Merge drm/drm-next into drm-misc-next
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / vmscan.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
4  *
5  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie.
6  *  kswapd added: 7.1.96  sct
7  *  Removed kswapd_ctl limits, and swap out as many pages as needed
8  *  to bring the system back to freepages.high: 2.4.97, Rik van Riel.
9  *  Zone aware kswapd started 02/00, Kanoj Sarcar (kanoj@sgi.com).
10  *  Multiqueue VM started 5.8.00, Rik van Riel.
11  */
12
13 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
14
15 #include <linux/mm.h>
16 #include <linux/sched/mm.h>
17 #include <linux/module.h>
18 #include <linux/gfp.h>
19 #include <linux/kernel_stat.h>
20 #include <linux/swap.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/init.h>
23 #include <linux/highmem.h>
24 #include <linux/vmpressure.h>
25 #include <linux/vmstat.h>
26 #include <linux/file.h>
27 #include <linux/writeback.h>
28 #include <linux/blkdev.h>
29 #include <linux/buffer_head.h>  /* for try_to_release_page(),
30                                         buffer_heads_over_limit */
31 #include <linux/mm_inline.h>
32 #include <linux/backing-dev.h>
33 #include <linux/rmap.h>
34 #include <linux/topology.h>
35 #include <linux/cpu.h>
36 #include <linux/cpuset.h>
37 #include <linux/compaction.h>
38 #include <linux/notifier.h>
39 #include <linux/rwsem.h>
40 #include <linux/delay.h>
41 #include <linux/kthread.h>
42 #include <linux/freezer.h>
43 #include <linux/memcontrol.h>
44 #include <linux/migrate.h>
45 #include <linux/delayacct.h>
46 #include <linux/sysctl.h>
47 #include <linux/oom.h>
48 #include <linux/pagevec.h>
49 #include <linux/prefetch.h>
50 #include <linux/printk.h>
51 #include <linux/dax.h>
52 #include <linux/psi.h>
53
54 #include <asm/tlbflush.h>
55 #include <asm/div64.h>
56
57 #include <linux/swapops.h>
58 #include <linux/balloon_compaction.h>
59
60 #include "internal.h"
61
62 #define CREATE_TRACE_POINTS
63 #include <trace/events/vmscan.h>
64
65 struct scan_control {
66         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
67         unsigned long nr_to_reclaim;
68
69         /*
70          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
71          * are scanned.
72          */
73         nodemask_t      *nodemask;
74
75         /*
76          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
77          * primary target of this reclaim invocation.
78          */
79         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
80
81         /*
82          * Scan pressure balancing between anon and file LRUs
83          */
84         unsigned long   anon_cost;
85         unsigned long   file_cost;
86
87         /* Can active pages be deactivated as part of reclaim? */
88 #define DEACTIVATE_ANON 1
89 #define DEACTIVATE_FILE 2
90         unsigned int may_deactivate:2;
91         unsigned int force_deactivate:1;
92         unsigned int skipped_deactivate:1;
93
94         /* Writepage batching in laptop mode; RECLAIM_WRITE */
95         unsigned int may_writepage:1;
96
97         /* Can mapped pages be reclaimed? */
98         unsigned int may_unmap:1;
99
100         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
101         unsigned int may_swap:1;
102
103         /*
104          * Cgroup memory below memory.low is protected as long as we
105          * don't threaten to OOM. If any cgroup is reclaimed at
106          * reduced force or passed over entirely due to its memory.low
107          * setting (memcg_low_skipped), and nothing is reclaimed as a
108          * result, then go back for one more cycle that reclaims the protected
109          * memory (memcg_low_reclaim) to avert OOM.
110          */
111         unsigned int memcg_low_reclaim:1;
112         unsigned int memcg_low_skipped:1;
113
114         unsigned int hibernation_mode:1;
115
116         /* One of the zones is ready for compaction */
117         unsigned int compaction_ready:1;
118
119         /* There is easily reclaimable cold cache in the current node */
120         unsigned int cache_trim_mode:1;
121
122         /* The file pages on the current node are dangerously low */
123         unsigned int file_is_tiny:1;
124
125         /* Always discard instead of demoting to lower tier memory */
126         unsigned int no_demotion:1;
127
128         /* Allocation order */
129         s8 order;
130
131         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
132         s8 priority;
133
134         /* The highest zone to isolate pages for reclaim from */
135         s8 reclaim_idx;
136
137         /* This context's GFP mask */
138         gfp_t gfp_mask;
139
140         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
141         unsigned long nr_scanned;
142
143         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
144         unsigned long nr_reclaimed;
145
146         struct {
147                 unsigned int dirty;
148                 unsigned int unqueued_dirty;
149                 unsigned int congested;
150                 unsigned int writeback;
151                 unsigned int immediate;
152                 unsigned int file_taken;
153                 unsigned int taken;
154         } nr;
155
156         /* for recording the reclaimed slab by now */
157         struct reclaim_state reclaim_state;
158 };
159
160 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
161 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
162         do {                                                            \
163                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
164                         struct page *prev;                              \
165                                                                         \
166                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
167                         prefetchw(&prev->_field);                       \
168                 }                                                       \
169         } while (0)
170 #else
171 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
172 #endif
173
174 /*
175  * From 0 .. 200.  Higher means more swappy.
176  */
177 int vm_swappiness = 60;
178
179 static void set_task_reclaim_state(struct task_struct *task,
180                                    struct reclaim_state *rs)
181 {
182         /* Check for an overwrite */
183         WARN_ON_ONCE(rs && task->reclaim_state);
184
185         /* Check for the nulling of an already-nulled member */
186         WARN_ON_ONCE(!rs && !task->reclaim_state);
187
188         task->reclaim_state = rs;
189 }
190
191 static LIST_HEAD(shrinker_list);
192 static DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
193
194 #ifdef CONFIG_MEMCG
195 static int shrinker_nr_max;
196
197 /* The shrinker_info is expanded in a batch of BITS_PER_LONG */
198 static inline int shrinker_map_size(int nr_items)
199 {
200         return (DIV_ROUND_UP(nr_items, BITS_PER_LONG) * sizeof(unsigned long));
201 }
202
203 static inline int shrinker_defer_size(int nr_items)
204 {
205         return (round_up(nr_items, BITS_PER_LONG) * sizeof(atomic_long_t));
206 }
207
208 static struct shrinker_info *shrinker_info_protected(struct mem_cgroup *memcg,
209                                                      int nid)
210 {
211         return rcu_dereference_protected(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info,
212                                          lockdep_is_held(&shrinker_rwsem));
213 }
214
215 static int expand_one_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg,
216                                     int map_size, int defer_size,
217                                     int old_map_size, int old_defer_size)
218 {
219         struct shrinker_info *new, *old;
220         struct mem_cgroup_per_node *pn;
221         int nid;
222         int size = map_size + defer_size;
223
224         for_each_node(nid) {
225                 pn = memcg->nodeinfo[nid];
226                 old = shrinker_info_protected(memcg, nid);
227                 /* Not yet online memcg */
228                 if (!old)
229                         return 0;
230
231                 new = kvmalloc_node(sizeof(*new) + size, GFP_KERNEL, nid);
232                 if (!new)
233                         return -ENOMEM;
234
235                 new->nr_deferred = (atomic_long_t *)(new + 1);
236                 new->map = (void *)new->nr_deferred + defer_size;
237
238                 /* map: set all old bits, clear all new bits */
239                 memset(new->map, (int)0xff, old_map_size);
240                 memset((void *)new->map + old_map_size, 0, map_size - old_map_size);
241                 /* nr_deferred: copy old values, clear all new values */
242                 memcpy(new->nr_deferred, old->nr_deferred, old_defer_size);
243                 memset((void *)new->nr_deferred + old_defer_size, 0,
244                        defer_size - old_defer_size);
245
246                 rcu_assign_pointer(pn->shrinker_info, new);
247                 kvfree_rcu(old, rcu);
248         }
249
250         return 0;
251 }
252
253 void free_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg)
254 {
255         struct mem_cgroup_per_node *pn;
256         struct shrinker_info *info;
257         int nid;
258
259         for_each_node(nid) {
260                 pn = memcg->nodeinfo[nid];
261                 info = rcu_dereference_protected(pn->shrinker_info, true);
262                 kvfree(info);
263                 rcu_assign_pointer(pn->shrinker_info, NULL);
264         }
265 }
266
267 int alloc_shrinker_info(struct mem_cgroup *memcg)
268 {
269         struct shrinker_info *info;
270         int nid, size, ret = 0;
271         int map_size, defer_size = 0;
272
273         down_write(&shrinker_rwsem);
274         map_size = shrinker_map_size(shrinker_nr_max);
275         defer_size = shrinker_defer_size(shrinker_nr_max);
276         size = map_size + defer_size;
277         for_each_node(nid) {
278                 info = kvzalloc_node(sizeof(*info) + size, GFP_KERNEL, nid);
279                 if (!info) {
280                         free_shrinker_info(memcg);
281                         ret = -ENOMEM;
282                         break;
283                 }
284                 info->nr_deferred = (atomic_long_t *)(info + 1);
285                 info->map = (void *)info->nr_deferred + defer_size;
286                 rcu_assign_pointer(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info, info);
287         }
288         up_write(&shrinker_rwsem);
289
290         return ret;
291 }
292
293 static inline bool need_expand(int nr_max)
294 {
295         return round_up(nr_max, BITS_PER_LONG) >
296                round_up(shrinker_nr_max, BITS_PER_LONG);
297 }
298
299 static int expand_shrinker_info(int new_id)
300 {
301         int ret = 0;
302         int new_nr_max = new_id + 1;
303         int map_size, defer_size = 0;
304         int old_map_size, old_defer_size = 0;
305         struct mem_cgroup *memcg;
306
307         if (!need_expand(new_nr_max))
308                 goto out;
309
310         if (!root_mem_cgroup)
311                 goto out;
312
313         lockdep_assert_held(&shrinker_rwsem);
314
315         map_size = shrinker_map_size(new_nr_max);
316         defer_size = shrinker_defer_size(new_nr_max);
317         old_map_size = shrinker_map_size(shrinker_nr_max);
318         old_defer_size = shrinker_defer_size(shrinker_nr_max);
319
320         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
321         do {
322                 ret = expand_one_shrinker_info(memcg, map_size, defer_size,
323                                                old_map_size, old_defer_size);
324                 if (ret) {
325                         mem_cgroup_iter_break(NULL, memcg);
326                         goto out;
327                 }
328         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
329 out:
330         if (!ret)
331                 shrinker_nr_max = new_nr_max;
332
333         return ret;
334 }
335
336 void set_shrinker_bit(struct mem_cgroup *memcg, int nid, int shrinker_id)
337 {
338         if (shrinker_id >= 0 && memcg && !mem_cgroup_is_root(memcg)) {
