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