Disable the lazy MMU mode.
+ *
+ * Exits the current lazy MMU mode section. If it is the outermost section,
+ * disables the mode and calls arch_leave_lazy_mmu_mode(). Otherwise (nested
+ * section), calls arch_flush_lazy_mmu_mode().
+ *
+ * Must match a call to lazy_mmu_mode_enable().
+ *
+ * Has no effect if called:
+ * - While paused - see lazy_mmu_mode_pause()
+ * - In interrupt context
+ */
 static inline void lazy_mmu_mode_disable(void)
 {
-       if (in_interrupt())
+       struct lazy_mmu_state *state = &current->lazy_mmu_state;
+
+       if (in_interrupt() || state->pause_count > 0)
                return;
 
-       arch_leave_lazy_mmu_mode();
+       VM_WARN_ON_ONCE(state->enable_count == 0);
+
+       if (--state->enable_count == 0)
+               arch_leave_lazy_mmu_mode();
+       else /* Exiting a nested section */
+               arch_flush_lazy_mmu_mode();
+
 }
 
+/**
+ * lazy_mmu_mode_pause() - Pause the lazy MMU mode.
+ *
+ * Pauses the lazy MMU mode; if it is currently active, disables it and calls
+ * arch_leave_lazy_mmu_mode().
+ *
+ * Must be paired with a call to lazy_mmu_mode_resume(). Calls to the
+ * lazy_mmu_mode_* API have no effect until the matching resume() call.
+ *
+ * Has no effect if called:
+ * - While paused (inside another pause()/resume() pair)
+ * - In interrupt context
+ */
 static inline void lazy_mmu_mode_pause(void)
 {
+       struct lazy_mmu_state *state = &current->lazy_mmu_state;
+
        if (in_interrupt())
                return;
 
-       arch_leave_lazy_mmu_mode();
+       VM_WARN_ON_ONCE(state->pause_count == U8_MAX);
+
+       if (state->pause_count++ == 0 && state->enable_count > 0)
+               arch_leave_lazy_mmu_mode();
 }
 
+/**
+ * lazy_mmu_mode_resume() - Resume the lazy MMU mode.
+ *
+ * Resumes the lazy MMU mode; if it was active at the point where the matching
+ * call to lazy_mmu_mode_pause() was made, re-enables it and calls
+ * arch_enter_lazy_mmu_mode().
+ *
+ * Must match a call to lazy_mmu_mode_pause().
+ *
+ * Has no effect if called:
+ * - While paused (inside another pause()/resume() pair)
+ * - In interrupt context
+ */
 static inline void lazy_mmu_mode_resume(void)
 {
+       struct lazy_mmu_state *state = &current->lazy_mmu_state;
+
        if (in_interrupt())
                return;
 
-       arch_enter_lazy_mmu_mode();
+       VM_WARN_ON_ONCE(state->pause_count == 0);
+
+       if (--state->pause_count == 0 && state->enable_count > 0)
+               arch_enter_lazy_mmu_mode();
 }
 #else
 static inline void lazy_mmu_mode_enable(void) {}
index da0133524d08c2e98d90cd870e3eb0fc9550aee5..6b563d4e68f6cc2317d04a8f78c25fd4317afba1 100644 (file)
@@ -1419,6 +1419,10 @@ struct task_struct {
 
        struct page_frag                task_frag;
 
+#ifdef CONFIG_ARCH_HAS_LAZY_MMU_MODE
+       struct lazy_mmu_state           lazy_mmu_state;
+#endif
+
 #ifdef CONFIG_TASK_DELAY_ACCT
        struct task_delay_info          *delays;
 #endif
@@ -1702,6 +1706,47 @@ static inline char task_state_to_char(struct task_struct *tsk)
        return task_index_to_char(task_state_index(tsk));
 }
 
+#ifdef CONFIG_ARCH_HAS_LAZY_MMU_MODE
+/**
+ * __task_lazy_mmu_mode_active() - Test the lazy MMU mode state for a task.
+ * @tsk: The task to check.
+ *
+ * Test whether @tsk has its lazy MMU mode state set to active (i.e. enabled
+ * and not paused).
+ *
+ * This function only considers the state saved in task_struct; to test whether
+ * current actually is in lazy MMU mode, is_lazy_mmu_mode_active() should be
+ * used instead.
+ *
+ * This function is intended for architectures that implement the lazy MMU
+ * mode; it must not be called from generic code.
+ */
+static inline bool __task_lazy_mmu_mode_active(struct task_struct *tsk)
+{
+       struct lazy_mmu_state *state = &tsk->lazy_mmu_state;
+
+       return state->enable_count > 0 && state->pause_count == 0;
+}
+
+/**
+ * is_lazy_mmu_mode_active() - Test whether we are currently in lazy MMU mode.
+ *
+ * Test whether the current context is in lazy MMU mode. This is true if both:
+ * 1. We are not in interrupt context
+ * 2. Lazy MMU mode is active for the current task
+ *
+ * This function is intended for architectures that implement the lazy MMU
+ * mode; it must not be called from generic code.
+ */
+static inline bool is_lazy_mmu_mode_active(void)
+{
+       if (in_interrupt())
+               return false;
+
+       return __task_lazy_mmu_mode_active(current);
+}
+#endif
+
 extern struct pid *cad_pid;
 
 /*