339                 struct shrinker_info *info;
340
341                 rcu_read_lock();
342                 info = rcu_dereference(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_info);
343                 /* Pairs with smp mb in shrink_slab() */
344                 smp_mb__before_atomic();
345                 set_bit(shrinker_id, info->map);
346                 rcu_read_unlock();
347         }
348 }
349
350 static DEFINE_IDR(shrinker_idr);
351
352 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
353 {
354         int id, ret = -ENOMEM;
355
356         if (mem_cgroup_disabled())
357                 return -ENOSYS;
358
359         down_write(&shrinker_rwsem);
360         /* This may call shrinker, so it must use down_read_trylock() */
361         id = idr_alloc(&shrinker_idr, shrinker, 0, 0, GFP_KERNEL);
362         if (id < 0)
363                 goto unlock;
364
365         if (id >= shrinker_nr_max) {
366                 if (expand_shrinker_info(id)) {
367                         idr_remove(&shrinker_idr, id);
368                         goto unlock;
369                 }
370         }
371         shrinker->id = id;
372         ret = 0;
373 unlock:
374         up_write(&shrinker_rwsem);
375         return ret;
376 }
377
378 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
379 {
380         int id = shrinker->id;
381
382         BUG_ON(id < 0);
383
384         lockdep_assert_held(&shrinker_rwsem);
385
386         idr_remove(&shrinker_idr, id);
387 }
388
389 static long xchg_nr_deferred_memcg(int nid, struct shrinker *shrinker,
390                                    struct mem_cgroup *memcg)
391 {
392         struct shrinker_info *info;
393
394         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
395         return atomic_long_xchg(&info->nr_deferred[shrinker->id], 0);
396 }
397
398 static long add_nr_deferred_memcg(long nr, int nid, struct shrinker *shrinker,
399                                   struct mem_cgroup *memcg)
400 {
401         struct shrinker_info *info;
402
403         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
404         return atomic_long_add_return(nr, &info->nr_deferred[shrinker->id]);
405 }
406
407 void reparent_shrinker_deferred(struct mem_cgroup *memcg)
408 {
409         int i, nid;
410         long nr;
411         struct mem_cgroup *parent;
412         struct shrinker_info *child_info, *parent_info;
413
414         parent = parent_mem_cgroup(memcg);
415         if (!parent)
416                 parent = root_mem_cgroup;
417
418         /* Prevent from concurrent shrinker_info expand */
419         down_read(&shrinker_rwsem);
420         for_each_node(nid) {
421                 child_info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
422                 parent_info = shrinker_info_protected(parent, nid);
423                 for (i = 0; i < shrinker_nr_max; i++) {
424                         nr = atomic_long_read(&child_info->nr_deferred[i]);
425                         atomic_long_add(nr, &parent_info->nr_deferred[i]);
426                 }
427         }
428         up_read(&shrinker_rwsem);
429 }
430
431 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
432 {
433         return sc->target_mem_cgroup;
434 }
435
436 /**
437  * writeback_throttling_sane - is the usual dirty throttling mechanism available?
438  * @sc: scan_control in question
439  *
440  * The normal page dirty throttling mechanism in balance_dirty_pages() is
441  * completely broken with the legacy memcg and direct stalling in
442  * shrink_page_list() is used for throttling instead, which lacks all the
443  * niceties such as fairness, adaptive pausing, bandwidth proportional
444  * allocation and configurability.
445  *
446  * This function tests whether the vmscan currently in progress can assume
447  * that the normal dirty throttling mechanism is operational.
448  */
449 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
450 {
451         if (!cgroup_reclaim(sc))
452                 return true;
453 #ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
454         if (cgroup_subsys_on_dfl(memory_cgrp_subsys))
455                 return true;
456 #endif
457         return false;
458 }
459 #else
460 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
461 {
462         return -ENOSYS;
463 }
464
465 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
466 {
467 }
468
469 static long xchg_nr_deferred_memcg(int nid, struct shrinker *shrinker,
470                                    struct mem_cgroup *memcg)
471 {
472         return 0;
473 }
474
475 static long add_nr_deferred_memcg(long nr, int nid, struct shrinker *shrinker,
476                                   struct mem_cgroup *memcg)
477 {
478         return 0;
479 }
480
481 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
482 {
483         return false;
484 }
485
486 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
487 {
488         return true;
489 }
490 #endif
491
492 static long xchg_nr_deferred(struct shrinker *shrinker,
493                              struct shrink_control *sc)
494 {
495         int nid = sc->nid;
496
497         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
498                 nid = 0;
499
500         if (sc->memcg &&
501             (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
502                 return xchg_nr_deferred_memcg(nid, shrinker,
503                                               sc->memcg);
504
505         return atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
506 }
507
508
509 static long add_nr_deferred(long nr, struct shrinker *shrinker,
510                             struct shrink_control *sc)
511 {
512         int nid = sc->nid;
513
514         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
515                 nid = 0;
516
517         if (sc->memcg &&
518             (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE))
519                 return add_nr_deferred_memcg(nr, nid, shrinker,
520                                              sc->memcg);
521
522         return atomic_long_add_return(nr, &shrinker->nr_deferred[nid]);
523 }
524
525 static bool can_demote(int nid, struct scan_control *sc)
526 {
527         if (!numa_demotion_enabled)
528                 return false;
529         if (sc) {
530                 if (sc->no_demotion)
531                         return false;
532                 /* It is pointless to do demotion in memcg reclaim */
533                 if (cgroup_reclaim(sc))
534                         return false;
535         }
536         if (next_demotion_node(nid) == NUMA_NO_NODE)
537                 return false;
538
539         return true;
540 }
541
542 static inline bool can_reclaim_anon_pages(struct mem_cgroup *memcg,
543                                           int nid,
544                                           struct scan_control *sc)
545 {
546         if (memcg == NULL) {
547                 /*
548                  * For non-memcg reclaim, is there
549                  * space in any swap device?
550                  */
551                 if (get_nr_swap_pages() > 0)
552                         return true;
553         } else {
554                 /* Is the memcg below its swap limit? */
555                 if (mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) > 0)
556                         return true;
557         }
558
559         /*
560          * The page can not be swapped.
561          *
562          * Can it be reclaimed from this node via demotion?
563          */
564         return can_demote(nid, sc);
565 }
566
567 /*
568  * This misses isolated pages which are not accounted for to save counters.
569  * As the data only determines if reclaim or compaction continues, it is
570  * not expected that isolated pages will be a dominating factor.
571  */
572 unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
573 {
574         unsigned long nr;
575
576         nr = zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE) +
577                 zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE);
578         if (can_reclaim_anon_pages(NULL, zone_to_nid(zone), NULL))
579                 nr += zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON) +
580                         zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON);
581
582         return nr;
583 }
584
585 /**
586  * lruvec_lru_size -  Returns the number of pages on the given LRU list.
587  * @lruvec: lru vector
588  * @lru: lru to use
589  * @zone_idx: zones to consider (use MAX_NR_ZONES for the whole LRU list)
590  */
591 static unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru,
592                                      int zone_idx)
593 {
594         unsigned long size = 0;
595         int zid;
596
597         for (zid = 0; zid <= zone_idx && zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
598                 struct zone *zone = &lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones[zid];
599
600                 if (!managed_zone(zone))
601                         continue;
602
603                 if (!mem_cgroup_disabled())
604                         size += mem_cgroup_get_zone_lru_size(lruvec, lru, zid);
605                 else
606                         size += zone_page_state(zone, NR_ZONE_LRU_BASE + lru);
607         }
608         return size;
609 }
610
611 /*
612  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
613  */
614 int prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker)
615 {
616         unsigned int size;
617         int err;
618
619         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
620                 err = prealloc_memcg_shrinker(shrinker);
621                 if (err != -ENOSYS)
622                         return err;
623
624                 shrinker->flags &= ~SHRINKER_MEMCG_AWARE;
625         }
626
627         size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
628         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
629                 size *= nr_node_ids;
630
631         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
632         if (!shrinker->nr_deferred)
633                 return -ENOMEM;
634
635         return 0;
636 }
637
638 void free_prealloced_shrinker(struct shrinker *shrinker)
639 {
640         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
641                 down_write(&shrinker_rwsem);
642                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
643                 up_write(&shrinker_rwsem);
644                 return;
645         }
646
647         kfree(shrinker->nr_deferred);
648         shrinker->nr_deferred = NULL;
649 }
650
651 void register_shrinker_prepared(struct shrinker *shrinker)
652 {
653         down_write(&shrinker_rwsem);
654         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
655         shrinker->flags |= SHRINKER_REGISTERED;
656         up_write(&shrinker_rwsem);
657 }
658
659 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
660 {
661         int err = prealloc_shrinker(shrinker);
662
663         if (err)
664                 return err;
665         register_shrinker_prepared(shrinker);
666         return 0;
667 }
668 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
669
670 /*
671  * Remove one
672  */
673 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
674 {
675         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_REGISTERED))
676                 return;
677
678         down_write(&shrinker_rwsem);
679         list_del(&shrinker->list);
680         shrinker->flags &= ~SHRINKER_REGISTERED;
681         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
682                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
683         up_write(&shrinker_rwsem);
684
685         kfree(shrinker->nr_deferred);
686         shrinker->nr_deferred = NULL;
687 }
688 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
689
690 /**
691  * synchronize_shrinkers - Wait for all running shrinkers to complete.
692  *
693  * This is equivalent to calling unregister_shrink() and register_shrinker(),
694  * but atomically and with less overhead. This is useful to guarantee that all
695  * shrinker invocations have seen an update, before freeing memory, similar to
696  * rcu.
