zsmalloc: introduce obj_allocated
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / vmscan.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
4  *
5  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie.
6  *  kswapd added: 7.1.96  sct
7  *  Removed kswapd_ctl limits, and swap out as many pages as needed
8  *  to bring the system back to freepages.high: 2.4.97, Rik van Riel.
9  *  Zone aware kswapd started 02/00, Kanoj Sarcar (kanoj@sgi.com).
10  *  Multiqueue VM started 5.8.00, Rik van Riel.
11  */
12
13 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
14
15 #include <linux/mm.h>
16 #include <linux/sched/mm.h>
17 #include <linux/module.h>
18 #include <linux/gfp.h>
19 #include <linux/kernel_stat.h>
20 #include <linux/swap.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/init.h>
23 #include <linux/highmem.h>
24 #include <linux/vmpressure.h>
25 #include <linux/vmstat.h>
26 #include <linux/file.h>
27 #include <linux/writeback.h>
28 #include <linux/blkdev.h>
29 #include <linux/buffer_head.h>  /* for try_to_release_page(),
30                                         buffer_heads_over_limit */
31 #include <linux/mm_inline.h>
32 #include <linux/backing-dev.h>
33 #include <linux/rmap.h>
34 #include <linux/topology.h>
35 #include <linux/cpu.h>
36 #include <linux/cpuset.h>
37 #include <linux/compaction.h>
38 #include <linux/notifier.h>
39 #include <linux/rwsem.h>
40 #include <linux/delay.h>
41 #include <linux/kthread.h>
42 #include <linux/freezer.h>
43 #include <linux/memcontrol.h>
44 #include <linux/migrate.h>
45 #include <linux/delayacct.h>
46 #include <linux/sysctl.h>
47 #include <linux/oom.h>
48 #include <linux/pagevec.h>
49 #include <linux/prefetch.h>
50 #include <linux/printk.h>
51 #include <linux/dax.h>
52 #include <linux/psi.h>
53
54 #include <asm/tlbflush.h>
55 #include <asm/div64.h>
56
57 #include <linux/swapops.h>
58 #include <linux/balloon_compaction.h>
59
60 #include "internal.h"
61
62 #define CREATE_TRACE_POINTS
63 #include <trace/events/vmscan.h>
64
65 struct scan_control {
66         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
67         unsigned long nr_to_reclaim;
68
69         /*
70          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
71          * are scanned.
72          */
73         nodemask_t      *nodemask;
74
75         /*
76          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
77          * primary target of this reclaim invocation.
78          */
79         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
80
81         /*
82          * Scan pressure balancing between anon and file LRUs
83          */
84         unsigned long   anon_cost;
85         unsigned long   file_cost;
86
87         /* Can active pages be deactivated as part of reclaim? */
88 #define DEACTIVATE_ANON 1
89 #define DEACTIVATE_FILE 2
90         unsigned int may_deactivate:2;
91         unsigned int force_deactivate:1;
92         unsigned int skipped_deactivate:1;
93
94         /* Writepage batching in laptop mode; RECLAIM_WRITE */
95         unsigned int may_writepage:1;
96
97         /* Can mapped pages be reclaimed? */
98         unsigned int may_unmap:1;
99
100         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
101         unsigned int may_swap:1;
102
103         /*
104          * Cgroup memory below memory.low is protected as long as we
105          * don't threaten to OOM. If any cgroup is reclaimed at
106          * reduced force or passed over entirely due to its memory.low
107          * setting (memcg_low_skipped), and nothing is reclaimed as a
108          * result, then go back for one more cycle that reclaims the protected
109          * memory (memcg_low_reclaim) to avert OOM.
110          */
111         unsigned int memcg_low_reclaim:1;
112         unsigned int memcg_low_skipped:1;
113
114         unsigned int hibernation_mode:1;
115
116         /* One of the zones is ready for compaction */
117         unsigned int compaction_ready:1;
118
119         /* There is easily reclaimable cold cache in the current node */
120         unsigned int cache_trim_mode:1;
121
122         /* The file pages on the current node are dangerously low */
123         unsigned int file_is_tiny:1;
124
125         /* Always discard instead of demoting to lower tier memory */
126         unsigned int no_demotion:1;
127
128         /* Allocation order */
129         s8 order;
130
131         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
132         s8 priority;
133
134         /* The highest zone to isolate pages for reclaim from */
135         s8 reclaim_idx;
136
137         /* This context's GFP mask */
138         gfp_t gfp_mask;
139
140         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
141         unsigned long nr_scanned;
142
143         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
144         unsigned long nr_reclaimed;
145
146         struct {
147                 unsigned int dirty;
148                 unsigned int unqueued_dirty;
149                 unsigned int congested;
150                 unsigned int writeback;
151                 unsigned int immediate;
152                 unsigned int file_taken;
153                 unsigned int taken;
154         } nr;
155
156         /* for recording the reclaimed slab by now */
157         struct reclaim_state reclaim_state;
158 };
159
160 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
161 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
162         do {                                                            \
163                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
164                         struct page *prev;                              \
165                                                                         \
166                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
167                         prefetchw(&prev->_field);                       \
168                 }                                                       \
169         } while (0)
170 #else
171 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
172 #endif
173
174 /*
175  * From 0 .. 200.  Higher means more swappy.
176  */
177 int vm_swappiness = 60;
178
179 static void set_task_reclaim_state(struct task_struct *task,
180                                    struct reclaim_state *rs)
181 {
182         /* Check for an overwrite */
183         WARN_ON_ONCE(rs && task->reclaim_state);
184
185         /* Check for the nulling of an already-nulled member */
186         WARN_ON_ONCE(!rs && !task->reclaim_state);
187
188         task->reclaim_state = rs;
189 }
190
191 static LIST_HEAD(shrinker_list);
192 static DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
193
194 #ifdef CONFIG_MEMCG
195 static int shrinker_nr_max;
196
197 /* The shrinker_info is expanded in a batch of BITS_PER_LONG */
198 static inline int shrinker_map_size(int nr_items)
199 {
200         return (DIV_ROUND_UP(nr_items, BITS_PER_LONG) * sizeof(unsigned long));
201 }
202
203 static inline int shrinker_defer_size(int nr_items)
204 {
205         return (round_up(nr_items, BITS_PER_LONG) * sizeof(atomic_long_t));
206 }
207
208 static struct shrinker_info *shrinker_info_protected(struct mem_cgroup *memcg,
209                                                      int nid)
210 {
211         return rcu_dereference_protected(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info,
212                                          lockdep_is_held(&shrinker_rwsem));
213 }
214
215 static int expand_one_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg,
216                                     int map_size, int defer_size,
217                                     int old_map_size, int old_defer_size)
218 {
219         struct shrinker_info *new, *old;
220         struct mem_cgroup_per_node *pn;
221         int nid;
222         int size = map_size + defer_size;
223
224         for_each_node(nid) {
225                 pn = memcg->nodeinfo[nid];
226                 old = shrinker_info_protected(memcg, nid);
227                 /* Not yet online memcg */
228                 if (!old)
229                         return 0;
230
231                 new = kvmalloc_node(sizeof(*new) + size, GFP_KERNEL, nid);
232                 if (!new)
233                         return -ENOMEM;
234
235                 new->nr_deferred = (atomic_long_t *)(new + 1);
236                 new->map = (void *)new->nr_deferred + defer_size;
237
238                 /* map: set all old bits, clear all new bits */
239                 memset(new->map, (int)0xff, old_map_size);
240                 memset((void *)new->map + old_map_size, 0, map_size - old_map_size);
241                 /* nr_deferred: copy old values, clear all new values */
242                 memcpy(new->nr_deferred, old->nr_deferred, old_defer_size);
243                 memset((void *)new->nr_deferred + old_defer_size, 0,
244                        defer_size - old_defer_size);
245
246                 rcu_assign_pointer(pn->shrinker_info, new);
247                 kvfree_rcu(old, rcu);
248         }
249
250         return 0;
251 }
252
253 void free_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg)
254 {
255         struct mem_cgroup_per_node *pn;
256         struct shrinker_info *info;
257         int nid;
258
259         for_each_node(nid) {
260                 pn = memcg->nodeinfo[nid];
261                 info = rcu_dereference_protected(pn->shrinker_info, true);
262                 kvfree(info);
263                 rcu_assign_pointer(pn->shrinker_info, NULL);
264         }
265 }
266
267 int alloc_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg)
268 {
269         struct shrinker_info *info;
270         int nid, size, ret = 0;
271         int map_size, defer_size = 0;
272
273         down_write(&shrinker_rwsem);
274         map_size = shrinker_map_size(shrinker_nr_max);
275         defer_size = shrinker_defer_size(shrinker_nr_max);
276         size = map_size + defer_size;
277         for_each_node(nid) {
278                 info = kvzalloc_node(sizeof(*info) + size, GFP_KERNEL, nid);
279                 if (!info) {
280                         free_shrinker_info(memcg);
281                         ret = -ENOMEM;
282                         break;
283                 }
284                 info->nr_deferred = (atomic_long_t *)(info + 1);
285                 info->map = (void *)info->nr_deferred + defer_size;
286                 rcu_assign_pointer(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info, info);
287         }
288         up_write(&shrinker_rwsem);
289
290         return ret;
291 }
292
293 static inline bool need_expand(int nr_max)
294 {
295         return round_up(nr_max, BITS_PER_LONG) >
296                round_up(shrinker_nr_max, BITS_PER_LONG);
297 }
298
299 static int expand_shrinker_info(int new_id)
300 {
301         int ret = 0;
302         int new_nr_max = new_id + 1;
303         int map_size, defer_size = 0;
304         int old_map_size, old_defer_size = 0;
305         struct mem_cgroup *memcg;
306
307         if (!need_expand(new_nr_max))
308                 goto out;
309
310         if (!root_mem_cgroup)
311                 goto out;
312
313         lockdep_assert_held(&shrinker_rwsem);
314
315         map_size = shrinker_map_size(new_nr_max);
316         defer_size = shrinker_defer_size(new_nr_max);
317         old_map_size = shrinker_map_size(shrinker_nr_max);
318         old_defer_size = shrinker_defer_size(shrinker_nr_max);
319
320         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
321         do {
322                 ret = expand_one_shrinker_info(memcg, map_size, defer_size,
323                                                old_map_size, old_defer_size);
324                 if (ret) {
325                         mem_cgroup_iter_break(NULL, memcg);
326                         goto out;
327                 }
328         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
329 out:
330         if (!ret)
331                 shrinker_nr_max = new_nr_max;
332
333         return ret;
334 }
335
336 void set_shrinker_bit(struct mem_cgroup *memcg, int nid, int shrinker_id)
337 {
338         if (shrinker_id >= 0 && memcg && !mem_cgroup_is_root(memcg)) {
339                 struct shrinker_info *info;
340
341                 rcu_read_lock();
342                 info = rcu_dereference(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info);
343                 /* Pairs with smp mb in shrink_slab() */
344                 smp_mb__before_atomic();
345                 set_bit(shrinker_id, info->map);
346                 rcu_read_unlock();
347         }
348 }
349
350 static DEFINE_IDR(shrinker_idr);
351
352 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
353 {
354         int id, ret = -ENOMEM;
355
356         if (mem_cgroup_disabled())
357                 return -ENOSYS;
358
359         down_write(&shrinker_rwsem);
360         /* This may call shrinker, so it must use down_read_trylock() */
361         id = idr_alloc(&shrinker_idr, shrinker, 0, 0, GFP_KERNEL);
362         if (id < 0)
363                 goto unlock;
364
365         if (id >= shrinker_nr_max) {
366                 if (expand_shrinker_info(id)) {
367                         idr_remove(&shrinker_idr, id);
368                         goto unlock;
369                 }
370         }
371         shrinker->id = id;
372         ret = 0;
373 unlock:
374         up_write(&shrinker_rwsem);
375         return ret;
376 }
377
378 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
379 {
380         int id = shrinker->id;
381
382         BUG_ON(id < 0);
383
384         lockdep_assert_held(&shrinker_rwsem);
385
386         idr_remove(&shrinker_idr, id);
387 }
388
389 static long xchg_nr_deferred_memcg(int nid, struct shrinker *shrinker,
390                                    struct mem_cgroup *memcg)
391 {
392         struct shrinker_info *info;
393
394         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
395         return atomic_long_xchg(&info->nr_deferred[shrinker->id], 0);
396 }
397
398 static long add_nr_deferred_memcg(long nr, int nid, struct shrinker *shrinker,
399                                   struct mem_cgroup *memcg)
400 {
401         struct shrinker_info *info;
402
403         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
404         return atomic_long_add_return(nr, &info->nr_deferred[shrinker->id]);
405 }
406
407 void reparent_shrinker_deferred(struct mem_cgroup *memcg)
408 {
409         int i, nid;
410         long nr;
411         struct mem_cgroup *parent;
412         struct shrinker_info *child_info, *parent_info;
413
414         parent = parent_mem_cgroup(memcg);
415         if (!parent)
416                 parent = root_mem_cgroup;
417
418         /* Prevent from concurrent shrinker_info expand */
419         down_read(&shrinker_rwsem);
420         for_each_node(nid) {
421                 child_info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
422                 parent_info = shrinker_info_protected(parent, nid);
423                 for (i = 0; i < shrinker_nr_max; i++) {
424                         nr = atomic_long_read(&child_info->nr_deferred[i]);
425                         atomic_long_add(nr, &parent_info->nr_deferred[i]);
426                 }
427         }
428         up_read(&shrinker_rwsem);
429 }
430
431 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
432 {
433         return sc->target_mem_cgroup;
434 }
435
436 /**
437  * writeback_throttling_sane - is the usual dirty throttling mechanism available?
438  * @sc: scan_control in question
439  *
440  * The normal page dirty throttling mechanism in balance_dirty_pages() is
441  * completely broken with the legacy memcg and direct stalling in
442  * shrink_page_list() is used for throttling instead, which lacks all the
443  * niceties such as fairness, adaptive pausing, bandwidth proportional
444  * allocation and configurability.
445  *
446  * This function tests whether the vmscan currently in progress can assume
447  * that the normal dirty throttling mechanism is operational.
448  */
449 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
450 {
451         if (!cgroup_reclaim(sc))
452                 return true;
453 #ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
454         if (cgroup_subsys_on_dfl(memory_cgrp_subsys))
455                 return true;
456 #endif
457         return false;
458 }
459 #else
460 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
461 {
462         return -ENOSYS;
463 }
464
465 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
466 {
467 }
468
469 static long xchg_nr_deferred_memcg(int nid, struct shrinker *shrinker,
470                                    struct mem_cgroup *memcg)
471 {
472         return 0;
473 }
474
475 static long add_nr_deferred_memcg(long nr, int nid, struct shrinker *shrinker,
476                                   struct mem_cgroup *memcg)
477 {
478         return 0;
479 }
480
481 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
482 {
483         return false;
484 }
485
486 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
487 {
488         return true;
489 }
490 #endif
491
492 static long xchg_nr_deferred(struct shrinker *shrinker,
493                              struct shrink_control *sc)
494 {
495         int nid = sc->nid;
496
497         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
498                 nid = 0;
499
500         if (sc->memcg &&
501             (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
502                 return xchg_nr_deferred_memcg(nid, shrinker,
503                                               sc->memcg);
504
505         return atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
506 }
507
508
509 static long add_nr_deferred(long nr, struct shrinker *shrinker,
510                             struct shrink_control *sc)
511 {
512         int nid = sc->nid;
513
514         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
515                 nid = 0;
516
517         if (sc->memcg &&
518             (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
519                 return add_nr_deferred_memcg(nr, nid, shrinker,
520                                              sc->memcg);
521
522         return atomic_long_add_return(nr, &shrinker->nr_deferred[nid]);
523 }
524
525 static bool can_demote(int nid, struct scan_control *sc)
526 {
527         if (!numa_demotion_enabled)
528                 return false;
529         if (sc) {
530                 if (sc->no_demotion)
531                         return false;
532                 /* It is pointless to do demotion in memcg reclaim */
533                 if (cgroup_reclaim(sc))
534                         return false;
535         }
536         if (next_demotion_node(nid) == NUMA_NO_NODE)
537                 return false;
538
539         return true;
540 }
541
542 static inline bool can_reclaim_anon_pages(struct mem_cgroup *memcg,
543                                           int nid,
544                                           struct scan_control *sc)
545 {
546         if (memcg == NULL) {
547                 /*
548                  * For non-memcg reclaim, is there
549                  * space in any swap device?
550                  */
551                 if (get_nr_swap_pages() > 0)
552                         return true;
553         } else {
554                 /* Is the memcg below its swap limit? */
555                 if (mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) > 0)
556                         return true;
557         }
558
559         /*
560          * The page can not be swapped.
561          *
562          * Can it be reclaimed from this node via demotion?
563          */
564         return can_demote(nid, sc);
565 }
566
567 /*
568  * This misses isolated pages which are not accounted for to save counters.
569  * As the data only determines if reclaim or compaction continues, it is
570  * not expected that isolated pages will be a dominating factor.
571  */
572 unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
573 {
574         unsigned long nr;
575
576         nr = zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE) +
577                 zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE);
578         if (can_reclaim_anon_pages(NULL, zone_to_nid(zone), NULL))
579                 nr += zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON) +
580                         zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON);
581
582         return nr;
583 }
584
585 /**
586  * lruvec_lru_size -  Returns the number of pages on the given LRU list.
