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