697  */
698 void synchronize_shrinkers(void)
699 {
700         down_write(&shrinker_rwsem);
701         up_write(&shrinker_rwsem);
702 }
703 EXPORT_SYMBOL(synchronize_shrinkers);
704
705 #define SHRINK_BATCH 128
706
707 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
708                                     struct shrinker *shrinker, int priority)
709 {
710         unsigned long freed = 0;
711         unsigned long long delta;
712         long total_scan;
713         long freeable;
714         long nr;
715         long new_nr;
716         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
717                                           : SHRINK_BATCH;
718         long scanned = 0, next_deferred;
719
720         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
721         if (freeable == 0 || freeable == SHRINK_EMPTY)
722                 return freeable;
723
724         /*
725          * copy the current shrinker scan count into a local variable
726          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
727          * don't also do this scanning work.
728          */
729         nr = xchg_nr_deferred(shrinker, shrinkctl);
730
731         if (shrinker->seeks) {
732                 delta = freeable >> priority;
733                 delta *= 4;
734                 do_div(delta, shrinker->seeks);
735         } else {
736                 /*
737                  * These objects don't require any IO to create. Trim
738                  * them aggressively under memory pressure to keep
739                  * them from causing refetches in the IO caches.
740                  */
741                 delta = freeable / 2;
742         }
743
744         total_scan = nr >> priority;
745         total_scan += delta;
746         total_scan = min(total_scan, (2 * freeable));
747
748         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
749                                    freeable, delta, total_scan, priority);
750
751         /*
752          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
753          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
754          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
755          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
756          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
757          * objects spread over several slabs with usage less than the
758          * batch_size.
759          *
760          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
761          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
762          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
763          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
764          * possible.
765          */
766         while (total_scan >= batch_size ||
767                total_scan >= freeable) {
768                 unsigned long ret;
769                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
770
771                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
772                 shrinkctl->nr_scanned = nr_to_scan;
773                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
774                 if (ret == SHRINK_STOP)
775                         break;
776                 freed += ret;
777
778                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, shrinkctl->nr_scanned);
779                 total_scan -= shrinkctl->nr_scanned;
780                 scanned += shrinkctl->nr_scanned;
781
782                 cond_resched();
783         }
784
785         /*
786          * The deferred work is increased by any new work (delta) that wasn't
787          * done, decreased by old deferred work that was done now.
788          *
789          * And it is capped to two times of the freeable items.
790          */
791         next_deferred = max_t(long, (nr + delta - scanned), 0);
792         next_deferred = min(next_deferred, (2 * freeable));
793
794         /*
795          * move the unused scan count back into the shrinker in a
796          * manner that handles concurrent updates.
797          */
798         new_nr = add_nr_deferred(next_deferred, shrinker, shrinkctl);
799
800         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, shrinkctl->nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
801         return freed;
802 }
803
804 #ifdef CONFIG_MEMCG
805 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
806                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
807 {
808         struct shrinker_info *info;
809         unsigned long ret, freed = 0;
810         int i;
811
812         if (!mem_cgroup_online(memcg))
813                 return 0;
814
815         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
816                 return 0;
817
818         info = shrinker_info_protected(memcg, nid);
819         if (unlikely(!info))
820                 goto unlock;
821
822         for_each_set_bit(i, info->map, shrinker_nr_max) {
823                 struct shrink_control sc = {
824                         .gfp_mask = gfp_mask,
825                         .nid = nid,
826                         .memcg = memcg,
827                 };
828                 struct shrinker *shrinker;
829
830                 shrinker = idr_find(&shrinker_idr, i);
831                 if (unlikely(!shrinker || !(shrinker->flags & SHRINKER_REGISTERED))) {
832                         if (!shrinker)
833                                 clear_bit(i, info->map);
834                         continue;
835                 }
836
837                 /* Call non-slab shrinkers even though kmem is disabled */
838                 if (!memcg_kmem_enabled() &&
839                     !(shrinker->flags & SHRINKER_NONSLAB))
840                         continue;
841
842                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
843                 if (ret == SHRINK_EMPTY) {
844                         clear_bit(i, info->map);
845                         /*
846                          * After the shrinker reported that it had no objects to
847                          * free, but before we cleared the corresponding bit in
848                          * the memcg shrinker map, a new object might have been
849                          * added. To make sure, we have the bit set in this
850                          * case, we invoke the shrinker one more time and reset
851                          * the bit if it reports that it is not empty anymore.
852                          * The memory barrier here pairs with the barrier in
853                          * set_shrinker_bit():
854                          *
855                          * list_lru_add()     shrink_slab_memcg()
856                          *   list_add_tail()    clear_bit()
857                          *   <MB>               <MB>
858                          *   set_bit()          do_shrink_slab()
859                          */
860                         smp_mb__after_atomic();
861                         ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
862                         if (ret == SHRINK_EMPTY)
863                                 ret = 0;
864                         else
865                                 set_shrinker_bit(memcg, nid, i);
866                 }
867                 freed += ret;
868
869                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
870                         freed = freed ? : 1;
871                         break;
872                 }
873         }
874 unlock:
875         up_read(&shrinker_rwsem);
876         return freed;
877 }
878 #else /* CONFIG_MEMCG */
879 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
880                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
881 {
882         return 0;
883 }
884 #endif /* CONFIG_MEMCG */
885
886 /**
887  * shrink_slab - shrink slab caches
888  * @gfp_mask: allocation context
889  * @nid: node whose slab caches to target
890  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
891  * @priority: the reclaim priority
892  *
893  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
894  *
895  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
896  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
897  *
898  * @memcg specifies the memory cgroup to target. Unaware shrinkers
899  * are called only if it is the root cgroup.
900  *
901  * @priority is sc->priority, we take the number of objects and >> by priority
902  * in order to get the scan target.
903  *
904  * Returns the number of reclaimed slab objects.
905  */
906 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
907                                  struct mem_cgroup *memcg,
908                                  int priority)
909 {
910         unsigned long ret, freed = 0;
911         struct shrinker *shrinker;
912
913         /*
914          * The root memcg might be allocated even though memcg is disabled
915          * via "cgroup_disable=memory" boot parameter.  This could make
916          * mem_cgroup_is_root() return false, then just run memcg slab
917          * shrink, but skip global shrink.  This may result in premature
918          * oom.
919          */
920         if (!mem_cgroup_disabled() && !mem_cgroup_is_root(memcg))
921                 return shrink_slab_memcg(gfp_mask, nid, memcg, priority);
922
923         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
924                 goto out;
925
926         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
927                 struct shrink_control sc = {
928                         .gfp_mask = gfp_mask,
929                         .nid = nid,
930                         .memcg = memcg,
931                 };
932
933                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
934                 if (ret == SHRINK_EMPTY)
935                         ret = 0;
936                 freed += ret;
937                 /*
938                  * Bail out if someone want to register a new shrinker to
939                  * prevent the registration from being stalled for long periods
940                  * by parallel ongoing shrinking.
941                  */
942                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
943                         freed = freed ? : 1;
944                         break;
945                 }
946         }
947
948         up_read(&shrinker_rwsem);
949 out:
950         cond_resched();
951         return freed;
952 }
953
954 void drop_slab_node(int nid)
955 {
956         unsigned long freed;
957         int shift = 0;
958
959         do {
960                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
961
962                 if (fatal_signal_pending(current))
963                         return;
964
965                 freed = 0;
966                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
967                 do {
968                         freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg, 0);
969                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
970         } while ((freed >> shift++) > 1);
971 }
972
973 void drop_slab(void)
974 {
975         int nid;
976
977         for_each_online_node(nid)
978                 drop_slab_node(nid);
979 }
980
981 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
982 {
983         /*
984          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
985          * that isolated the page, the page cache and optional buffer
986          * heads at page->private.
987          */
988         int page_cache_pins = thp_nr_pages(page);
989         return page_count(page) - page_has_private(page) == 1 + page_cache_pins;
990 }
991
992 static int may_write_to_inode(struct inode *inode)
993 {
994         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
995                 return 1;
996         if (!inode_write_congested(inode))
997                 return 1;
998         if (inode_to_bdi(inode) == current->backing_dev_info)
999                 return 1;
1000         return 0;
1001 }
1002
1003 /*
1004  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
1005  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
1006  * fsync(), msync() or close().
1007  *
1008  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
1009  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
1010  * that page is locked, the mapping is pinned.
1011  *
1012  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
1013  * __GFP_FS.
1014  */
1015 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
1016                                 struct page *page, int error)
1017 {
1018         lock_page(page);
1019         if (page_mapping(page) == mapping)
1020                 mapping_set_error(mapping, error);
1021         unlock_page(page);
1022 }
1023
1024 /* possible outcome of pageout() */
1025 typedef enum {
1026         /* failed to write page out, page is locked */
1027         PAGE_KEEP,
1028         /* move page to the active list, page is locked */
1029         PAGE_ACTIVATE,
1030         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
1031         PAGE_SUCCESS,
1032         /* page is clean and locked */
1033         PAGE_CLEAN,
1034 } pageout_t;
1035
1036 /*
1037  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
1038  * Calls ->writepage().
1039  */
1040 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping)
1041 {
1042         /*
1043          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
1044          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
1045          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
1046          * stalls if we need to run get_block().  We could test
1047          * PagePrivate for that.
1048          *
1049          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
1050          * this page's queue, we can perform writeback even if that
1051          * will block.
1052          *
1053          * If the page is swapcache, write it back even if that would
1054          * block, for some throttling. This happens by accident, because
1055          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
1056          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
1057          */
1058         if (!is_page_cache_freeable(page))
1059                 return PAGE_KEEP;
1060         if (!mapping) {
1061                 /*
1062                  * Some data journaling orphaned pages can have
1063                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
1064                  */
1065                 if (page_has_private(page)) {
1066                         if (try_to_free_buffers(page)) {
1067                                 ClearPageDirty(page);
1068                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
1069                                 return PAGE_CLEAN;
1070                         }
1071                 }
1072                 return PAGE_KEEP;
1073         }
1074         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
1075                 return PAGE_ACTIVATE;
1076         if (!may_write_to_inode(mapping->host))
1077                 return PAGE_KEEP;
1078
1079         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
1080                 int res;
1081                 struct writeback_control wbc = {
1082                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
1083                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
1084                         .range_start = 0,
1085                         .range_end = LLONG_MAX,
1086                         .for_reclaim = 1,
1087                 };
1088
1089                 SetPageReclaim(page);
1090                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
1091                 if (res < 0)
1092                         handle_write_error(mapping, page, res);
1093                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
1094                         ClearPageReclaim(page);
1095                         return PAGE_ACTIVATE;
1096                 }
1097
1098                 if (!PageWriteback(page)) {
1099                         /* synchronous write or broken a_ops? */
1100                         ClearPageReclaim(page);
1101                 }
1102                 trace_mm_vmscan_writepage(page);
1103                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
1104                 return PAGE_SUCCESS;
1105         }
1106
1107         return PAGE_CLEAN;
1108 }
1109
1110 /*
1111  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
1112  * gets returned with a refcount of 0.