587  * @lruvec: lru vector
588  * @lru: lru to use
589  * @zone_idx: zones to consider (use MAX_NR_ZONES for the whole LRU list)
590  */
591 static unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru,
592                                      int zone_idx)
593 {
594         unsigned long size = 0;
595         int zid;
596
597         for (zid = 0; zid <= zone_idx && zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
598                 struct zone *zone = &lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones[zid];
599
600                 if (!managed_zone(zone))
601                         continue;
602
603                 if (!mem_cgroup_disabled())
604                         size += mem_cgroup_get_zone_lru_size(lruvec, lru, zid);
605                 else
606                         size += zone_page_state(zone, NR_ZONE_LRU_BASE + lru);
607         }
608         return size;
609 }
610
611 /*
612  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
613  */
614 int prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker)
615 {
616         unsigned int size;
617         int err;
618
619         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
620                 err = prealloc_memcg_shrinker(shrinker);
621                 if (err != -ENOSYS)
622                         return err;
623
624                 shrinker->flags &= ~SHRINKER_MEMCG_AWARE;
625         }
626
627         size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
628         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
629                 size *= nr_node_ids;
630
631         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
632         if (!shrinker->nr_deferred)
633                 return -ENOMEM;
634
635         return 0;
636 }
637
638 void free_prealloced_shrinker(struct shrinker *shrinker)
639 {
640         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
641                 down_write(&shrinker_rwsem);
642                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
643                 up_write(&shrinker_rwsem);
644                 return;
645         }
646
647         kfree(shrinker->nr_deferred);
648         shrinker->nr_deferred = NULL;
649 }
650
651 void register_shrinker_prepared(struct shrinker *shrinker)
652 {
653         down_write(&shrinker_rwsem);
654         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
655         shrinker->flags |= SHRINKER_REGISTERED;
656         up_write(&shrinker_rwsem);
657 }
658
659 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
660 {
661         int err = prealloc_shrinker(shrinker);
662
663         if (err)
664                 return err;
665         register_shrinker_prepared(shrinker);
666         return 0;
667 }
668 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
669
670 /*
671  * Remove one
672  */
673 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
674 {
675         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_REGISTERED))
676                 return;
677
678         down_write(&shrinker_rwsem);
679         list_del(&shrinker->list);
680         shrinker->flags &= ~SHRINKER_REGISTERED;
681         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
682                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
683         up_write(&shrinker_rwsem);
684
685         kfree(shrinker->nr_deferred);
686         shrinker->nr_deferred = NULL;
687 }
688 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
689
690 /**
691  * synchronize_shrinkers - Wait for all running shrinkers to complete.
692  *
693  * This is equivalent to calling unregister_shrink() and register_shrinker(),
694  * but atomically and with less overhead. This is useful to guarantee that all
695  * shrinker invocations have seen an update, before freeing memory, similar to
696  * rcu.
697  */
698 void synchronize_shrinkers(void)
699 {
700         down_write(&shrinker_rwsem);
701         up_write(&shrinker_rwsem);
702 }
703 EXPORT_SYMBOL(synchronize_shrinkers);
704
705 #define SHRINK_BATCH 128
706
707 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
708                                     struct shrinker *shrinker, int priority)
709 {
710         unsigned long freed = 0;
711         unsigned long long delta;
712         long total_scan;
713         long freeable;
714         long nr;
715         long new_nr;
716         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
717                                           : SHRINK_BATCH;
718         long scanned = 0, next_deferred;
719
720         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
721         if (freeable == 0 || freeable == SHRINK_EMPTY)
722                 return freeable;
723
724         /*
725          * copy the current shrinker scan count into a local variable
726          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
727          * don't also do this scanning work.
728          */
729         nr = xchg_nr_deferred(shrinker, shrinkctl);
730
731         if (shrinker->seeks) {
732                 delta = freeable >> priority;
733                 delta *= 4;
734                 do_div(delta, shrinker->seeks);
735         } else {
736                 /*
737                  * These objects don't require any IO to create. Trim
738                  * them aggressively under memory pressure to keep
739                  * them from causing refetches in the IO caches.
740                  */
741                 delta = freeable / 2;
742         }
743
744         total_scan = nr >> priority;
745         total_scan += delta;
746         total_scan = min(total_scan, (2 * freeable));
747
748         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
749                                    freeable, delta, total_scan, priority);
750
751         /*
752          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
753          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
754          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
755          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
756          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
757          * objects spread over several slabs with usage less than the
758          * batch_size.
759          *
760          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
761          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
762          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
763          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
764          * possible.
765          */
766         while (total_scan >= batch_size ||
767                total_scan >= freeable) {
768                 unsigned long ret;
769                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
770
771                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
772                 shrinkctl->nr_scanned = nr_to_scan;
773                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
774                 if (ret == SHRINK_STOP)
775                         break;
776                 freed += ret;
777
778                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, shrinkctl->nr_scanned);
779                 total_scan -= shrinkctl->nr_scanned;
780                 scanned += shrinkctl->nr_scanned;
781
782                 cond_resched();
783         }
784
785         /*
786          * The deferred work is increased by any new work (delta) that wasn't
787          * done, decreased by old deferred work that was done now.
788          *
789          * And it is capped to two times of the freeable items.
790          */
791         next_deferred = max_t(long, (nr + delta - scanned), 0);
792         next_deferred = min(next_deferred, (2 * freeable));
793
794         /*
795          * move the unused scan count back into the shrinker in a
796          * manner that handles concurrent updates.
797          */
798         new_nr = add_nr_deferred(next_deferred, shrinker, shrinkctl);
799
800         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, shrinkctl->nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
801         return freed;
802 }
803
804 #ifdef CONFIG_MEMCG
805 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
806                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
807 {
808         struct shrinker_info *info;
809         unsigned long ret, freed = 0;
810         int i;
811
812         if (!mem_cgroup_online(memcg))
813                 return 0;
814
815         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
816                 return 0;
817
818         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
819         if (unlikely(!info))
820                 goto unlock;
821
822         for_each_set_bit(i, info->map, shrinker_nr_max) {
823                 struct shrink_control sc = {
824                         .gfp_mask = gfp_mask,
825                         .nid = nid,
826                         .memcg = memcg,
827                 };
828                 struct shrinker *shrinker;
829
830                 shrinker = idr_find(&shrinker_idr, i);
831                 if (unlikely(!shrinker || !(shrinker->flags & SHRINKER_REGISTERED))) {
832                         if (!shrinker)
833                                 clear_bit(i, info->map);
834                         continue;
835                 }
836
837                 /* Call non-slab shrinkers even though kmem is disabled */
838                 if (!memcg_kmem_enabled() &&
839                     !(shrinker->flags & SHRINKER_NONSLAB))
840                         continue;
841
842                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
843                 if (ret == SHRINK_EMPTY) {
844                         clear_bit(i, info->map);
845                         /*
846                          * After the shrinker reported that it had no objects to
847                          * free, but before we cleared the corresponding bit in
848                          * the memcg shrinker map, a new object might have been
849                          * added. To make sure, we have the bit set in this
850                          * case, we invoke the shrinker one more time and reset
851                          * the bit if it reports that it is not empty anymore.
852                          * The memory barrier here pairs with the barrier in
853                          * set_shrinker_bit():
854                          *
855                          * list_lru_add()     shrink_slab_memcg()
856                          *   list_add_tail()    clear_bit()
857                          *   <MB>               <MB>
858                          *   set_bit()          do_shrink_slab()
859                          */
860                         smp_mb__after_atomic();
861                         ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
862                         if (ret == SHRINK_EMPTY)
863                                 ret = 0;
864                         else
865                                 set_shrinker_bit(memcg, nid, i);
866                 }
867                 freed += ret;
868
869                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
870                         freed = freed ? : 1;
871                         break;
872                 }
873         }
874 unlock:
875         up_read(&shrinker_rwsem);
876         return freed;
877 }
878 #else /* CONFIG_MEMCG */
879 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
880                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
881 {
882         return 0;
883 }
884 #endif /* CONFIG_MEMCG */
885
886 /**
887  * shrink_slab - shrink slab caches
888  * @gfp_mask: allocation context
889  * @nid: node whose slab caches to target
890  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
891  * @priority: the reclaim priority
892  *
893  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
894  *
895  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
896  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
897  *
898  * @memcg specifies the memory cgroup to target. Unaware shrinkers
899  * are called only if it is the root cgroup.
900  *
901  * @priority is sc->priority, we take the number of objects and >> by priority
902  * in order to get the scan target.
903  *
904  * Returns the number of reclaimed slab objects.
905  */
906 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
907                                  struct mem_cgroup *memcg,
908                                  int priority)
909 {
910         unsigned long ret, freed = 0;
911         struct shrinker *shrinker;
912
913         /*
914          * The root memcg might be allocated even though memcg is disabled
915          * via "cgroup_disable=memory" boot parameter.  This could make
916          * mem_cgroup_is_root() return false, then just run memcg slab
917          * shrink, but skip global shrink.  This may result in premature
918          * oom.
919          */
920         if (!mem_cgroup_disabled() && !mem_cgroup_is_root(memcg))
921                 return shrink_slab_memcg(gfp_mask, nid, memcg, priority);
922
923         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
924                 goto out;
925
926         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
927                 struct shrink_control sc = {
928                         .gfp_mask = gfp_mask,
929                         .nid = nid,
930                         .memcg = memcg,
931                 };
932
933                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
934                 if (ret == SHRINK_EMPTY)
935                         ret = 0;
936                 freed += ret;
937                 /*
938                  * Bail out if someone want to register a new shrinker to
939                  * prevent the registration from being stalled for long periods
940                  * by parallel ongoing shrinking.
941                  */
942                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
943                         freed = freed ? : 1;
944                         break;
945                 }
946         }
947
948         up_read(&shrinker_rwsem);
949 out:
950         cond_resched();
951         return freed;
952 }
953
954 static void drop_slab_node(int nid)
955 {
956         unsigned long freed;
957         int shift = 0;
958
959         do {
960                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
961
962                 if (fatal_signal_pending(current))
963                         return;
964
965                 freed = 0;
966                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
967                 do {
968                         freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg, 0);
969                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
970         } while ((freed >> shift++) > 1);
971 }
972
973 void drop_slab(void)
974 {
975         int nid;
976
977         for_each_online_node(nid)
978                 drop_slab_node(nid);
979 }
980
981 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
982 {
983         /*
984          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
985          * that isolated the page, the page cache and optional buffer
986          * heads at page->private.
987          */
988         int page_cache_pins = thp_nr_pages(page);
989         return page_count(page) - page_has_private(page) == 1 + page_cache_pins;
990 }
991
992 static int may_write_to_inode(struct inode *inode)
993 {
994         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
995                 return 1;
996         if (!inode_write_congested(inode))
997                 return 1;
998         if (inode_to_bdi(inode) == current->backing_dev_info)
999                 return 1;
1000         return 0;
1001 }
1002
1003 /*
1004  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
1005  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
1006  * fsync(), msync() or close().
1007  *
1008  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
1009  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
1010  * that page is locked, the mapping is pinned.
1011  *
1012  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
1013  * __GFP_FS.
1014  */
1015 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
1016                                 struct page *page, int error)
1017 {
1018         lock_page(page);
1019         if (page_mapping(page) == mapping)
1020                 mapping_set_error(mapping, error);
1021         unlock_page(page);
1022 }
1023
1024 static bool skip_throttle_noprogress(pg_data_t *pgdat)
1025 {
1026         int reclaimable = 0, write_pending = 0;
1027         int i;
1028
1029         /*
1030          * If kswapd is disabled, reschedule if necessary but do not
1031          * throttle as the system is likely near OOM.
1032          */
1033         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
1034                 return true;
1035
1036         /*
1037          * If there are a lot of dirty/writeback pages then do not
1038          * throttle as throttling will occur when the pages cycle
1039          * towards the end of the LRU if still under writeback.
1040          */
1041         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
1042                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
1043
1044                 if (!populated_zone(zone))
1045                         continue;
1046
1047                 reclaimable += zone_reclaimable_pages(zone);
1048                 write_pending += zone_page_state_snapshot(zone,
1049                                                   NR_ZONE_WRITE_PENDING);
1050         }
1051         if (2 * write_pending <= reclaimable)
1052                 return true;
1053
1054         return false;
1055 }
1056
1057 void reclaim_throttle(pg_data_t *pgdat, enum vmscan_throttle_state reason)
1058 {
1059         wait_queue_head_t *wqh = &pgdat->reclaim_wait[reason];
1060         long timeout, ret;
1061         DEFINE_WAIT(wait);
1062
1063         /*
1064          * Do not throttle IO workers, kthreads other than kswapd or
1065          * workqueues. They may be required for reclaim to make
1066          * forward progress (e.g. journalling workqueues or kthreads).
1067          */
1068         if (!current_is_kswapd() &&
1069             current->flags & (PF_IO_WORKER|PF_KTHREAD))
1070                 return;
1071
1072         /*
1073          * These figures are pulled out of thin air.
1074          * VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED is a transient condition based on too many
1075          * parallel reclaimers which is a short-lived event so the timeout is
1076          * short. Failing to make progress or waiting on writeback are
1077          * potentially long-lived events so use a longer timeout. This is shaky
1078          * logic as a failure to make progress could be due to anything from
1079          * writeback to a slow device to excessive references pages at the tail
1080          * of the inactive LRU.
1081          */
1082         switch(reason) {
1083         case VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK:
1084                 timeout = HZ/10;
1085
1086                 if (atomic_inc_return(&pgdat->nr_writeback_throttled) == 1) {
1087                         WRITE_ONCE(pgdat->nr_reclaim_start,
1088                                 node_page_state(pgdat, NR_THROTTLED_WRITTEN));
1089                 }
1090
1091                 break;
1092         case VMSCAN_THROTTLE_CONGESTED:
1093                 fallthrough;
1094         case VMSCAN_THROTTLE_NOPROGRESS:
1095                 if (skip_throttle_noprogress(pgdat)) {
1096                         cond_resched();
1097                         return;
1098                 }
1099
1100                 timeout = 1;
1101
1102                 break;
1103         case VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED:
1104                 timeout = HZ/50;
1105                 break;
1106         default:
1107                 WARN_ON_ONCE(1);
1108                 timeout = HZ;
1109                 break;
1110         }
1111
1112         prepare_to_wait(wqh, &wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
1113         ret = schedule_timeout(timeout);
1114         finish_wait(wqh, &wait);
1115
1116         if (reason == VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK)
1117                 atomic_dec(&pgdat->nr_writeback_throttled);
1118
1119         trace_mm_vmscan_throttled(pgdat->node_id, jiffies_to_usecs(timeout),
1120                                 jiffies_to_usecs(timeout - ret),
1121                                 reason);
1122 }
1123
1124 /*
1125  * Account for pages written if tasks are throttled waiting on dirty
1126  * pages to clean. If enough pages have been cleaned since throttling
1127  * started then wakeup the throttled tasks.
1128  */
1129 void __acct_reclaim_writeback(pg_data_t *pgdat, struct folio *folio,
1130                                                         int nr_throttled)
1131 {
1132         unsigned long nr_written;
1133
1134         node_stat_add_folio(folio, NR_THROTTLED_WRITTEN);
1135
1136         /*
1137          * This is an inaccurate read as the per-cpu deltas may not
1138          * be synchronised. However, given that the system is
1139          * writeback throttled, it is not worth taking the penalty
1140          * of getting an accurate count. At worst, the throttle
1141          * timeout guarantees forward progress.
1142          */
1143         nr_written = node_page_state(pgdat, NR_THROTTLED_WRITTEN) -
1144                 READ_ONCE(pgdat->nr_reclaim_start);
1145
1146         if (nr_written > SWAP_CLUSTER_MAX * nr_throttled)
1147                 wake_up(&pgdat->reclaim_wait[VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK]);
1148 }
1149
1150 /* possible outcome of pageout() */
1151 typedef enum {
1152         /* failed to write page out, page is locked */
1153         PAGE_KEEP,
1154         /* move page to the active list, page is locked */
1155         PAGE_ACTIVATE,
1156         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
1157         PAGE_SUCCESS,
1158         /* page is clean and locked */
1159         PAGE_CLEAN,
1160 } pageout_t;
1161
1162 /*
1163  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
1164  * Calls ->writepage().
1165  */
1166 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping)
1167 {
1168         /*
1169          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
1170          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
1171          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
1172          * stalls if we need to run get_block().  We could test
1173          * PagePrivate for that.
1174          *
1175          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
1176          * this page's queue, we can perform writeback even if that
1177          * will block.
1178          *
1179          * If the page is swapcache, write it back even if that would
1180          * block, for some throttling. This happens by accident, because
1181          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
1182          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
1183          */
1184         if (!is_page_cache_freeable(page))
1185                 return PAGE_KEEP;
1186         if (!mapping) {
1187                 /*
1188                  * Some data journaling orphaned pages can have
1189                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
1190                  */
1191                 if (page_has_private(page)) {
1192                         if (try_to_free_buffers(page)) {
1193                                 ClearPageDirty(page);
1194                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
1195                                 return PAGE_CLEAN;
1196                         }
1197                 }
1198                 return PAGE_KEEP;
1199         }
1200         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
1201                 return PAGE_ACTIVATE;
1202         if (!may_write_to_inode(mapping->host))
1203                 return PAGE_KEEP;
1204
1205         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
1206                 int res;
1207                 struct writeback_control wbc = {
1208                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
1209                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
1210                         .range_start = 0,
1211                         .range_end = LLONG_MAX,
1212                         .for_reclaim = 1,
1213                 };
1214
1215                 SetPageReclaim(page);
1216                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
1217                 if (res < 0)
1218                         handle_write_error(mapping, page, res);
1219                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
1220                         ClearPageReclaim(page);
1221                         return PAGE_ACTIVATE;
1222                 }
1223
1224                 if (!PageWriteback(page)) {
1225                         /* synchronous write or broken a_ops? */
1226                         ClearPageReclaim(page);
1227                 }
1228                 trace_mm_vmscan_writepage(page);
1229                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
1230                 return PAGE_SUCCESS;
1231         }
1232
1233         return PAGE_CLEAN;
1234 }
1235
1236 /*
1237  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
1238  * gets returned with a refcount of 0.
