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mm/zone_device: support large zone device private folios
authorBalbir Singh <balbirs@nvidia.com>
Mon, 8 Sep 2025 00:04:34 +0000 (10:04 +1000)
committerAndrew Morton <akpm@linux-foundation.org>
Fri, 12 Sep 2025 00:26:04 +0000 (17:26 -0700)
commit4751445c19eb257f6c222cdc59cefb318fc9f4fd
tree4d73dcd908553946f2ee498945f9bb5c072b22d2
parent0dea8b6286b64cc5c967a2d2ff1ca4da92251bdb
mm/zone_device: support large zone device private folios

Patch series "mm: support device-private THP", v5.

This series introduces support for Transparent Huge Page (THP) migration
in zone device-private memory.  The implementation enables efficient
migration of large folios between system memory and device-private memory

Background

Current zone device-private memory implementation only supports PAGE_SIZE
granularity, leading to:
- Increased TLB pressure
- Inefficient migration between CPU and GPU memory

This series extends the existing zone device-private infrastructure to
support THP, leading to:
- Reduced page table overhead
- Improved memory bandwidth utilization
- Seamless fallback to base pages when needed

In my local testing (using lib/test_hmm) and a throughput test, the series
shows a 350% improvement in data transfer throughput and a 80% improvement
in latency

These patches build on the earlier posts by Ralph Campbell [1]

Two new flags are added in vma_migration to select and mark compound
pages.  migrate_vma_setup(), migrate_vma_pages() and
migrate_vma_finalize() support migration of these pages when
MIGRATE_VMA_SELECT_COMPOUND is passed in as arguments.

The series also adds zone device awareness to (m)THP pages along with
fault handling of large zone device private pages.  page vma walk and the
rmap code is also zone device aware.  Support has also been added for
folios that might need to be split in the middle of migration (when the
src and dst do not agree on MIGRATE_PFN_COMPOUND), that occurs when src
side of the migration can migrate large pages, but the destination has not
been able to allocate large pages.  The code supported and used
folio_split() when migrating THP pages, this is used when
MIGRATE_VMA_SELECT_COMPOUND is not passed as an argument to
migrate_vma_setup().

The test infrastructure lib/test_hmm.c has been enhanced to support THP
migration.  A new ioctl to emulate failure of large page allocations has
been added to test the folio split code path.  hmm-tests.c has new test
cases for huge page migration and to test the folio split path.  A new
throughput test has been added as well.

The nouveau dmem code has been enhanced to use the new THP migration
capability.

mTHP support:

The patches hard code, HPAGE_PMD_NR in a few places, but the code has been
kept generic to support various order sizes.  With additional refactoring
of the code support of different order sizes should be possible.

The future plan is to post enhancements to support mTHP with a rough
design as follows:

1. Add the notion of allowable thp orders to the HMM based test driver
2. For non PMD based THP paths in migrate_device.c, check to see if
   a suitable order is found and supported by the driver
3. Iterate across orders to check the highest supported order for migration
4. Migrate and finalize

The mTHP patches can be built on top of this series, the key design
elements that need to be worked out are infrastructure and driver support
for multiple ordered pages and their migration.

This patch (of 15):

Add routines to support allocation of large order zone device folios
and helper functions for zone device folios, to check if a folio is
device private and helpers for setting zone device data.

When large folios are used, the existing page_free() callback in
pgmap is called when the folio is freed, this is true for both
PAGE_SIZE and higher order pages.

Zone device private large folios do not support deferred split and
scan like normal THP folios.

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