1113  */
1114 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
1115                             bool reclaimed, struct mem_cgroup *target_memcg)
1116 {
1117         int refcount;
1118         void *shadow = NULL;
1119
1120         BUG_ON(!PageLocked(page));
1121         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
1122
1123         xa_lock_irq(&mapping->i_pages);
1124         /*
1125          * The non racy check for a busy page.
1126          *
1127          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
1128          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
1129          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
1130          * here, then the following race may occur:
1131          *
1132          * get_user_pages(&page);
1133          * [user mapping goes away]
1134          * write_to(page);
1135          *                              !PageDirty(page)    [good]
1136          * SetPageDirty(page);
1137          * put_page(page);
1138          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
1139          *
1140          * [oops, our write_to data is lost]
1141          *
1142          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
1143          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
1144          * load is not satisfied before that of page->_refcount.
1145          *
1146          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
1147          * and thus under the i_pages lock, then this ordering is not required.
1148          */
1149         refcount = 1 + compound_nr(page);
1150         if (!page_ref_freeze(page, refcount))
1151                 goto cannot_free;
1152         /* note: atomic_cmpxchg in page_ref_freeze provides the smp_rmb */
1153         if (unlikely(PageDirty(page))) {
1154                 page_ref_unfreeze(page, refcount);
1155                 goto cannot_free;
1156         }
1157
1158         if (PageSwapCache(page)) {
1159                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
1160                 mem_cgroup_swapout(page, swap);
1161                 if (reclaimed && !mapping_exiting(mapping))
1162                         shadow = workingset_eviction(page, target_memcg);
1163                 __delete_from_swap_cache(page, swap, shadow);
1164                 xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1165                 put_swap_page(page, swap);
1166         } else {
1167                 void (*freepage)(struct page *);
1168
1169                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
1170                 /*
1171                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
1172                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
1173                  *
1174                  * But don't store shadows in an address space that is
1175                  * already exiting.  This is not just an optimization,
1176                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
1177                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
1178                  * back.
1179                  *
1180                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
1181                  * only page cache pages found in these are zero pages
1182                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
1183                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
1184                  * same address_space.
1185                  */
1186                 if (reclaimed && page_is_file_lru(page) &&
1187                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
1188                         shadow = workingset_eviction(page, target_memcg);
1189                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
1190                 xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1191
1192                 if (freepage != NULL)
1193                         freepage(page);
1194         }
1195
1196         return 1;
1197
1198 cannot_free:
1199         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
1200         return 0;
1201 }
1202
1203 /*
1204  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
1205  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
1206  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
1207  * this page.
1208  */
1209 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
1210 {
1211         if (__remove_mapping(mapping, page, false, NULL)) {
1212                 /*
1213                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
1214                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
1215                  * atomic operation.
1216                  */
1217                 page_ref_unfreeze(page, 1);
1218                 return 1;
1219         }
1220         return 0;
1221 }
1222
1223 /**
1224  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
1225  * @page: page to be put back to appropriate lru list
1226  *
1227  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
1228  * Page may still be unevictable for other reasons.
1229  *
1230  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
1231  */
1232 void putback_lru_page(struct page *page)
1233 {
1234         lru_cache_add(page);
1235         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
1236 }
1237
1238 enum page_references {
1239         PAGEREF_RECLAIM,
1240         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
1241         PAGEREF_KEEP,
1242         PAGEREF_ACTIVATE,
1243 };
1244
1245 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
1246                                                   struct scan_control *sc)
1247 {
1248         int referenced_ptes, referenced_page;
1249         unsigned long vm_flags;
1250
1251         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
1252                                           &vm_flags);
1253         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
1254
1255         /*
1256          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
1257          * move the page to the unevictable list.
1258          */
1259         if (vm_flags & VM_LOCKED)
1260                 return PAGEREF_RECLAIM;
1261
1262         if (referenced_ptes) {
1263                 /*
1264                  * All mapped pages start out with page table
1265                  * references from the instantiating fault, so we need
1266                  * to look twice if a mapped file page is used more
1267                  * than once.
1268                  *
1269                  * Mark it and spare it for another trip around the
1270                  * inactive list.  Another page table reference will
1271                  * lead to its activation.
1272                  *
1273                  * Note: the mark is set for activated pages as well
1274                  * so that recently deactivated but used pages are
1275                  * quickly recovered.
1276                  */
1277                 SetPageReferenced(page);
1278
1279                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
1280                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1281
1282                 /*
1283                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
1284                  */
1285                 if ((vm_flags & VM_EXEC) && !PageSwapBacked(page))
1286                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1287
1288                 return PAGEREF_KEEP;
1289         }
1290
1291         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
1292         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
1293                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
1294
1295         return PAGEREF_RECLAIM;
1296 }
1297
1298 /* Check if a page is dirty or under writeback */
1299 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
1300                                        bool *dirty, bool *writeback)
1301 {
1302         struct address_space *mapping;
1303
1304         /*
1305          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
1306          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
1307          */
1308         if (!page_is_file_lru(page) ||
1309             (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page))) {
1310                 *dirty = false;
1311                 *writeback = false;
1312                 return;
1313         }
1314
1315         /* By default assume that the page flags are accurate */
1316         *dirty = PageDirty(page);
1317         *writeback = PageWriteback(page);
1318
1319         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
1320         if (!page_has_private(page))
1321                 return;
1322
1323         mapping = page_mapping(page);
1324         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
1325                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
1326 }
1327
1328 static struct page *alloc_demote_page(struct page *page, unsigned long node)
1329 {
1330         struct migration_target_control mtc = {
1331                 /*
1332                  * Allocate from 'node', or fail quickly and quietly.
1333                  * When this happens, 'page' will likely just be discarded
1334                  * instead of migrated.
1335                  */
1336                 .gfp_mask = (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~__GFP_RECLAIM) |
1337                             __GFP_THISNODE  | __GFP_NOWARN |
1338                             __GFP_NOMEMALLOC | GFP_NOWAIT,
1339                 .nid = node
1340         };
1341
1342         return alloc_migration_target(page, (unsigned long)&mtc);
1343 }
1344
1345 /*
1346  * Take pages on @demote_list and attempt to demote them to
1347  * another node.  Pages which are not demoted are left on
1348  * @demote_pages.
1349  */
1350 static unsigned int demote_page_list(struct list_head *demote_pages,
1351                                      struct pglist_data *pgdat)
1352 {
1353         int target_nid = next_demotion_node(pgdat->node_id);
1354         unsigned int nr_succeeded;
1355         int err;
1356
1357         if (list_empty(demote_pages))
1358                 return 0;
1359
1360         if (target_nid == NUMA_NO_NODE)
1361                 return 0;
1362
1363         /* Demotion ignores all cpuset and mempolicy settings */
1364         err = migrate_pages(demote_pages, alloc_demote_page, NULL,
1365                             target_nid, MIGRATE_ASYNC, MR_DEMOTION,
1366                             &nr_succeeded);
1367
1368         if (current_is_kswapd())
1369                 __count_vm_events(PGDEMOTE_KSWAPD, nr_succeeded);
1370         else
1371                 __count_vm_events(PGDEMOTE_DIRECT, nr_succeeded);
1372
1373         return nr_succeeded;
1374 }
1375
1376 /*
1377  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
1378  */
1379 static unsigned int shrink_page_list(struct list_head *page_list,
1380                                      struct pglist_data *pgdat,
1381                                      struct scan_control *sc,
1382                                      struct reclaim_stat *stat,
1383                                      bool ignore_references)
1384 {
1385         LIST_HEAD(ret_pages);
1386         LIST_HEAD(free_pages);
1387         LIST_HEAD(demote_pages);
1388         unsigned int nr_reclaimed = 0;
1389         unsigned int pgactivate = 0;
1390         bool do_demote_pass;
1391
1392         memset(stat, 0, sizeof(*stat));
1393         cond_resched();
1394         do_demote_pass = can_demote(pgdat->node_id, sc);
1395
1396 retry:
1397         while (!list_empty(page_list)) {
1398                 struct address_space *mapping;
1399                 struct page *page;
1400                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM;
1401                 bool dirty, writeback, may_enter_fs;
1402                 unsigned int nr_pages;
1403
1404                 cond_resched();
1405
1406                 page = lru_to_page(page_list);
1407                 list_del(&page->lru);
1408
1409                 if (!trylock_page(page))
1410                         goto keep;
1411
1412                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1413
1414                 nr_pages = compound_nr(page);
1415
1416                 /* Account the number of base pages even though THP */
1417                 sc->nr_scanned += nr_pages;
1418
1419                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
1420                         goto activate_locked;
1421
1422                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
1423                         goto keep_locked;
1424
1425                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
1426                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
1427
1428                 /*
1429                  * The number of dirty pages determines if a node is marked
1430                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
1431                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
1432                  * is all dirty unqueued pages.
1433                  */
1434                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
1435                 if (dirty || writeback)
1436                         stat->nr_dirty++;
1437
1438                 if (dirty && !writeback)
1439                         stat->nr_unqueued_dirty++;
1440
1441                 /*
1442                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
1443                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
1444                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
1445                  * end of the LRU a second time.
1446                  */
1447                 mapping = page_mapping(page);
1448                 if (((dirty || writeback) && mapping &&
1449                      inode_write_congested(mapping->host)) ||
1450                     (writeback && PageReclaim(page)))
1451                         stat->nr_congested++;
1452
1453                 /*
1454                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
1455                  * are three cases to consider.