1239  */
1240 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
1241                             bool reclaimed, struct mem_cgroup *target_memcg)
1242 {
1243         int refcount;
1244         void *shadow = NULL;
1245
1246         BUG_ON(!PageLocked(page));
1247         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
1248
1249         if (!PageSwapCache(page))
1250                 spin_lock(&mapping->host->i_lock);
1251         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
1252         /*
1253          * The non racy check for a busy page.
1254          *
1255          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
1256          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
1257          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
1258          * here, then the following race may occur:
1259          *
1260          * get_user_pages(&page);
1261          * [user mapping goes away]
1262          * write_to(page);
1263          *                              !PageDirty(page)    [good]
1264          * SetPageDirty(page);
1265          * put_page(page);
1266          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
1267          *
1268          * [oops, our write_to data is lost]
1269          *
1270          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
1271          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
1272          * load is not satisfied before that of page->_refcount.
1273          *
1274          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
1275          * and thus under the i_pages lock, then this ordering is not required.
1276          */
1277         refcount = 1 + compound_nr(page);
1278         if (!page_ref_freeze(page, refcount))
1279                 goto cannot_free;
1280         /* note: atomic_cmpxchg in page_ref_freeze provides the smp_rmb */
1281         if (unlikely(PageDirty(page))) {
1282                 page_ref_unfreeze(page, refcount);
1283                 goto cannot_free;
1284         }
1285
1286         if (PageSwapCache(page)) {
1287                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
1288                 mem_cgroup_swapout(page, swap);
1289                 if (reclaimed && !mapping_exiting(mapping))
1290                         shadow = workingset_eviction(page, target_memcg);
1291                 __delete_from_swap_cache(page, swap, shadow);
1292                 xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1293                 put_swap_page(page, swap);
1294         } else {
1295                 void (*freepage)(struct page *);
1296
1297                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
1298                 /*
1299                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
1300                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
1301                  *
1302                  * But don't store shadows in an address space that is
1303                  * already exiting.  This is not just an optimization,
1304                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
1305                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
1306                  * back.
1307                  *
1308                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
1309                  * only page cache pages found in these are zero pages
1310                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
1311                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
1312                  * same address_space.
1313                  */
1314                 if (reclaimed && page_is_file_lru(page) &&
1315                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
1316                         shadow = workingset_eviction(page, target_memcg);
1317                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
1318                 xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1319                 if (mapping_shrinkable(mapping))
1320                         inode_add_lru(mapping->host);
1321                 spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
1322
1323                 if (freepage != NULL)
1324                         freepage(page);
1325         }
1326
1327         return 1;
1328
1329 cannot_free:
1330         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1331         if (!PageSwapCache(page))
1332                 spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
1333         return 0;
1334 }
1335
1336 /*
1337  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
1338  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
1339  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
1340  * this page.
1341  */
1342 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
1343 {
1344         if (__remove_mapping(mapping, page, false, NULL)) {
1345                 /*
1346                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
1347                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
1348                  * atomic operation.
1349                  */
1350                 page_ref_unfreeze(page, 1);
1351                 return 1;
1352         }
1353         return 0;
1354 }
1355
1356 /**
1357  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
1358  * @page: page to be put back to appropriate lru list
1359  *
1360  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
1361  * Page may still be unevictable for other reasons.
1362  *
1363  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
1364  */
1365 void putback_lru_page(struct page *page)
1366 {
1367         lru_cache_add(page);
1368         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
1369 }
1370
1371 enum page_references {
1372         PAGEREF_RECLAIM,
1373         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
1374         PAGEREF_KEEP,
1375         PAGEREF_ACTIVATE,
1376 };
1377
1378 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
1379                                                   struct scan_control *sc)
1380 {
1381         int referenced_ptes, referenced_page;
1382         unsigned long vm_flags;
1383
1384         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
1385                                           &vm_flags);
1386         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
1387
1388         /*
1389          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
1390          * move the page to the unevictable list.
1391          */
1392         if (vm_flags & VM_LOCKED)
1393                 return PAGEREF_RECLAIM;
1394
1395         if (referenced_ptes) {
1396                 /*
1397                  * All mapped pages start out with page table
1398                  * references from the instantiating fault, so we need
1399                  * to look twice if a mapped file page is used more
1400                  * than once.
1401                  *
1402                  * Mark it and spare it for another trip around the
1403                  * inactive list.  Another page table reference will
1404                  * lead to its activation.
1405                  *
1406                  * Note: the mark is set for activated pages as well
1407                  * so that recently deactivated but used pages are
1408                  * quickly recovered.
1409                  */
1410                 SetPageReferenced(page);
1411
1412                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
1413                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1414
1415                 /*
1416                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
1417                  */
1418                 if ((vm_flags & VM_EXEC) && !PageSwapBacked(page))
1419                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1420
1421                 return PAGEREF_KEEP;
1422         }
1423
1424         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
1425         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
1426                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
1427
1428         return PAGEREF_RECLAIM;
1429 }
1430
1431 /* Check if a page is dirty or under writeback */
1432 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
1433                                        bool *dirty, bool *writeback)
1434 {
1435         struct address_space *mapping;
1436
1437         /*
1438          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
1439          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
1440          */
1441         if (!page_is_file_lru(page) ||
1442             (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page))) {
1443                 *dirty = false;
1444                 *writeback = false;
1445                 return;
1446         }
1447
1448         /* By default assume that the page flags are accurate */
1449         *dirty = PageDirty(page);
1450         *writeback = PageWriteback(page);
1451
1452         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
1453         if (!page_has_private(page))
1454                 return;
1455
1456         mapping = page_mapping(page);
1457         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
1458                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
1459 }
1460
1461 static struct page *alloc_demote_page(struct page *page, unsigned long node)
1462 {
1463         struct migration_target_control mtc = {
1464                 /*
1465                  * Allocate from 'node', or fail quickly and quietly.
1466                  * When this happens, 'page' will likely just be discarded
1467                  * instead of migrated.
1468                  */
1469                 .gfp_mask = (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~__GFP_RECLAIM) |
1470                             __GFP_THISNODE  | __GFP_NOWARN |
1471                             __GFP_NOMEMALLOC | GFP_NOWAIT,
1472                 .nid = node
1473         };
1474
1475         return alloc_migration_target(page, (unsigned long)&mtc);
1476 }
1477
1478 /*
1479  * Take pages on @demote_list and attempt to demote them to
1480  * another node.  Pages which are not demoted are left on
1481  * @demote_pages.
1482  */
1483 static unsigned int demote_page_list(struct list_head *demote_pages,
1484                                      struct pglist_data *pgdat)
1485 {
1486         int target_nid = next_demotion_node(pgdat->node_id);
1487         unsigned int nr_succeeded;
1488
1489         if (list_empty(demote_pages))
1490                 return 0;
1491
1492         if (target_nid == NUMA_NO_NODE)
1493                 return 0;
1494
1495         /* Demotion ignores all cpuset and mempolicy settings */
1496         migrate_pages(demote_pages, alloc_demote_page, NULL,
1497                             target_nid, MIGRATE_ASYNC, MR_DEMOTION,
1498                             &nr_succeeded);
1499
1500         if (current_is_kswapd())
1501                 __count_vm_events(PGDEMOTE_KSWAPD, nr_succeeded);
1502         else
1503                 __count_vm_events(PGDEMOTE_DIRECT, nr_succeeded);
1504
1505         return nr_succeeded;
1506 }
1507
1508 /*
1509  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
1510  */
1511 static unsigned int shrink_page_list(struct list_head *page_list,
1512                                      struct pglist_data *pgdat,
1513                                      struct scan_control *sc,
1514                                      struct reclaim_stat *stat,
1515                                      bool ignore_references)
1516 {
1517         LIST_HEAD(ret_pages);
1518         LIST_HEAD(free_pages);
1519         LIST_HEAD(demote_pages);
1520         unsigned int nr_reclaimed = 0;
1521         unsigned int pgactivate = 0;
1522         bool do_demote_pass;
1523
1524         memset(stat, 0, sizeof(*stat));
1525         cond_resched();
1526         do_demote_pass = can_demote(pgdat->node_id, sc);
1527
1528 retry:
1529         while (!list_empty(page_list)) {
1530                 struct address_space *mapping;
1531                 struct page *page;
1532                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM;
1533                 bool dirty, writeback, may_enter_fs;
1534                 unsigned int nr_pages;
1535
1536                 cond_resched();
1537
1538                 page = lru_to_page(page_list);
1539                 list_del(&page->lru);
1540
1541                 if (!trylock_page(page))
1542                         goto keep;
1543
1544                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1545
1546                 nr_pages = compound_nr(page);
1547
1548                 /* Account the number of base pages even though THP */
1549                 sc->nr_scanned += nr_pages;
1550
1551                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
1552                         goto activate_locked;
1553
1554                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
1555                         goto keep_locked;
1556
1557                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
1558                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
1559
1560                 /*
1561                  * The number of dirty pages determines if a node is marked
1562                  * reclaim_congested. kswapd will stall and start writing
1563                  * pages if the tail of the LRU is all dirty unqueued pages.
1564                  */
1565                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
1566                 if (dirty || writeback)
1567                         stat->nr_dirty++;
1568
1569                 if (dirty && !writeback)
1570                         stat->nr_unqueued_dirty++;
1571
1572                 /*
1573                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
1574                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
1575                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
1576                  * end of the LRU a second time.
1577                  */
1578                 mapping = page_mapping(page);
1579                 if (((dirty || writeback) && mapping &&
1580                      inode_write_congested(mapping->host)) ||
1581                     (writeback && PageReclaim(page)))
1582                         stat->nr_congested++;
1583
1584                 /*
1585                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
1586                  * are three cases to consider.
1587                  *
1588                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
1589                  *    under writeback and this page is both under writeback and
1590                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
1591                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
1592                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
1593                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
1594                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
1595                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
1596                  *    caller can stall after page list has been processed.
1597                  *
1598                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a page that is
1599                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
1600                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
1601                  *    not to fs). In this case mark the page for immediate
1602                  *    reclaim and continue scanning.
1603                  *
1604                  *    Require may_enter_fs because we would wait on fs, which
1605                  *    may not have submitted IO yet. And the loop driver might
1606                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
1607                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
1608                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
1609                  *    would probably show more reasons.
1610                  *
1611                  * 3) Legacy memcg encounters a page that is already marked
1612                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
1613                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
1614                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
1615                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
1616                  *
1617                  * In cases 1) and 2) we activate the pages to get them out of
1618                  * the way while we continue scanning for clean pages on the
1619                  * inactive list and refilling from the active list. The
1620                  * observation here is that waiting for disk writes is more
1621                  * expensive than potentially causing reloads down the line.
1622                  * Since they're marked for immediate reclaim, they won't put
1623                  * memory pressure on the cache working set any longer than it
1624                  * takes to write them to disk.
1625                  */
1626                 if (PageWriteback(page)) {
1627                         /* Case 1 above */
1628                         if (current_is_kswapd() &&
1629                             PageReclaim(page) &&
1630                             test_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags)) {
1631                                 stat->nr_immediate++;
1632                                 goto activate_locked;
1633
1634                         /* Case 2 above */
1635                         } else if (writeback_throttling_sane(sc) ||
1636                             !PageReclaim(page) || !may_enter_fs) {
1637                                 /*
1638                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
1639                                  * might have just cleared PageReclaim, then
1640                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
1641                                  * as PageReadahead - but that does not matter
1642                                  * enough to care.  What we do want is for this
1643                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
1644                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
1645                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
1646                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
1647                                  */
1648                                 SetPageReclaim(page);
1649                                 stat->nr_writeback++;
1650                                 goto activate_locked;
1651
1652                         /* Case 3 above */
1653                         } else {
1654                                 unlock_page(page);
1655                                 wait_on_page_writeback(page);
1656                                 /* then go back and try same page again */
1657                                 list_add_tail(&page->lru, page_list);
1658                                 continue;
1659                         }
1660                 }
1661
1662                 if (!ignore_references)
1663                         references = page_check_references(page, sc);
1664
1665                 switch (references) {
1666                 case PAGEREF_ACTIVATE:
1667                         goto activate_locked;
1668                 case PAGEREF_KEEP:
1669                         stat->nr_ref_keep += nr_pages;
1670                         goto keep_locked;
1671                 case PAGEREF_RECLAIM:
1672                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1673                         ; /* try to reclaim the page below */
1674                 }
1675
1676                 /*
1677                  * Before reclaiming the page, try to relocate
1678                  * its contents to another node.
1679                  */
1680                 if (do_demote_pass &&
1681                     (thp_migration_supported() || !PageTransHuge(page))) {
1682                         list_add(&page->lru, &demote_pages);
1683                         unlock_page(page);
1684                         continue;
1685                 }
1686
1687                 /*
1688                  * Anonymous process memory has backing store?
1689                  * Try to allocate it some swap space here.
1690                  * Lazyfree page could be freed directly
1691                  */
1692                 if (PageAnon(page) && PageSwapBacked(page)) {
1693                         if (!PageSwapCache(page)) {
1694                                 if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1695                                         goto keep_locked;
1696                                 if (page_maybe_dma_pinned(page))
1697                                         goto keep_locked;
1698                                 if (PageTransHuge(page)) {
1699                                         /* cannot split THP, skip it */
1700                                         if (!can_split_huge_page(page, NULL))
1701                                                 goto activate_locked;
1702                                         /*
1703                                          * Split pages without a PMD map right
1704                                          * away. Chances are some or all of the
1705                                          * tail pages can be freed without IO.
1706                                          */
1707                                         if (!compound_mapcount(page) &&
1708                                             split_huge_page_to_list(page,
1709                                                                     page_list))
1710                                                 goto activate_locked;
1711                                 }
1712                                 if (!add_to_swap(page)) {
1713                                         if (!PageTransHuge(page))
1714                                                 goto activate_locked_split;
1715                                         /* Fallback to swap normal pages */
1716                                         if (split_huge_page_to_list(page,
1717                                                                     page_list))
1718                                                 goto activate_locked;
1719 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1720                                         count_vm_event(THP_SWPOUT_FALLBACK);
1721 #endif
1722                                         if (!add_to_swap(page))
1723                                                 goto activate_locked_split;
1724                                 }
1725
1726                                 may_enter_fs = true;
1727
1728                                 /* Adding to swap updated mapping */
1729                                 mapping = page_mapping(page);
1730                         }
1731                 } else if (unlikely(PageTransHuge(page))) {
1732                         /* Split file THP */
1733                         if (split_huge_page_to_list(page, page_list))
1734                                 goto keep_locked;
1735                 }
1736
1737                 /*
1738                  * THP may get split above, need minus tail pages and update
1739                  * nr_pages to avoid accounting tail pages twice.
1740                  *
1741                  * The tail pages that are added into swap cache successfully
1742                  * reach here.
1743                  */
1744                 if ((nr_pages > 1) && !PageTransHuge(page)) {
1745                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1746                         nr_pages = 1;
1747                 }
1748
1749                 /*
1750                  * The page is mapped into the page tables of one or more
1751                  * processes. Try to unmap it here.
1752                  */
1753                 if (page_mapped(page)) {
1754                         enum ttu_flags flags = TTU_BATCH_FLUSH;
1755                         bool was_swapbacked = PageSwapBacked(page);
1756
1757                         if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1758                                 flags |= TTU_SPLIT_HUGE_PMD;
1759
1760                         try_to_unmap(page, flags);
1761                         if (page_mapped(page)) {
1762                                 stat->nr_unmap_fail += nr_pages;
1763                                 if (!was_swapbacked && PageSwapBacked(page))
1764                                         stat->nr_lazyfree_fail += nr_pages;
1765                                 goto activate_locked;
1766                         }
1767                 }
1768
1769                 if (PageDirty(page)) {
1770                         /*
1771                          * Only kswapd can writeback filesystem pages
1772                          * to avoid risk of stack overflow. But avoid
1773                          * injecting inefficient single-page IO into
1774                          * flusher writeback as much as possible: only
1775                          * write pages when we've encountered many
1776                          * dirty pages, and when we've already scanned
1777                          * the rest of the LRU for clean pages and see
1778                          * the same dirty pages again (PageReclaim).
1779                          */
1780                         if (page_is_file_lru(page) &&
1781                             (!current_is_kswapd() || !PageReclaim(page) ||
1782                              !test_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags))) {
1783                                 /*
1784                                  * Immediately reclaim when written back.
1785                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1786                                  * except we already have the page isolated
1787                                  * and know it's dirty
1788                                  */
1789                                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1790                                 SetPageReclaim(page);
1791
1792                                 goto activate_locked;
1793                         }
1794
1795                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1796                                 goto keep_locked;
1797                         if (!may_enter_fs)
1798                                 goto keep_locked;
1799                         if (!sc->may_writepage)
1800                                 goto keep_locked;
1801
1802                         /*
1803                          * Page is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1804                          * potentially exists to avoid CPU writes after IO
1805                          * starts and then write it out here.
