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