1456                  *
1457                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
1458                  *    under writeback and this page is both under writeback and
1459                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
1460                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
1461                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
1462                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
1463                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
1464                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
1465                  *    caller can stall after page list has been processed.
1466                  *
1467                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a page that is
1468                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
1469                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
1470                  *    not to fs). In this case mark the page for immediate
1471                  *    reclaim and continue scanning.
1472                  *
1473                  *    Require may_enter_fs because we would wait on fs, which
1474                  *    may not have submitted IO yet. And the loop driver might
1475                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
1476                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
1477                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
1478                  *    would probably show more reasons.
1479                  *
1480                  * 3) Legacy memcg encounters a page that is already marked
1481                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
1482                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
1483                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
1484                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
1485                  *
1486                  * In cases 1) and 2) we activate the pages to get them out of
1487                  * the way while we continue scanning for clean pages on the
1488                  * inactive list and refilling from the active list. The
1489                  * observation here is that waiting for disk writes is more
1490                  * expensive than potentially causing reloads down the line.
1491                  * Since they're marked for immediate reclaim, they won't put
1492                  * memory pressure on the cache working set any longer than it
1493                  * takes to write them to disk.
1494                  */
1495                 if (PageWriteback(page)) {
1496                         /* Case 1 above */
1497                         if (current_is_kswapd() &&
1498                             PageReclaim(page) &&
1499                             test_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags)) {
1500                                 stat->nr_immediate++;
1501                                 goto activate_locked;
1502
1503                         /* Case 2 above */
1504                         } else if (writeback_throttling_sane(sc) ||
1505                             !PageReclaim(page) || !may_enter_fs) {
1506                                 /*
1507                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
1508                                  * might have just cleared PageReclaim, then
1509                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
1510                                  * as PageReadahead - but that does not matter
1511                                  * enough to care.  What we do want is for this
1512                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
1513                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
1514                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
1515                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
1516                                  */
1517                                 SetPageReclaim(page);
1518                                 stat->nr_writeback++;
1519                                 goto activate_locked;
1520
1521                         /* Case 3 above */
1522                         } else {
1523                                 unlock_page(page);
1524                                 wait_on_page_writeback(page);
1525                                 /* then go back and try same page again */
1526                                 list_add_tail(&page->lru, page_list);
1527                                 continue;
1528                         }
1529                 }
1530
1531                 if (!ignore_references)
1532                         references = page_check_references(page, sc);
1533
1534                 switch (references) {
1535                 case PAGEREF_ACTIVATE:
1536                         goto activate_locked;
1537                 case PAGEREF_KEEP:
1538                         stat->nr_ref_keep += nr_pages;
1539                         goto keep_locked;
1540                 case PAGEREF_RECLAIM:
1541                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1542                         ; /* try to reclaim the page below */
1543                 }
1544
1545                 /*
1546                  * Before reclaiming the page, try to relocate
1547                  * its contents to another node.
1548                  */
1549                 if (do_demote_pass &&
1550                     (thp_migration_supported() || !PageTransHuge(page))) {
1551                         list_add(&page->lru, &demote_pages);
1552                         unlock_page(page);
1553                         continue;
1554                 }
1555
1556                 /*
1557                  * Anonymous process memory has backing store?
1558                  * Try to allocate it some swap space here.
1559                  * Lazyfree page could be freed directly
1560                  */
1561                 if (PageAnon(page) && PageSwapBacked(page)) {
1562                         if (!PageSwapCache(page)) {
1563                                 if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1564                                         goto keep_locked;
1565                                 if (page_maybe_dma_pinned(page))
1566                                         goto keep_locked;
1567                                 if (PageTransHuge(page)) {
1568                                         /* cannot split THP, skip it */
1569                                         if (!can_split_huge_page(page, NULL))
1570                                                 goto activate_locked;
1571                                         /*
1572                                          * Split pages without a PMD map right
1573                                          * away. Chances are some or all of the
1574                                          * tail pages can be freed without IO.
1575                                          */
1576                                         if (!compound_mapcount(page) &&
1577                                             split_huge_page_to_list(page,
1578                                                                     page_list))
1579                                                 goto activate_locked;
1580                                 }
1581                                 if (!add_to_swap(page)) {
1582                                         if (!PageTransHuge(page))
1583                                                 goto activate_locked_split;
1584                                         /* Fallback to swap normal pages */
1585                                         if (split_huge_page_to_list(page,
1586                                                                     page_list))
1587                                                 goto activate_locked;
1588 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1589                                         count_vm_event(THP_SWPOUT_FALLBACK);
1590 #endif
1591                                         if (!add_to_swap(page))
1592                                                 goto activate_locked_split;
1593                                 }
1594
1595                                 may_enter_fs = true;
1596
1597                                 /* Adding to swap updated mapping */
1598                                 mapping = page_mapping(page);
1599                         }
1600                 } else if (unlikely(PageTransHuge(page))) {
1601                         /* Split file THP */
1602                         if (split_huge_page_to_list(page, page_list))
1603                                 goto keep_locked;
1604                 }
1605
1606                 /*
1607                  * THP may get split above, need minus tail pages and update
1608                  * nr_pages to avoid accounting tail pages twice.
1609                  *
1610                  * The tail pages that are added into swap cache successfully
1611                  * reach here.
1612                  */
1613                 if ((nr_pages > 1) && !PageTransHuge(page)) {
1614                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1615                         nr_pages = 1;
1616                 }
1617
1618                 /*
1619                  * The page is mapped into the page tables of one or more
1620                  * processes. Try to unmap it here.
1621                  */
1622                 if (page_mapped(page)) {
1623                         enum ttu_flags flags = TTU_BATCH_FLUSH;
1624                         bool was_swapbacked = PageSwapBacked(page);
1625
1626                         if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1627                                 flags |= TTU_SPLIT_HUGE_PMD;
1628
1629                         try_to_unmap(page, flags);
1630                         if (page_mapped(page)) {
1631                                 stat->nr_unmap_fail += nr_pages;
1632                                 if (!was_swapbacked && PageSwapBacked(page))
1633                                         stat->nr_lazyfree_fail += nr_pages;
1634                                 goto activate_locked;
1635                         }
1636                 }
1637
1638                 if (PageDirty(page)) {
1639                         /*
1640                          * Only kswapd can writeback filesystem pages
1641                          * to avoid risk of stack overflow. But avoid
1642                          * injecting inefficient single-page IO into
1643                          * flusher writeback as much as possible: only
1644                          * write pages when we've encountered many
1645                          * dirty pages, and when we've already scanned
1646                          * the rest of the LRU for clean pages and see
1647                          * the same dirty pages again (PageReclaim).
1648                          */
1649                         if (page_is_file_lru(page) &&
1650                             (!current_is_kswapd() || !PageReclaim(page) ||
1651                              !test_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags))) {
1652                                 /*
1653                                  * Immediately reclaim when written back.
1654                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1655                                  * except we already have the page isolated
1656                                  * and know it's dirty
1657                                  */
1658                                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1659                                 SetPageReclaim(page);
1660
1661                                 goto activate_locked;
1662                         }
1663
1664                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1665                                 goto keep_locked;
1666                         if (!may_enter_fs)
1667                                 goto keep_locked;
1668                         if (!sc->may_writepage)
1669                                 goto keep_locked;
1670
1671                         /*
1672                          * Page is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1673                          * potentially exists to avoid CPU writes after IO
1674                          * starts and then write it out here.
1675                          */
1676                         try_to_unmap_flush_dirty();
1677                         switch (pageout(page, mapping)) {
1678                         case PAGE_KEEP:
1679                                 goto keep_locked;
1680                         case PAGE_ACTIVATE:
1681                                 goto activate_locked;
1682                         case PAGE_SUCCESS:
1683                                 stat->nr_pageout += thp_nr_pages(page);
1684
1685                                 if (PageWriteback(page))
1686                                         goto keep;
1687                                 if (PageDirty(page))
1688                                         goto keep;
1689
1690                                 /*
1691                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1692                                  * ahead and try to reclaim the page.
1693                                  */
1694                                 if (!trylock_page(page))
1695                                         goto keep;
1696                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1697                                         goto keep_locked;
1698                                 mapping = page_mapping(page);
1699                                 fallthrough;
1700                         case PAGE_CLEAN:
1701                                 ; /* try to free the page below */
1702                         }
1703                 }
1704
1705                 /*
1706                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1707                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1708                  * the page as well.
1709                  *
1710                  * We do this even if the page is PageDirty().
1711                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1712                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1713                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1714                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1715                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1716                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1717                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1718                  *
1719                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1720                  * the pages which were not successfully invalidated in
1721                  * truncate_cleanup_page().  We try to drop those buffers here
1722                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1723                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1724                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1725                  */
1726                 if (page_has_private(page)) {
1727                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1728                                 goto activate_locked;
1729                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1730                                 unlock_page(page);
1731                                 if (put_page_testzero(page))
1732                                         goto free_it;
1733                                 else {
1734                                         /*
1735                                          * rare race with speculative reference.
1736                                          * the speculative reference will free
1737                                          * this page shortly, so we may
1738                                          * increment nr_reclaimed here (and
1739                                          * leave it off the LRU).
1740                                          */
1741                                         nr_reclaimed++;
1742                                         continue;
1743                                 }
1744                         }
1745                 }
1746
1747                 if (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page)) {
1748                         /* follow __remove_mapping for reference */
1749                         if (!page_ref_freeze(page, 1))
1750                                 goto keep_locked;
1751                         /*
1752                          * The page has only one reference left, which is
1753                          * from the isolation. After the caller puts the
1754                          * page back on lru and drops the reference, the
1755                          * page will be freed anyway. It doesn't matter
1756                          * which lru it goes. So we don't bother checking
1757                          * PageDirty here.
1758                          */
1759                         count_vm_event(PGLAZYFREED);
1760                         count_memcg_page_event(page, PGLAZYFREED);
1761                 } else if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true,
1762                                                          sc->target_mem_cgroup))
1763                         goto keep_locked;
1764
1765                 unlock_page(page);
1766 free_it:
1767                 /*
1768                  * THP may get swapped out in a whole, need account
1769                  * all base pages.