1806                          */
1807                         try_to_unmap_flush_dirty();
1808                         switch (pageout(page, mapping)) {
1809                         case PAGE_KEEP:
1810                                 goto keep_locked;
1811                         case PAGE_ACTIVATE:
1812                                 goto activate_locked;
1813                         case PAGE_SUCCESS:
1814                                 stat->nr_pageout += thp_nr_pages(page);
1815
1816                                 if (PageWriteback(page))
1817                                         goto keep;
1818                                 if (PageDirty(page))
1819                                         goto keep;
1820
1821                                 /*
1822                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1823                                  * ahead and try to reclaim the page.
1824                                  */
1825                                 if (!trylock_page(page))
1826                                         goto keep;
1827                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1828                                         goto keep_locked;
1829                                 mapping = page_mapping(page);
1830                                 fallthrough;
1831                         case PAGE_CLEAN:
1832                                 ; /* try to free the page below */
1833                         }
1834                 }
1835
1836                 /*
1837                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1838                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1839                  * the page as well.
1840                  *
1841                  * We do this even if the page is PageDirty().
1842                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1843                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1844                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1845                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1846                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1847                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1848                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1849                  *
1850                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1851                  * the pages which were not successfully invalidated in
1852                  * truncate_cleanup_page().  We try to drop those buffers here
1853                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1854                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1855                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1856                  */
1857                 if (page_has_private(page)) {
1858                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1859                                 goto activate_locked;
1860                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1861                                 unlock_page(page);
1862                                 if (put_page_testzero(page))
1863                                         goto free_it;
1864                                 else {
1865                                         /*
1866                                          * rare race with speculative reference.
1867                                          * the speculative reference will free
1868                                          * this page shortly, so we may
1869                                          * increment nr_reclaimed here (and
1870                                          * leave it off the LRU).
1871                                          */
1872                                         nr_reclaimed++;
1873                                         continue;
1874                                 }
1875                         }
1876                 }
1877
1878                 if (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page)) {
1879                         /* follow __remove_mapping for reference */
1880                         if (!page_ref_freeze(page, 1))
1881                                 goto keep_locked;
1882                         /*
1883                          * The page has only one reference left, which is
1884                          * from the isolation. After the caller puts the
1885                          * page back on lru and drops the reference, the
1886                          * page will be freed anyway. It doesn't matter
1887                          * which lru it goes. So we don't bother checking
1888                          * PageDirty here.
1889                          */
1890                         count_vm_event(PGLAZYFREED);
1891                         count_memcg_page_event(page, PGLAZYFREED);
1892                 } else if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true,
1893                                                          sc->target_mem_cgroup))
1894                         goto keep_locked;
1895
1896                 unlock_page(page);
1897 free_it:
1898                 /*
1899                  * THP may get swapped out in a whole, need account
1900                  * all base pages.
1901                  */
1902                 nr_reclaimed += nr_pages;
1903
1904                 /*
1905                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1906                  * appear not as the counts should be low
1907                  */
1908                 if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1909                         destroy_compound_page(page);
1910                 else
1911                         list_add(&page->lru, &free_pages);
1912                 continue;
1913
1914 activate_locked_split:
1915                 /*
1916                  * The tail pages that are failed to add into swap cache
1917                  * reach here.  Fixup nr_scanned and nr_pages.
1918                  */
1919                 if (nr_pages > 1) {
1920                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1921                         nr_pages = 1;
1922                 }
1923 activate_locked:
1924                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1925                 if (PageSwapCache(page) && (mem_cgroup_swap_full(page) ||
1926                                                 PageMlocked(page)))
1927                         try_to_free_swap(page);
1928                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1929                 if (!PageMlocked(page)) {
1930                         int type = page_is_file_lru(page);
1931                         SetPageActive(page);
1932                         stat->nr_activate[type] += nr_pages;
1933                         count_memcg_page_event(page, PGACTIVATE);
1934                 }
1935 keep_locked:
1936                 unlock_page(page);
1937 keep:
1938                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1939                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1940         }
1941         /* 'page_list' is always empty here */
1942
1943         /* Migrate pages selected for demotion */
1944         nr_reclaimed += demote_page_list(&demote_pages, pgdat);
1945         /* Pages that could not be demoted are still in @demote_pages */
1946         if (!list_empty(&demote_pages)) {
1947                 /* Pages which failed to demoted go back on @page_list for retry: */
1948                 list_splice_init(&demote_pages, page_list);
1949                 do_demote_pass = false;
1950                 goto retry;
1951         }
1952
1953         pgactivate = stat->nr_activate[0] + stat->nr_activate[1];
1954
1955         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
1956         try_to_unmap_flush();
1957         free_unref_page_list(&free_pages);
1958
1959         list_splice(&ret_pages, page_list);
1960         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1961
1962         return nr_reclaimed;
1963 }
1964
1965 unsigned int reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1966                                             struct list_head *page_list)
1967 {
1968         struct scan_control sc = {
1969                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1970                 .may_unmap = 1,
1971         };
1972         struct reclaim_stat stat;
1973         unsigned int nr_reclaimed;
1974         struct page *page, *next;
1975         LIST_HEAD(clean_pages);
1976         unsigned int noreclaim_flag;
1977
1978         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1979                 if (!PageHuge(page) && page_is_file_lru(page) &&
1980                     !PageDirty(page) && !__PageMovable(page) &&
1981                     !PageUnevictable(page)) {
1982                         ClearPageActive(page);
1983                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1984                 }
1985         }
1986
1987         /*
1988          * We should be safe here since we are only dealing with file pages and
1989          * we are not kswapd and therefore cannot write dirty file pages. But
1990          * call memalloc_noreclaim_save() anyway, just in case these conditions
1991          * change in the future.
1992          */
1993         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
1994         nr_reclaimed = shrink_page_list(&clean_pages, zone->zone_pgdat, &sc,
1995                                         &stat, true);
1996         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
1997
1998         list_splice(&clean_pages, page_list);
1999         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
2000                             -(long)nr_reclaimed);
2001         /*
2002          * Since lazyfree pages are isolated from file LRU from the beginning,
2003          * they will rotate back to anonymous LRU in the end if it failed to
2004          * discard so isolated count will be mismatched.
2005          * Compensate the isolated count for both LRU lists.
2006          */
2007         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_ANON,
2008                             stat.nr_lazyfree_fail);
2009         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
2010                             -(long)stat.nr_lazyfree_fail);
2011         return nr_reclaimed;
2012 }
2013
2014 /*
2015  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
2016  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
2017  * freed elsewhere are also ignored.
2018  *
2019  * page:        page to consider
2020  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
2021  *
2022  * returns true on success, false on failure.
2023  */
2024 bool __isolate_lru_page_prepare(struct page *page, isolate_mode_t mode)
2025 {
2026         /* Only take pages on the LRU. */
2027         if (!PageLRU(page))
2028                 return false;
2029
2030         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
2031         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
2032                 return false;
2033
2034         /*
2035          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
2036          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
2037          * blocking - clean pages for the most part.
2038          *
2039          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
2040          * that it is possible to migrate without blocking
2041          */
2042         if (mode & ISOLATE_ASYNC_MIGRATE) {
2043                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
2044                 if (PageWriteback(page))
2045                         return false;
2046
2047                 if (PageDirty(page)) {
2048                         struct address_space *mapping;
2049                         bool migrate_dirty;
2050
2051                         /*
2052                          * Only pages without mappings or that have a
2053                          * ->migratepage callback are possible to migrate
2054                          * without blocking. However, we can be racing with
2055                          * truncation so it's necessary to lock the page
2056                          * to stabilise the mapping as truncation holds
2057                          * the page lock until after the page is removed
2058                          * from the page cache.
2059                          */
2060                         if (!trylock_page(page))
2061                                 return false;
2062
2063                         mapping = page_mapping(page);
2064                         migrate_dirty = !mapping || mapping->a_ops->migratepage;
2065                         unlock_page(page);
2066                         if (!migrate_dirty)
2067                                 return false;
2068                 }
2069         }
2070
2071         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
2072                 return false;
2073
2074         return true;
2075 }
2076
2077 /*
2078  * Update LRU sizes after isolating pages. The LRU size updates must
2079  * be complete before mem_cgroup_update_lru_size due to a sanity check.
2080  */
2081 static __always_inline void update_lru_sizes(struct lruvec *lruvec,
2082                         enum lru_list lru, unsigned long *nr_zone_taken)
2083 {
2084         int zid;
2085
2086         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2087                 if (!nr_zone_taken[zid])
2088                         continue;
2089
2090                 update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
2091         }
2092
2093 }
2094
2095 /*
2096  * Isolating page from the lruvec to fill in @dst list by nr_to_scan times.
2097  *
2098  * lruvec->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
2099  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
2100  * and working on them outside the LRU lock.
2101  *
2102  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
2103  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
2104  *
2105  * Lru_lock must be held before calling this function.
2106  *
2107  * @nr_to_scan: The number of eligible pages to look through on the list.
2108  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
2109  * @dst:        The temp list to put pages on to.
2110  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
2111  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
2112  * @lru:        LRU list id for isolating
2113  *
2114  * returns how many pages were moved onto *@dst.
2115  */
2116 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
2117                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
2118                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
2119                 enum lru_list lru)
2120 {
2121         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
2122         unsigned long nr_taken = 0;
2123         unsigned long nr_zone_taken[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
2124         unsigned long nr_skipped[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
2125         unsigned long skipped = 0;
2126         unsigned long scan, total_scan, nr_pages;
2127         LIST_HEAD(pages_skipped);
2128         isolate_mode_t mode = (sc->may_unmap ? 0 : ISOLATE_UNMAPPED);
2129
2130         total_scan = 0;
2131         scan = 0;
2132         while (scan < nr_to_scan && !list_empty(src)) {
2133                 struct page *page;
2134
2135                 page = lru_to_page(src);
2136                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
2137
2138                 nr_pages = compound_nr(page);
2139                 total_scan += nr_pages;
2140
2141                 if (page_zonenum(page) > sc->reclaim_idx) {
2142                         list_move(&page->lru, &pages_skipped);
2143                         nr_skipped[page_zonenum(page)] += nr_pages;
2144                         continue;
2145                 }
2146
2147                 /*
2148                  * Do not count skipped pages because that makes the function
2149                  * return with no isolated pages if the LRU mostly contains
2150                  * ineligible pages.  This causes the VM to not reclaim any
2151                  * pages, triggering a premature OOM.
2152                  *
2153                  * Account all tail pages of THP.  This would not cause
2154                  * premature OOM since __isolate_lru_page() returns -EBUSY
2155                  * only when the page is being freed somewhere else.
2156                  */
2157                 scan += nr_pages;
2158                 if (!__isolate_lru_page_prepare(page, mode)) {
2159                         /* It is being freed elsewhere */
2160                         list_move(&page->lru, src);
2161                         continue;
2162                 }
2163                 /*
2164                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
2165                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
2166                  * page release code relies on it.
2167                  */
2168                 if (unlikely(!get_page_unless_zero(page))) {
2169                         list_move(&page->lru, src);
2170                         continue;
2171                 }
2172
2173                 if (!TestClearPageLRU(page)) {
2174                         /* Another thread is already isolating this page */
2175                         put_page(page);
2176                         list_move(&page->lru, src);
2177                         continue;
2178                 }
2179
2180                 nr_taken += nr_pages;
2181                 nr_zone_taken[page_zonenum(page)] += nr_pages;
2182                 list_move(&page->lru, dst);
2183         }
2184
2185         /*
2186          * Splice any skipped pages to the start of the LRU list. Note that
2187          * this disrupts the LRU order when reclaiming for lower zones but
2188          * we cannot splice to the tail. If we did then the SWAP_CLUSTER_MAX
2189          * scanning would soon rescan the same pages to skip and put the
2190          * system at risk of premature OOM.
2191          */
2192         if (!list_empty(&pages_skipped)) {
2193                 int zid;
2194
2195                 list_splice(&pages_skipped, src);
2196                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2197                         if (!nr_skipped[zid])
2198                                 continue;
2199
2200                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zid, nr_skipped[zid]);
2201                         skipped += nr_skipped[zid];
2202                 }
2203         }
2204         *nr_scanned = total_scan;
2205         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->reclaim_idx, sc->order, nr_to_scan,
2206                                     total_scan, skipped, nr_taken, mode, lru);
2207         update_lru_sizes(lruvec, lru, nr_zone_taken);
2208         return nr_taken;
2209 }
2210
2211 /**
2212  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
2213  * @page: page to isolate from its LRU list
2214  *
2215  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
2216  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
2217  *
2218  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
2219  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
2220  *
2221  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
2222  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
2223  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
2224  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
2225  *
2226  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
2227  * found will be decremented.
2228  *
2229  * Restrictions:
2230  *
2231  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
2232  *     fundamental difference from isolate_lru_pages (which is called
2233  *     without a stable reference).
2234  * (2) the lru_lock must not be held.
2235  * (3) interrupts must be enabled.
2236  */
2237 int isolate_lru_page(struct page *page)
2238 {
2239         struct folio *folio = page_folio(page);
2240         int ret = -EBUSY;
2241
2242         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2243         WARN_RATELIMIT(PageTail(page), "trying to isolate tail page");
2244
2245         if (TestClearPageLRU(page)) {
2246                 struct lruvec *lruvec;
2247
2248                 get_page(page);
2249                 lruvec = folio_lruvec_lock_irq(folio);
2250                 del_page_from_lru_list(page, lruvec);
2251                 unlock_page_lruvec_irq(lruvec);
2252                 ret = 0;
2253         }
2254
2255         return ret;
2256 }
2257
2258 /*
2259  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
2260  * then get rescheduled. When there are massive number of tasks doing page
2261  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
2262  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
2263  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
2264  */
2265 static int too_many_isolated(struct pglist_data *pgdat, int file,
2266                 struct scan_control *sc)
2267 {
2268         unsigned long inactive, isolated;
2269         bool too_many;
2270
2271         if (current_is_kswapd())
2272                 return 0;
2273
2274         if (!writeback_throttling_sane(sc))
2275                 return 0;
2276
2277         if (file) {
2278                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2279                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
2280         } else {
2281                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2282                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
2283         }
2284
2285         /*
2286          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
2287          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
2288          * deadlock.
2289          */
2290         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
2291                 inactive >>= 3;
2292
2293         too_many = isolated > inactive;
2294
2295         /* Wake up tasks throttled due to too_many_isolated. */
2296         if (!too_many)
2297                 wake_throttle_isolated(pgdat);
2298
2299         return too_many;
2300 }
2301
2302 /*
2303  * move_pages_to_lru() moves pages from private @list to appropriate LRU list.
2304  * On return, @list is reused as a list of pages to be freed by the caller.
2305  *
2306  * Returns the number of pages moved to the given lruvec.
2307  */
2308 static unsigned int move_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
2309                                       struct list_head *list)
2310 {
2311         int nr_pages, nr_moved = 0;
2312         LIST_HEAD(pages_to_free);
2313         struct page *page;
2314
2315         while (!list_empty(list)) {
2316                 page = lru_to_page(list);
2317                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
2318                 list_del(&page->lru);
2319                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
2320                         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2321                         putback_lru_page(page);
2322                         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2323                         continue;
2324                 }
2325
2326                 /*
2327                  * The SetPageLRU needs to be kept here for list integrity.
2328                  * Otherwise:
2329                  *   #0 move_pages_to_lru             #1 release_pages
2330                  *   if !put_page_testzero
2331                  *                                    if (put_page_testzero())
2332                  *                                      !PageLRU //skip lru_lock
2333                  *     SetPageLRU()
2334                  *     list_add(&page->lru,)
2335                  *                                        list_add(&page->lru,)
2336                  */
2337                 SetPageLRU(page);
2338
2339                 if (unlikely(put_page_testzero(page))) {
2340                         __clear_page_lru_flags(page);
2341
2342                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
2343                                 spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2344                                 destroy_compound_page(page);
2345                                 spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2346                         } else
2347                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
2348
2349                         continue;
2350                 }
2351
2352                 /*
2353                  * All pages were isolated from the same lruvec (and isolation
2354                  * inhibits memcg migration).
2355                  */
2356                 VM_BUG_ON_PAGE(!folio_matches_lruvec(page_folio(page), lruvec), page);
2357                 add_page_to_lru_list(page, lruvec);
2358                 nr_pages = thp_nr_pages(page);
2359                 nr_moved += nr_pages;
2360                 if (PageActive(page))
2361                         workingset_age_nonresident(lruvec, nr_pages);
2362         }
2363
2364         /*
2365          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
2366          */
2367         list_splice(&pages_to_free, list);
2368
2369         return nr_moved;
2370 }
2371
2372 /*
2373  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
2374  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LOCAL_THROTTLE.
