Merge tag 'leds-5.7-rc1' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/pavel/linux...
[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         /* Can active pages be deactivated as part of reclaim? */
83 #define DEACTIVATE_ANON 1
84 #define DEACTIVATE_FILE 2
85         unsigned int may_deactivate:2;
86         unsigned int force_deactivate:1;
87         unsigned int skipped_deactivate:1;
88
89         /* Writepage batching in laptop mode; RECLAIM_WRITE */
90         unsigned int may_writepage:1;
91
92         /* Can mapped pages be reclaimed? */
93         unsigned int may_unmap:1;
94
95         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
96         unsigned int may_swap:1;
97
98         /*
99          * Cgroups are not reclaimed below their configured memory.low,
100          * unless we threaten to OOM. If any cgroups are skipped due to
101          * memory.low and nothing was reclaimed, go back for memory.low.
102          */
103         unsigned int memcg_low_reclaim:1;
104         unsigned int memcg_low_skipped:1;
105
106         unsigned int hibernation_mode:1;
107
108         /* One of the zones is ready for compaction */
109         unsigned int compaction_ready:1;
110
111         /* There is easily reclaimable cold cache in the current node */
112         unsigned int cache_trim_mode:1;
113
114         /* The file pages on the current node are dangerously low */
115         unsigned int file_is_tiny:1;
116
117         /* Allocation order */
118         s8 order;
119
120         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
121         s8 priority;
122
123         /* The highest zone to isolate pages for reclaim from */
124         s8 reclaim_idx;
125
126         /* This context's GFP mask */
127         gfp_t gfp_mask;
128
129         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
130         unsigned long nr_scanned;
131
132         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
133         unsigned long nr_reclaimed;
134
135         struct {
136                 unsigned int dirty;
137                 unsigned int unqueued_dirty;
138                 unsigned int congested;
139                 unsigned int writeback;
140                 unsigned int immediate;
141                 unsigned int file_taken;
142                 unsigned int taken;
143         } nr;
144
145         /* for recording the reclaimed slab by now */
146         struct reclaim_state reclaim_state;
147 };
148
149 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
150 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
151         do {                                                            \
152                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
153                         struct page *prev;                              \
154                                                                         \
155                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
156                         prefetchw(&prev->_field);                       \
157                 }                                                       \
158         } while (0)
159 #else
160 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
161 #endif
162
163 /*
164  * From 0 .. 100.  Higher means more swappy.
165  */
166 int vm_swappiness = 60;
167 /*
168  * The total number of pages which are beyond the high watermark within all
169  * zones.
170  */
171 unsigned long vm_total_pages;
172
173 static void set_task_reclaim_state(struct task_struct *task,
174                                    struct reclaim_state *rs)
175 {
176         /* Check for an overwrite */
177         WARN_ON_ONCE(rs && task->reclaim_state);
178
179         /* Check for the nulling of an already-nulled member */
180         WARN_ON_ONCE(!rs && !task->reclaim_state);
181
182         task->reclaim_state = rs;
183 }
184
185 static LIST_HEAD(shrinker_list);
186 static DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
187
188 #ifdef CONFIG_MEMCG
189 /*
190  * We allow subsystems to populate their shrinker-related
191  * LRU lists before register_shrinker_prepared() is called
192  * for the shrinker, since we don't want to impose
193  * restrictions on their internal registration order.
194  * In this case shrink_slab_memcg() may find corresponding
195  * bit is set in the shrinkers map.
196  *
197  * This value is used by the function to detect registering
198  * shrinkers and to skip do_shrink_slab() calls for them.
199  */
200 #define SHRINKER_REGISTERING ((struct shrinker *)~0UL)
201
202 static DEFINE_IDR(shrinker_idr);
203 static int shrinker_nr_max;
204
205 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
206 {
207         int id, ret = -ENOMEM;
208
209         down_write(&shrinker_rwsem);
210         /* This may call shrinker, so it must use down_read_trylock() */
211         id = idr_alloc(&shrinker_idr, SHRINKER_REGISTERING, 0, 0, GFP_KERNEL);
212         if (id < 0)
213                 goto unlock;
214
215         if (id >= shrinker_nr_max) {
216                 if (memcg_expand_shrinker_maps(id)) {
217                         idr_remove(&shrinker_idr, id);
218                         goto unlock;
219                 }
220
221                 shrinker_nr_max = id + 1;
222         }
223         shrinker->id = id;
224         ret = 0;
225 unlock:
226         up_write(&shrinker_rwsem);
227         return ret;
228 }
229
230 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
231 {
232         int id = shrinker->id;
233
234         BUG_ON(id < 0);
235
236         down_write(&shrinker_rwsem);
237         idr_remove(&shrinker_idr, id);
238         up_write(&shrinker_rwsem);
239 }
240
241 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
242 {
243         return sc->target_mem_cgroup;
244 }
245
246 /**
247  * writeback_throttling_sane - is the usual dirty throttling mechanism available?
248  * @sc: scan_control in question
249  *
250  * The normal page dirty throttling mechanism in balance_dirty_pages() is
251  * completely broken with the legacy memcg and direct stalling in
252  * shrink_page_list() is used for throttling instead, which lacks all the
253  * niceties such as fairness, adaptive pausing, bandwidth proportional
254  * allocation and configurability.
255  *
256  * This function tests whether the vmscan currently in progress can assume
257  * that the normal dirty throttling mechanism is operational.
258  */
259 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
260 {
261         if (!cgroup_reclaim(sc))
262                 return true;
263 #ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
264         if (cgroup_subsys_on_dfl(memory_cgrp_subsys))
265                 return true;
266 #endif
267         return false;
268 }
269 #else
270 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
271 {
272         return 0;
273 }
274
275 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
276 {
277 }
278
279 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
280 {
281         return false;
282 }
283
284 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
285 {
286         return true;
287 }
288 #endif
289
290 /*
291  * This misses isolated pages which are not accounted for to save counters.
292  * As the data only determines if reclaim or compaction continues, it is
293  * not expected that isolated pages will be a dominating factor.
294  */
295 unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
296 {
297         unsigned long nr;
298
299         nr = zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE) +
300                 zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE);
301         if (get_nr_swap_pages() > 0)
302                 nr += zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON) +
303                         zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON);
304
305         return nr;
306 }
307
308 /**
309  * lruvec_lru_size -  Returns the number of pages on the given LRU list.
310  * @lruvec: lru vector
311  * @lru: lru to use
312  * @zone_idx: zones to consider (use MAX_NR_ZONES for the whole LRU list)
313  */
314 unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru, int zone_idx)
315 {
316         unsigned long size = 0;
317         int zid;
318
319         for (zid = 0; zid <= zone_idx && zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
320                 struct zone *zone = &lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones[zid];
321
322                 if (!managed_zone(zone))
323                         continue;
324
325                 if (!mem_cgroup_disabled())
326                         size += mem_cgroup_get_zone_lru_size(lruvec, lru, zid);
327                 else
328                         size += zone_page_state(zone, NR_ZONE_LRU_BASE + lru);
329         }
330         return size;
331 }
332
333 /*
334  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
335  */
336 int prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker)
337 {
338         unsigned int size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
339
340         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
341                 size *= nr_node_ids;
342
343         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
344         if (!shrinker->nr_deferred)
345                 return -ENOMEM;
346
347         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
348                 if (prealloc_memcg_shrinker(shrinker))
349                         goto free_deferred;
350         }
351
352         return 0;
353
354 free_deferred:
355         kfree(shrinker->nr_deferred);
356         shrinker->nr_deferred = NULL;
357         return -ENOMEM;
358 }
359
360 void free_prealloced_shrinker(struct shrinker *shrinker)
361 {
362         if (!shrinker->nr_deferred)
363                 return;
364
365         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
366                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
367
368         kfree(shrinker->nr_deferred);
369         shrinker->nr_deferred = NULL;
370 }
371
372 void register_shrinker_prepared(struct shrinker *shrinker)
373 {
374         down_write(&shrinker_rwsem);
375         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
376 #ifdef CONFIG_MEMCG
377         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
378                 idr_replace(&shrinker_idr, shrinker, shrinker->id);
379 #endif
380         up_write(&shrinker_rwsem);
381 }
382
383 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
384 {
385         int err = prealloc_shrinker(shrinker);
386
387         if (err)
388                 return err;
389         register_shrinker_prepared(shrinker);
390         return 0;
391 }
392 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
393
394 /*
395  * Remove one
396  */
397 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
398 {
399         if (!shrinker->nr_deferred)
400                 return;
401         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
402                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
403         down_write(&shrinker_rwsem);
404         list_del(&shrinker->list);
405         up_write(&shrinker_rwsem);
406         kfree(shrinker->nr_deferred);
407         shrinker->nr_deferred = NULL;
408 }
409 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
410
411 #define SHRINK_BATCH 128
412
413 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
414                                     struct shrinker *shrinker, int priority)
415 {
416         unsigned long freed = 0;
417         unsigned long long delta;
418         long total_scan;
419         long freeable;
420         long nr;
421         long new_nr;
422         int nid = shrinkctl->nid;
423         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
424                                           : SHRINK_BATCH;
425         long scanned = 0, next_deferred;
426
427         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
428                 nid = 0;
429
430         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
431         if (freeable == 0 || freeable == SHRINK_EMPTY)
432                 return freeable;
433
434         /*
435          * copy the current shrinker scan count into a local variable
436          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
437          * don't also do this scanning work.
438          */
439         nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
440
441         total_scan = nr;
442         if (shrinker->seeks) {
443                 delta = freeable >> priority;
444                 delta *= 4;
445                 do_div(delta, shrinker->seeks);
446         } else {
447                 /*
448                  * These objects don't require any IO to create. Trim
449                  * them aggressively under memory pressure to keep
450                  * them from causing refetches in the IO caches.
451                  */
452                 delta = freeable / 2;
453         }
454
455         total_scan += delta;
456         if (total_scan < 0) {
457                 pr_err("shrink_slab: %pS negative objects to delete nr=%ld\n",
458                        shrinker->scan_objects, total_scan);
459                 total_scan = freeable;
460                 next_deferred = nr;
461         } else
462                 next_deferred = total_scan;
463
464         /*
465          * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
466          * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
467          * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
468          * nr being built up so when a shrink that can do some work
469          * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
470          * freeable. This is bad for sustaining a working set in
471          * memory.
472          *
473          * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
474          * a large delta change is calculated directly.
475          */
476         if (delta < freeable / 4)
477                 total_scan = min(total_scan, freeable / 2);
478
479         /*
480          * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
481          * never try to free more than twice the estimate number of
482          * freeable entries.
483          */
484         if (total_scan > freeable * 2)
485                 total_scan = freeable * 2;
486
487         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
488                                    freeable, delta, total_scan, priority);
489
490         /*
491          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
492          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
493          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
494          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
495          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
496          * objects spread over several slabs with usage less than the
497          * batch_size.
498          *
499          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
500          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
501          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
502          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
503          * possible.
504          */
505         while (total_scan >= batch_size ||
506                total_scan >= freeable) {
507                 unsigned long ret;
508                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
509
510                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
511                 shrinkctl->nr_scanned = nr_to_scan;
512                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
513                 if (ret == SHRINK_STOP)
514                         break;
515                 freed += ret;
516
517                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, shrinkctl->nr_scanned);
518                 total_scan -= shrinkctl->nr_scanned;
519                 scanned += shrinkctl->nr_scanned;
520
521                 cond_resched();
522         }
523
524         if (next_deferred >= scanned)
525                 next_deferred -= scanned;
526         else
527                 next_deferred = 0;
528         /*
529          * move the unused scan count back into the shrinker in a
530          * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
531          * scan, there is no need to do an update.
532          */
533         if (next_deferred > 0)
534                 new_nr = atomic_long_add_return(next_deferred,
535                                                 &shrinker->nr_deferred[nid]);
536         else
537                 new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_deferred[nid]);
538
539         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
540         return freed;
541 }
542
543 #ifdef CONFIG_MEMCG
544 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
545                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
546 {
547         struct memcg_shrinker_map *map;
548         unsigned long ret, freed = 0;
549         int i;
550
551         if (!mem_cgroup_online(memcg))
552                 return 0;
553
554         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
555                 return 0;
556
557         map = rcu_dereference_protected(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_map,
558                                         true);
559         if (unlikely(!map))
560                 goto unlock;
561
562         for_each_set_bit(i, map->map, shrinker_nr_max) {
563                 struct shrink_control sc = {
564                         .gfp_mask = gfp_mask,
565                         .nid = nid,
566                         .memcg = memcg,
567                 };
568                 struct shrinker *shrinker;
569
570                 shrinker = idr_find(&shrinker_idr, i);
571                 if (unlikely(!shrinker || shrinker == SHRINKER_REGISTERING)) {
572                         if (!shrinker)
573                                 clear_bit(i, map->map);
574                         continue;
575                 }
576
577                 /* Call non-slab shrinkers even though kmem is disabled */
578                 if (!memcg_kmem_enabled() &&
579                     !(shrinker->flags & SHRINKER_NONSLAB))
580                         continue;
581
582                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
583                 if (ret == SHRINK_EMPTY) {
584                         clear_bit(i, map->map);
585                         /*
586                          * After the shrinker reported that it had no objects to
587                          * free, but before we cleared the corresponding bit in
588                          * the memcg shrinker map, a new object might have been
589                          * added. To make sure, we have the bit set in this
590                          * case, we invoke the shrinker one more time and reset
591                          * the bit if it reports that it is not empty anymore.
592                          * The memory barrier here pairs with the barrier in
593                          * memcg_set_shrinker_bit():
594                          *
595                          * list_lru_add()     shrink_slab_memcg()
596                          *   list_add_tail()    clear_bit()
597                          *   <MB>               <MB>
598                          *   set_bit()          do_shrink_slab()
599                          */
600                         smp_mb__after_atomic();
601                         ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
602                         if (ret == SHRINK_EMPTY)
603                                 ret = 0;
604                         else
605                                 memcg_set_shrinker_bit(memcg, nid, i);
606                 }
607                 freed += ret;
608
609                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
610                         freed = freed ? : 1;
611                         break;
612                 }
613         }
614 unlock:
615         up_read(&shrinker_rwsem);
616         return freed;
617 }
618 #else /* CONFIG_MEMCG */
619 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
620                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
621 {
622         return 0;
623 }
624 #endif /* CONFIG_MEMCG */
625
626 /**
627  * shrink_slab - shrink slab caches
628  * @gfp_mask: allocation context
629  * @nid: node whose slab caches to target
630  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
631  * @priority: the reclaim priority
632  *
633  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
634  *
635  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
636  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
637  *
638  * @memcg specifies the memory cgroup to target. Unaware shrinkers
639  * are called only if it is the root cgroup.