1770                  */
1771                 nr_reclaimed += nr_pages;
1772
1773                 /*
1774                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1775                  * appear not as the counts should be low
1776                  */
1777                 if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1778                         destroy_compound_page(page);
1779                 else
1780                         list_add(&page->lru, &free_pages);
1781                 continue;
1782
1783 activate_locked_split:
1784                 /*
1785                  * The tail pages that are failed to add into swap cache
1786                  * reach here.  Fixup nr_scanned and nr_pages.
1787                  */
1788                 if (nr_pages > 1) {
1789                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1790                         nr_pages = 1;
1791                 }
1792 activate_locked:
1793                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1794                 if (PageSwapCache(page) && (mem_cgroup_swap_full(page) ||
1795                                                 PageMlocked(page)))
1796                         try_to_free_swap(page);
1797                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1798                 if (!PageMlocked(page)) {
1799                         int type = page_is_file_lru(page);
1800                         SetPageActive(page);
1801                         stat->nr_activate[type] += nr_pages;
1802                         count_memcg_page_event(page, PGACTIVATE);
1803                 }
1804 keep_locked:
1805                 unlock_page(page);
1806 keep:
1807                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1808                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1809         }
1810         /* 'page_list' is always empty here */
1811
1812         /* Migrate pages selected for demotion */
1813         nr_reclaimed += demote_page_list(&demote_pages, pgdat);
1814         /* Pages that could not be demoted are still in @demote_pages */
1815         if (!list_empty(&demote_pages)) {
1816                 /* Pages which failed to demoted go back on @page_list for retry: */
1817                 list_splice_init(&demote_pages, page_list);
1818                 do_demote_pass = false;
1819                 goto retry;
1820         }
1821
1822         pgactivate = stat->nr_activate[0] + stat->nr_activate[1];
1823
1824         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
1825         try_to_unmap_flush();
1826         free_unref_page_list(&free_pages);
1827
1828         list_splice(&ret_pages, page_list);
1829         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1830
1831         return nr_reclaimed;
1832 }
1833
1834 unsigned int reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1835                                             struct list_head *page_list)
1836 {
1837         struct scan_control sc = {
1838                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1839                 .may_unmap = 1,
1840         };
1841         struct reclaim_stat stat;
1842         unsigned int nr_reclaimed;
1843         struct page *page, *next;
1844         LIST_HEAD(clean_pages);
1845         unsigned int noreclaim_flag;
1846
1847         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1848                 if (!PageHuge(page) && page_is_file_lru(page) &&
1849                     !PageDirty(page) && !__PageMovable(page) &&
1850                     !PageUnevictable(page)) {
1851                         ClearPageActive(page);
1852                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1853                 }
1854         }
1855
1856         /*
1857          * We should be safe here since we are only dealing with file pages and
1858          * we are not kswapd and therefore cannot write dirty file pages. But
1859          * call memalloc_noreclaim_save() anyway, just in case these conditions
1860          * change in the future.
1861          */
1862         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
1863         nr_reclaimed = shrink_page_list(&clean_pages, zone->zone_pgdat, &sc,
1864                                         &stat, true);
1865         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
1866
1867         list_splice(&clean_pages, page_list);
1868         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
1869                             -(long)nr_reclaimed);
1870         /*
1871          * Since lazyfree pages are isolated from file LRU from the beginning,
1872          * they will rotate back to anonymous LRU in the end if it failed to
1873          * discard so isolated count will be mismatched.
1874          * Compensate the isolated count for both LRU lists.
1875          */
1876         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_ANON,
1877                             stat.nr_lazyfree_fail);
1878         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
1879                             -(long)stat.nr_lazyfree_fail);
1880         return nr_reclaimed;
1881 }
1882
1883 /*
1884  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1885  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1886  * freed elsewhere are also ignored.
1887  *
1888  * page:        page to consider
1889  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1890  *
1891  * returns true on success, false on failure.
1892  */
1893 bool __isolate_lru_page_prepare(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1894 {
1895         /* Only take pages on the LRU. */
1896         if (!PageLRU(page))
1897                 return false;
1898
1899         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1900         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1901                 return false;
1902
1903         /*
1904          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1905          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1906          * blocking - clean pages for the most part.
1907          *
1908          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1909          * that it is possible to migrate without blocking
1910          */
1911         if (mode & ISOLATE_ASYNC_MIGRATE) {
1912                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1913                 if (PageWriteback(page))
1914                         return false;
1915
1916                 if (PageDirty(page)) {
1917                         struct address_space *mapping;
1918                         bool migrate_dirty;
1919
1920                         /*
1921                          * Only pages without mappings or that have a
1922                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1923                          * without blocking. However, we can be racing with
1924                          * truncation so it's necessary to lock the page
1925                          * to stabilise the mapping as truncation holds
1926                          * the page lock until after the page is removed
1927                          * from the page cache.
1928                          */
1929                         if (!trylock_page(page))
1930                                 return false;
1931
1932                         mapping = page_mapping(page);
1933                         migrate_dirty = !mapping || mapping->a_ops->migratepage;
1934                         unlock_page(page);
1935                         if (!migrate_dirty)
1936                                 return false;
1937                 }
1938         }
1939
1940         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1941                 return false;
1942
1943         return true;
1944 }
1945
1946 /*
1947  * Update LRU sizes after isolating pages. The LRU size updates must
1948  * be complete before mem_cgroup_update_lru_size due to a sanity check.
1949  */
1950 static __always_inline void update_lru_sizes(struct lruvec *lruvec,
1951                         enum lru_list lru, unsigned long *nr_zone_taken)
1952 {
1953         int zid;
1954
1955         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1956                 if (!nr_zone_taken[zid])
1957                         continue;
1958
1959                 update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
1960         }
1961
1962 }
1963
1964 /*
1965  * Isolating page from the lruvec to fill in @dst list by nr_to_scan times.
1966  *
1967  * lruvec->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1968  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1969  * and working on them outside the LRU lock.
1970  *
1971  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1972  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1973  *
1974  * Lru_lock must be held before calling this function.
1975  *
1976  * @nr_to_scan: The number of eligible pages to look through on the list.
1977  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1978  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1979  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1980  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1981  * @lru:        LRU list id for isolating
1982  *
1983  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1984  */
1985 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1986                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1987                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1988                 enum lru_list lru)
1989 {
1990         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1991         unsigned long nr_taken = 0;
1992         unsigned long nr_zone_taken[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
1993         unsigned long nr_skipped[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
1994         unsigned long skipped = 0;
1995         unsigned long scan, total_scan, nr_pages;
1996         LIST_HEAD(pages_skipped);
1997         isolate_mode_t mode = (sc->may_unmap ? 0 : ISOLATE_UNMAPPED);
1998
1999         total_scan = 0;
2000         scan = 0;
2001         while (scan < nr_to_scan && !list_empty(src)) {
2002                 struct page *page;
2003
2004                 page = lru_to_page(src);
2005                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
2006
2007                 nr_pages = compound_nr(page);
2008                 total_scan += nr_pages;
2009
2010                 if (page_zonenum(page) > sc->reclaim_idx) {
2011                         list_move(&page->lru, &pages_skipped);
2012                         nr_skipped[page_zonenum(page)] += nr_pages;
2013                         continue;
2014                 }
2015
2016                 /*
2017                  * Do not count skipped pages because that makes the function
2018                  * return with no isolated pages if the LRU mostly contains
2019                  * ineligible pages.  This causes the VM to not reclaim any
2020                  * pages, triggering a premature OOM.
2021                  *
2022                  * Account all tail pages of THP.  This would not cause
2023                  * premature OOM since __isolate_lru_page() returns -EBUSY
2024                  * only when the page is being freed somewhere else.
2025                  */
2026                 scan += nr_pages;
2027                 if (!__isolate_lru_page_prepare(page, mode)) {
2028                         /* It is being freed elsewhere */
2029                         list_move(&page->lru, src);
2030                         continue;
2031                 }
2032                 /*
2033                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
2034                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
2035                  * page release code relies on it.
2036                  */
2037                 if (unlikely(!get_page_unless_zero(page))) {
2038                         list_move(&page->lru, src);
2039                         continue;
2040                 }
2041
2042                 if (!TestClearPageLRU(page)) {
2043                         /* Another thread is already isolating this page */
2044                         put_page(page);
2045                         list_move(&page->lru, src);
2046                         continue;
2047                 }
2048
2049                 nr_taken += nr_pages;
2050                 nr_zone_taken[page_zonenum(page)] += nr_pages;
2051                 list_move(&page->lru, dst);
2052         }
2053
2054         /*
2055          * Splice any skipped pages to the start of the LRU list. Note that
2056          * this disrupts the LRU order when reclaiming for lower zones but
2057          * we cannot splice to the tail. If we did then the SWAP_CLUSTER_MAX
2058          * scanning would soon rescan the same pages to skip and put the
2059          * system at risk of premature OOM.
2060          */
2061         if (!list_empty(&pages_skipped)) {
2062                 int zid;
2063
2064                 list_splice(&pages_skipped, src);
2065                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2066                         if (!nr_skipped[zid])
2067                                 continue;
2068
2069                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zid, nr_skipped[zid]);
2070                         skipped += nr_skipped[zid];
2071                 }
2072         }
2073         *nr_scanned = total_scan;
2074         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->reclaim_idx, sc->order, nr_to_scan,
2075                                     total_scan, skipped, nr_taken, mode, lru);
2076         update_lru_sizes(lruvec, lru, nr_zone_taken);
2077         return nr_taken;
2078 }
2079
2080 /**
2081  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
2082  * @page: page to isolate from its LRU list
2083  *
2084  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
2085  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
2086  *
2087  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
2088  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
2089  *
2090  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
2091  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
2092  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
2093  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
2094  *
2095  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
2096  * found will be decremented.
2097  *
2098  * Restrictions:
2099  *
2100  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
2101  *     fundamental difference from isolate_lru_pages (which is called
2102  *     without a stable reference).
2103  * (2) the lru_lock must not be held.
2104  * (3) interrupts must be enabled.