2375  * In that case we should only throttle if the backing device it is
2376  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
2377  */
2378 static int current_may_throttle(void)
2379 {
2380         return !(current->flags & PF_LOCAL_THROTTLE) ||
2381                 current->backing_dev_info == NULL ||
2382                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
2383 }
2384
2385 /*
2386  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_node().  It returns the number
2387  * of reclaimed pages
2388  */
2389 static unsigned long
2390 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
2391                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
2392 {
2393         LIST_HEAD(page_list);
2394         unsigned long nr_scanned;
2395         unsigned int nr_reclaimed = 0;
2396         unsigned long nr_taken;
2397         struct reclaim_stat stat;
2398         bool file = is_file_lru(lru);
2399         enum vm_event_item item;
2400         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2401         bool stalled = false;
2402
2403         while (unlikely(too_many_isolated(pgdat, file, sc))) {
2404                 if (stalled)
2405                         return 0;
2406
2407                 /* wait a bit for the reclaimer. */
2408                 stalled = true;
2409                 reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED);
2410
2411                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
2412                 if (fatal_signal_pending(current))
2413                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
2414         }
2415
2416         lru_add_drain();
2417
2418         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2419
2420         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
2421                                      &nr_scanned, sc, lru);
2422
2423         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2424         item = current_is_kswapd() ? PGSCAN_KSWAPD : PGSCAN_DIRECT;
2425         if (!cgroup_reclaim(sc))
2426                 __count_vm_events(item, nr_scanned);
2427         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_scanned);
2428         __count_vm_events(PGSCAN_ANON + file, nr_scanned);
2429
2430         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2431
2432         if (nr_taken == 0)
2433                 return 0;
2434
2435         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, pgdat, sc, &stat, false);
2436
2437         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2438         move_pages_to_lru(lruvec, &page_list);
2439
2440         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2441         item = current_is_kswapd() ? PGSTEAL_KSWAPD : PGSTEAL_DIRECT;
2442         if (!cgroup_reclaim(sc))
2443                 __count_vm_events(item, nr_reclaimed);
2444         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_reclaimed);
2445         __count_vm_events(PGSTEAL_ANON + file, nr_reclaimed);
2446         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2447
2448         lru_note_cost(lruvec, file, stat.nr_pageout);
2449         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
2450         free_unref_page_list(&page_list);
2451
2452         /*
2453          * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
2454          * implies that flushers are not doing their job. This can
2455          * happen when memory pressure pushes dirty pages to the end of
2456          * the LRU before the dirty limits are breached and the dirty
2457          * data has expired. It can also happen when the proportion of
2458          * dirty pages grows not through writes but through memory
2459          * pressure reclaiming all the clean cache. And in some cases,
2460          * the flushers simply cannot keep up with the allocation
2461          * rate. Nudge the flusher threads in case they are asleep.
2462          */
2463         if (stat.nr_unqueued_dirty == nr_taken)
2464                 wakeup_flusher_threads(WB_REASON_VMSCAN);
2465
2466         sc->nr.dirty += stat.nr_dirty;
2467         sc->nr.congested += stat.nr_congested;
2468         sc->nr.unqueued_dirty += stat.nr_unqueued_dirty;
2469         sc->nr.writeback += stat.nr_writeback;
2470         sc->nr.immediate += stat.nr_immediate;
2471         sc->nr.taken += nr_taken;
2472         if (file)
2473                 sc->nr.file_taken += nr_taken;
2474
2475         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(pgdat->node_id,
2476                         nr_scanned, nr_reclaimed, &stat, sc->priority, file);
2477         return nr_reclaimed;
2478 }
2479
2480 /*
2481  * shrink_active_list() moves pages from the active LRU to the inactive LRU.
2482  *
2483  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
2484  * processes.
2485  *
2486  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
2487  * appropriate to hold lru_lock across the whole operation.  But if
2488  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()), so
2489  * we should drop lru_lock around each page.  It's impossible to balance
2490  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
2491  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
2492  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
2493  *
2494  * The downside is that we have to touch page->_refcount against each page.
2495  * But we had to alter page->flags anyway.
2496  */
2497 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
2498                                struct lruvec *lruvec,
2499                                struct scan_control *sc,
2500                                enum lru_list lru)
2501 {
2502         unsigned long nr_taken;
2503         unsigned long nr_scanned;
2504         unsigned long vm_flags;
2505         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
2506         LIST_HEAD(l_active);
2507         LIST_HEAD(l_inactive);
2508         struct page *page;
2509         unsigned nr_deactivate, nr_activate;
2510         unsigned nr_rotated = 0;
2511         int file = is_file_lru(lru);
2512         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2513
2514         lru_add_drain();
2515
2516         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2517
2518         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
2519                                      &nr_scanned, sc, lru);
2520
2521         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2522
2523         if (!cgroup_reclaim(sc))
2524                 __count_vm_events(PGREFILL, nr_scanned);
2525         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGREFILL, nr_scanned);
2526
2527         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2528
2529         while (!list_empty(&l_hold)) {
2530                 cond_resched();
2531                 page = lru_to_page(&l_hold);
2532                 list_del(&page->lru);
2533
2534                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
2535                         putback_lru_page(page);
2536                         continue;
2537                 }
2538
2539                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
2540                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
2541                                 if (page_has_private(page))
2542                                         try_to_release_page(page, 0);
2543                                 unlock_page(page);
2544                         }
2545                 }
2546
2547                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
2548                                     &vm_flags)) {
2549                         /*
2550                          * Identify referenced, file-backed active pages and
2551                          * give them one more trip around the active list. So
2552                          * that executable code get better chances to stay in
2553                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
2554                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
2555                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
2556                          * so we ignore them here.
2557                          */
2558                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_lru(page)) {
2559                                 nr_rotated += thp_nr_pages(page);
2560                                 list_add(&page->lru, &l_active);
2561                                 continue;
2562                         }
2563                 }
2564
2565                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
2566                 SetPageWorkingset(page);
2567                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
2568         }
2569
2570         /*
2571          * Move pages back to the lru list.
2572          */
2573         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2574
2575         nr_activate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_active);
2576         nr_deactivate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive);
2577         /* Keep all free pages in l_active list */
2578         list_splice(&l_inactive, &l_active);
2579
2580         __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2581         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2582
2583         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2584         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2585
2586         mem_cgroup_uncharge_list(&l_active);
2587         free_unref_page_list(&l_active);
2588         trace_mm_vmscan_lru_shrink_active(pgdat->node_id, nr_taken, nr_activate,
2589                         nr_deactivate, nr_rotated, sc->priority, file);
2590 }
2591
2592 unsigned long reclaim_pages(struct list_head *page_list)
2593 {
2594         int nid = NUMA_NO_NODE;
2595         unsigned int nr_reclaimed = 0;
2596         LIST_HEAD(node_page_list);
2597         struct reclaim_stat dummy_stat;
2598         struct page *page;
2599         unsigned int noreclaim_flag;
2600         struct scan_control sc = {
2601                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
2602                 .may_writepage = 1,
2603                 .may_unmap = 1,
2604                 .may_swap = 1,
2605                 .no_demotion = 1,
2606         };
2607
2608         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
2609
2610         while (!list_empty(page_list)) {
2611                 page = lru_to_page(page_list);
2612                 if (nid == NUMA_NO_NODE) {
2613                         nid = page_to_nid(page);
2614                         INIT_LIST_HEAD(&node_page_list);
2615                 }
2616
2617                 if (nid == page_to_nid(page)) {
2618                         ClearPageActive(page);
2619                         list_move(&page->lru, &node_page_list);
2620                         continue;
2621                 }
2622
2623                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2624                                                 NODE_DATA(nid),
2625                                                 &sc, &dummy_stat, false);
2626                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2627                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2628                         list_del(&page->lru);
2629                         putback_lru_page(page);
2630                 }
2631
2632                 nid = NUMA_NO_NODE;
2633         }
2634
2635         if (!list_empty(&node_page_list)) {
2636                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2637                                                 NODE_DATA(nid),
2638                                                 &sc, &dummy_stat, false);
2639                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2640                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2641                         list_del(&page->lru);
2642                         putback_lru_page(page);
2643                 }
2644         }
2645
2646         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
2647
2648         return nr_reclaimed;
2649 }
2650
2651 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
2652                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2653 {
2654         if (is_active_lru(lru)) {
2655                 if (sc->may_deactivate & (1 << is_file_lru(lru)))
2656                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2657                 else
2658                         sc->skipped_deactivate = 1;
2659                 return 0;
2660         }
2661
2662         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2663 }
2664
2665 /*
2666  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
2667  * to do too much work.
2668  *
2669  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
2670  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
2671  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
2672  *
2673  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
2674  * page has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
2675  *
2676  * If that fails and refaulting is observed, the inactive list grows.
2677  *
2678  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE pages
2679  * on this LRU, maintained by the pageout code. An inactive_ratio
2680  * of 3 means 3:1 or 25% of the pages are kept on the inactive list.
2681  *
2682  * total     target    max
2683  * memory    ratio     inactive
2684  * -------------------------------------
2685  *   10MB       1         5MB
2686  *  100MB       1        50MB
2687  *    1GB       3       250MB
2688  *   10GB      10       0.9GB
2689  *  100GB      31         3GB
2690  *    1TB     101        10GB
2691  *   10TB     320        32GB
2692  */
2693 static bool inactive_is_low(struct lruvec *lruvec, enum lru_list inactive_lru)
2694 {
2695         enum lru_list active_lru = inactive_lru + LRU_ACTIVE;
2696         unsigned long inactive, active;
2697         unsigned long inactive_ratio;
2698         unsigned long gb;
2699
2700         inactive = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + inactive_lru);
2701         active = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + active_lru);
2702
2703         gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
2704         if (gb)
2705                 inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
2706         else
2707                 inactive_ratio = 1;
2708
2709         return inactive * inactive_ratio < active;
2710 }
2711
2712 enum scan_balance {
2713         SCAN_EQUAL,
2714         SCAN_FRACT,
2715         SCAN_ANON,
2716         SCAN_FILE,
2717 };
2718
2719 /*
2720  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
2721  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
2722  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
2723  * onto the active list instead of evict.
2724  *
2725  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
2726  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
2727  */
2728 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
2729                            unsigned long *nr)
2730 {
2731         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2732         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
2733         unsigned long anon_cost, file_cost, total_cost;
2734         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2735         u64 fraction[ANON_AND_FILE];
2736         u64 denominator = 0;    /* gcc */
2737         enum scan_balance scan_balance;
2738         unsigned long ap, fp;
2739         enum lru_list lru;
2740
2741         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
2742         if (!sc->may_swap || !can_reclaim_anon_pages(memcg, pgdat->node_id, sc)) {
2743                 scan_balance = SCAN_FILE;
2744                 goto out;
2745         }
2746
2747         /*
2748          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
2749          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
2750          * disable swapping for individual groups completely when
2751          * using the memory controller's swap limit feature would be
2752          * too expensive.
2753          */
2754         if (cgroup_reclaim(sc) && !swappiness) {
2755                 scan_balance = SCAN_FILE;
2756                 goto out;
2757         }
2758
2759         /*
2760          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2761          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2762          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2763          */
2764         if (!sc->priority && swappiness) {
2765                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2766                 goto out;
2767         }
2768
2769         /*
2770          * If the system is almost out of file pages, force-scan anon.
2771          */
2772         if (sc->file_is_tiny) {
2773                 scan_balance = SCAN_ANON;
2774                 goto out;
2775         }
2776
2777         /*
2778          * If there is enough inactive page cache, we do not reclaim
2779          * anything from the anonymous working right now.
2780          */
2781         if (sc->cache_trim_mode) {
2782                 scan_balance = SCAN_FILE;
2783                 goto out;
2784         }
2785
2786         scan_balance = SCAN_FRACT;
2787         /*
2788          * Calculate the pressure balance between anon and file pages.
2789          *
2790          * The amount of pressure we put on each LRU is inversely
2791          * proportional to the cost of reclaiming each list, as
2792          * determined by the share of pages that are refaulting, times
2793          * the relative IO cost of bringing back a swapped out
2794          * anonymous page vs reloading a filesystem page (swappiness).
2795          *
2796          * Although we limit that influence to ensure no list gets
2797          * left behind completely: at least a third of the pressure is
2798          * applied, before swappiness.
2799          *
2800          * With swappiness at 100, anon and file have equal IO cost.
2801          */
2802         total_cost = sc->anon_cost + sc->file_cost;
2803         anon_cost = total_cost + sc->anon_cost;
2804         file_cost = total_cost + sc->file_cost;
2805         total_cost = anon_cost + file_cost;
2806
2807         ap = swappiness * (total_cost + 1);
2808         ap /= anon_cost + 1;
2809
2810         fp = (200 - swappiness) * (total_cost + 1);
2811         fp /= file_cost + 1;
2812
2813         fraction[0] = ap;
2814         fraction[1] = fp;
2815         denominator = ap + fp;
2816 out:
2817         for_each_evictable_lru(lru) {
2818                 int file = is_file_lru(lru);
2819                 unsigned long lruvec_size;
2820                 unsigned long low, min;
2821                 unsigned long scan;
2822
2823                 lruvec_size = lruvec_lru_size(lruvec, lru, sc->reclaim_idx);
2824                 mem_cgroup_protection(sc->target_mem_cgroup, memcg,
2825                                       &min, &low);
2826
2827                 if (min || low) {
2828                         /*
2829                          * Scale a cgroup's reclaim pressure by proportioning
2830                          * its current usage to its memory.low or memory.min
2831                          * setting.
2832                          *
2833                          * This is important, as otherwise scanning aggression
2834                          * becomes extremely binary -- from nothing as we
2835                          * approach the memory protection threshold, to totally
2836                          * nominal as we exceed it.  This results in requiring
2837                          * setting extremely liberal protection thresholds. It
2838                          * also means we simply get no protection at all if we
2839                          * set it too low, which is not ideal.
2840                          *
2841                          * If there is any protection in place, we reduce scan
2842                          * pressure by how much of the total memory used is
2843                          * within protection thresholds.
2844                          *
2845                          * There is one special case: in the first reclaim pass,
2846                          * we skip over all groups that are within their low
2847                          * protection. If that fails to reclaim enough pages to
2848                          * satisfy the reclaim goal, we come back and override
2849                          * the best-effort low protection. However, we still
2850                          * ideally want to honor how well-behaved groups are in
2851                          * that case instead of simply punishing them all
2852                          * equally. As such, we reclaim them based on how much
2853                          * memory they are using, reducing the scan pressure
2854                          * again by how much of the total memory used is under
2855                          * hard protection.
2856                          */
2857                         unsigned long cgroup_size = mem_cgroup_size(memcg);
2858                         unsigned long protection;
2859
2860                         /* memory.low scaling, make sure we retry before OOM */
2861                         if (!sc->memcg_low_reclaim && low > min) {
2862                                 protection = low;
2863                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
2864                         } else {
2865                                 protection = min;
2866                         }
2867
2868                         /* Avoid TOCTOU with earlier protection check */
2869                         cgroup_size = max(cgroup_size, protection);
2870
2871                         scan = lruvec_size - lruvec_size * protection /
2872                                 (cgroup_size + 1);
2873
2874                         /*
2875                          * Minimally target SWAP_CLUSTER_MAX pages to keep
2876                          * reclaim moving forwards, avoiding decrementing
2877                          * sc->priority further than desirable.
2878                          */
2879                         scan = max(scan, SWAP_CLUSTER_MAX);
2880                 } else {
2881                         scan = lruvec_size;
2882                 }
2883
2884                 scan >>= sc->priority;
2885
2886                 /*
2887                  * If the cgroup's already been deleted, make sure to
2888                  * scrape out the remaining cache.
2889                  */
2890                 if (!scan && !mem_cgroup_online(memcg))
2891                         scan = min(lruvec_size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2892
2893                 switch (scan_balance) {
2894                 case SCAN_EQUAL:
2895                         /* Scan lists relative to size */
2896                         break;
2897                 case SCAN_FRACT:
2898                         /*
2899                          * Scan types proportional to swappiness and
2900                          * their relative recent reclaim efficiency.
2901                          * Make sure we don't miss the last page on
2902                          * the offlined memory cgroups because of a
2903                          * round-off error.
2904                          */
2905                         scan = mem_cgroup_online(memcg) ?
2906                                div64_u64(scan * fraction[file], denominator) :
2907                                DIV64_U64_ROUND_UP(scan * fraction[file],
2908                                                   denominator);
2909                         break;
2910                 case SCAN_FILE:
2911                 case SCAN_ANON:
2912                         /* Scan one type exclusively */
2913                         if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file)
2914                                 scan = 0;
2915                         break;
2916                 default:
2917                         /* Look ma, no brain */
2918                         BUG();
2919                 }
2920
2921                 nr[lru] = scan;
2922         }
2923 }
2924
2925 /*
2926  * Anonymous LRU management is a waste if there is
2927  * ultimately no way to reclaim the memory.
2928  */
2929 static bool can_age_anon_pages(struct pglist_data *pgdat,
2930                                struct scan_control *sc)
2931 {
2932         /* Aging the anon LRU is valuable if swap is present: */
2933         if (total_swap_pages > 0)
2934                 return true;
2935
2936         /* Also valuable if anon pages can be demoted: */
2937         return can_demote(pgdat->node_id, sc);
2938 }
2939
2940 static void shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2941 {
2942         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2943         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2944         unsigned long nr_to_scan;
2945         enum lru_list lru;
2946         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2947         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2948         struct blk_plug plug;
2949         bool scan_adjusted;
2950
2951         get_scan_count(lruvec, sc, nr);
2952
2953         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2954         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2955
2956         /*
2957          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2958          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2959          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2960          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2961          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2962          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2963          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2964          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2965          * dropped to zero at the first pass.
2966          */
2967         scan_adjusted = (!cgroup_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2968                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2969
2970         blk_start_plug(&plug);
2971         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2972                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2973                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2974                 unsigned long nr_scanned;
2975
2976                 for_each_evictable_lru(lru) {
2977                         if (nr[lru]) {
2978                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2979                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2980
2981                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2982                                                             lruvec, sc);
2983                         }
2984                 }
2985
2986                 cond_resched();
2987
2988                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2989                         continue;
2990
2991                 /*
2992                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2993                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2994                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2995                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2996                  * proportional to the original scan target.