640  *
641  * @priority is sc->priority, we take the number of objects and >> by priority
642  * in order to get the scan target.
643  *
644  * Returns the number of reclaimed slab objects.
645  */
646 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
647                                  struct mem_cgroup *memcg,
648                                  int priority)
649 {
650         unsigned long ret, freed = 0;
651         struct shrinker *shrinker;
652
653         /*
654          * The root memcg might be allocated even though memcg is disabled
655          * via "cgroup_disable=memory" boot parameter.  This could make
656          * mem_cgroup_is_root() return false, then just run memcg slab
657          * shrink, but skip global shrink.  This may result in premature
658          * oom.
659          */
660         if (!mem_cgroup_disabled() && !mem_cgroup_is_root(memcg))
661                 return shrink_slab_memcg(gfp_mask, nid, memcg, priority);
662
663         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
664                 goto out;
665
666         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
667                 struct shrink_control sc = {
668                         .gfp_mask = gfp_mask,
669                         .nid = nid,
670                         .memcg = memcg,
671                 };
672
673                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
674                 if (ret == SHRINK_EMPTY)
675                         ret = 0;
676                 freed += ret;
677                 /*
678                  * Bail out if someone want to register a new shrinker to
679                  * prevent the regsitration from being stalled for long periods
680                  * by parallel ongoing shrinking.
681                  */
682                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
683                         freed = freed ? : 1;
684                         break;
685                 }
686         }
687
688         up_read(&shrinker_rwsem);
689 out:
690         cond_resched();
691         return freed;
692 }
693
694 void drop_slab_node(int nid)
695 {
696         unsigned long freed;
697
698         do {
699                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
700
701                 freed = 0;
702                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
703                 do {
704                         freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg, 0);
705                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
706         } while (freed > 10);
707 }
708
709 void drop_slab(void)
710 {
711         int nid;
712
713         for_each_online_node(nid)
714                 drop_slab_node(nid);
715 }
716
717 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
718 {
719         /*
720          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
721          * that isolated the page, the page cache and optional buffer
722          * heads at page->private.
723          */
724         int page_cache_pins = PageTransHuge(page) && PageSwapCache(page) ?
725                 HPAGE_PMD_NR : 1;
726         return page_count(page) - page_has_private(page) == 1 + page_cache_pins;
727 }
728
729 static int may_write_to_inode(struct inode *inode)
730 {
731         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
732                 return 1;
733         if (!inode_write_congested(inode))
734                 return 1;
735         if (inode_to_bdi(inode) == current->backing_dev_info)
736                 return 1;
737         return 0;
738 }
739
740 /*
741  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
742  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
743  * fsync(), msync() or close().
744  *
745  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
746  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
747  * that page is locked, the mapping is pinned.
748  *
749  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
750  * __GFP_FS.
751  */
752 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
753                                 struct page *page, int error)
754 {
755         lock_page(page);
756         if (page_mapping(page) == mapping)
757                 mapping_set_error(mapping, error);
758         unlock_page(page);
759 }
760
761 /* possible outcome of pageout() */
762 typedef enum {
763         /* failed to write page out, page is locked */
764         PAGE_KEEP,
765         /* move page to the active list, page is locked */
766         PAGE_ACTIVATE,
767         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
768         PAGE_SUCCESS,
769         /* page is clean and locked */
770         PAGE_CLEAN,
771 } pageout_t;
772
773 /*
774  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
775  * Calls ->writepage().
776  */
777 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping)
778 {
779         /*
780          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
781          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
782          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
783          * stalls if we need to run get_block().  We could test
784          * PagePrivate for that.
785          *
786          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
787          * this page's queue, we can perform writeback even if that
788          * will block.
789          *
790          * If the page is swapcache, write it back even if that would
791          * block, for some throttling. This happens by accident, because
792          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
793          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
794          */
795         if (!is_page_cache_freeable(page))
796                 return PAGE_KEEP;
797         if (!mapping) {
798                 /*
799                  * Some data journaling orphaned pages can have
800                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
801                  */
802                 if (page_has_private(page)) {
803                         if (try_to_free_buffers(page)) {
804                                 ClearPageDirty(page);
805                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
806                                 return PAGE_CLEAN;
807                         }
808                 }
809                 return PAGE_KEEP;
810         }
811         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
812                 return PAGE_ACTIVATE;
813         if (!may_write_to_inode(mapping->host))
814                 return PAGE_KEEP;
815
816         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
817                 int res;
818                 struct writeback_control wbc = {
819                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
820                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
821                         .range_start = 0,
822                         .range_end = LLONG_MAX,
823                         .for_reclaim = 1,
824                 };
825
826                 SetPageReclaim(page);
827                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
828                 if (res < 0)
829                         handle_write_error(mapping, page, res);
830                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
831                         ClearPageReclaim(page);
832                         return PAGE_ACTIVATE;
833                 }
834
835                 if (!PageWriteback(page)) {
836                         /* synchronous write or broken a_ops? */
837                         ClearPageReclaim(page);
838                 }
839                 trace_mm_vmscan_writepage(page);
840                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
841                 return PAGE_SUCCESS;
842         }
843
844         return PAGE_CLEAN;
845 }
846
847 /*
848  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
849  * gets returned with a refcount of 0.
850  */
851 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
852                             bool reclaimed, struct mem_cgroup *target_memcg)
853 {
854         unsigned long flags;
855         int refcount;
856
857         BUG_ON(!PageLocked(page));
858         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
859
860         xa_lock_irqsave(&mapping->i_pages, flags);
861         /*
862          * The non racy check for a busy page.
863          *
864          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
865          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
866          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
867          * here, then the following race may occur:
868          *
869          * get_user_pages(&page);
870          * [user mapping goes away]
871          * write_to(page);
872          *                              !PageDirty(page)    [good]
873          * SetPageDirty(page);
874          * put_page(page);
875          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
876          *
877          * [oops, our write_to data is lost]
878          *
879          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
880          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
881          * load is not satisfied before that of page->_refcount.
882          *
883          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
884          * and thus under the i_pages lock, then this ordering is not required.
885          */
886         refcount = 1 + compound_nr(page);
887         if (!page_ref_freeze(page, refcount))
888                 goto cannot_free;
889         /* note: atomic_cmpxchg in page_ref_freeze provides the smp_rmb */
890         if (unlikely(PageDirty(page))) {
891                 page_ref_unfreeze(page, refcount);
892                 goto cannot_free;
893         }
894
895         if (PageSwapCache(page)) {
896                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
897                 mem_cgroup_swapout(page, swap);
898                 __delete_from_swap_cache(page, swap);
899                 xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
900                 put_swap_page(page, swap);
901         } else {
902                 void (*freepage)(struct page *);
903                 void *shadow = NULL;
904
905                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
906                 /*
907                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
908                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
909                  *
910                  * But don't store shadows in an address space that is
911                  * already exiting.  This is not just an optizimation,
912                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
913                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
914                  * back.
915                  *
916                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
917                  * only page cache pages found in these are zero pages
918                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
919                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
920                  * same address_space.
921                  */
922                 if (reclaimed && page_is_file_lru(page) &&
923                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
924                         shadow = workingset_eviction(page, target_memcg);
925                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
926                 xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
927
928                 if (freepage != NULL)
929                         freepage(page);
930         }
931
932         return 1;
933
934 cannot_free:
935         xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
936         return 0;
937 }
938
939 /*
940  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
941  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
942  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
943  * this page.
944  */
945 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
946 {
947         if (__remove_mapping(mapping, page, false, NULL)) {
948                 /*
949                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
950                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
951                  * atomic operation.
952                  */
953                 page_ref_unfreeze(page, 1);
954                 return 1;
955         }
956         return 0;
957 }
958
959 /**
960  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
961  * @page: page to be put back to appropriate lru list
962  *
963  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
964  * Page may still be unevictable for other reasons.
965  *
966  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
967  */
968 void putback_lru_page(struct page *page)
969 {
970         lru_cache_add(page);
971         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
972 }
973
974 enum page_references {
975         PAGEREF_RECLAIM,
976         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
977         PAGEREF_KEEP,
978         PAGEREF_ACTIVATE,
979 };
980
981 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
982                                                   struct scan_control *sc)
983 {
984         int referenced_ptes, referenced_page;
985         unsigned long vm_flags;
986
987         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
988                                           &vm_flags);
989         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
990
991         /*
992          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
993          * move the page to the unevictable list.
994          */
995         if (vm_flags & VM_LOCKED)
996                 return PAGEREF_RECLAIM;
997
998         if (referenced_ptes) {
999                 if (PageSwapBacked(page))
1000                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1001                 /*
1002                  * All mapped pages start out with page table
1003                  * references from the instantiating fault, so we need
1004                  * to look twice if a mapped file page is used more
1005                  * than once.
1006                  *
1007                  * Mark it and spare it for another trip around the
1008                  * inactive list.  Another page table reference will
1009                  * lead to its activation.
1010                  *
1011                  * Note: the mark is set for activated pages as well
1012                  * so that recently deactivated but used pages are
1013                  * quickly recovered.
1014                  */
1015                 SetPageReferenced(page);
1016
1017                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
1018                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1019
1020                 /*
1021                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
1022                  */
1023                 if (vm_flags & VM_EXEC)
1024                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1025
1026                 return PAGEREF_KEEP;
1027         }
1028
1029         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
1030         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
1031                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
1032
1033         return PAGEREF_RECLAIM;
1034 }
1035
1036 /* Check if a page is dirty or under writeback */
1037 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
1038                                        bool *dirty, bool *writeback)
1039 {
1040         struct address_space *mapping;
1041
1042         /*
1043          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
1044          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
1045          */
1046         if (!page_is_file_lru(page) ||
1047             (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page))) {
1048                 *dirty = false;
1049                 *writeback = false;
1050                 return;
1051         }
1052
1053         /* By default assume that the page flags are accurate */
1054         *dirty = PageDirty(page);
1055         *writeback = PageWriteback(page);
1056
1057         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
1058         if (!page_has_private(page))
1059                 return;
1060
1061         mapping = page_mapping(page);
1062         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
1063                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
1064 }
1065
1066 /*
1067  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
1068  */
1069 static unsigned long shrink_page_list(struct list_head *page_list,
1070                                       struct pglist_data *pgdat,
1071                                       struct scan_control *sc,
1072                                       enum ttu_flags ttu_flags,
1073                                       struct reclaim_stat *stat,
1074                                       bool ignore_references)
1075 {
1076         LIST_HEAD(ret_pages);
1077         LIST_HEAD(free_pages);
1078         unsigned nr_reclaimed = 0;
1079         unsigned pgactivate = 0;
1080
1081         memset(stat, 0, sizeof(*stat));
1082         cond_resched();
1083
1084         while (!list_empty(page_list)) {
1085                 struct address_space *mapping;
1086                 struct page *page;
1087                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM;
1088                 bool dirty, writeback, may_enter_fs;
1089                 unsigned int nr_pages;
1090
1091                 cond_resched();
1092
1093                 page = lru_to_page(page_list);
1094                 list_del(&page->lru);
1095
1096                 if (!trylock_page(page))
1097                         goto keep;
1098
1099                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1100
1101                 nr_pages = compound_nr(page);
1102
1103                 /* Account the number of base pages even though THP */
1104                 sc->nr_scanned += nr_pages;
1105
1106                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
1107                         goto activate_locked;
1108
1109                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
1110                         goto keep_locked;
1111
1112                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
1113                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
1114
1115                 /*
1116                  * The number of dirty pages determines if a node is marked
1117                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
1118                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
1119                  * is all dirty unqueued pages.
1120                  */
1121                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
1122                 if (dirty || writeback)
1123                         stat->nr_dirty++;
1124
1125                 if (dirty && !writeback)
1126                         stat->nr_unqueued_dirty++;
1127
1128                 /*
1129                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
1130                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
1131                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
1132                  * end of the LRU a second time.
1133                  */
1134                 mapping = page_mapping(page);
1135                 if (((dirty || writeback) && mapping &&
1136                      inode_write_congested(mapping->host)) ||
1137                     (writeback && PageReclaim(page)))
1138                         stat->nr_congested++;
1139
1140                 /*
1141                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
1142                  * are three cases to consider.
1143                  *
1144                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
1145                  *    under writeback and this page is both under writeback and
1146                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
1147                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
1148                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
1149                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
1150                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
1151                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
1152                  *    caller can stall after page list has been processed.
1153                  *
1154                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a page that is
1155                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
1156                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
1157                  *    not to fs). In this case mark the page for immediate
1158                  *    reclaim and continue scanning.
1159                  *
1160                  *    Require may_enter_fs because we would wait on fs, which
1161                  *    may not have submitted IO yet. And the loop driver might
1162                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
1163                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
1164                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
1165                  *    would probably show more reasons.
1166                  *
1167                  * 3) Legacy memcg encounters a page that is already marked
1168                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
1169                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
1170                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
1171                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
1172                  *
1173                  * In cases 1) and 2) we activate the pages to get them out of
1174                  * the way while we continue scanning for clean pages on the
1175                  * inactive list and refilling from the active list. The
1176                  * observation here is that waiting for disk writes is more
1177                  * expensive than potentially causing reloads down the line.
1178                  * Since they're marked for immediate reclaim, they won't put
1179                  * memory pressure on the cache working set any longer than it
1180                  * takes to write them to disk.
1181                  */
1182                 if (PageWriteback(page)) {
1183                         /* Case 1 above */
1184                         if (current_is_kswapd() &&
1185                             PageReclaim(page) &&
1186                             test_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags)) {
1187                                 stat->nr_immediate++;
1188                                 goto activate_locked;
1189
1190                         /* Case 2 above */
1191                         } else if (writeback_throttling_sane(sc) ||
1192                             !PageReclaim(page) || !may_enter_fs) {
1193                                 /*
1194                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
1195                                  * might have just cleared PageReclaim, then
1196                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
1197                                  * as PageReadahead - but that does not matter
1198                                  * enough to care.  What we do want is for this
1199                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
1200                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
1201                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
1202                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
1203                                  */
1204                                 SetPageReclaim(page);
1205                                 stat->nr_writeback++;
1206                                 goto activate_locked;
1207
1208                         /* Case 3 above */
1209                         } else {
1210                                 unlock_page(page);
1211                                 wait_on_page_writeback(page);
1212                                 /* then go back and try same page again */
1213                                 list_add_tail(&page->lru, page_list);
1214                                 continue;
1215                         }
1216                 }
1217
1218                 if (!ignore_references)
1219                         references = page_check_references(page, sc);
1220
1221                 switch (references) {
1222                 case PAGEREF_ACTIVATE:
1223                         goto activate_locked;
1224                 case PAGEREF_KEEP:
1225                         stat->nr_ref_keep += nr_pages;
1226                         goto keep_locked;
1227                 case PAGEREF_RECLAIM:
1228                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1229                         ; /* try to reclaim the page below */
1230                 }
1231
1232                 /*
1233                  * Anonymous process memory has backing store?