2105  */
2106 int isolate_lru_page(struct page *page)
2107 {
2108         int ret = -EBUSY;
2109
2110         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2111         WARN_RATELIMIT(PageTail(page), "trying to isolate tail page");
2112
2113         if (TestClearPageLRU(page)) {
2114                 struct lruvec *lruvec;
2115
2116                 get_page(page);
2117                 lruvec = lock_page_lruvec_irq(page);
2118                 del_page_from_lru_list(page, lruvec);
2119                 unlock_page_lruvec_irq(lruvec);
2120                 ret = 0;
2121         }
2122
2123         return ret;
2124 }
2125
2126 /*
2127  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
2128  * then get rescheduled. When there are massive number of tasks doing page
2129  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
2130  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
2131  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
2132  */
2133 static int too_many_isolated(struct pglist_data *pgdat, int file,
2134                 struct scan_control *sc)
2135 {
2136         unsigned long inactive, isolated;
2137
2138         if (current_is_kswapd())
2139                 return 0;
2140
2141         if (!writeback_throttling_sane(sc))
2142                 return 0;
2143
2144         if (file) {
2145                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2146                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
2147         } else {
2148                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2149                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
2150         }
2151
2152         /*
2153          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
2154          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
2155          * deadlock.
2156          */
2157         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
2158                 inactive >>= 3;
2159
2160         return isolated > inactive;
2161 }
2162
2163 /*
2164  * move_pages_to_lru() moves pages from private @list to appropriate LRU list.
2165  * On return, @list is reused as a list of pages to be freed by the caller.
2166  *
2167  * Returns the number of pages moved to the given lruvec.
2168  */
2169 static unsigned int move_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
2170                                       struct list_head *list)
2171 {
2172         int nr_pages, nr_moved = 0;
2173         LIST_HEAD(pages_to_free);
2174         struct page *page;
2175
2176         while (!list_empty(list)) {
2177                 page = lru_to_page(list);
2178                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
2179                 list_del(&page->lru);
2180                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
2181                         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2182                         putback_lru_page(page);
2183                         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2184                         continue;
2185                 }
2186
2187                 /*
2188                  * The SetPageLRU needs to be kept here for list integrity.
2189                  * Otherwise:
2190                  *   #0 move_pages_to_lru             #1 release_pages
2191                  *   if !put_page_testzero
2192                  *                                    if (put_page_testzero())
2193                  *                                      !PageLRU //skip lru_lock
2194                  *     SetPageLRU()
2195                  *     list_add(&page->lru,)
2196                  *                                        list_add(&page->lru,)
2197                  */
2198                 SetPageLRU(page);
2199
2200                 if (unlikely(put_page_testzero(page))) {
2201                         __clear_page_lru_flags(page);
2202
2203                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
2204                                 spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2205                                 destroy_compound_page(page);
2206                                 spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2207                         } else
2208                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
2209
2210                         continue;
2211                 }
2212
2213                 /*
2214                  * All pages were isolated from the same lruvec (and isolation
2215                  * inhibits memcg migration).
2216                  */
2217                 VM_BUG_ON_PAGE(!page_matches_lruvec(page, lruvec), page);
2218                 add_page_to_lru_list(page, lruvec);
2219                 nr_pages = thp_nr_pages(page);
2220                 nr_moved += nr_pages;
2221                 if (PageActive(page))
2222                         workingset_age_nonresident(lruvec, nr_pages);
2223         }
2224
2225         /*
2226          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
2227          */
2228         list_splice(&pages_to_free, list);
2229
2230         return nr_moved;
2231 }
2232
2233 /*
2234  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
2235  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LOCAL_THROTTLE.
2236  * In that case we should only throttle if the backing device it is
2237  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
2238  */
2239 static int current_may_throttle(void)
2240 {
2241         return !(current->flags & PF_LOCAL_THROTTLE) ||
2242                 current->backing_dev_info == NULL ||
2243                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
2244 }
2245
2246 /*
2247  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_node().  It returns the number
2248  * of reclaimed pages
2249  */
2250 static unsigned long
2251 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
2252                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
2253 {
2254         LIST_HEAD(page_list);
2255         unsigned long nr_scanned;
2256         unsigned int nr_reclaimed = 0;
2257         unsigned long nr_taken;
2258         struct reclaim_stat stat;
2259         bool file = is_file_lru(lru);
2260         enum vm_event_item item;
2261         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2262         bool stalled = false;
2263
2264         while (unlikely(too_many_isolated(pgdat, file, sc))) {
2265                 if (stalled)
2266                         return 0;
2267
2268                 /* wait a bit for the reclaimer. */
2269                 msleep(100);
2270                 stalled = true;
2271
2272                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
2273                 if (fatal_signal_pending(current))
2274                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
2275         }
2276
2277         lru_add_drain();
2278
2279         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2280
2281         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
2282                                      &nr_scanned, sc, lru);
2283
2284         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2285         item = current_is_kswapd() ? PGSCAN_KSWAPD : PGSCAN_DIRECT;
2286         if (!cgroup_reclaim(sc))
2287                 __count_vm_events(item, nr_scanned);
2288         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_scanned);
2289         __count_vm_events(PGSCAN_ANON + file, nr_scanned);
2290
2291         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2292
2293         if (nr_taken == 0)
2294                 return 0;
2295
2296         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, pgdat, sc, &stat, false);
2297
2298         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2299         move_pages_to_lru(lruvec, &page_list);
2300
2301         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2302         item = current_is_kswapd() ? PGSTEAL_KSWAPD : PGSTEAL_DIRECT;
2303         if (!cgroup_reclaim(sc))
2304                 __count_vm_events(item, nr_reclaimed);
2305         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_reclaimed);
2306         __count_vm_events(PGSTEAL_ANON + file, nr_reclaimed);
2307         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2308
2309         lru_note_cost(lruvec, file, stat.nr_pageout);
2310         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
2311         free_unref_page_list(&page_list);
2312
2313         /*
2314          * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
2315          * implies that flushers are not doing their job. This can
2316          * happen when memory pressure pushes dirty pages to the end of
2317          * the LRU before the dirty limits are breached and the dirty
2318          * data has expired. It can also happen when the proportion of
2319          * dirty pages grows not through writes but through memory
2320          * pressure reclaiming all the clean cache. And in some cases,
2321          * the flushers simply cannot keep up with the allocation
2322          * rate. Nudge the flusher threads in case they are asleep.
2323          */
2324         if (stat.nr_unqueued_dirty == nr_taken)
2325                 wakeup_flusher_threads(WB_REASON_VMSCAN);
2326
2327         sc->nr.dirty += stat.nr_dirty;
2328         sc->nr.congested += stat.nr_congested;
2329         sc->nr.unqueued_dirty += stat.nr_unqueued_dirty;
2330         sc->nr.writeback += stat.nr_writeback;
2331         sc->nr.immediate += stat.nr_immediate;
2332         sc->nr.taken += nr_taken;
2333         if (file)
2334                 sc->nr.file_taken += nr_taken;
2335
2336         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(pgdat->node_id,
2337                         nr_scanned, nr_reclaimed, &stat, sc->priority, file);
2338         return nr_reclaimed;
2339 }
2340
2341 /*
2342  * shrink_active_list() moves pages from the active LRU to the inactive LRU.
2343  *
2344  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
2345  * processes.
2346  *
2347  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
2348  * appropriate to hold lru_lock across the whole operation.  But if
2349  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()), so
2350  * we should drop lru_lock around each page.  It's impossible to balance
2351  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
2352  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
2353  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
2354  *
2355  * The downside is that we have to touch page->_refcount against each page.
2356  * But we had to alter page->flags anyway.
2357  */
2358 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
2359                                struct lruvec *lruvec,
2360                                struct scan_control *sc,
2361                                enum lru_list lru)
2362 {
2363         unsigned long nr_taken;
2364         unsigned long nr_scanned;
2365         unsigned long vm_flags;
2366         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
2367         LIST_HEAD(l_active);
2368         LIST_HEAD(l_inactive);
2369         struct page *page;
2370         unsigned nr_deactivate, nr_activate;
2371         unsigned nr_rotated = 0;
2372         int file = is_file_lru(lru);
2373         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2374
2375         lru_add_drain();
2376
2377         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2378
2379         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
2380                                      &nr_scanned, sc, lru);
2381
2382         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2383
2384         if (!cgroup_reclaim(sc))
2385                 __count_vm_events(PGREFILL, nr_scanned);
2386         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGREFILL, nr_scanned);
2387
2388         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2389
2390         while (!list_empty(&l_hold)) {
2391                 cond_resched();
2392                 page = lru_to_page(&l_hold);
2393                 list_del(&page->lru);
2394
2395                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
2396                         putback_lru_page(page);
2397                         continue;
2398                 }
2399
2400                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
2401                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
2402                                 if (page_has_private(page))
2403                                         try_to_release_page(page, 0);
2404                                 unlock_page(page);
2405                         }
2406                 }
2407
2408                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
2409                                     &vm_flags)) {
2410                         /*
2411                          * Identify referenced, file-backed active pages and
2412                          * give them one more trip around the active list. So
2413                          * that executable code get better chances to stay in
2414                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
2415                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
2416                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
2417                          * so we ignore them here.
2418                          */
2419                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_lru(page)) {
2420                                 nr_rotated += thp_nr_pages(page);
2421                                 list_add(&page->lru, &l_active);
2422                                 continue;
2423                         }
2424                 }
2425
2426                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
2427                 SetPageWorkingset(page);
2428                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
2429         }
2430
2431         /*
2432          * Move pages back to the lru list.