2997                  */
2998                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2999                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
3000
3001                 /*
3002                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
3003                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
3004                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
3005                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
3006                  */
3007                 if (!nr_file || !nr_anon)
3008                         break;
3009
3010                 if (nr_file > nr_anon) {
3011                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
3012                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
3013                         lru = LRU_BASE;
3014                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
3015                 } else {
3016                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
3017                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
3018                         lru = LRU_FILE;
3019                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
3020                 }
3021
3022                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
3023                 nr[lru] = 0;
3024                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
3025
3026                 /*
3027                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
3028                  * scan target and the percentage scanning already complete
3029                  */
3030                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
3031                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
3032                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
3033                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
3034
3035                 lru += LRU_ACTIVE;
3036                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
3037                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
3038                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
3039
3040                 scan_adjusted = true;
3041         }
3042         blk_finish_plug(&plug);
3043         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
3044
3045         /*
3046          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
3047          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
3048          */
3049         if (can_age_anon_pages(lruvec_pgdat(lruvec), sc) &&
3050             inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
3051                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
3052                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
3053 }
3054
3055 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
3056 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
3057 {
3058         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
3059                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
3060                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
3061                 return true;
3062
3063         return false;
3064 }
3065
3066 /*
3067  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
3068  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
3069  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
3070  * calls try_to_compact_pages() that it will have enough free pages to succeed.
3071  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
3072  */
3073 static inline bool should_continue_reclaim(struct pglist_data *pgdat,
3074                                         unsigned long nr_reclaimed,
3075                                         struct scan_control *sc)
3076 {
3077         unsigned long pages_for_compaction;
3078         unsigned long inactive_lru_pages;
3079         int z;
3080
3081         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
3082         if (!in_reclaim_compaction(sc))
3083                 return false;
3084
3085         /*
3086          * Stop if we failed to reclaim any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX
3087          * number of pages that were scanned. This will return to the caller
3088          * with the risk reclaim/compaction and the resulting allocation attempt
3089          * fails. In the past we have tried harder for __GFP_RETRY_MAYFAIL
3090          * allocations through requiring that the full LRU list has been scanned
3091          * first, by assuming that zero delta of sc->nr_scanned means full LRU
3092          * scan, but that approximation was wrong, and there were corner cases
3093          * where always a non-zero amount of pages were scanned.
3094          */
3095         if (!nr_reclaimed)
3096                 return false;
3097
3098         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
3099         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
3100                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
3101                 if (!managed_zone(zone))
3102                         continue;
3103
3104                 switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx)) {
3105                 case COMPACT_SUCCESS:
3106                 case COMPACT_CONTINUE:
3107                         return false;
3108                 default:
3109                         /* check next zone */
3110                         ;
3111                 }
3112         }
3113
3114         /*
3115          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
3116          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
3117          */
3118         pages_for_compaction = compact_gap(sc->order);
3119         inactive_lru_pages = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
3120         if (can_reclaim_anon_pages(NULL, pgdat->node_id, sc))
3121                 inactive_lru_pages += node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
3122
3123         return inactive_lru_pages > pages_for_compaction;
3124 }
3125
3126 static void shrink_node_memcgs(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
3127 {
3128         struct mem_cgroup *target_memcg = sc->target_mem_cgroup;
3129         struct mem_cgroup *memcg;
3130
3131         memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, NULL, NULL);
3132         do {
3133                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3134                 unsigned long reclaimed;
3135                 unsigned long scanned;
3136
3137                 /*
3138                  * This loop can become CPU-bound when target memcgs
3139                  * aren't eligible for reclaim - either because they
3140                  * don't have any reclaimable pages, or because their
3141                  * memory is explicitly protected. Avoid soft lockups.
3142                  */
3143                 cond_resched();
3144
3145                 mem_cgroup_calculate_protection(target_memcg, memcg);
3146
3147                 if (mem_cgroup_below_min(memcg)) {
3148                         /*
3149                          * Hard protection.
3150                          * If there is no reclaimable memory, OOM.
3151                          */
3152                         continue;
3153                 } else if (mem_cgroup_below_low(memcg)) {
3154                         /*
3155                          * Soft protection.
3156                          * Respect the protection only as long as
3157                          * there is an unprotected supply
3158                          * of reclaimable memory from other cgroups.
3159                          */
3160                         if (!sc->memcg_low_reclaim) {
3161                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
3162                                 continue;
3163                         }
3164                         memcg_memory_event(memcg, MEMCG_LOW);
3165                 }
3166
3167                 reclaimed = sc->nr_reclaimed;
3168                 scanned = sc->nr_scanned;
3169
3170                 shrink_lruvec(lruvec, sc);
3171
3172                 shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id, memcg,
3173                             sc->priority);
3174
3175                 /* Record the group's reclaim efficiency */
3176                 vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
3177                            sc->nr_scanned - scanned,
3178                            sc->nr_reclaimed - reclaimed);
3179
3180         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, memcg, NULL)));
3181 }
3182
3183 static void shrink_node(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
3184 {
3185         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
3186         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
3187         struct lruvec *target_lruvec;
3188         bool reclaimable = false;
3189         unsigned long file;
3190
3191         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup, pgdat);
3192
3193 again:
3194         /*
3195          * Flush the memory cgroup stats, so that we read accurate per-memcg
3196          * lruvec stats for heuristics.
3197          */
3198         mem_cgroup_flush_stats();
3199
3200         memset(&sc->nr, 0, sizeof(sc->nr));
3201
3202         nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
3203         nr_scanned = sc->nr_scanned;
3204
3205         /*
3206          * Determine the scan balance between anon and file LRUs.
3207          */
3208         spin_lock_irq(&target_lruvec->lru_lock);
3209         sc->anon_cost = target_lruvec->anon_cost;
3210         sc->file_cost = target_lruvec->file_cost;
3211         spin_unlock_irq(&target_lruvec->lru_lock);
3212
3213         /*
3214          * Target desirable inactive:active list ratios for the anon
3215          * and file LRU lists.
3216          */
3217         if (!sc->force_deactivate) {
3218                 unsigned long refaults;
3219
3220                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
3221                                 WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
3222                 if (refaults != target_lruvec->refaults[0] ||
3223                         inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
3224                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_ANON;
3225                 else
3226                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_ANON;
3227
3228                 /*
3229                  * When refaults are being observed, it means a new
3230                  * workingset is being established. Deactivate to get
3231                  * rid of any stale active pages quickly.
3232                  */
3233                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
3234                                 WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
3235                 if (refaults != target_lruvec->refaults[1] ||
3236                     inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_FILE))
3237                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_FILE;
3238                 else
3239                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_FILE;
3240         } else
3241                 sc->may_deactivate = DEACTIVATE_ANON | DEACTIVATE_FILE;
3242
3243         /*
3244          * If we have plenty of inactive file pages that aren't
3245          * thrashing, try to reclaim those first before touching
3246          * anonymous pages.
3247          */
3248         file = lruvec_page_state(target_lruvec, NR_INACTIVE_FILE);
3249         if (file >> sc->priority && !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_FILE))
3250                 sc->cache_trim_mode = 1;
3251         else
3252                 sc->cache_trim_mode = 0;
3253
3254         /*
3255          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
3256          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
3257          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
3258          * shrinks, so does the window for rotation from references.
3259          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
3260          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
3261          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
3262          */
3263         if (!cgroup_reclaim(sc)) {
3264                 unsigned long total_high_wmark = 0;
3265                 unsigned long free, anon;
3266                 int z;
3267
3268                 free = sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_FREE_PAGES);
3269                 file = node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
3270                            node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
3271
3272                 for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++) {
3273                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
3274                         if (!managed_zone(zone))
3275                                 continue;
3276
3277                         total_high_wmark += high_wmark_pages(zone);
3278                 }
3279
3280                 /*
3281                  * Consider anon: if that's low too, this isn't a
3282                  * runaway file reclaim problem, but rather just
3283                  * extreme pressure. Reclaim as per usual then.
3284                  */
3285                 anon = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
3286
3287                 sc->file_is_tiny =
3288                         file + free <= total_high_wmark &&
3289                         !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_ANON) &&
3290                         anon >> sc->priority;
3291         }
3292
3293         shrink_node_memcgs(pgdat, sc);
3294
3295         if (reclaim_state) {
3296                 sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
3297                 reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
3298         }
3299
3300         /* Record the subtree's reclaim efficiency */
3301         vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
3302                    sc->nr_scanned - nr_scanned,
3303                    sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
3304
3305         if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
3306                 reclaimable = true;
3307
3308         if (current_is_kswapd()) {
3309                 /*
3310                  * If reclaim is isolating dirty pages under writeback,
3311                  * it implies that the long-lived page allocation rate
3312                  * is exceeding the page laundering rate. Either the
3313                  * global limits are not being effective at throttling
3314                  * processes due to the page distribution throughout
3315                  * zones or there is heavy usage of a slow backing
3316                  * device. The only option is to throttle from reclaim
3317                  * context which is not ideal as there is no guarantee
3318                  * the dirtying process is throttled in the same way
3319                  * balance_dirty_pages() manages.
3320                  *
3321                  * Once a node is flagged PGDAT_WRITEBACK, kswapd will
3322                  * count the number of pages under pages flagged for
3323                  * immediate reclaim and stall if any are encountered
3324                  * in the nr_immediate check below.
3325                  */
3326                 if (sc->nr.writeback && sc->nr.writeback == sc->nr.taken)
3327                         set_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
3328
3329                 /* Allow kswapd to start writing pages during reclaim.*/
3330                 if (sc->nr.unqueued_dirty == sc->nr.file_taken)
3331                         set_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
3332
3333                 /*
3334                  * If kswapd scans pages marked for immediate
3335                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it
3336                  * implies that pages are cycling through the LRU
3337                  * faster than they are written so forcibly stall
3338                  * until some pages complete writeback.
3339                  */
3340                 if (sc->nr.immediate)
3341                         reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK);
3342         }
3343
3344         /*
3345          * Tag a node/memcg as congested if all the dirty pages were marked
3346          * for writeback and immediate reclaim (counted in nr.congested).
3347          *
3348          * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
3349          * stalling in reclaim_throttle().
3350          */
3351         if ((current_is_kswapd() ||
3352              (cgroup_reclaim(sc) && writeback_throttling_sane(sc))) &&
3353             sc->nr.dirty && sc->nr.dirty == sc->nr.congested)
3354                 set_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags);
3355
3356         /*
3357          * Stall direct reclaim for IO completions if the lruvec is
3358          * node is congested. Allow kswapd to continue until it
3359          * starts encountering unqueued dirty pages or cycling through
3360          * the LRU too quickly.
3361          */
3362         if (!current_is_kswapd() && current_may_throttle() &&
3363             !sc->hibernation_mode &&
3364             test_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags))
3365                 reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_CONGESTED);
3366
3367         if (should_continue_reclaim(pgdat, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
3368                                     sc))
3369                 goto again;
3370
3371         /*
3372          * Kswapd gives up on balancing particular nodes after too
3373          * many failures to reclaim anything from them and goes to
3374          * sleep. On reclaim progress, reset the failure counter. A
3375          * successful direct reclaim run will revive a dormant kswapd.
3376          */
3377         if (reclaimable)
3378                 pgdat->kswapd_failures = 0;
3379 }
3380
3381 /*
3382  * Returns true if compaction should go ahead for a costly-order request, or
3383  * the allocation would already succeed without compaction. Return false if we
3384  * should reclaim first.
3385  */
3386 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
3387 {
3388         unsigned long watermark;
3389         enum compact_result suitable;
3390
3391         suitable = compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx);
3392         if (suitable == COMPACT_SUCCESS)
3393                 /* Allocation should succeed already. Don't reclaim. */
3394                 return true;
3395         if (suitable == COMPACT_SKIPPED)
3396                 /* Compaction cannot yet proceed. Do reclaim. */
3397                 return false;
3398
3399         /*
3400          * Compaction is already possible, but it takes time to run and there
3401          * are potentially other callers using the pages just freed. So proceed
3402          * with reclaim to make a buffer of free pages available to give
3403          * compaction a reasonable chance of completing and allocating the page.
3404          * Note that we won't actually reclaim the whole buffer in one attempt
3405          * as the target watermark in should_continue_reclaim() is lower. But if
3406          * we are already above the high+gap watermark, don't reclaim at all.
3407          */
3408         watermark = high_wmark_pages(zone) + compact_gap(sc->order);
3409
3410         return zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, sc->reclaim_idx);
3411 }
3412
3413 static void consider_reclaim_throttle(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
3414 {
3415         /*
3416          * If reclaim is making progress greater than 12% efficiency then
3417          * wake all the NOPROGRESS throttled tasks.
3418          */
3419         if (sc->nr_reclaimed > (sc->nr_scanned >> 3)) {
3420                 wait_queue_head_t *wqh;
3421
3422                 wqh = &pgdat->reclaim_wait[VMSCAN_THROTTLE_NOPROGRESS];
3423                 if (waitqueue_active(wqh))
3424                         wake_up(wqh);
3425
3426                 return;
3427         }
3428
3429         /*
3430          * Do not throttle kswapd or cgroup reclaim on NOPROGRESS as it will
3431          * throttle on VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK if there are too many pages
3432          * under writeback and marked for immediate reclaim at the tail of the
3433          * LRU.
3434          */
3435         if (current_is_kswapd() || cgroup_reclaim(sc))
3436                 return;
3437
3438         /* Throttle if making no progress at high prioities. */
3439         if (sc->priority == 1 && !sc->nr_reclaimed)
3440                 reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_NOPROGRESS);
3441 }
3442
3443 /*
3444  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
3445  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
3446  * request.
3447  *
3448  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
3449  * scan then give up on it.
3450  */
3451 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
3452 {
3453         struct zoneref *z;
3454         struct zone *zone;
3455         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3456         unsigned long nr_soft_scanned;
3457         gfp_t orig_mask;
3458         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3459         pg_data_t *first_pgdat = NULL;
3460
3461         /*
3462          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
3463          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
3464          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
3465          */
3466         orig_mask = sc->gfp_mask;
3467         if (buffer_heads_over_limit) {
3468                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
3469                 sc->reclaim_idx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
3470         }
3471
3472         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
3473                                         sc->reclaim_idx, sc->nodemask) {
3474                 /*
3475                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
3476                  * to global LRU.
3477                  */
3478                 if (!cgroup_reclaim(sc)) {
3479                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
3480                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
3481                                 continue;
3482
3483                         /*
3484                          * If we already have plenty of memory free for
3485                          * compaction in this zone, don't free any more.
3486                          * Even though compaction is invoked for any
3487                          * non-zero order, only frequent costly order
3488                          * reclamation is disruptive enough to become a
3489                          * noticeable problem, like transparent huge
3490                          * page allocations.
3491                          */
3492                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
3493                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3494                             compaction_ready(zone, sc)) {
3495                                 sc->compaction_ready = true;
3496                                 continue;
3497                         }
3498
3499                         /*
3500                          * Shrink each node in the zonelist once. If the
3501                          * zonelist is ordered by zone (not the default) then a
3502                          * node may be shrunk multiple times but in that case
3503                          * the user prefers lower zones being preserved.
3504                          */
3505                         if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3506                                 continue;
3507
3508                         /*
3509                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
3510                          * and returns the number of reclaimed pages and
3511                          * scanned pages. This works for global memory pressure
3512                          * and balancing, not for a memcg's limit.
3513                          */
3514                         nr_soft_scanned = 0;
3515                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone->zone_pgdat,
3516                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
3517                                                 &nr_soft_scanned);
3518                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3519                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
3520                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
3521                 }
3522
3523                 if (!first_pgdat)
3524                         first_pgdat = zone->zone_pgdat;
3525
3526                 /* See comment about same check for global reclaim above */
3527                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3528                         continue;
3529                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3530                 shrink_node(zone->zone_pgdat, sc);
3531         }
3532
3533         if (first_pgdat)
3534                 consider_reclaim_throttle(first_pgdat, sc);
3535
3536         /*
3537          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
3538          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
3539          */
3540         sc->gfp_mask = orig_mask;
3541 }
3542
3543 static void snapshot_refaults(struct mem_cgroup *target_memcg, pg_data_t *pgdat)
3544 {
3545         struct lruvec *target_lruvec;
3546         unsigned long refaults;
3547
3548         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(target_memcg, pgdat);
3549         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
3550         target_lruvec->refaults[0] = refaults;
3551         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
3552         target_lruvec->refaults[1] = refaults;
3553 }
3554
3555 /*
3556  * This is the main entry point to direct page reclaim.
3557  *
3558  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
3559  * are "out of memory" and something needs to be killed.
3560  *
3561  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
3562  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
3563  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
3564  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
3565  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
3566  * work, and the allocation attempt will fail.
3567  *
3568  * returns:     0, if no pages reclaimed
3569  *              else, the number of pages reclaimed
3570  */
3571 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
3572                                           struct scan_control *sc)
3573 {
3574         int initial_priority = sc->priority;
3575         pg_data_t *last_pgdat;
3576         struct zoneref *z;
3577         struct zone *zone;
3578 retry:
3579         delayacct_freepages_start();
3580
3581         if (!cgroup_reclaim(sc))
3582                 __count_zid_vm_events(ALLOCSTALL, sc->reclaim_idx, 1);
3583
3584         do {
3585                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
3586                                 sc->priority);
3587                 sc->nr_scanned = 0;
3588                 shrink_zones(zonelist, sc);
3589
3590                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
3591                         break;
3592
3593                 if (sc->compaction_ready)
3594                         break;
3595
3596                 /*
3597                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
3598                  * writepage even in laptop mode.