1234                  * Try to allocate it some swap space here.
1235                  * Lazyfree page could be freed directly
1236                  */
1237                 if (PageAnon(page) && PageSwapBacked(page)) {
1238                         if (!PageSwapCache(page)) {
1239                                 if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1240                                         goto keep_locked;
1241                                 if (PageTransHuge(page)) {
1242                                         /* cannot split THP, skip it */
1243                                         if (!can_split_huge_page(page, NULL))
1244                                                 goto activate_locked;
1245                                         /*
1246                                          * Split pages without a PMD map right
1247                                          * away. Chances are some or all of the
1248                                          * tail pages can be freed without IO.
1249                                          */
1250                                         if (!compound_mapcount(page) &&
1251                                             split_huge_page_to_list(page,
1252                                                                     page_list))
1253                                                 goto activate_locked;
1254                                 }
1255                                 if (!add_to_swap(page)) {
1256                                         if (!PageTransHuge(page))
1257                                                 goto activate_locked_split;
1258                                         /* Fallback to swap normal pages */
1259                                         if (split_huge_page_to_list(page,
1260                                                                     page_list))
1261                                                 goto activate_locked;
1262 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1263                                         count_vm_event(THP_SWPOUT_FALLBACK);
1264 #endif
1265                                         if (!add_to_swap(page))
1266                                                 goto activate_locked_split;
1267                                 }
1268
1269                                 may_enter_fs = true;
1270
1271                                 /* Adding to swap updated mapping */
1272                                 mapping = page_mapping(page);
1273                         }
1274                 } else if (unlikely(PageTransHuge(page))) {
1275                         /* Split file THP */
1276                         if (split_huge_page_to_list(page, page_list))
1277                                 goto keep_locked;
1278                 }
1279
1280                 /*
1281                  * THP may get split above, need minus tail pages and update
1282                  * nr_pages to avoid accounting tail pages twice.
1283                  *
1284                  * The tail pages that are added into swap cache successfully
1285                  * reach here.
1286                  */
1287                 if ((nr_pages > 1) && !PageTransHuge(page)) {
1288                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1289                         nr_pages = 1;
1290                 }
1291
1292                 /*
1293                  * The page is mapped into the page tables of one or more
1294                  * processes. Try to unmap it here.
1295                  */
1296                 if (page_mapped(page)) {
1297                         enum ttu_flags flags = ttu_flags | TTU_BATCH_FLUSH;
1298
1299                         if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1300                                 flags |= TTU_SPLIT_HUGE_PMD;
1301                         if (!try_to_unmap(page, flags)) {
1302                                 stat->nr_unmap_fail += nr_pages;
1303                                 goto activate_locked;
1304                         }
1305                 }
1306
1307                 if (PageDirty(page)) {
1308                         /*
1309                          * Only kswapd can writeback filesystem pages
1310                          * to avoid risk of stack overflow. But avoid
1311                          * injecting inefficient single-page IO into
1312                          * flusher writeback as much as possible: only
1313                          * write pages when we've encountered many
1314                          * dirty pages, and when we've already scanned
1315                          * the rest of the LRU for clean pages and see
1316                          * the same dirty pages again (PageReclaim).
1317                          */
1318                         if (page_is_file_lru(page) &&
1319                             (!current_is_kswapd() || !PageReclaim(page) ||
1320                              !test_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags))) {
1321                                 /*
1322                                  * Immediately reclaim when written back.
1323                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1324                                  * except we already have the page isolated
1325                                  * and know it's dirty
1326                                  */
1327                                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1328                                 SetPageReclaim(page);
1329
1330                                 goto activate_locked;
1331                         }
1332
1333                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1334                                 goto keep_locked;
1335                         if (!may_enter_fs)
1336                                 goto keep_locked;
1337                         if (!sc->may_writepage)
1338                                 goto keep_locked;
1339
1340                         /*
1341                          * Page is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1342                          * potentially exists to avoid CPU writes after IO
1343                          * starts and then write it out here.
1344                          */
1345                         try_to_unmap_flush_dirty();
1346                         switch (pageout(page, mapping)) {
1347                         case PAGE_KEEP:
1348                                 goto keep_locked;
1349                         case PAGE_ACTIVATE:
1350                                 goto activate_locked;
1351                         case PAGE_SUCCESS:
1352                                 if (PageWriteback(page))
1353                                         goto keep;
1354                                 if (PageDirty(page))
1355                                         goto keep;
1356
1357                                 /*
1358                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1359                                  * ahead and try to reclaim the page.
1360                                  */
1361                                 if (!trylock_page(page))
1362                                         goto keep;
1363                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1364                                         goto keep_locked;
1365                                 mapping = page_mapping(page);
1366                         case PAGE_CLEAN:
1367                                 ; /* try to free the page below */
1368                         }
1369                 }
1370
1371                 /*
1372                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1373                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1374                  * the page as well.
1375                  *
1376                  * We do this even if the page is PageDirty().
1377                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1378                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1379                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1380                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1381                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1382                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1383                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1384                  *
1385                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1386                  * the pages which were not successfully invalidated in
1387                  * truncate_complete_page().  We try to drop those buffers here
1388                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1389                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1390                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1391                  */
1392                 if (page_has_private(page)) {
1393                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1394                                 goto activate_locked;
1395                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1396                                 unlock_page(page);
1397                                 if (put_page_testzero(page))
1398                                         goto free_it;
1399                                 else {
1400                                         /*
1401                                          * rare race with speculative reference.
1402                                          * the speculative reference will free
1403                                          * this page shortly, so we may
1404                                          * increment nr_reclaimed here (and
1405                                          * leave it off the LRU).
1406                                          */
1407                                         nr_reclaimed++;
1408                                         continue;
1409                                 }
1410                         }
1411                 }
1412
1413                 if (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page)) {
1414                         /* follow __remove_mapping for reference */
1415                         if (!page_ref_freeze(page, 1))
1416                                 goto keep_locked;
1417                         if (PageDirty(page)) {
1418                                 page_ref_unfreeze(page, 1);
1419                                 goto keep_locked;
1420                         }
1421
1422                         count_vm_event(PGLAZYFREED);
1423                         count_memcg_page_event(page, PGLAZYFREED);
1424                 } else if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true,
1425                                                          sc->target_mem_cgroup))
1426                         goto keep_locked;
1427
1428                 unlock_page(page);
1429 free_it:
1430                 /*
1431                  * THP may get swapped out in a whole, need account
1432                  * all base pages.
1433                  */
1434                 nr_reclaimed += nr_pages;
1435
1436                 /*
1437                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1438                  * appear not as the counts should be low
1439                  */
1440                 if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1441                         (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1442                 else
1443                         list_add(&page->lru, &free_pages);
1444                 continue;
1445
1446 activate_locked_split:
1447                 /*
1448                  * The tail pages that are failed to add into swap cache
1449                  * reach here.  Fixup nr_scanned and nr_pages.
1450                  */
1451                 if (nr_pages > 1) {
1452                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1453                         nr_pages = 1;
1454                 }
1455 activate_locked:
1456                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1457                 if (PageSwapCache(page) && (mem_cgroup_swap_full(page) ||
1458                                                 PageMlocked(page)))
1459                         try_to_free_swap(page);
1460                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1461                 if (!PageMlocked(page)) {
1462                         int type = page_is_file_lru(page);
1463                         SetPageActive(page);
1464                         stat->nr_activate[type] += nr_pages;
1465                         count_memcg_page_event(page, PGACTIVATE);
1466                 }
1467 keep_locked:
1468                 unlock_page(page);
1469 keep:
1470                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1471                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1472         }
1473
1474         pgactivate = stat->nr_activate[0] + stat->nr_activate[1];
1475
1476         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
1477         try_to_unmap_flush();
1478         free_unref_page_list(&free_pages);
1479
1480         list_splice(&ret_pages, page_list);
1481         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1482
1483         return nr_reclaimed;
1484 }
1485
1486 unsigned long reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1487                                             struct list_head *page_list)
1488 {
1489         struct scan_control sc = {
1490                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1491                 .priority = DEF_PRIORITY,
1492                 .may_unmap = 1,
1493         };
1494         struct reclaim_stat dummy_stat;
1495         unsigned long ret;
1496         struct page *page, *next;
1497         LIST_HEAD(clean_pages);
1498
1499         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1500                 if (page_is_file_lru(page) && !PageDirty(page) &&
1501                     !__PageMovable(page) && !PageUnevictable(page)) {
1502                         ClearPageActive(page);
1503                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1504                 }
1505         }
1506
1507         ret = shrink_page_list(&clean_pages, zone->zone_pgdat, &sc,
1508                         TTU_IGNORE_ACCESS, &dummy_stat, true);
1509         list_splice(&clean_pages, page_list);
1510         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE, -ret);
1511         return ret;
1512 }
1513
1514 /*
1515  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1516  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1517  * freed elsewhere are also ignored.
1518  *
1519  * page:        page to consider
1520  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1521  *
1522  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1523  */
1524 int __isolate_lru_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1525 {
1526         int ret = -EINVAL;
1527
1528         /* Only take pages on the LRU. */
1529         if (!PageLRU(page))
1530                 return ret;
1531
1532         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1533         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1534                 return ret;
1535
1536         ret = -EBUSY;
1537
1538         /*
1539          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1540          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1541          * blocking - clean pages for the most part.
1542          *
1543          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1544          * that it is possible to migrate without blocking
1545          */
1546         if (mode & ISOLATE_ASYNC_MIGRATE) {
1547                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1548                 if (PageWriteback(page))
1549                         return ret;
1550
1551                 if (PageDirty(page)) {
1552                         struct address_space *mapping;
1553                         bool migrate_dirty;
1554
1555                         /*
1556                          * Only pages without mappings or that have a
1557                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1558                          * without blocking. However, we can be racing with
1559                          * truncation so it's necessary to lock the page
1560                          * to stabilise the mapping as truncation holds
1561                          * the page lock until after the page is removed
1562                          * from the page cache.
1563                          */
1564                         if (!trylock_page(page))
1565                                 return ret;
1566
1567                         mapping = page_mapping(page);
1568                         migrate_dirty = !mapping || mapping->a_ops->migratepage;
1569                         unlock_page(page);
1570                         if (!migrate_dirty)
1571                                 return ret;
1572                 }
1573         }
1574
1575         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1576                 return ret;
1577
1578         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
1579                 /*
1580                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1581                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1582                  * page release code relies on it.
1583                  */
1584                 ClearPageLRU(page);
1585                 ret = 0;
1586         }
1587
1588         return ret;
1589 }
1590
1591
1592 /*
1593  * Update LRU sizes after isolating pages. The LRU size updates must
1594  * be complete before mem_cgroup_update_lru_size due to a santity check.
1595  */
1596 static __always_inline void update_lru_sizes(struct lruvec *lruvec,
1597                         enum lru_list lru, unsigned long *nr_zone_taken)
1598 {
1599         int zid;
1600
1601         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1602                 if (!nr_zone_taken[zid])
1603                         continue;
1604
1605                 __update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
1606 #ifdef CONFIG_MEMCG
1607                 mem_cgroup_update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
1608 #endif
1609         }
1610
1611 }
1612
1613 /**
1614  * pgdat->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1615  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1616  * and working on them outside the LRU lock.
1617  *
1618  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1619  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1620  *
1621  * Appropriate locks must be held before calling this function.
1622  *
1623  * @nr_to_scan: The number of eligible pages to look through on the list.
1624  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1625  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1626  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1627  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1628  * @mode:       One of the LRU isolation modes
1629  * @lru:        LRU list id for isolating
1630  *
1631  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1632  */
1633 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1634                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1635                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1636                 enum lru_list lru)
1637 {
1638         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1639         unsigned long nr_taken = 0;
1640         unsigned long nr_zone_taken[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
1641         unsigned long nr_skipped[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
1642         unsigned long skipped = 0;
1643         unsigned long scan, total_scan, nr_pages;
1644         LIST_HEAD(pages_skipped);
1645         isolate_mode_t mode = (sc->may_unmap ? 0 : ISOLATE_UNMAPPED);
1646
1647         total_scan = 0;
1648         scan = 0;
1649         while (scan < nr_to_scan && !list_empty(src)) {
1650                 struct page *page;
1651
1652                 page = lru_to_page(src);
1653                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1654
1655                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
1656
1657                 nr_pages = compound_nr(page);
1658                 total_scan += nr_pages;
1659
1660                 if (page_zonenum(page) > sc->reclaim_idx) {
1661                         list_move(&page->lru, &pages_skipped);
1662                         nr_skipped[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1663                         continue;
1664                 }
1665
1666                 /*
1667                  * Do not count skipped pages because that makes the function
1668                  * return with no isolated pages if the LRU mostly contains
1669                  * ineligible pages.  This causes the VM to not reclaim any
1670                  * pages, triggering a premature OOM.
1671                  *
1672                  * Account all tail pages of THP.  This would not cause
1673                  * premature OOM since __isolate_lru_page() returns -EBUSY
1674                  * only when the page is being freed somewhere else.
1675                  */
1676                 scan += nr_pages;
1677                 switch (__isolate_lru_page(page, mode)) {
1678                 case 0:
1679                         nr_taken += nr_pages;
1680                         nr_zone_taken[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1681                         list_move(&page->lru, dst);
1682                         break;
1683
1684                 case -EBUSY:
1685                         /* else it is being freed elsewhere */
1686                         list_move(&page->lru, src);
1687                         continue;
1688
1689                 default:
1690                         BUG();
1691                 }
1692         }
1693
1694         /*
1695          * Splice any skipped pages to the start of the LRU list. Note that
1696          * this disrupts the LRU order when reclaiming for lower zones but
1697          * we cannot splice to the tail. If we did then the SWAP_CLUSTER_MAX
1698          * scanning would soon rescan the same pages to skip and put the
1699          * system at risk of premature OOM.
