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