3599                  */
3600                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
3601                         sc->may_writepage = 1;
3602         } while (--sc->priority >= 0);
3603
3604         last_pgdat = NULL;
3605         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, sc->reclaim_idx,
3606                                         sc->nodemask) {
3607                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3608                         continue;
3609                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3610
3611                 snapshot_refaults(sc->target_mem_cgroup, zone->zone_pgdat);
3612
3613                 if (cgroup_reclaim(sc)) {
3614                         struct lruvec *lruvec;
3615
3616                         lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup,
3617                                                    zone->zone_pgdat);
3618                         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
3619                 }
3620         }
3621
3622         delayacct_freepages_end();
3623
3624         if (sc->nr_reclaimed)
3625                 return sc->nr_reclaimed;
3626
3627         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
3628         if (sc->compaction_ready)
3629                 return 1;
3630
3631         /*
3632          * We make inactive:active ratio decisions based on the node's
3633          * composition of memory, but a restrictive reclaim_idx or a
3634          * memory.low cgroup setting can exempt large amounts of
3635          * memory from reclaim. Neither of which are very common, so
3636          * instead of doing costly eligibility calculations of the
3637          * entire cgroup subtree up front, we assume the estimates are
3638          * good, and retry with forcible deactivation if that fails.
3639          */
3640         if (sc->skipped_deactivate) {
3641                 sc->priority = initial_priority;
3642                 sc->force_deactivate = 1;
3643                 sc->skipped_deactivate = 0;
3644                 goto retry;
3645         }
3646
3647         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
3648         if (sc->memcg_low_skipped) {
3649                 sc->priority = initial_priority;
3650                 sc->force_deactivate = 0;
3651                 sc->memcg_low_reclaim = 1;
3652                 sc->memcg_low_skipped = 0;
3653                 goto retry;
3654         }
3655
3656         return 0;
3657 }
3658
3659 static bool allow_direct_reclaim(pg_data_t *pgdat)
3660 {
3661         struct zone *zone;
3662         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
3663         unsigned long free_pages = 0;
3664         int i;
3665         bool wmark_ok;
3666
3667         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3668                 return true;
3669
3670         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
3671                 zone = &pgdat->node_zones[i];
3672                 if (!managed_zone(zone))
3673                         continue;
3674
3675                 if (!zone_reclaimable_pages(zone))
3676                         continue;
3677
3678                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
3679                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
3680         }
3681
3682         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
3683         if (!pfmemalloc_reserve)
3684                 return true;
3685
3686         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
3687
3688         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
3689         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
3690                 if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx) > ZONE_NORMAL)
3691                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, ZONE_NORMAL);
3692
3693                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3694         }
3695
3696         return wmark_ok;
3697 }
3698
3699 /*
3700  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
3701  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
3702  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
3703  * when the low watermark is reached.
3704  *
3705  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
3706  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
3707  */
3708 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
3709                                         nodemask_t *nodemask)
3710 {
3711         struct zoneref *z;
3712         struct zone *zone;
3713         pg_data_t *pgdat = NULL;
3714
3715         /*
3716          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
3717          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
3718          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
3719          * committing a transaction where throttling it could forcing other
3720          * processes to block on log_wait_commit().
3721          */
3722         if (current->flags & PF_KTHREAD)
3723                 goto out;
3724
3725         /*
3726          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
3727          * It should return quickly so it can exit and free its memory
3728          */
3729         if (fatal_signal_pending(current))
3730                 goto out;
3731
3732         /*
3733          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
3734          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
3735          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
3736          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
3737          *
3738          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
3739          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
3740          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
3741          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
3742          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
3743          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
3744          * should make reasonable progress.
3745          */
3746         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
3747                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
3748                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
3749                         continue;
3750
3751                 /* Throttle based on the first usable node */
3752                 pgdat = zone->zone_pgdat;
3753                 if (allow_direct_reclaim(pgdat))
3754                         goto out;
3755                 break;
3756         }
3757
3758         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
3759         if (!pgdat)
3760                 goto out;
3761
3762         /* Account for the throttling */
3763         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
3764
3765         /*
3766          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
3767          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
3768          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
3769          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
3770          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
3771          * second before continuing.
3772          */
3773         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
3774                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
3775                         allow_direct_reclaim(pgdat), HZ);
3776         else
3777                 /* Throttle until kswapd wakes the process */
3778                 wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
3779                         allow_direct_reclaim(pgdat));
3780
3781         if (fatal_signal_pending(current))
3782                 return true;
3783
3784 out:
3785         return false;
3786 }
3787
3788 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
3789                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3790 {
3791         unsigned long nr_reclaimed;
3792         struct scan_control sc = {
3793                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3794                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
3795                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
3796                 .order = order,
3797                 .nodemask = nodemask,
3798                 .priority = DEF_PRIORITY,
3799                 .may_writepage = !laptop_mode,
3800                 .may_unmap = 1,
3801                 .may_swap = 1,
3802         };
3803
3804         /*
3805          * scan_control uses s8 fields for order, priority, and reclaim_idx.
3806          * Confirm they are large enough for max values.
3807          */
3808         BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER > S8_MAX);
3809         BUILD_BUG_ON(DEF_PRIORITY > S8_MAX);
3810         BUILD_BUG_ON(MAX_NR_ZONES > S8_MAX);
3811
3812         /*
3813          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
3814          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
3815          * point.
3816          */
3817         if (throttle_direct_reclaim(sc.gfp_mask, zonelist, nodemask))
3818                 return 1;
3819
3820         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3821         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order, sc.gfp_mask);
3822
3823         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3824
3825         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
3826         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3827
3828         return nr_reclaimed;
3829 }
3830
3831 #ifdef CONFIG_MEMCG
3832
3833 /* Only used by soft limit reclaim. Do not reuse for anything else. */
3834 unsigned long mem_cgroup_shrink_node(struct mem_cgroup *memcg,
3835                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
3836                                                 pg_data_t *pgdat,
3837                                                 unsigned long *nr_scanned)
3838 {
3839         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3840         struct scan_control sc = {
3841                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3842                 .target_mem_cgroup = memcg,
3843                 .may_writepage = !laptop_mode,
3844                 .may_unmap = 1,
3845                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3846                 .may_swap = !noswap,
3847         };
3848
3849         WARN_ON_ONCE(!current->reclaim_state);
3850
3851         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
3852                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
3853
3854         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
3855                                                       sc.gfp_mask);
3856
3857         /*
3858          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
3859          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
3860          * if we don't reclaim here, the shrink_node from balance_pgdat
3861          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
3862          * the priority and make it zero.
3863          */
3864         shrink_lruvec(lruvec, &sc);
3865
3866         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
3867
3868         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
3869
3870         return sc.nr_reclaimed;
3871 }
3872
3873 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
3874                                            unsigned long nr_pages,
3875                                            gfp_t gfp_mask,
3876                                            bool may_swap)
3877 {
3878         unsigned long nr_reclaimed;
3879         unsigned int noreclaim_flag;
3880         struct scan_control sc = {
3881                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3882                 .gfp_mask = (current_gfp_context(gfp_mask) & GFP_RECLAIM_MASK) |
3883                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
3884                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3885                 .target_mem_cgroup = memcg,
3886                 .priority = DEF_PRIORITY,
3887                 .may_writepage = !laptop_mode,
3888                 .may_unmap = 1,
3889                 .may_swap = may_swap,
3890         };
3891         /*
3892          * Traverse the ZONELIST_FALLBACK zonelist of the current node to put
3893          * equal pressure on all the nodes. This is based on the assumption that
3894          * the reclaim does not bail out early.
3895          */
3896         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3897
3898         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3899         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0, sc.gfp_mask);
3900         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3901
3902         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3903
3904         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3905         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
3906         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3907
3908         return nr_reclaimed;
3909 }
3910 #endif
3911
3912 static void age_active_anon(struct pglist_data *pgdat,
3913                                 struct scan_control *sc)
3914 {
3915         struct mem_cgroup *memcg;
3916         struct lruvec *lruvec;
3917
3918         if (!can_age_anon_pages(pgdat, sc))
3919                 return;
3920
3921         lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
3922         if (!inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
3923                 return;
3924
3925         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
3926         do {
3927                 lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3928                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
3929                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
3930                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
3931         } while (memcg);
3932 }
3933
3934 static bool pgdat_watermark_boosted(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
3935 {
3936         int i;
3937         struct zone *zone;
3938
3939         /*
3940          * Check for watermark boosts top-down as the higher zones
3941          * are more likely to be boosted. Both watermarks and boosts
3942          * should not be checked at the same time as reclaim would
3943          * start prematurely when there is no boosting and a lower
3944          * zone is balanced.
3945          */
3946         for (i = highest_zoneidx; i >= 0; i--) {
3947                 zone = pgdat->node_zones + i;
3948                 if (!managed_zone(zone))
3949                         continue;
3950
3951                 if (zone->watermark_boost)
3952                         return true;
3953         }
3954
3955         return false;
3956 }
3957
3958 /*
3959  * Returns true if there is an eligible zone balanced for the request order
3960  * and highest_zoneidx
3961  */
3962 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
3963 {
3964         int i;
3965         unsigned long mark = -1;
3966         struct zone *zone;
3967
3968         /*
3969          * Check watermarks bottom-up as lower zones are more likely to
3970          * meet watermarks.
3971          */
3972         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3973                 zone = pgdat->node_zones + i;
3974
3975                 if (!managed_zone(zone))
3976                         continue;
3977
3978                 mark = high_wmark_pages(zone);
3979                 if (zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, highest_zoneidx))
3980                         return true;
3981         }
3982
3983         /*
3984          * If a node has no populated zone within highest_zoneidx, it does not
3985          * need balancing by definition. This can happen if a zone-restricted
3986          * allocation tries to wake a remote kswapd.
3987          */
3988         if (mark == -1)
3989                 return true;
3990
3991         return false;
3992 }
3993
3994 /* Clear pgdat state for congested, dirty or under writeback. */
3995 static void clear_pgdat_congested(pg_data_t *pgdat)
3996 {
3997         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
3998
3999         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
4000         clear_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
4001         clear_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
4002 }
4003
4004 /*
4005  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
4006  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
4007  *
4008  * Returns true if kswapd is ready to sleep
4009  */
4010 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order,
4011                                 int highest_zoneidx)
4012 {
4013         /*
4014          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
4015          * soon as allow_direct_reclaim() is true. But there is a potential
4016          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
4017          * throttled. There is also a potential race if processes get
4018          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
4019          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
4020          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
4021          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
4022          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
4023          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
4024          * that here we are under prepare_to_wait().
4025          */
4026         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
4027                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
4028
4029         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim */
4030         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
4031                 return true;
4032
4033         if (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx)) {
4034                 clear_pgdat_congested(pgdat);
4035                 return true;
4036         }
4037
4038         return false;
4039 }
4040
4041 /*
4042  * kswapd shrinks a node of pages that are at or below the highest usable
4043  * zone that is currently unbalanced.
4044  *
4045  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
4046  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
4047  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
4048  */
4049 static bool kswapd_shrink_node(pg_data_t *pgdat,
4050                                struct scan_control *sc)
4051 {
4052         struct zone *zone;
4053         int z;
4054
4055         /* Reclaim a number of pages proportional to the number of zones */
4056         sc->nr_to_reclaim = 0;
4057         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
4058                 zone = pgdat->node_zones + z;
4059                 if (!managed_zone(zone))
4060                         continue;
4061
4062                 sc->nr_to_reclaim += max(high_wmark_pages(zone), SWAP_CLUSTER_MAX);
4063         }
4064
4065         /*
4066          * Historically care was taken to put equal pressure on all zones but
4067          * now pressure is applied based on node LRU order.
4068          */
4069         shrink_node(pgdat, sc);
4070
4071         /*
4072          * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced for
4073          * high-order allocations. If twice the allocation size has been
4074          * reclaimed then recheck watermarks only at order-0 to prevent
4075          * excessive reclaim. Assume that a process requested a high-order
4076          * can direct reclaim/compact.
4077          */
4078         if (sc->order && sc->nr_reclaimed >= compact_gap(sc->order))
4079                 sc->order = 0;
4080
4081         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
4082 }
4083
4084 /* Page allocator PCP high watermark is lowered if reclaim is active. */
4085 static inline void
4086 update_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx, bool active)
4087 {
4088         int i;
4089         struct zone *zone;
4090
4091         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
4092                 zone = pgdat->node_zones + i;
4093
4094                 if (!managed_zone(zone))
4095                         continue;
4096
4097                 if (active)
4098                         set_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags);
4099                 else
4100                         clear_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags);
4101         }
4102 }
4103
4104 static inline void
4105 set_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
4106 {
4107         update_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx, true);
4108 }
4109
4110 static inline void
4111 clear_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
4112 {
4113         update_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx, false);
4114 }
4115
4116 /*
4117  * For kswapd, balance_pgdat() will reclaim pages across a node from zones
4118  * that are eligible for use by the caller until at least one zone is
4119  * balanced.
4120  *
4121  * Returns the order kswapd finished reclaiming at.
4122  *
4123  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
4124  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
4125  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), any page in that zone
4126  * or lower is eligible for reclaim until at least one usable zone is
4127  * balanced.
4128  */
4129 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
4130 {
4131         int i;
4132         unsigned long nr_soft_reclaimed;
4133         unsigned long nr_soft_scanned;
4134         unsigned long pflags;
4135         unsigned long nr_boost_reclaim;
4136         unsigned long zone_boosts[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
4137         bool boosted;
4138         struct zone *zone;
4139         struct scan_control sc = {
4140                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
4141                 .order = order,
4142                 .may_unmap = 1,
4143         };
4144
4145         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
4146         psi_memstall_enter(&pflags);
4147         __fs_reclaim_acquire(_THIS_IP_);
4148
4149         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
4150
4151         /*
4152          * Account for the reclaim boost. Note that the zone boost is left in
4153          * place so that parallel allocations that are near the watermark will
4154          * stall or direct reclaim until kswapd is finished.
4155          */
4156         nr_boost_reclaim = 0;
4157         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
4158                 zone = pgdat->node_zones + i;
4159                 if (!managed_zone(zone))
4160                         continue;
4161
4162                 nr_boost_reclaim += zone->watermark_boost;
4163                 zone_boosts[i] = zone->watermark_boost;
4164         }
4165         boosted = nr_boost_reclaim;
4166
4167 restart:
4168         set_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx);
4169         sc.priority = DEF_PRIORITY;
4170         do {
4171                 unsigned long nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed;
4172                 bool raise_priority = true;
4173                 bool balanced;
4174                 bool ret;
4175
4176                 sc.reclaim_idx = highest_zoneidx;
4177
4178                 /*
4179                  * If the number of buffer_heads exceeds the maximum allowed
4180                  * then consider reclaiming from all zones. This has a dual
4181                  * purpose -- on 64-bit systems it is expected that
4182                  * buffer_heads are stripped during active rotation. On 32-bit
4183                  * systems, highmem pages can pin lowmem memory and shrinking
4184                  * buffers can relieve lowmem pressure. Reclaim may still not
4185                  * go ahead if all eligible zones for the original allocation
4186                  * request are balanced to avoid excessive reclaim from kswapd.
4187                  */
4188                 if (buffer_heads_over_limit) {
4189                         for (i = MAX_NR_ZONES - 1; i >= 0; i--) {
4190                                 zone = pgdat->node_zones + i;
4191                                 if (!managed_zone(zone))
4192                                         continue;
4193
4194                                 sc.reclaim_idx = i;
4195                                 break;
4196                         }
4197                 }
4198
4199                 /*
4200                  * If the pgdat is imbalanced then ignore boosting and preserve
4201                  * the watermarks for a later time and restart. Note that the
4202                  * zone watermarks will be still reset at the end of balancing
4203                  * on the grounds that the normal reclaim should be enough to
4204                  * re-evaluate if boosting is required when kswapd next wakes.
4205                  */
4206                 balanced = pgdat_balanced(pgdat, sc.order, highest_zoneidx);
4207                 if (!balanced && nr_boost_reclaim) {
4208                         nr_boost_reclaim = 0;
4209                         goto restart;
4210                 }
4211
4212                 /*
4213                  * If boosting is not active then only reclaim if there are no
4214                  * eligible zones. Note that sc.reclaim_idx is not used as
4215                  * buffer_heads_over_limit may have adjusted it.
4216                  */
4217                 if (!nr_boost_reclaim && balanced)
4218                         goto out;
4219
4220                 /* Limit the priority of boosting to avoid reclaim writeback */
4221                 if (nr_boost_reclaim && sc.priority == DEF_PRIORITY - 2)
4222                         raise_priority = false;
4223
4224                 /*
4225                  * Do not writeback or swap pages for boosted reclaim. The
4226                  * intent is to relieve pressure not issue sub-optimal IO
4227                  * from reclaim context. If no pages are reclaimed, the
4228                  * reclaim will be aborted.
4229                  */
4230                 sc.may_writepage = !laptop_mode && !nr_boost_reclaim;
4231                 sc.may_swap = !nr_boost_reclaim;
4232
4233                 /*
4234                  * Do some background aging of the anon list, to give
4235                  * pages a chance to be referenced before reclaiming. All
4236                  * pages are rotated regardless of classzone as this is
4237                  * about consistent aging.
4238                  */
4239                 age_active_anon(pgdat, &sc);
4240
4241                 /*
4242                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
4243                  * even in laptop mode.
4244                  */
4245                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
4246                         sc.may_writepage = 1;
4247
4248                 /* Call soft limit reclaim before calling shrink_node. */
4249                 sc.nr_scanned = 0;
4250                 nr_soft_scanned = 0;
4251                 nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(pgdat, sc.order,
4252                                                 sc.gfp_mask, &nr_soft_scanned);
4253                 sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
4254
4255                 /*
4256                  * There should be no need to raise the scanning priority if
4257                  * enough pages are already being scanned that that high
4258                  * watermark would be met at 100% efficiency.