1700          */
1701         if (!list_empty(&pages_skipped)) {
1702                 int zid;
1703
1704                 list_splice(&pages_skipped, src);
1705                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1706                         if (!nr_skipped[zid])
1707                                 continue;
1708
1709                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zid, nr_skipped[zid]);
1710                         skipped += nr_skipped[zid];
1711                 }
1712         }
1713         *nr_scanned = total_scan;
1714         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->reclaim_idx, sc->order, nr_to_scan,
1715                                     total_scan, skipped, nr_taken, mode, lru);
1716         update_lru_sizes(lruvec, lru, nr_zone_taken);
1717         return nr_taken;
1718 }
1719
1720 /**
1721  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1722  * @page: page to isolate from its LRU list
1723  *
1724  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1725  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1726  *
1727  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1728  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1729  *
1730  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1731  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1732  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1733  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1734  *
1735  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1736  * found will be decremented.
1737  *
1738  * Restrictions:
1739  *
1740  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1741  *     fundamentnal difference from isolate_lru_pages (which is called
1742  *     without a stable reference).
1743  * (2) the lru_lock must not be held.
1744  * (3) interrupts must be enabled.
1745  */
1746 int isolate_lru_page(struct page *page)
1747 {
1748         int ret = -EBUSY;
1749
1750         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1751         WARN_RATELIMIT(PageTail(page), "trying to isolate tail page");
1752
1753         if (PageLRU(page)) {
1754                 pg_data_t *pgdat = page_pgdat(page);
1755                 struct lruvec *lruvec;
1756
1757                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1758                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1759                 if (PageLRU(page)) {
1760                         int lru = page_lru(page);
1761                         get_page(page);
1762                         ClearPageLRU(page);
1763                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1764                         ret = 0;
1765                 }
1766                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1767         }
1768         return ret;
1769 }
1770
1771 /*
1772  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1773  * then get rescheduled. When there are massive number of tasks doing page
1774  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1775  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1776  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1777  */
1778 static int too_many_isolated(struct pglist_data *pgdat, int file,
1779                 struct scan_control *sc)
1780 {
1781         unsigned long inactive, isolated;
1782
1783         if (current_is_kswapd())
1784                 return 0;
1785
1786         if (!writeback_throttling_sane(sc))
1787                 return 0;
1788
1789         if (file) {
1790                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
1791                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
1792         } else {
1793                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
1794                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
1795         }
1796
1797         /*
1798          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1799          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1800          * deadlock.
1801          */
1802         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
1803                 inactive >>= 3;
1804
1805         return isolated > inactive;
1806 }
1807
1808 /*
1809  * This moves pages from @list to corresponding LRU list.
1810  *
1811  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
1812  * processes, from rmap.
1813  *
1814  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
1815  * appropriate to hold zone_lru_lock across the whole operation.  But if
1816  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()) so we
1817  * should drop zone_lru_lock around each page.  It's impossible to balance
1818  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
1819  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
1820  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
1821  *
1822  * The downside is that we have to touch page->_refcount against each page.
1823  * But we had to alter page->flags anyway.
1824  *
1825  * Returns the number of pages moved to the given lruvec.
1826  */
1827
1828 static unsigned noinline_for_stack move_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1829                                                      struct list_head *list)
1830 {
1831         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1832         int nr_pages, nr_moved = 0;
1833         LIST_HEAD(pages_to_free);
1834         struct page *page;
1835         enum lru_list lru;
1836
1837         while (!list_empty(list)) {
1838                 page = lru_to_page(list);
1839                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1840                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1841                         list_del(&page->lru);
1842                         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1843                         putback_lru_page(page);
1844                         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1845                         continue;
1846                 }
1847                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1848
1849                 SetPageLRU(page);
1850                 lru = page_lru(page);
1851
1852                 nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1853                 update_lru_size(lruvec, lru, page_zonenum(page), nr_pages);
1854                 list_move(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1855
1856                 if (put_page_testzero(page)) {
1857                         __ClearPageLRU(page);
1858                         __ClearPageActive(page);
1859                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1860
1861                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1862                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1863                                 (*get_compound_page_dtor(page))(page);
1864                                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1865                         } else
1866                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1867                 } else {
1868                         nr_moved += nr_pages;
1869                 }
1870         }
1871
1872         /*
1873          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
1874          */
1875         list_splice(&pages_to_free, list);
1876
1877         return nr_moved;
1878 }
1879
1880 /*
1881  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
1882  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LESS_THROTTLE.
1883  * In that case we should only throttle if the backing device it is
1884  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
1885  */
1886 static int current_may_throttle(void)
1887 {
1888         return !(current->flags & PF_LESS_THROTTLE) ||
1889                 current->backing_dev_info == NULL ||
1890                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
1891 }
1892
1893 /*
1894  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_node().  It returns the number
1895  * of reclaimed pages
1896  */
1897 static noinline_for_stack unsigned long
1898 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
1899                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
1900 {
1901         LIST_HEAD(page_list);
1902         unsigned long nr_scanned;
1903         unsigned long nr_reclaimed = 0;
1904         unsigned long nr_taken;
1905         struct reclaim_stat stat;
1906         int file = is_file_lru(lru);
1907         enum vm_event_item item;
1908         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1909         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
1910         bool stalled = false;
1911
1912         while (unlikely(too_many_isolated(pgdat, file, sc))) {
1913                 if (stalled)
1914                         return 0;
1915
1916                 /* wait a bit for the reclaimer. */
1917                 msleep(100);
1918                 stalled = true;
1919
1920                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
1921                 if (fatal_signal_pending(current))
1922                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
1923         }
1924
1925         lru_add_drain();
1926
1927         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1928
1929         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
1930                                      &nr_scanned, sc, lru);
1931
1932         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1933         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
1934
1935         item = current_is_kswapd() ? PGSCAN_KSWAPD : PGSCAN_DIRECT;
1936         if (!cgroup_reclaim(sc))
1937                 __count_vm_events(item, nr_scanned);
1938         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_scanned);
1939         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1940
1941         if (nr_taken == 0)
1942                 return 0;
1943
1944         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, pgdat, sc, 0,
1945                                 &stat, false);
1946
1947         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1948
1949         item = current_is_kswapd() ? PGSTEAL_KSWAPD : PGSTEAL_DIRECT;
1950         if (!cgroup_reclaim(sc))
1951                 __count_vm_events(item, nr_reclaimed);
1952         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_reclaimed);
1953         reclaim_stat->recent_rotated[0] += stat.nr_activate[0];
1954         reclaim_stat->recent_rotated[1] += stat.nr_activate[1];
1955
1956         move_pages_to_lru(lruvec, &page_list);
1957
1958         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1959
1960         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1961
1962         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
1963         free_unref_page_list(&page_list);
1964
1965         /*
1966          * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
1967          * implies that flushers are not doing their job. This can
1968          * happen when memory pressure pushes dirty pages to the end of
1969          * the LRU before the dirty limits are breached and the dirty
1970          * data has expired. It can also happen when the proportion of
1971          * dirty pages grows not through writes but through memory
1972          * pressure reclaiming all the clean cache. And in some cases,
1973          * the flushers simply cannot keep up with the allocation
1974          * rate. Nudge the flusher threads in case they are asleep.
1975          */
1976         if (stat.nr_unqueued_dirty == nr_taken)
1977                 wakeup_flusher_threads(WB_REASON_VMSCAN);
1978
1979         sc->nr.dirty += stat.nr_dirty;
1980         sc->nr.congested += stat.nr_congested;
1981         sc->nr.unqueued_dirty += stat.nr_unqueued_dirty;
1982         sc->nr.writeback += stat.nr_writeback;
1983         sc->nr.immediate += stat.nr_immediate;
1984         sc->nr.taken += nr_taken;
1985         if (file)
1986                 sc->nr.file_taken += nr_taken;
1987
1988         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(pgdat->node_id,
1989                         nr_scanned, nr_reclaimed, &stat, sc->priority, file);
1990         return nr_reclaimed;
1991 }
1992
1993 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
1994                                struct lruvec *lruvec,
1995                                struct scan_control *sc,
1996                                enum lru_list lru)
1997 {
1998         unsigned long nr_taken;
1999         unsigned long nr_scanned;
2000         unsigned long vm_flags;
2001         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
2002         LIST_HEAD(l_active);
2003         LIST_HEAD(l_inactive);
2004         struct page *page;
2005         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
2006         unsigned nr_deactivate, nr_activate;
2007         unsigned nr_rotated = 0;
2008         int file = is_file_lru(lru);
2009         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2010
2011         lru_add_drain();
2012
2013         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2014
2015         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
2016                                      &nr_scanned, sc, lru);
2017
2018         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2019         reclaim_stat->recent_scanned[file] += nr_taken;
2020
2021         __count_vm_events(PGREFILL, nr_scanned);
2022         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGREFILL, nr_scanned);
2023
2024         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2025
2026         while (!list_empty(&l_hold)) {
2027                 cond_resched();
2028                 page = lru_to_page(&l_hold);
2029                 list_del(&page->lru);
2030
2031                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
2032                         putback_lru_page(page);
2033                         continue;
2034                 }
2035
2036                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
2037                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
2038                                 if (page_has_private(page))
2039                                         try_to_release_page(page, 0);
2040                                 unlock_page(page);
2041                         }
2042                 }
2043
2044                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
2045                                     &vm_flags)) {
2046                         nr_rotated += hpage_nr_pages(page);
2047                         /*
2048                          * Identify referenced, file-backed active pages and
2049                          * give them one more trip around the active list. So
2050                          * that executable code get better chances to stay in
2051                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
2052                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
2053                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
2054                          * so we ignore them here.
2055                          */
2056                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_lru(page)) {
2057                                 list_add(&page->lru, &l_active);
2058                                 continue;
2059                         }
2060                 }
2061
2062                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
2063                 SetPageWorkingset(page);
2064                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
2065         }
2066
2067         /*
2068          * Move pages back to the lru list.
2069          */
2070         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2071         /*
2072          * Count referenced pages from currently used mappings as rotated,
2073          * even though only some of them are actually re-activated.  This
2074          * helps balance scan pressure between file and anonymous pages in
2075          * get_scan_count.
2076          */
2077         reclaim_stat->recent_rotated[file] += nr_rotated;
2078
2079         nr_activate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_active);
2080         nr_deactivate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive);
2081         /* Keep all free pages in l_active list */
2082         list_splice(&l_inactive, &l_active);
2083
2084         __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2085         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2086
2087         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2088         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2089
2090         mem_cgroup_uncharge_list(&l_active);
2091         free_unref_page_list(&l_active);
2092         trace_mm_vmscan_lru_shrink_active(pgdat->node_id, nr_taken, nr_activate,
2093                         nr_deactivate, nr_rotated, sc->priority, file);
2094 }
2095
2096 unsigned long reclaim_pages(struct list_head *page_list)
2097 {
2098         int nid = NUMA_NO_NODE;
2099         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2100         LIST_HEAD(node_page_list);
2101         struct reclaim_stat dummy_stat;
2102         struct page *page;
2103         struct scan_control sc = {
2104                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
2105                 .priority = DEF_PRIORITY,
2106                 .may_writepage = 1,
2107                 .may_unmap = 1,
2108                 .may_swap = 1,
2109         };
2110
2111         while (!list_empty(page_list)) {
2112                 page = lru_to_page(page_list);
2113                 if (nid == NUMA_NO_NODE) {
2114                         nid = page_to_nid(page);
2115                         INIT_LIST_HEAD(&node_page_list);
2116                 }
2117
2118                 if (nid == page_to_nid(page)) {
2119                         ClearPageActive(page);
2120                         list_move(&page->lru, &node_page_list);
2121                         continue;
2122                 }
2123
2124                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2125                                                 NODE_DATA(nid),
2126                                                 &sc, 0,
2127                                                 &dummy_stat, false);
2128                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2129                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2130                         list_del(&page->lru);
2131                         putback_lru_page(page);
2132                 }
2133
2134                 nid = NUMA_NO_NODE;
2135         }
2136
2137         if (!list_empty(&node_page_list)) {
2138                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2139                                                 NODE_DATA(nid),
2140                                                 &sc, 0,
2141                                                 &dummy_stat, false);
2142                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2143                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2144                         list_del(&page->lru);
2145                         putback_lru_page(page);
2146                 }
2147         }
2148
2149         return nr_reclaimed;
2150 }
2151
2152 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
2153                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2154 {
2155         if (is_active_lru(lru)) {
2156                 if (sc->may_deactivate & (1 << is_file_lru(lru)))
2157                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2158                 else
2159                         sc->skipped_deactivate = 1;
2160                 return 0;
2161         }
2162
2163         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2164 }
2165
2166 /*
2167  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
2168  * to do too much work.
2169  *
2170  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
2171  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
2172  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
2173  *
2174  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
2175  * page has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
2176  *
2177  * If that fails and refaulting is observed, the inactive list grows.
2178  *
2179  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE pages
2180  * on this LRU, maintained by the pageout code. An inactive_ratio
2181  * of 3 means 3:1 or 25% of the pages are kept on the inactive list.
2182  *
2183  * total     target    max
2184  * memory    ratio     inactive
2185  * -------------------------------------
2186  *   10MB       1         5MB
2187  *  100MB       1        50MB
2188  *    1GB       3       250MB
2189  *   10GB      10       0.9GB
2190  *  100GB      31         3GB
2191  *    1TB     101        10GB
2192  *   10TB     320        32GB
2193  */
2194 static bool inactive_is_low(struct lruvec *lruvec, enum lru_list inactive_lru)
2195 {
2196         enum lru_list active_lru = inactive_lru + LRU_ACTIVE;
2197         unsigned long inactive, active;
2198         unsigned long inactive_ratio;
2199         unsigned long gb;
2200
2201         inactive = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + inactive_lru);
2202         active = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + active_lru);
2203
2204         gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
2205         if (gb)
2206                 inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
2207         else
2208                 inactive_ratio = 1;
2209
2210         return inactive * inactive_ratio < active;
2211 }
2212
2213 enum scan_balance {
2214         SCAN_EQUAL,
2215         SCAN_FRACT,
2216         SCAN_ANON,
2217         SCAN_FILE,
2218 };
2219
2220 /*
2221  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
2222  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
2223  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
2224  * onto the active list instead of evict.
2225  *
2226  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
2227  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
2228  */
2229 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
2230                            unsigned long *nr)
2231 {
2232         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
2233         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2234         struct zone_reclaim_stat *reclaim_stat = &lruvec->reclaim_stat;
2235         u64 fraction[2];
2236         u64 denominator = 0;    /* gcc */
2237         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2238         unsigned long anon_prio, file_prio;
2239         enum scan_balance scan_balance;
2240         unsigned long anon, file;
2241         unsigned long ap, fp;
2242         enum lru_list lru;
2243
2244         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
2245         if (!sc->may_swap || mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) <= 0) {
2246                 scan_balance = SCAN_FILE;
2247                 goto out;
2248         }
2249
2250         /*
2251          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
2252          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
2253          * disable swapping for individual groups completely when
2254          * using the memory controller's swap limit feature would be
2255          * too expensive.
2256          */
2257         if (cgroup_reclaim(sc) && !swappiness) {
2258                 scan_balance = SCAN_FILE;
2259                 goto out;
2260         }
2261
2262         /*
2263          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2264          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2265          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2266          */
2267         if (!sc->priority && swappiness) {
2268                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2269                 goto out;
2270         }
2271
2272         /*
2273          * If the system is almost out of file pages, force-scan anon.
2274          */
2275         if (sc->file_is_tiny) {
2276                 scan_balance = SCAN_ANON;
2277                 goto out;
2278         }
2279
2280         /*
2281          * If there is enough inactive page cache, we do not reclaim
2282          * anything from the anonymous working right now.
2283          */
2284         if (sc->cache_trim_mode) {
2285                 scan_balance = SCAN_FILE;
2286                 goto out;
2287         }
2288
2289         scan_balance = SCAN_FRACT;
2290
2291         /*
2292          * With swappiness at 100, anonymous and file have the same priority.
2293          * This scanning priority is essentially the inverse of IO cost.
2294          */
2295         anon_prio = swappiness;
2296         file_prio = 200 - anon_prio;
2297
2298         /*
2299          * OK, so we have swap space and a fair amount of page cache
2300          * pages.  We use the recently rotated / recently scanned
2301          * ratios to determine how valuable each cache is.
2302          *
2303          * Because workloads change over time (and to avoid overflow)
2304          * we keep these statistics as a floating average, which ends
2305          * up weighing recent references more than old ones.
2306          *
2307          * anon in [0], file in [1]
2308          */
2309
2310         anon  = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_ANON, MAX_NR_ZONES) +
2311                 lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON, MAX_NR_ZONES);
2312         file  = lruvec_lru_size(lruvec, LRU_ACTIVE_FILE, MAX_NR_ZONES) +
2313                 lruvec_lru_size(lruvec, LRU_INACTIVE_FILE, MAX_NR_ZONES);
2314
2315         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2316         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[0] > anon / 4)) {
2317                 reclaim_stat->recent_scanned[0] /= 2;
2318                 reclaim_stat->recent_rotated[0] /= 2;
2319         }
2320
2321         if (unlikely(reclaim_stat->recent_scanned[1] > file / 4)) {
2322                 reclaim_stat->recent_scanned[1] /= 2;
2323                 reclaim_stat->recent_rotated[1] /= 2;
2324         }
2325
2326         /*
2327          * The amount of pressure on anon vs file pages is inversely
2328          * proportional to the fraction of recently scanned pages on
2329          * each list that were recently referenced and in active use.
2330          */
2331         ap = anon_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[0] + 1);
2332         ap /= reclaim_stat->recent_rotated[0] + 1;
2333
2334         fp = file_prio * (reclaim_stat->recent_scanned[1] + 1);
2335         fp /= reclaim_stat->recent_rotated[1] + 1;
2336         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2337
2338         fraction[0] = ap;
2339         fraction[1] = fp;
2340         denominator = ap + fp + 1;
2341 out:
2342         for_each_evictable_lru(lru) {
2343                 int file = is_file_lru(lru);
2344                 unsigned long lruvec_size;
2345                 unsigned long scan;
2346                 unsigned long protection;
2347
2348                 lruvec_size = lruvec_lru_size(lruvec, lru, sc->reclaim_idx);
2349                 protection = mem_cgroup_protection(memcg,
2350                                                    sc->memcg_low_reclaim);
2351
2352                 if (protection) {
2353                         /*
2354                          * Scale a cgroup's reclaim pressure by proportioning
2355                          * its current usage to its memory.low or memory.min
2356                          * setting.
2357                          *
2358                          * This is important, as otherwise scanning aggression
2359                          * becomes extremely binary -- from nothing as we
2360                          * approach the memory protection threshold, to totally
2361                          * nominal as we exceed it.  This results in requiring
2362                          * setting extremely liberal protection thresholds. It
2363                          * also means we simply get no protection at all if we
2364                          * set it too low, which is not ideal.
2365                          *
2366                          * If there is any protection in place, we reduce scan
2367                          * pressure by how much of the total memory used is
2368                          * within protection thresholds.
2369                          *
2370                          * There is one special case: in the first reclaim pass,
2371                          * we skip over all groups that are within their low
2372                          * protection. If that fails to reclaim enough pages to
2373                          * satisfy the reclaim goal, we come back and override
2374                          * the best-effort low protection. However, we still
2375                          * ideally want to honor how well-behaved groups are in
2376                          * that case instead of simply punishing them all
2377                          * equally. As such, we reclaim them based on how much
2378                          * memory they are using, reducing the scan pressure
2379                          * again by how much of the total memory used is under
2380                          * hard protection.
2381                          */
2382                         unsigned long cgroup_size = mem_cgroup_size(memcg);
2383
2384                         /* Avoid TOCTOU with earlier protection check */
2385                         cgroup_size = max(cgroup_size, protection);
2386
2387                         scan = lruvec_size - lruvec_size * protection /
2388                                 cgroup_size;
2389
2390                         /*
2391                          * Minimally target SWAP_CLUSTER_MAX pages to keep
2392                          * reclaim moving forwards, avoiding decremeting
2393                          * sc->priority further than desirable.
2394                          */
2395                         scan = max(scan, SWAP_CLUSTER_MAX);
2396                 } else {
2397                         scan = lruvec_size;
2398                 }
2399
2400                 scan >>= sc->priority;
2401
2402                 /*
2403                  * If the cgroup's already been deleted, make sure to
2404                  * scrape out the remaining cache.
2405                  */
2406                 if (!scan && !mem_cgroup_online(memcg))
2407                         scan = min(lruvec_size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2408
2409                 switch (scan_balance) {
2410                 case SCAN_EQUAL:
2411                         /* Scan lists relative to size */
2412                         break;
2413                 case SCAN_FRACT:
2414                         /*
2415                          * Scan types proportional to swappiness and
2416                          * their relative recent reclaim efficiency.
2417                          * Make sure we don't miss the last page on
2418                          * the offlined memory cgroups because of a
2419                          * round-off error.
2420                          */
2421                         scan = mem_cgroup_online(memcg) ?
2422                                div64_u64(scan * fraction[file], denominator) :
2423                                DIV64_U64_ROUND_UP(scan * fraction[file],
2424                                                   denominator);
2425                         break;
2426                 case SCAN_FILE:
2427                 case SCAN_ANON:
2428                         /* Scan one type exclusively */
2429                         if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file)
2430                                 scan = 0;
2431                         break;
2432                 default:
2433                         /* Look ma, no brain */
2434                         BUG();
2435                 }
2436
2437                 nr[lru] = scan;
2438         }
2439 }
2440
2441 static void shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2442 {
2443         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2444         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2445         unsigned long nr_to_scan;
2446         enum lru_list lru;
2447         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2448         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2449         struct blk_plug plug;
2450         bool scan_adjusted;
2451
2452         get_scan_count(lruvec, sc, nr);
2453
2454         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2455         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2456
2457         /*
2458          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2459          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2460          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2461          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2462          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2463          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2464          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2465          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2466          * dropped to zero at the first pass.
2467          */
2468         scan_adjusted = (!cgroup_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2469                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2470
2471         blk_start_plug(&plug);
2472         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2473                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2474                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2475                 unsigned long nr_scanned;
2476
2477                 for_each_evictable_lru(lru) {
2478                         if (nr[lru]) {
2479                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2480                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2481
2482                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2483                                                             lruvec, sc);
2484                         }
2485                 }
2486
2487                 cond_resched();
2488
2489                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2490                         continue;
2491
2492                 /*
2493                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2494                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2495                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2496                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2497                  * proportional to the original scan target.
2498                  */
2499                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2500                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2501
2502                 /*
2503                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2504                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2505                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2506                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2507                  */
2508                 if (!nr_file || !nr_anon)
2509                         break;
2510
2511                 if (nr_file > nr_anon) {
2512                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2513                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2514                         lru = LRU_BASE;
2515                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2516                 } else {
2517                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2518                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2519                         lru = LRU_FILE;
2520                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2521                 }
2522
2523                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2524                 nr[lru] = 0;
2525                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2526
2527                 /*
2528                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2529                  * scan target and the percentage scanning already complete
2530                  */
2531                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2532                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2533                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2534                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2535
2536                 lru += LRU_ACTIVE;
2537                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2538                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2539                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2540
2541                 scan_adjusted = true;
2542         }
2543         blk_finish_plug(&plug);
2544         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2545
2546         /*
2547          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2548          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2549          */
2550         if (total_swap_pages && inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
2551                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2552                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2553 }
2554
2555 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2556 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2557 {
2558         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2559                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2560                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2561                 return true;
2562
2563         return false;
2564 }
2565
2566 /*
2567  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2568  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2569  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2570  * calls try_to_compact_zone() that it will have enough free pages to succeed.
2571  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2572  */
2573 static inline bool should_continue_reclaim(struct pglist_data *pgdat,
2574                                         unsigned long nr_reclaimed,
2575                                         struct scan_control *sc)
2576 {
2577         unsigned long pages_for_compaction;
2578         unsigned long inactive_lru_pages;
2579         int z;
2580
2581         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2582         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2583                 return false;
2584
2585         /*
2586          * Stop if we failed to reclaim any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX
2587          * number of pages that were scanned. This will return to the caller
2588          * with the risk reclaim/compaction and the resulting allocation attempt
2589          * fails. In the past we have tried harder for __GFP_RETRY_MAYFAIL
2590          * allocations through requiring that the full LRU list has been scanned
2591          * first, by assuming that zero delta of sc->nr_scanned means full LRU
2592          * scan, but that approximation was wrong, and there were corner cases
2593          * where always a non-zero amount of pages were scanned.
2594          */
2595         if (!nr_reclaimed)
2596                 return false;
2597
2598         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2599         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
2600                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2601                 if (!managed_zone(zone))
2602                         continue;
2603
2604                 switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx)) {
2605                 case COMPACT_SUCCESS:
2606                 case COMPACT_CONTINUE:
2607                         return false;
2608                 default:
2609                         /* check next zone */
2610                         ;
2611                 }
2612         }
2613
2614         /*
2615          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2616          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2617          */
2618         pages_for_compaction = compact_gap(sc->order);
2619         inactive_lru_pages = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2620         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2621                 inactive_lru_pages += node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2622
2623         return inactive_lru_pages > pages_for_compaction;
2624 }
2625
2626 static void shrink_node_memcgs(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2627 {
2628         struct mem_cgroup *target_memcg = sc->target_mem_cgroup;
2629         struct mem_cgroup *memcg;
2630
2631         memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, NULL, NULL);
2632         do {
2633                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
2634                 unsigned long reclaimed;
2635                 unsigned long scanned;
2636
2637                 switch (mem_cgroup_protected(target_memcg, memcg)) {
2638                 case MEMCG_PROT_MIN:
2639                         /*
2640                          * Hard protection.
2641                          * If there is no reclaimable memory, OOM.
2642                          */
2643                         continue;
2644                 case MEMCG_PROT_LOW:
2645                         /*
2646                          * Soft protection.
2647                          * Respect the protection only as long as
2648                          * there is an unprotected supply
2649                          * of reclaimable memory from other cgroups.
2650                          */
2651                         if (!sc->memcg_low_reclaim) {
2652                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
2653                                 continue;
2654                         }
2655                         memcg_memory_event(memcg, MEMCG_LOW);
2656                         break;
2657                 case MEMCG_PROT_NONE:
2658                         /*
2659                          * All protection thresholds breached. We may
2660                          * still choose to vary the scan pressure
2661                          * applied based on by how much the cgroup in
2662                          * question has exceeded its protection
2663                          * thresholds (see get_scan_count).
2664                          */
2665                         break;
2666                 }
2667
2668                 reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2669                 scanned = sc->nr_scanned;
2670
2671                 shrink_lruvec(lruvec, sc);
2672
2673                 shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id, memcg,
2674                             sc->priority);
2675
2676                 /* Record the group's reclaim efficiency */
2677                 vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
2678                            sc->nr_scanned - scanned,
2679                            sc->nr_reclaimed - reclaimed);
2680
2681         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, memcg, NULL)));
2682 }
2683
2684 static void shrink_node(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2685 {
2686         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2687         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
2688         struct lruvec *target_lruvec;
2689         bool reclaimable = false;
2690         unsigned long file;
2691
2692         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup, pgdat);
2693
2694 again:
2695         memset(&sc->nr, 0, sizeof(sc->nr));
2696
2697         nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2698         nr_scanned = sc->nr_scanned;
2699
2700         /*
2701          * Target desirable inactive:active list ratios for the anon
2702          * and file LRU lists.
2703          */
2704         if (!sc->force_deactivate) {
2705                 unsigned long refaults;
2706
2707                 if (inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
2708                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_ANON;
2709                 else
2710                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_ANON;
2711
2712                 /*
2713                  * When refaults are being observed, it means a new
2714                  * workingset is being established. Deactivate to get
2715                  * rid of any stale active pages quickly.
2716                  */
2717                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
2718                                              WORKINGSET_ACTIVATE);
2719                 if (refaults != target_lruvec->refaults ||
2720                     inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_FILE))
2721                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_FILE;
2722                 else
2723                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_FILE;
2724         } else
2725                 sc->may_deactivate = DEACTIVATE_ANON | DEACTIVATE_FILE;
2726
2727         /*
2728          * If we have plenty of inactive file pages that aren't
2729          * thrashing, try to reclaim those first before touching
2730          * anonymous pages.
2731          */
2732         file = lruvec_page_state(target_lruvec, NR_INACTIVE_FILE);
2733         if (file >> sc->priority && !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_FILE))
2734                 sc->cache_trim_mode = 1;
2735         else
2736                 sc->cache_trim_mode = 0;
2737
2738         /*
2739          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
2740          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
2741          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
2742          * shrinks, so does the window for rotation from references.