4259                  */
4260                 if (kswapd_shrink_node(pgdat, &sc))
4261                         raise_priority = false;
4262
4263                 /*
4264                  * If the low watermark is met there is no need for processes
4265                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
4266                  * able to safely make forward progress. Wake them
4267                  */
4268                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
4269                                 allow_direct_reclaim(pgdat))
4270                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
4271
4272                 /* Check if kswapd should be suspending */
4273                 __fs_reclaim_release(_THIS_IP_);
4274                 ret = try_to_freeze();
4275                 __fs_reclaim_acquire(_THIS_IP_);
4276                 if (ret || kthread_should_stop())
4277                         break;
4278
4279                 /*
4280                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
4281                  * progress in reclaiming pages
4282                  */
4283                 nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed - nr_reclaimed;
4284                 nr_boost_reclaim -= min(nr_boost_reclaim, nr_reclaimed);
4285
4286                 /*
4287                  * If reclaim made no progress for a boost, stop reclaim as
4288                  * IO cannot be queued and it could be an infinite loop in
4289                  * extreme circumstances.
4290                  */
4291                 if (nr_boost_reclaim && !nr_reclaimed)
4292                         break;
4293
4294                 if (raise_priority || !nr_reclaimed)
4295                         sc.priority--;
4296         } while (sc.priority >= 1);
4297
4298         if (!sc.nr_reclaimed)
4299                 pgdat->kswapd_failures++;
4300
4301 out:
4302         clear_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx);
4303
4304         /* If reclaim was boosted, account for the reclaim done in this pass */
4305         if (boosted) {
4306                 unsigned long flags;
4307
4308                 for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
4309                         if (!zone_boosts[i])
4310                                 continue;
4311
4312                         /* Increments are under the zone lock */
4313                         zone = pgdat->node_zones + i;
4314                         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4315                         zone->watermark_boost -= min(zone->watermark_boost, zone_boosts[i]);
4316                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4317                 }
4318
4319                 /*
4320                  * As there is now likely space, wakeup kcompact to defragment
4321                  * pageblocks.
4322                  */
4323                 wakeup_kcompactd(pgdat, pageblock_order, highest_zoneidx);
4324         }
4325
4326         snapshot_refaults(NULL, pgdat);
4327         __fs_reclaim_release(_THIS_IP_);
4328         psi_memstall_leave(&pflags);
4329         set_task_reclaim_state(current, NULL);
4330
4331         /*
4332          * Return the order kswapd stopped reclaiming at as
4333          * prepare_kswapd_sleep() takes it into account. If another caller
4334          * entered the allocator slow path while kswapd was awake, order will
4335          * remain at the higher level.
4336          */
4337         return sc.order;
4338 }
4339
4340 /*
4341  * The pgdat->kswapd_highest_zoneidx is used to pass the highest zone index to
4342  * be reclaimed by kswapd from the waker. If the value is MAX_NR_ZONES which is
4343  * not a valid index then either kswapd runs for first time or kswapd couldn't
4344  * sleep after previous reclaim attempt (node is still unbalanced). In that
4345  * case return the zone index of the previous kswapd reclaim cycle.
4346  */
4347 static enum zone_type kswapd_highest_zoneidx(pg_data_t *pgdat,
4348                                            enum zone_type prev_highest_zoneidx)
4349 {
4350         enum zone_type curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
4351
4352         return curr_idx == MAX_NR_ZONES ? prev_highest_zoneidx : curr_idx;
4353 }
4354
4355 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int alloc_order, int reclaim_order,
4356                                 unsigned int highest_zoneidx)
4357 {
4358         long remaining = 0;
4359         DEFINE_WAIT(wait);
4360
4361         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
4362                 return;
4363
4364         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
4365
4366         /*
4367          * Try to sleep for a short interval. Note that kcompactd will only be
4368          * woken if it is possible to sleep for a short interval. This is
4369          * deliberate on the assumption that if reclaim cannot keep an
4370          * eligible zone balanced that it's also unlikely that compaction will
4371          * succeed.
4372          */
4373         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
4374                 /*
4375                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
4376                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
4377                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
4378                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
4379                  */
4380                 reset_isolation_suitable(pgdat);
4381
4382                 /*
4383                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
4384                  * allocation of the requested order possible.
4385                  */
4386                 wakeup_kcompactd(pgdat, alloc_order, highest_zoneidx);
4387
4388                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
4389
4390                 /*
4391                  * If woken prematurely then reset kswapd_highest_zoneidx and
4392                  * order. The values will either be from a wakeup request or
4393                  * the previous request that slept prematurely.
4394                  */
4395                 if (remaining) {
4396                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx,
4397                                         kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
4398                                                         highest_zoneidx));
4399
4400                         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < reclaim_order)
4401                                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, reclaim_order);
4402                 }
4403
4404                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
4405                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
4406         }
4407
4408         /*
4409          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
4410          * go fully to sleep until explicitly woken up.
4411          */
4412         if (!remaining &&
4413             prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
4414                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
4415
4416                 /*
4417                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
4418                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
4419                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
4420                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
4421                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
4422                  * them before going back to sleep.
4423                  */
4424                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
4425
4426                 if (!kthread_should_stop())
4427                         schedule();
4428
4429                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
4430         } else {
4431                 if (remaining)
4432                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
4433                 else
4434                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
4435         }
4436         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
4437 }
4438
4439 /*
4440  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
4441  * from the init process.
4442  *
4443  * This basically trickles out pages so that we have _some_
4444  * free memory available even if there is no other activity
4445  * that frees anything up. This is needed for things like routing
4446  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
4447  * asynchronous contexts that cannot page things out.
4448  *
4449  * If there are applications that are active memory-allocators
4450  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
4451  */
4452 static int kswapd(void *p)
4453 {
4454         unsigned int alloc_order, reclaim_order;
4455         unsigned int highest_zoneidx = MAX_NR_ZONES - 1;
4456         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t *)p;
4457         struct task_struct *tsk = current;
4458         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
4459
4460         if (!cpumask_empty(cpumask))
4461                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
4462
4463         /*
4464          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
4465          * and that if we need more memory we should get access to it
4466          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
4467          * never get caught in the normal page freeing logic.
4468          *
4469          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
4470          * you need a small amount of memory in order to be able to
4471          * page out something else, and this flag essentially protects
4472          * us from recursively trying to free more memory as we're
4473          * trying to free the first piece of memory in the first place).
4474          */
4475         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
4476         set_freezable();
4477
4478         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
4479         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
4480         atomic_set(&pgdat->nr_writeback_throttled, 0);
4481         for ( ; ; ) {
4482                 bool ret;
4483
4484                 alloc_order = reclaim_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
4485                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
4486                                                         highest_zoneidx);
4487
4488 kswapd_try_sleep:
4489                 kswapd_try_to_sleep(pgdat, alloc_order, reclaim_order,
4490                                         highest_zoneidx);
4491
4492                 /* Read the new order and highest_zoneidx */
4493                 alloc_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
4494                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
4495                                                         highest_zoneidx);
4496                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
4497                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
4498
4499                 ret = try_to_freeze();
4500                 if (kthread_should_stop())
4501                         break;
4502
4503                 /*
4504                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
4505                  * after returning from the refrigerator
4506                  */
4507                 if (ret)
4508                         continue;
4509
4510                 /*
4511                  * Reclaim begins at the requested order but if a high-order
4512                  * reclaim fails then kswapd falls back to reclaiming for
4513                  * order-0. If that happens, kswapd will consider sleeping
4514                  * for the order it finished reclaiming at (reclaim_order)
4515                  * but kcompactd is woken to compact for the original
4516                  * request (alloc_order).
4517                  */
4518                 trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, highest_zoneidx,
4519                                                 alloc_order);
4520                 reclaim_order = balance_pgdat(pgdat, alloc_order,
4521                                                 highest_zoneidx);
4522                 if (reclaim_order < alloc_order)
4523                         goto kswapd_try_sleep;
4524         }
4525
4526         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
4527
4528         return 0;
4529 }
4530
4531 /*
4532  * A zone is low on free memory or too fragmented for high-order memory.  If
4533  * kswapd should reclaim (direct reclaim is deferred), wake it up for the zone's
4534  * pgdat.  It will wake up kcompactd after reclaiming memory.  If kswapd reclaim
4535  * has failed or is not needed, still wake up kcompactd if only compaction is
4536  * needed.
4537  */
4538 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_flags, int order,
4539                    enum zone_type highest_zoneidx)
4540 {
4541         pg_data_t *pgdat;
4542         enum zone_type curr_idx;
4543
4544         if (!managed_zone(zone))
4545                 return;
4546
4547         if (!cpuset_zone_allowed(zone, gfp_flags))
4548                 return;
4549
4550         pgdat = zone->zone_pgdat;
4551         curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
4552
4553         if (curr_idx == MAX_NR_ZONES || curr_idx < highest_zoneidx)
4554                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, highest_zoneidx);
4555
4556         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < order)
4557                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, order);
4558
4559         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
4560                 return;
4561
4562         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim if possible */
4563         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ||
4564             (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx) &&
4565              !pgdat_watermark_boosted(pgdat, highest_zoneidx))) {
4566                 /*
4567                  * There may be plenty of free memory available, but it's too
4568                  * fragmented for high-order allocations.  Wake up kcompactd
4569                  * and rely on compaction_suitable() to determine if it's
4570                  * needed.  If it fails, it will defer subsequent attempts to
4571                  * ratelimit its work.
4572                  */
4573                 if (!(gfp_flags & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4574                         wakeup_kcompactd(pgdat, order, highest_zoneidx);
4575                 return;
4576         }
4577
4578         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, highest_zoneidx, order,
4579                                       gfp_flags);
4580         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
4581 }
4582
4583 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
4584 /*
4585  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
4586  * freed pages.
4587  *
4588  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
4589  * LRU order by reclaiming preferentially
4590  * inactive > active > active referenced > active mapped
4591  */
4592 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
4593 {
4594         struct scan_control sc = {
4595                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
4596                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
4597                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
4598                 .priority = DEF_PRIORITY,
4599                 .may_writepage = 1,
4600                 .may_unmap = 1,
4601                 .may_swap = 1,
4602                 .hibernation_mode = 1,
4603         };
4604         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
4605         unsigned long nr_reclaimed;
4606         unsigned int noreclaim_flag;
4607
4608         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4609         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4610         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
4611
4612         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
4613
4614         set_task_reclaim_state(current, NULL);
4615         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4616         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4617
4618         return nr_reclaimed;
4619 }
4620 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
4621
4622 /*
4623  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
4624  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
4625  */
4626 void kswapd_run(int nid)
4627 {
4628         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4629
4630         if (pgdat->kswapd)
4631                 return;
4632
4633         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
4634         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
4635                 /* failure at boot is fatal */
4636                 BUG_ON(system_state < SYSTEM_RUNNING);
4637                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
4638                 pgdat->kswapd = NULL;
4639         }
4640 }
4641
4642 /*
4643  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
4644  * hold mem_hotplug_begin/end().
4645  */
4646 void kswapd_stop(int nid)
4647 {
4648         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
4649
4650         if (kswapd) {
4651                 kthread_stop(kswapd);
4652                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
4653         }
4654 }
4655
4656 static int __init kswapd_init(void)
4657 {
4658         int nid;
4659
4660         swap_setup();
4661         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
4662                 kswapd_run(nid);
4663         return 0;
4664 }
4665
4666 module_init(kswapd_init)
4667
4668 #ifdef CONFIG_NUMA
4669 /*
4670  * Node reclaim mode
4671  *
4672  * If non-zero call node_reclaim when the number of free pages falls below
4673  * the watermarks.
4674  */
4675 int node_reclaim_mode __read_mostly;
4676
4677 /*
4678  * Priority for NODE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
4679  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
4680  * a zone.
4681  */
4682 #define NODE_RECLAIM_PRIORITY 4
4683
4684 /*
4685  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for node_reclaim to
4686  * occur.
4687  */
4688 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
4689
4690 /*
4691  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
4692  * slab reclaim needs to occur.
4693  */
4694 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
4695
4696 static inline unsigned long node_unmapped_file_pages(struct pglist_data *pgdat)
4697 {
4698         unsigned long file_mapped = node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED);
4699         unsigned long file_lru = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
4700                 node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE);
4701
4702         /*
4703          * It's possible for there to be more file mapped pages than
4704          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
4705          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
4706          */
4707         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
4708 }
4709
4710 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
4711 static unsigned long node_pagecache_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
4712 {
4713         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
4714         unsigned long delta = 0;
4715
4716         /*
4717          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
4718          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
4719          * pages like swapcache and node_unmapped_file_pages() provides
4720          * a better estimate
4721          */
4722         if (node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
4723                 nr_pagecache_reclaimable = node_page_state(pgdat, NR_FILE_PAGES);
4724         else
4725                 nr_pagecache_reclaimable = node_unmapped_file_pages(pgdat);
4726
4727         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
4728         if (!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
4729                 delta += node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY);
4730
4731         /* Watch for any possible underflows due to delta */
4732         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
4733                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
4734
4735         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
4736 }
4737
4738 /*
4739  * Try to free up some pages from this node through reclaim.
4740  */
4741 static int __node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4742 {
4743         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
4744         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
4745         struct task_struct *p = current;
4746         unsigned int noreclaim_flag;
4747         struct scan_control sc = {
4748                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
4749                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
4750                 .order = order,
4751                 .priority = NODE_RECLAIM_PRIORITY,
4752                 .may_writepage = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
4753                 .may_unmap = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
4754                 .may_swap = 1,
4755                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
4756         };
4757         unsigned long pflags;
4758
4759         trace_mm_vmscan_node_reclaim_begin(pgdat->node_id, order,
4760                                            sc.gfp_mask);
4761
4762         cond_resched();
4763         psi_memstall_enter(&pflags);
4764         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4765         /*
4766          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
4767          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
4768          * and RECLAIM_UNMAP.
4769          */
4770         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4771         p->flags |= PF_SWAPWRITE;
4772         set_task_reclaim_state(p, &sc.reclaim_state);
4773
4774         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) > pgdat->min_unmapped_pages) {
4775                 /*
4776                  * Free memory by calling shrink node with increasing
4777                  * priorities until we have enough memory freed.
4778                  */
4779                 do {
4780                         shrink_node(pgdat, &sc);
4781                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
4782         }
4783
4784         set_task_reclaim_state(p, NULL);
4785         current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
4786         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4787         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4788         psi_memstall_leave(&pflags);
4789
4790         trace_mm_vmscan_node_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
4791
4792         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
4793 }
4794
4795 int node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4796 {
4797         int ret;
4798
4799         /*
4800          * Node reclaim reclaims unmapped file backed pages and
4801          * slab pages if we are over the defined limits.
4802          *
4803          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
4804          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
4805          * thrown out if the node is overallocated. So we do not reclaim
4806          * if less than a specified percentage of the node is used by
4807          * unmapped file backed pages.
4808          */
4809         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) <= pgdat->min_unmapped_pages &&
4810             node_page_state_pages(pgdat, NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) <=
4811             pgdat->min_slab_pages)
4812                 return NODE_RECLAIM_FULL;
4813
4814         /*
4815          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
4816          */
4817         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
4818                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4819
4820         /*
4821          * Only run node reclaim on the local node or on nodes that do not
4822          * have associated processors. This will favor the local processor
4823          * over remote processors and spread off node memory allocations
4824          * as wide as possible.
4825          */
4826         if (node_state(pgdat->node_id, N_CPU) && pgdat->node_id != numa_node_id())
4827                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4828
4829         if (test_and_set_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags))
4830                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4831
4832         ret = __node_reclaim(pgdat, gfp_mask, order);
4833         clear_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags);
4834
4835         if (!ret)
4836                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
4837
4838         return ret;
4839 }
4840 #endif
4841
4842 /**
4843  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to
4844  * appropriate zone lru list
4845  * @pvec: pagevec with lru pages to check
4846  *
4847  * Checks pages for evictability, if an evictable page is in the unevictable
4848  * lru list, moves it to the appropriate evictable lru list. This function
4849  * should be only used for lru pages.
4850  */
4851 void check_move_unevictable_pages(struct pagevec *pvec)
4852 {
4853         struct lruvec *lruvec = NULL;
4854         int pgscanned = 0;
4855         int pgrescued = 0;
4856         int i;
4857
4858         for (i = 0; i < pvec->nr; i++) {
4859                 struct page *page = pvec->pages[i];
4860                 struct folio *folio = page_folio(page);
4861                 int nr_pages;
4862
4863                 if (PageTransTail(page))
4864                         continue;
4865
4866                 nr_pages = thp_nr_pages(page);
4867                 pgscanned += nr_pages;
4868
4869                 /* block memcg migration during page moving between lru */
4870                 if (!TestClearPageLRU(page))
4871                         continue;
4872
4873                 lruvec = folio_lruvec_relock_irq(folio, lruvec);
4874                 if (page_evictable(page) && PageUnevictable(page)) {
4875                         del_page_from_lru_list(page, lruvec);
4876                         ClearPageUnevictable(page);
4877                         add_page_to_lru_list(page, lruvec);
4878                         pgrescued += nr_pages;
4879                 }
4880                 SetPageLRU(page);
4881         }
4882
4883         if (lruvec) {
4884                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
4885                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
4886                 unlock_page_lruvec_irq(lruvec);
4887         } else if (pgscanned) {
4888                 count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
4889         }
4890 }
4891 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_move_unevictable_pages);