2743          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
2744          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
2745          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
2746          */
2747         if (!cgroup_reclaim(sc)) {
2748                 unsigned long total_high_wmark = 0;
2749                 unsigned long free, anon;
2750                 int z;
2751
2752                 free = sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_FREE_PAGES);
2753                 file = node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
2754                            node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2755
2756                 for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++) {
2757                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2758                         if (!managed_zone(zone))
2759                                 continue;
2760
2761                         total_high_wmark += high_wmark_pages(zone);
2762                 }
2763
2764                 /*
2765                  * Consider anon: if that's low too, this isn't a
2766                  * runaway file reclaim problem, but rather just
2767                  * extreme pressure. Reclaim as per usual then.
2768                  */
2769                 anon = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2770
2771                 sc->file_is_tiny =
2772                         file + free <= total_high_wmark &&
2773                         !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_ANON) &&
2774                         anon >> sc->priority;
2775         }
2776
2777         shrink_node_memcgs(pgdat, sc);
2778
2779         if (reclaim_state) {
2780                 sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2781                 reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2782         }
2783
2784         /* Record the subtree's reclaim efficiency */
2785         vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
2786                    sc->nr_scanned - nr_scanned,
2787                    sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2788
2789         if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
2790                 reclaimable = true;
2791
2792         if (current_is_kswapd()) {
2793                 /*
2794                  * If reclaim is isolating dirty pages under writeback,
2795                  * it implies that the long-lived page allocation rate
2796                  * is exceeding the page laundering rate. Either the
2797                  * global limits are not being effective at throttling
2798                  * processes due to the page distribution throughout
2799                  * zones or there is heavy usage of a slow backing
2800                  * device. The only option is to throttle from reclaim
2801                  * context which is not ideal as there is no guarantee
2802                  * the dirtying process is throttled in the same way
2803                  * balance_dirty_pages() manages.
2804                  *
2805                  * Once a node is flagged PGDAT_WRITEBACK, kswapd will
2806                  * count the number of pages under pages flagged for
2807                  * immediate reclaim and stall if any are encountered
2808                  * in the nr_immediate check below.
2809                  */
2810                 if (sc->nr.writeback && sc->nr.writeback == sc->nr.taken)
2811                         set_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
2812
2813                 /* Allow kswapd to start writing pages during reclaim.*/
2814                 if (sc->nr.unqueued_dirty == sc->nr.file_taken)
2815                         set_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
2816
2817                 /*
2818                  * If kswapd scans pages marked marked for immediate
2819                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it
2820                  * implies that pages are cycling through the LRU
2821                  * faster than they are written so also forcibly stall.
2822                  */
2823                 if (sc->nr.immediate)
2824                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
2825         }
2826
2827         /*
2828          * Tag a node/memcg as congested if all the dirty pages
2829          * scanned were backed by a congested BDI and
2830          * wait_iff_congested will stall.
2831          *
2832          * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
2833          * stalling in wait_iff_congested().
2834          */
2835         if ((current_is_kswapd() ||
2836              (cgroup_reclaim(sc) && writeback_throttling_sane(sc))) &&
2837             sc->nr.dirty && sc->nr.dirty == sc->nr.congested)
2838                 set_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags);
2839
2840         /*
2841          * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs
2842          * and node is congested. Allow kswapd to continue until it
2843          * starts encountering unqueued dirty pages or cycling through
2844          * the LRU too quickly.
2845          */
2846         if (!current_is_kswapd() && current_may_throttle() &&
2847             !sc->hibernation_mode &&
2848             test_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags))
2849                 wait_iff_congested(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
2850
2851         if (should_continue_reclaim(pgdat, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2852                                     sc))
2853                 goto again;
2854
2855         /*
2856          * Kswapd gives up on balancing particular nodes after too
2857          * many failures to reclaim anything from them and goes to
2858          * sleep. On reclaim progress, reset the failure counter. A
2859          * successful direct reclaim run will revive a dormant kswapd.
2860          */
2861         if (reclaimable)
2862                 pgdat->kswapd_failures = 0;
2863 }
2864
2865 /*
2866  * Returns true if compaction should go ahead for a costly-order request, or
2867  * the allocation would already succeed without compaction. Return false if we
2868  * should reclaim first.
2869  */
2870 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2871 {
2872         unsigned long watermark;
2873         enum compact_result suitable;
2874
2875         suitable = compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx);
2876         if (suitable == COMPACT_SUCCESS)
2877                 /* Allocation should succeed already. Don't reclaim. */
2878                 return true;
2879         if (suitable == COMPACT_SKIPPED)
2880                 /* Compaction cannot yet proceed. Do reclaim. */
2881                 return false;
2882
2883         /*
2884          * Compaction is already possible, but it takes time to run and there
2885          * are potentially other callers using the pages just freed. So proceed
2886          * with reclaim to make a buffer of free pages available to give
2887          * compaction a reasonable chance of completing and allocating the page.
2888          * Note that we won't actually reclaim the whole buffer in one attempt
2889          * as the target watermark in should_continue_reclaim() is lower. But if
2890          * we are already above the high+gap watermark, don't reclaim at all.
2891          */
2892         watermark = high_wmark_pages(zone) + compact_gap(sc->order);
2893
2894         return zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, sc->reclaim_idx);
2895 }
2896
2897 /*
2898  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2899  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2900  * request.
2901  *
2902  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2903  * scan then give up on it.
2904  */
2905 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2906 {
2907         struct zoneref *z;
2908         struct zone *zone;
2909         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2910         unsigned long nr_soft_scanned;
2911         gfp_t orig_mask;
2912         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
2913
2914         /*
2915          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2916          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2917          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2918          */
2919         orig_mask = sc->gfp_mask;
2920         if (buffer_heads_over_limit) {
2921                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2922                 sc->reclaim_idx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
2923         }
2924
2925         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2926                                         sc->reclaim_idx, sc->nodemask) {
2927                 /*
2928                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2929                  * to global LRU.
2930                  */
2931                 if (!cgroup_reclaim(sc)) {
2932                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
2933                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
2934                                 continue;
2935
2936                         /*
2937                          * If we already have plenty of memory free for
2938                          * compaction in this zone, don't free any more.
2939                          * Even though compaction is invoked for any
2940                          * non-zero order, only frequent costly order
2941                          * reclamation is disruptive enough to become a
2942                          * noticeable problem, like transparent huge
2943                          * page allocations.
2944                          */
2945                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
2946                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
2947                             compaction_ready(zone, sc)) {
2948                                 sc->compaction_ready = true;
2949                                 continue;
2950                         }
2951
2952                         /*
2953                          * Shrink each node in the zonelist once. If the
2954                          * zonelist is ordered by zone (not the default) then a
2955                          * node may be shrunk multiple times but in that case
2956                          * the user prefers lower zones being preserved.
2957                          */
2958                         if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2959                                 continue;
2960
2961                         /*
2962                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
2963                          * and returns the number of reclaimed pages and
2964                          * scanned pages. This works for global memory pressure
2965                          * and balancing, not for a memcg's limit.
2966                          */
2967                         nr_soft_scanned = 0;
2968                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone->zone_pgdat,
2969                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
2970                                                 &nr_soft_scanned);
2971                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2972                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
2973                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
2974                 }
2975
2976                 /* See comment about same check for global reclaim above */
2977                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2978                         continue;
2979                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
2980                 shrink_node(zone->zone_pgdat, sc);
2981         }
2982
2983         /*
2984          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
2985          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
2986          */
2987         sc->gfp_mask = orig_mask;
2988 }
2989
2990 static void snapshot_refaults(struct mem_cgroup *target_memcg, pg_data_t *pgdat)
2991 {
2992         struct lruvec *target_lruvec;
2993         unsigned long refaults;
2994
2995         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(target_memcg, pgdat);
2996         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE);
2997         target_lruvec->refaults = refaults;
2998 }
2999
3000 /*
3001  * This is the main entry point to direct page reclaim.
3002  *
3003  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
3004  * are "out of memory" and something needs to be killed.
3005  *
3006  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
3007  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
3008  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
3009  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
3010  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
3011  * work, and the allocation attempt will fail.
3012  *
3013  * returns:     0, if no pages reclaimed
3014  *              else, the number of pages reclaimed
3015  */
3016 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
3017                                           struct scan_control *sc)
3018 {
3019         int initial_priority = sc->priority;
3020         pg_data_t *last_pgdat;
3021         struct zoneref *z;
3022         struct zone *zone;
3023 retry:
3024         delayacct_freepages_start();
3025
3026         if (!cgroup_reclaim(sc))
3027                 __count_zid_vm_events(ALLOCSTALL, sc->reclaim_idx, 1);
3028
3029         do {
3030                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
3031                                 sc->priority);
3032                 sc->nr_scanned = 0;
3033                 shrink_zones(zonelist, sc);
3034
3035                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
3036                         break;
3037
3038                 if (sc->compaction_ready)
3039                         break;
3040
3041                 /*
3042                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
3043                  * writepage even in laptop mode.
3044                  */
3045                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
3046                         sc->may_writepage = 1;
3047         } while (--sc->priority >= 0);
3048
3049         last_pgdat = NULL;
3050         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, sc->reclaim_idx,
3051                                         sc->nodemask) {
3052                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3053                         continue;
3054                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3055
3056                 snapshot_refaults(sc->target_mem_cgroup, zone->zone_pgdat);
3057
3058                 if (cgroup_reclaim(sc)) {
3059                         struct lruvec *lruvec;
3060
3061                         lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup,
3062                                                    zone->zone_pgdat);
3063                         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
3064                 }
3065         }
3066
3067         delayacct_freepages_end();
3068
3069         if (sc->nr_reclaimed)
3070                 return sc->nr_reclaimed;
3071
3072         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
3073         if (sc->compaction_ready)
3074                 return 1;
3075
3076         /*
3077          * We make inactive:active ratio decisions based on the node's
3078          * composition of memory, but a restrictive reclaim_idx or a
3079          * memory.low cgroup setting can exempt large amounts of
3080          * memory from reclaim. Neither of which are very common, so
3081          * instead of doing costly eligibility calculations of the
3082          * entire cgroup subtree up front, we assume the estimates are
3083          * good, and retry with forcible deactivation if that fails.
3084          */
3085         if (sc->skipped_deactivate) {
3086                 sc->priority = initial_priority;
3087                 sc->force_deactivate = 1;
3088                 sc->skipped_deactivate = 0;
3089                 goto retry;
3090         }
3091
3092         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
3093         if (sc->memcg_low_skipped) {
3094                 sc->priority = initial_priority;
3095                 sc->force_deactivate = 0;
3096                 sc->memcg_low_reclaim = 1;
3097                 sc->memcg_low_skipped = 0;
3098                 goto retry;
3099         }
3100
3101         return 0;
3102 }
3103
3104 static bool allow_direct_reclaim(pg_data_t *pgdat)
3105 {
3106         struct zone *zone;
3107         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
3108         unsigned long free_pages = 0;
3109         int i;
3110         bool wmark_ok;
3111
3112         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3113                 return true;
3114
3115         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
3116                 zone = &pgdat->node_zones[i];
3117                 if (!managed_zone(zone))
3118                         continue;
3119
3120                 if (!zone_reclaimable_pages(zone))
3121                         continue;
3122
3123                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
3124                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
3125         }
3126
3127         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
3128         if (!pfmemalloc_reserve)
3129                 return true;
3130
3131         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
3132
3133         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
3134         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
3135                 if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_classzone_idx) > ZONE_NORMAL)
3136                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_classzone_idx, ZONE_NORMAL);
3137
3138                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3139         }
3140
3141         return wmark_ok;
3142 }
3143
3144 /*
3145  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
3146  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
3147  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
3148  * when the low watermark is reached.
3149  *
3150  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
3151  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
3152  */
3153 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
3154                                         nodemask_t *nodemask)
3155 {
3156         struct zoneref *z;
3157         struct zone *zone;
3158         pg_data_t *pgdat = NULL;
3159
3160         /*
3161          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
3162          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
3163          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
3164          * committing a transaction where throttling it could forcing other
3165          * processes to block on log_wait_commit().
3166          */
3167         if (current->flags & PF_KTHREAD)
3168                 goto out;
3169
3170         /*
3171          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
3172          * It should return quickly so it can exit and free its memory
3173          */
3174         if (fatal_signal_pending(current))
3175                 goto out;
3176
3177         /*
3178          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
3179          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
3180          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
3181          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
3182          *
3183          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
3184          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
3185          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
3186          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
3187          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
3188          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
3189          * should make reasonable progress.
3190          */
3191         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
3192                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
3193                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
3194                         continue;
3195
3196                 /* Throttle based on the first usable node */
3197                 pgdat = zone->zone_pgdat;
3198                 if (allow_direct_reclaim(pgdat))
3199                         goto out;
3200                 break;
3201         }
3202
3203         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
3204         if (!pgdat)
3205                 goto out;
3206
3207         /* Account for the throttling */
3208         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
3209
3210         /*
3211          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
3212          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
3213          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
3214          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
3215          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
3216          * second before continuing.
3217          */
3218         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
3219                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
3220                         allow_direct_reclaim(pgdat), HZ);
3221
3222                 goto check_pending;
3223         }
3224
3225         /* Throttle until kswapd wakes the process */
3226         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
3227                 allow_direct_reclaim(pgdat));
3228
3229 check_pending:
3230         if (fatal_signal_pending(current))
3231                 return true;
3232
3233 out:
3234         return false;
3235 }
3236
3237 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
3238                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3239 {
3240         unsigned long nr_reclaimed;
3241         struct scan_control sc = {
3242                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3243                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
3244                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
3245                 .order = order,
3246                 .nodemask = nodemask,
3247                 .priority = DEF_PRIORITY,
3248                 .may_writepage = !laptop_mode,
3249                 .may_unmap = 1,
3250                 .may_swap = 1,
3251         };
3252
3253         /*
3254          * scan_control uses s8 fields for order, priority, and reclaim_idx.
3255          * Confirm they are large enough for max values.
3256          */
3257         BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER > S8_MAX);
3258         BUILD_BUG_ON(DEF_PRIORITY > S8_MAX);
3259         BUILD_BUG_ON(MAX_NR_ZONES > S8_MAX);
3260
3261         /*
3262          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
3263          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
3264          * point.
3265          */
3266         if (throttle_direct_reclaim(sc.gfp_mask, zonelist, nodemask))
3267                 return 1;
3268
3269         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3270         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order, sc.gfp_mask);
3271
3272         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3273
3274         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
3275         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3276
3277         return nr_reclaimed;
3278 }
3279
3280 #ifdef CONFIG_MEMCG
3281
3282 /* Only used by soft limit reclaim. Do not reuse for anything else. */
3283 unsigned long mem_cgroup_shrink_node(struct mem_cgroup *memcg,
3284                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
3285                                                 pg_data_t *pgdat,
3286                                                 unsigned long *nr_scanned)
3287 {
3288         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3289         struct scan_control sc = {
3290                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3291                 .target_mem_cgroup = memcg,
3292                 .may_writepage = !laptop_mode,
3293                 .may_unmap = 1,
3294                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3295                 .may_swap = !noswap,
3296         };
3297
3298         WARN_ON_ONCE(!current->reclaim_state);
3299
3300         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
3301                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
3302
3303         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
3304                                                       sc.gfp_mask);
3305
3306         /*
3307          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
3308          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
3309          * if we don't reclaim here, the shrink_node from balance_pgdat
3310          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
3311          * the priority and make it zero.
3312          */
3313         shrink_lruvec(lruvec, &sc);
3314
3315         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
3316
3317         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
3318
3319         return sc.nr_reclaimed;
3320 }
3321
3322 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
3323                                            unsigned long nr_pages,
3324                                            gfp_t gfp_mask,
3325                                            bool may_swap)
3326 {
3327         unsigned long nr_reclaimed;
3328         unsigned long pflags;
3329         unsigned int noreclaim_flag;
3330         struct scan_control sc = {
3331                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3332                 .gfp_mask = (current_gfp_context(gfp_mask) & GFP_RECLAIM_MASK) |
3333                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
3334                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3335                 .target_mem_cgroup = memcg,
3336                 .priority = DEF_PRIORITY,
3337                 .may_writepage = !laptop_mode,
3338                 .may_unmap = 1,
3339                 .may_swap = may_swap,
3340         };
3341         /*
3342          * Traverse the ZONELIST_FALLBACK zonelist of the current node to put
3343          * equal pressure on all the nodes. This is based on the assumption that
3344          * the reclaim does not bail out early.
3345          */
3346         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3347
3348         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3349
3350         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0, sc.gfp_mask);
3351
3352         psi_memstall_enter(&pflags);
3353         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3354
3355         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3356
3357         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3358         psi_memstall_leave(&pflags);
3359
3360         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
3361         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3362
3363         return nr_reclaimed;
3364 }
3365 #endif
3366
3367 static void age_active_anon(struct pglist_data *pgdat,
3368                                 struct scan_control *sc)
3369 {
3370         struct mem_cgroup *memcg;
3371         struct lruvec *lruvec;
3372
3373         if (!total_swap_pages)
3374                 return;
3375
3376         lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
3377         if (!inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
3378                 return;
3379
3380         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
3381         do {
3382                 lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3383                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
3384                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
3385                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
3386         } while (memcg);
3387 }
3388
3389 static bool pgdat_watermark_boosted(pg_data_t *pgdat, int classzone_idx)
3390 {
3391         int i;
3392         struct zone *zone;
3393
3394         /*
3395          * Check for watermark boosts top-down as the higher zones
3396          * are more likely to be boosted. Both watermarks and boosts
3397          * should not be checked at the time time as reclaim would
3398          * start prematurely when there is no boosting and a lower
3399          * zone is balanced.
3400          */
3401         for (i = classzone_idx; i >= 0; i--) {
3402                 zone = pgdat->node_zones + i;
3403                 if (!managed_zone(zone))
3404                         continue;
3405
3406                 if (zone->watermark_boost)
3407                         return true;
3408         }
3409
3410         return false;
3411 }
3412
3413 /*
3414  * Returns true if there is an eligible zone balanced for the request order
3415  * and classzone_idx
3416  */
3417 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3418 {
3419         int i;
3420         unsigned long mark = -1;
3421         struct zone *zone;
3422
3423         /*
3424          * Check watermarks bottom-up as lower zones are more likely to
3425          * meet watermarks.
3426          */
3427         for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
3428                 zone = pgdat->node_zones + i;
3429
3430                 if (!managed_zone(zone))
3431                         continue;
3432
3433                 mark = high_wmark_pages(zone);
3434                 if (zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, classzone_idx))
3435                         return true;
3436         }
3437
3438         /*
3439          * If a node has no populated zone within classzone_idx, it does not
3440          * need balancing by definition. This can happen if a zone-restricted
3441          * allocation tries to wake a remote kswapd.
3442          */
3443         if (mark == -1)
3444                 return true;
3445
3446         return false;
3447 }
3448
3449 /* Clear pgdat state for congested, dirty or under writeback. */
3450 static void clear_pgdat_congested(pg_data_t *pgdat)
3451 {
3452         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
3453
3454         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
3455         clear_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
3456         clear_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
3457 }
3458
3459 /*
3460  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
3461  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
3462  *
3463  * Returns true if kswapd is ready to sleep
3464  */
3465 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3466 {
3467         /*
3468          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
3469          * soon as allow_direct_reclaim() is true. But there is a potential
3470          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
3471          * throttled. There is also a potential race if processes get
3472          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
3473          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
3474          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
3475          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
3476          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
3477          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
3478          * that here we are under prepare_to_wait().
3479          */
3480         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
3481                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3482
3483         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim */
3484         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3485                 return true;
3486
3487         if (pgdat_balanced(pgdat, order, classzone_idx)) {
3488                 clear_pgdat_congested(pgdat);
3489                 return true;
3490         }
3491
3492         return false;
3493 }
3494
3495 /*
3496  * kswapd shrinks a node of pages that are at or below the highest usable
3497  * zone that is currently unbalanced.
3498  *
3499  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
3500  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
3501  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
3502  */
3503 static bool kswapd_shrink_node(pg_data_t *pgdat,
3504                                struct scan_control *sc)
3505 {
3506         struct zone *zone;
3507         int z;
3508
3509         /* Reclaim a number of pages proportional to the number of zones */
3510         sc->nr_to_reclaim = 0;
3511         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
3512                 zone = pgdat->node_zones + z;
3513                 if (!managed_zone(zone))
3514                         continue;
3515
3516                 sc->nr_to_reclaim += max(high_wmark_pages(zone), SWAP_CLUSTER_MAX);
3517         }
3518
3519         /*
3520          * Historically care was taken to put equal pressure on all zones but
3521          * now pressure is applied based on node LRU order.
3522          */
3523         shrink_node(pgdat, sc);
3524
3525         /*
3526          * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced for
3527          * high-order allocations. If twice the allocation size has been
3528          * reclaimed then recheck watermarks only at order-0 to prevent
3529          * excessive reclaim. Assume that a process requested a high-order
3530          * can direct reclaim/compact.
3531          */
3532         if (sc->order && sc->nr_reclaimed >= compact_gap(sc->order))
3533                 sc->order = 0;
3534
3535         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
3536 }
3537
3538 /*
3539  * For kswapd, balance_pgdat() will reclaim pages across a node from zones
3540  * that are eligible for use by the caller until at least one zone is
3541  * balanced.
3542  *
3543  * Returns the order kswapd finished reclaiming at.
3544  *
3545  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
3546  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
3547  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), any page in that zone
3548  * or lower is eligible for reclaim until at least one usable zone is
3549  * balanced.
3550  */
3551 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
3552 {
3553         int i;
3554         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3555         unsigned long nr_soft_scanned;
3556         unsigned long pflags;
3557         unsigned long nr_boost_reclaim;
3558         unsigned long zone_boosts[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
3559         bool boosted;
3560         struct zone *zone;
3561         struct scan_control sc = {
3562                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3563                 .order = order,
3564                 .may_unmap = 1,
3565         };
3566
3567         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3568         psi_memstall_enter(&pflags);
3569         __fs_reclaim_acquire();
3570
3571         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3572
3573         /*
3574          * Account for the reclaim boost. Note that the zone boost is left in
3575          * place so that parallel allocations that are near the watermark will
3576          * stall or direct reclaim until kswapd is finished.
3577          */
3578         nr_boost_reclaim = 0;
3579         for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
3580                 zone = pgdat->node_zones + i;
3581                 if (!managed_zone(zone))
3582                         continue;
3583
3584                 nr_boost_reclaim += zone->watermark_boost;
3585                 zone_boosts[i] = zone->watermark_boost;
3586         }
3587         boosted = nr_boost_reclaim;
3588
3589 restart:
3590         sc.priority = DEF_PRIORITY;
3591         do {
3592                 unsigned long nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed;
3593                 bool raise_priority = true;
3594                 bool balanced;
3595                 bool ret;
3596
3597                 sc.reclaim_idx = classzone_idx;
3598
3599                 /*
3600                  * If the number of buffer_heads exceeds the maximum allowed
3601                  * then consider reclaiming from all zones. This has a dual
3602                  * purpose -- on 64-bit systems it is expected that
3603                  * buffer_heads are stripped during active rotation. On 32-bit
3604                  * systems, highmem pages can pin lowmem memory and shrinking
3605                  * buffers can relieve lowmem pressure. Reclaim may still not
3606                  * go ahead if all eligible zones for the original allocation
3607                  * request are balanced to avoid excessive reclaim from kswapd.
3608                  */
3609                 if (buffer_heads_over_limit) {
3610                         for (i = MAX_NR_ZONES - 1; i >= 0; i--) {
3611                                 zone = pgdat->node_zones + i;
3612                                 if (!managed_zone(zone))
3613                                         continue;
3614
3615                                 sc.reclaim_idx = i;
3616                                 break;
3617                         }
3618                 }
3619
3620                 /*
3621                  * If the pgdat is imbalanced then ignore boosting and preserve
3622                  * the watermarks for a later time and restart. Note that the
3623                  * zone watermarks will be still reset at the end of balancing
3624                  * on the grounds that the normal reclaim should be enough to
3625                  * re-evaluate if boosting is required when kswapd next wakes.
3626                  */
3627                 balanced = pgdat_balanced(pgdat, sc.order, classzone_idx);
3628                 if (!balanced && nr_boost_reclaim) {
3629                         nr_boost_reclaim = 0;
3630                         goto restart;
3631                 }
3632
3633                 /*
3634                  * If boosting is not active then only reclaim if there are no
3635                  * eligible zones. Note that sc.reclaim_idx is not used as
3636                  * buffer_heads_over_limit may have adjusted it.
3637                  */
3638                 if (!nr_boost_reclaim && balanced)
3639                         goto out;
3640
3641                 /* Limit the priority of boosting to avoid reclaim writeback */
3642                 if (nr_boost_reclaim && sc.priority == DEF_PRIORITY - 2)
3643                         raise_priority = false;
3644
3645                 /*
3646                  * Do not writeback or swap pages for boosted reclaim. The
3647                  * intent is to relieve pressure not issue sub-optimal IO
3648                  * from reclaim context. If no pages are reclaimed, the
3649                  * reclaim will be aborted.
3650                  */
3651                 sc.may_writepage = !laptop_mode && !nr_boost_reclaim;
3652                 sc.may_swap = !nr_boost_reclaim;
3653
3654                 /*
3655                  * Do some background aging of the anon list, to give
3656                  * pages a chance to be referenced before reclaiming. All
3657                  * pages are rotated regardless of classzone as this is
3658                  * about consistent aging.
3659                  */
3660                 age_active_anon(pgdat, &sc);
3661
3662                 /*
3663                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
3664                  * even in laptop mode.
3665                  */
3666                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
3667                         sc.may_writepage = 1;
3668
3669                 /* Call soft limit reclaim before calling shrink_node. */
3670                 sc.nr_scanned = 0;
3671                 nr_soft_scanned = 0;
3672                 nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(pgdat, sc.order,
3673                                                 sc.gfp_mask, &nr_soft_scanned);
3674                 sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3675
3676                 /*
3677                  * There should be no need to raise the scanning priority if
3678                  * enough pages are already being scanned that that high
3679                  * watermark would be met at 100% efficiency.
3680                  */
3681                 if (kswapd_shrink_node(pgdat, &sc))
3682                         raise_priority = false;
3683
3684                 /*
3685                  * If the low watermark is met there is no need for processes
3686                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
3687                  * able to safely make forward progress. Wake them
3688                  */
3689                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
3690                                 allow_direct_reclaim(pgdat))
3691                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3692
3693                 /* Check if kswapd should be suspending */
3694                 __fs_reclaim_release();
3695                 ret = try_to_freeze();
3696                 __fs_reclaim_acquire();
3697                 if (ret || kthread_should_stop())
3698                         break;
3699
3700                 /*
3701                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
3702                  * progress in reclaiming pages
3703                  */
3704                 nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed - nr_reclaimed;
3705                 nr_boost_reclaim -= min(nr_boost_reclaim, nr_reclaimed);
3706
3707                 /*
3708                  * If reclaim made no progress for a boost, stop reclaim as
3709                  * IO cannot be queued and it could be an infinite loop in
3710                  * extreme circumstances.
3711                  */
3712                 if (nr_boost_reclaim && !nr_reclaimed)
3713                         break;
3714
3715                 if (raise_priority || !nr_reclaimed)
3716                         sc.priority--;
3717         } while (sc.priority >= 1);
3718
3719         if (!sc.nr_reclaimed)
3720                 pgdat->kswapd_failures++;
3721
3722 out:
3723         /* If reclaim was boosted, account for the reclaim done in this pass */
3724         if (boosted) {
3725                 unsigned long flags;
3726
3727                 for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
3728                         if (!zone_boosts[i])
3729                                 continue;
3730
3731                         /* Increments are under the zone lock */
3732                         zone = pgdat->node_zones + i;
3733                         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3734                         zone->watermark_boost -= min(zone->watermark_boost, zone_boosts[i]);
3735                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3736                 }
3737
3738                 /*
3739                  * As there is now likely space, wakeup kcompact to defragment
3740                  * pageblocks.
3741                  */
3742                 wakeup_kcompactd(pgdat, pageblock_order, classzone_idx);
3743         }
3744
3745         snapshot_refaults(NULL, pgdat);
3746         __fs_reclaim_release();
3747         psi_memstall_leave(&pflags);
3748         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3749
3750         /*
3751          * Return the order kswapd stopped reclaiming at as
3752          * prepare_kswapd_sleep() takes it into account. If another caller
3753          * entered the allocator slow path while kswapd was awake, order will
3754          * remain at the higher level.
3755          */
3756         return sc.order;
3757 }
3758
3759 /*
3760  * The pgdat->kswapd_classzone_idx is used to pass the highest zone index to be
3761  * reclaimed by kswapd from the waker. If the value is MAX_NR_ZONES which is not
3762  * a valid index then either kswapd runs for first time or kswapd couldn't sleep
3763  * after previous reclaim attempt (node is still unbalanced). In that case
3764  * return the zone index of the previous kswapd reclaim cycle.
3765  */
3766 static enum zone_type kswapd_classzone_idx(pg_data_t *pgdat,
3767                                            enum zone_type prev_classzone_idx)
3768 {
3769         enum zone_type curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_classzone_idx);
3770
3771         return curr_idx == MAX_NR_ZONES ? prev_classzone_idx : curr_idx;
3772 }
3773
3774 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int alloc_order, int reclaim_order,
3775                                 unsigned int classzone_idx)
3776 {
3777         long remaining = 0;
3778         DEFINE_WAIT(wait);
3779
3780         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
3781                 return;
3782
3783         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3784
3785         /*
3786          * Try to sleep for a short interval. Note that kcompactd will only be
3787          * woken if it is possible to sleep for a short interval. This is
3788          * deliberate on the assumption that if reclaim cannot keep an
3789          * eligible zone balanced that it's also unlikely that compaction will
3790          * succeed.
3791          */
3792         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, classzone_idx)) {
3793                 /*
3794                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3795                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3796                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3797                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3798                  */
3799                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3800
3801                 /*
3802                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
3803                  * allocation of the requested order possible.
3804                  */
3805                 wakeup_kcompactd(pgdat, alloc_order, classzone_idx);
3806
3807                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
3808
3809                 /*
3810                  * If woken prematurely then reset kswapd_classzone_idx and
3811                  * order. The values will either be from a wakeup request or
3812                  * the previous request that slept prematurely.
3813                  */
3814                 if (remaining) {
3815                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_classzone_idx,
3816                                    kswapd_classzone_idx(pgdat, classzone_idx));
3817
3818                         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < reclaim_order)
3819                                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, reclaim_order);
3820                 }
3821
3822                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3823                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3824         }
3825
3826         /*
3827          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
3828          * go fully to sleep until explicitly woken up.
3829          */
3830         if (!remaining &&
3831             prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, classzone_idx)) {
3832                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
3833
3834                 /*
3835                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3836                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3837                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3838                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3839                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3840                  * them before going back to sleep.
3841                  */
3842                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3843
3844                 if (!kthread_should_stop())
3845                         schedule();
3846
3847                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3848         } else {
3849                 if (remaining)
3850                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3851                 else
3852                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3853         }
3854         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3855 }
3856
3857 /*
3858  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3859  * from the init process.
3860  *
3861  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3862  * free memory available even if there is no other activity
3863  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3864  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3865  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3866  *
3867  * If there are applications that are active memory-allocators
3868  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3869  */
3870 static int kswapd(void *p)
3871 {
3872         unsigned int alloc_order, reclaim_order;
3873         unsigned int classzone_idx = MAX_NR_ZONES - 1;
3874         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3875         struct task_struct *tsk = current;
3876         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3877
3878         if (!cpumask_empty(cpumask))
3879                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3880
3881         /*
3882          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3883          * and that if we need more memory we should get access to it
3884          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3885          * never get caught in the normal page freeing logic.
3886          *
3887          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3888          * you need a small amount of memory in order to be able to
3889          * page out something else, and this flag essentially protects
3890          * us from recursively trying to free more memory as we're
3891          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3892          */
3893         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3894         set_freezable();
3895
3896         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
3897         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_classzone_idx, MAX_NR_ZONES);
3898         for ( ; ; ) {
3899                 bool ret;
3900
3901                 alloc_order = reclaim_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
3902                 classzone_idx = kswapd_classzone_idx(pgdat, classzone_idx);
3903
3904 kswapd_try_sleep:
3905                 kswapd_try_to_sleep(pgdat, alloc_order, reclaim_order,
3906                                         classzone_idx);
3907
3908                 /* Read the new order and classzone_idx */
3909                 alloc_order = reclaim_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
3910                 classzone_idx = kswapd_classzone_idx(pgdat, classzone_idx);
3911                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
3912                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_classzone_idx, MAX_NR_ZONES);
3913
3914                 ret = try_to_freeze();
3915                 if (kthread_should_stop())
3916                         break;
3917
3918                 /*
3919                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3920                  * after returning from the refrigerator
3921                  */
3922                 if (ret)
3923                         continue;
3924
3925                 /*
3926                  * Reclaim begins at the requested order but if a high-order
3927                  * reclaim fails then kswapd falls back to reclaiming for
3928                  * order-0. If that happens, kswapd will consider sleeping
3929                  * for the order it finished reclaiming at (reclaim_order)
3930                  * but kcompactd is woken to compact for the original
3931                  * request (alloc_order).
3932                  */
3933                 trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, classzone_idx,
3934                                                 alloc_order);
3935                 reclaim_order = balance_pgdat(pgdat, alloc_order, classzone_idx);
3936                 if (reclaim_order < alloc_order)
3937                         goto kswapd_try_sleep;
3938         }
3939
3940         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3941
3942         return 0;
3943 }
3944
3945 /*
3946  * A zone is low on free memory or too fragmented for high-order memory.  If
3947  * kswapd should reclaim (direct reclaim is deferred), wake it up for the zone's
3948  * pgdat.  It will wake up kcompactd after reclaiming memory.  If kswapd reclaim
3949  * has failed or is not needed, still wake up kcompactd if only compaction is
3950  * needed.
3951  */
3952 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_flags, int order,
3953                    enum zone_type classzone_idx)
3954 {
3955         pg_data_t *pgdat;
3956         enum zone_type curr_idx;
3957
3958         if (!managed_zone(zone))
3959                 return;
3960
3961         if (!cpuset_zone_allowed(zone, gfp_flags))
3962                 return;
3963
3964         pgdat = zone->zone_pgdat;
3965         curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_classzone_idx);
3966
3967         if (curr_idx == MAX_NR_ZONES || curr_idx < classzone_idx)
3968                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_classzone_idx, classzone_idx);
3969
3970         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < order)
3971                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, order);
3972
3973         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
3974                 return;
3975
3976         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim if possible */
3977         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ||
3978             (pgdat_balanced(pgdat, order, classzone_idx) &&
3979              !pgdat_watermark_boosted(pgdat, classzone_idx))) {
3980                 /*
3981                  * There may be plenty of free memory available, but it's too
3982                  * fragmented for high-order allocations.  Wake up kcompactd
3983                  * and rely on compaction_suitable() to determine if it's
3984                  * needed.  If it fails, it will defer subsequent attempts to
3985                  * ratelimit its work.
3986                  */
3987                 if (!(gfp_flags & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3988                         wakeup_kcompactd(pgdat, order, classzone_idx);
3989                 return;
3990         }
3991
3992         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, classzone_idx, order,
3993                                       gfp_flags);
3994         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3995 }
3996
3997 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3998 /*
3999  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
4000  * freed pages.
4001  *
4002  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
4003  * LRU order by reclaiming preferentially
4004  * inactive > active > active referenced > active mapped
4005  */
4006 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
4007 {
4008         struct scan_control sc = {
4009                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
4010                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
4011                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
4012                 .priority = DEF_PRIORITY,
4013                 .may_writepage = 1,
4014                 .may_unmap = 1,
4015                 .may_swap = 1,
4016                 .hibernation_mode = 1,
4017         };
4018         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
4019         unsigned long nr_reclaimed;
4020         unsigned int noreclaim_flag;
4021
4022         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4023         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4024         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
4025
4026         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
4027
4028         set_task_reclaim_state(current, NULL);
4029         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4030         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4031
4032         return nr_reclaimed;
4033 }
4034 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
4035
4036 /*
4037  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
4038  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
4039  */
4040 int kswapd_run(int nid)
4041 {
4042         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4043         int ret = 0;
4044
4045         if (pgdat->kswapd)
4046                 return 0;
4047
4048         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
4049         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
4050                 /* failure at boot is fatal */
4051                 BUG_ON(system_state < SYSTEM_RUNNING);
4052                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
4053                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
4054                 pgdat->kswapd = NULL;
4055         }
4056         return ret;
4057 }
4058
4059 /*
4060  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
4061  * hold mem_hotplug_begin/end().
4062  */
4063 void kswapd_stop(int nid)
4064 {
4065         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
4066
4067         if (kswapd) {
4068                 kthread_stop(kswapd);
4069                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
4070         }
4071 }
4072
4073 static int __init kswapd_init(void)
4074 {
4075         int nid;
4076
4077         swap_setup();
4078         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
4079                 kswapd_run(nid);
4080         return 0;
4081 }
4082
4083 module_init(kswapd_init)
4084
4085 #ifdef CONFIG_NUMA
4086 /*
4087  * Node reclaim mode
4088  *
4089  * If non-zero call node_reclaim when the number of free pages falls below
4090  * the watermarks.
4091  */
4092 int node_reclaim_mode __read_mostly;
4093
4094 #define RECLAIM_WRITE (1<<0)    /* Writeout pages during reclaim */
4095 #define RECLAIM_UNMAP (1<<1)    /* Unmap pages during reclaim */
4096
4097 /*
4098  * Priority for NODE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
4099  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
4100  * a zone.
4101  */
4102 #define NODE_RECLAIM_PRIORITY 4
4103
4104 /*
4105  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for node_reclaim to
4106  * occur.
4107  */
4108 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
4109
4110 /*
4111  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
4112  * slab reclaim needs to occur.
4113  */
4114 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
4115
4116 static inline unsigned long node_unmapped_file_pages(struct pglist_data *pgdat)
4117 {
4118         unsigned long file_mapped = node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED);
4119         unsigned long file_lru = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
4120                 node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE);
4121
4122         /*
4123          * It's possible for there to be more file mapped pages than
4124          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
4125          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
4126          */
4127         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
4128 }
4129
4130 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
4131 static unsigned long node_pagecache_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
4132 {
4133         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
4134         unsigned long delta = 0;
4135
4136         /*
4137          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
4138          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
4139          * pages like swapcache and node_unmapped_file_pages() provides
4140          * a better estimate
4141          */
4142         if (node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
4143                 nr_pagecache_reclaimable = node_page_state(pgdat, NR_FILE_PAGES);
4144         else
4145                 nr_pagecache_reclaimable = node_unmapped_file_pages(pgdat);
4146
4147         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
4148         if (!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
4149                 delta += node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY);
4150
4151         /* Watch for any possible underflows due to delta */
4152         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
4153                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
4154
4155         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
4156 }
4157
4158 /*
4159  * Try to free up some pages from this node through reclaim.
4160  */
4161 static int __node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4162 {
4163         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
4164         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
4165         struct task_struct *p = current;
4166         unsigned int noreclaim_flag;
4167         struct scan_control sc = {
4168                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
4169                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
4170                 .order = order,
4171                 .priority = NODE_RECLAIM_PRIORITY,
4172                 .may_writepage = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
4173                 .may_unmap = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
4174                 .may_swap = 1,
4175                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
4176         };
4177
4178         trace_mm_vmscan_node_reclaim_begin(pgdat->node_id, order,
4179                                            sc.gfp_mask);
4180
4181         cond_resched();
4182         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4183         /*
4184          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
4185          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
4186          * and RECLAIM_UNMAP.
4187          */
4188         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4189         p->flags |= PF_SWAPWRITE;
4190         set_task_reclaim_state(p, &sc.reclaim_state);
4191
4192         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) > pgdat->min_unmapped_pages) {
4193                 /*
4194                  * Free memory by calling shrink node with increasing
4195                  * priorities until we have enough memory freed.
4196                  */
4197                 do {
4198                         shrink_node(pgdat, &sc);
4199                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
4200         }
4201
4202         set_task_reclaim_state(p, NULL);
4203         current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
4204         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4205         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4206
4207         trace_mm_vmscan_node_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
4208
4209         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
4210 }
4211
4212 int node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4213 {
4214         int ret;
4215
4216         /*
4217          * Node reclaim reclaims unmapped file backed pages and
4218          * slab pages if we are over the defined limits.
4219          *
4220          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
4221          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
4222          * thrown out if the node is overallocated. So we do not reclaim
4223          * if less than a specified percentage of the node is used by
4224          * unmapped file backed pages.
4225          */
4226         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) <= pgdat->min_unmapped_pages &&
4227             node_page_state(pgdat, NR_SLAB_RECLAIMABLE) <= pgdat->min_slab_pages)
4228                 return NODE_RECLAIM_FULL;
4229
4230         /*
4231          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
4232          */
4233         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
4234                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4235
4236         /*
4237          * Only run node reclaim on the local node or on nodes that do not
4238          * have associated processors. This will favor the local processor
4239          * over remote processors and spread off node memory allocations
4240          * as wide as possible.
4241          */
4242         if (node_state(pgdat->node_id, N_CPU) && pgdat->node_id != numa_node_id())
4243                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4244
4245         if (test_and_set_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags))
4246                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4247
4248         ret = __node_reclaim(pgdat, gfp_mask, order);
4249         clear_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags);
4250
4251         if (!ret)
4252                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
4253
4254         return ret;
4255 }
4256 #endif
4257
4258 /**
4259  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to
4260  * appropriate zone lru list
4261  * @pvec: pagevec with lru pages to check
4262  *
4263  * Checks pages for evictability, if an evictable page is in the unevictable
4264  * lru list, moves it to the appropriate evictable lru list. This function
4265  * should be only used for lru pages.
4266  */
4267 void check_move_unevictable_pages(struct pagevec *pvec)
4268 {
4269         struct lruvec *lruvec;
4270         struct pglist_data *pgdat = NULL;
4271         int pgscanned = 0;
4272         int pgrescued = 0;
4273         int i;
4274
4275         for (i = 0; i < pvec->nr; i++) {
4276                 struct page *page = pvec->pages[i];
4277                 struct pglist_data *pagepgdat = page_pgdat(page);
4278
4279                 pgscanned++;
4280                 if (pagepgdat != pgdat) {
4281                         if (pgdat)
4282                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
4283                         pgdat = pagepgdat;
4284                         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
4285                 }
4286                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
4287
4288                 if (!PageLRU(page) || !PageUnevictable(page))
4289                         continue;
4290
4291                 if (page_evictable(page)) {
4292                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
4293
4294                         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
4295                         ClearPageUnevictable(page);
4296                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
4297                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
4298                         pgrescued++;
4299                 }
4300         }
4301
4302         if (pgdat) {
4303                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
4304                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
4305                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
4306         }
4307 }
4308 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_move_unevictable_pages);