2433          */
2434         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2435
2436         nr_activate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_active);
2437         nr_deactivate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive);
2438         /* Keep all free pages in l_active list */
2439         list_splice(&l_inactive, &l_active);
2440
2441         __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2442         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2443
2444         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2445         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2446
2447         mem_cgroup_uncharge_list(&l_active);
2448         free_unref_page_list(&l_active);
2449         trace_mm_vmscan_lru_shrink_active(pgdat->node_id, nr_taken, nr_activate,
2450                         nr_deactivate, nr_rotated, sc->priority, file);
2451 }
2452
2453 unsigned long reclaim_pages(struct list_head *page_list)
2454 {
2455         int nid = NUMA_NO_NODE;
2456         unsigned int nr_reclaimed = 0;
2457         LIST_HEAD(node_page_list);
2458         struct reclaim_stat dummy_stat;
2459         struct page *page;
2460         unsigned int noreclaim_flag;
2461         struct scan_control sc = {
2462                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
2463                 .may_writepage = 1,
2464                 .may_unmap = 1,
2465                 .may_swap = 1,
2466                 .no_demotion = 1,
2467         };
2468
2469         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
2470
2471         while (!list_empty(page_list)) {
2472                 page = lru_to_page(page_list);
2473                 if (nid == NUMA_NO_NODE) {
2474                         nid = page_to_nid(page);
2475                         INIT_LIST_HEAD(&node_page_list);
2476                 }
2477
2478                 if (nid == page_to_nid(page)) {
2479                         ClearPageActive(page);
2480                         list_move(&page->lru, &node_page_list);
2481                         continue;
2482                 }
2483
2484                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2485                                                 NODE_DATA(nid),
2486                                                 &sc, &dummy_stat, false);
2487                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2488                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2489                         list_del(&page->lru);
2490                         putback_lru_page(page);
2491                 }
2492
2493                 nid = NUMA_NO_NODE;
2494         }
2495
2496         if (!list_empty(&node_page_list)) {
2497                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2498                                                 NODE_DATA(nid),
2499                                                 &sc, &dummy_stat, false);
2500                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2501                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2502                         list_del(&page->lru);
2503                         putback_lru_page(page);
2504                 }
2505         }
2506
2507         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
2508
2509         return nr_reclaimed;
2510 }
2511
2512 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
2513                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2514 {
2515         if (is_active_lru(lru)) {
2516                 if (sc->may_deactivate & (1 << is_file_lru(lru)))
2517                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2518                 else
2519                         sc->skipped_deactivate = 1;
2520                 return 0;
2521         }
2522
2523         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2524 }
2525
2526 /*
2527  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
2528  * to do too much work.
2529  *
2530  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
2531  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
2532  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
2533  *
2534  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
2535  * page has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
2536  *
2537  * If that fails and refaulting is observed, the inactive list grows.
2538  *
2539  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE pages
2540  * on this LRU, maintained by the pageout code. An inactive_ratio
2541  * of 3 means 3:1 or 25% of the pages are kept on the inactive list.
2542  *
2543  * total     target    max
2544  * memory    ratio     inactive
2545  * -------------------------------------
2546  *   10MB       1         5MB
2547  *  100MB       1        50MB
2548  *    1GB       3       250MB
2549  *   10GB      10       0.9GB
2550  *  100GB      31         3GB
2551  *    1TB     101        10GB
2552  *   10TB     320        32GB
2553  */
2554 static bool inactive_is_low(struct lruvec *lruvec, enum lru_list inactive_lru)
2555 {
2556         enum lru_list active_lru = inactive_lru + LRU_ACTIVE;
2557         unsigned long inactive, active;
2558         unsigned long inactive_ratio;
2559         unsigned long gb;
2560
2561         inactive = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + inactive_lru);
2562         active = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + active_lru);
2563
2564         gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
2565         if (gb)
2566                 inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
2567         else
2568                 inactive_ratio = 1;
2569
2570         return inactive * inactive_ratio < active;
2571 }
2572
2573 enum scan_balance {
2574         SCAN_EQUAL,
2575         SCAN_FRACT,
2576         SCAN_ANON,
2577         SCAN_FILE,
2578 };
2579
2580 /*
2581  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
2582  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
2583  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
2584  * onto the active list instead of evict.
2585  *
2586  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
2587  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
2588  */
2589 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
2590                            unsigned long *nr)
2591 {
2592         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2593         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
2594         unsigned long anon_cost, file_cost, total_cost;
2595         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2596         u64 fraction[ANON_AND_FILE];
2597         u64 denominator = 0;    /* gcc */
2598         enum scan_balance scan_balance;
2599         unsigned long ap, fp;
2600         enum lru_list lru;
2601
2602         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
2603         if (!sc->may_swap || !can_reclaim_anon_pages(memcg, pgdat->node_id, sc)) {
2604                 scan_balance = SCAN_FILE;
2605                 goto out;
2606         }
2607
2608         /*
2609          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
2610          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
2611          * disable swapping for individual groups completely when
2612          * using the memory controller's swap limit feature would be
2613          * too expensive.
2614          */
2615         if (cgroup_reclaim(sc) && !swappiness) {
2616                 scan_balance = SCAN_FILE;
2617                 goto out;
2618         }
2619
2620         /*
2621          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2622          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2623          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2624          */
2625         if (!sc->priority && swappiness) {
2626                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2627                 goto out;
2628         }
2629
2630         /*
2631          * If the system is almost out of file pages, force-scan anon.
2632          */
2633         if (sc->file_is_tiny) {
2634                 scan_balance = SCAN_ANON;
2635                 goto out;
2636         }
2637
2638         /*
2639          * If there is enough inactive page cache, we do not reclaim
2640          * anything from the anonymous working right now.
2641          */
2642         if (sc->cache_trim_mode) {
2643                 scan_balance = SCAN_FILE;
2644                 goto out;
2645         }
2646
2647         scan_balance = SCAN_FRACT;
2648         /*
2649          * Calculate the pressure balance between anon and file pages.
2650          *
2651          * The amount of pressure we put on each LRU is inversely
2652          * proportional to the cost of reclaiming each list, as
2653          * determined by the share of pages that are refaulting, times
2654          * the relative IO cost of bringing back a swapped out
2655          * anonymous page vs reloading a filesystem page (swappiness).
2656          *
2657          * Although we limit that influence to ensure no list gets
2658          * left behind completely: at least a third of the pressure is
2659          * applied, before swappiness.
2660          *
2661          * With swappiness at 100, anon and file have equal IO cost.
2662          */
2663         total_cost = sc->anon_cost + sc->file_cost;
2664         anon_cost = total_cost + sc->anon_cost;
2665         file_cost = total_cost + sc->file_cost;
2666         total_cost = anon_cost + file_cost;
2667
2668         ap = swappiness * (total_cost + 1);
2669         ap /= anon_cost + 1;
2670
2671         fp = (200 - swappiness) * (total_cost + 1);
2672         fp /= file_cost + 1;
2673
2674         fraction[0] = ap;
2675         fraction[1] = fp;
2676         denominator = ap + fp;
2677 out:
2678         for_each_evictable_lru(lru) {
2679                 int file = is_file_lru(lru);
2680                 unsigned long lruvec_size;
2681                 unsigned long low, min;
2682                 unsigned long scan;
2683
2684                 lruvec_size = lruvec_lru_size(lruvec, lru, sc->reclaim_idx);
2685                 mem_cgroup_protection(sc->target_mem_cgroup, memcg,
2686                                       &min, &low);
2687
2688                 if (min || low) {
2689                         /*
2690                          * Scale a cgroup's reclaim pressure by proportioning
2691                          * its current usage to its memory.low or memory.min
2692                          * setting.
2693                          *
2694                          * This is important, as otherwise scanning aggression
2695                          * becomes extremely binary -- from nothing as we
2696                          * approach the memory protection threshold, to totally
2697                          * nominal as we exceed it.  This results in requiring
2698                          * setting extremely liberal protection thresholds. It
2699                          * also means we simply get no protection at all if we
2700                          * set it too low, which is not ideal.
2701                          *
2702                          * If there is any protection in place, we reduce scan
2703                          * pressure by how much of the total memory used is
2704                          * within protection thresholds.
2705                          *
2706                          * There is one special case: in the first reclaim pass,
2707                          * we skip over all groups that are within their low
2708                          * protection. If that fails to reclaim enough pages to
2709                          * satisfy the reclaim goal, we come back and override
2710                          * the best-effort low protection. However, we still
2711                          * ideally want to honor how well-behaved groups are in
2712                          * that case instead of simply punishing them all
2713                          * equally. As such, we reclaim them based on how much
2714                          * memory they are using, reducing the scan pressure
2715                          * again by how much of the total memory used is under
2716                          * hard protection.
2717                          */
2718                         unsigned long cgroup_size = mem_cgroup_size(memcg);
2719                         unsigned long protection;
2720
2721                         /* memory.low scaling, make sure we retry before OOM */
2722                         if (!sc->memcg_low_reclaim && low > min) {
2723                                 protection = low;
2724                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
2725                         } else {
2726                                 protection = min;
2727                         }
2728
2729                         /* Avoid TOCTOU with earlier protection check */
2730                         cgroup_size = max(cgroup_size, protection);
2731
2732                         scan = lruvec_size - lruvec_size * protection /
2733                                 (cgroup_size + 1);
2734
2735                         /*
2736                          * Minimally target SWAP_CLUSTER_MAX pages to keep
2737                          * reclaim moving forwards, avoiding decrementing
2738                          * sc->priority further than desirable.
2739                          */
2740                         scan = max(scan, SWAP_CLUSTER_MAX);
2741                 } else {
2742                         scan = lruvec_size;
2743                 }
2744
2745                 scan >>= sc->priority;
2746
2747                 /*
2748                  * If the cgroup's already been deleted, make sure to
2749                  * scrape out the remaining cache.
2750                  */
2751                 if (!scan && !mem_cgroup_online(memcg))
2752                         scan = min(lruvec_size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2753
2754                 switch (scan_balance) {
2755                 case SCAN_EQUAL:
2756                         /* Scan lists relative to size */
2757                         break;
2758                 case SCAN_FRACT:
2759                         /*
2760                          * Scan types proportional to swappiness and
2761                          * their relative recent reclaim efficiency.
2762                          * Make sure we don't miss the last page on
2763                          * the offlined memory cgroups because of a
2764                          * round-off error.
2765                          */
2766                         scan = mem_cgroup_online(memcg) ?
2767                                div64_u64(scan * fraction[file], denominator) :
2768                                DIV64_U64_ROUND_UP(scan * fraction[file],
2769                                                   denominator);
2770                         break;
2771                 case SCAN_FILE:
2772                 case SCAN_ANON:
2773                         /* Scan one type exclusively */
2774                         if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file)
2775                                 scan = 0;
2776                         break;
2777                 default:
2778                         /* Look ma, no brain */
2779                         BUG();
2780                 }
2781
2782                 nr[lru] = scan;
2783         }
2784 }
2785
2786 /*
2787  * Anonymous LRU management is a waste if there is
2788  * ultimately no way to reclaim the memory.
2789  */
2790 static bool can_age_anon_pages(struct pglist_data *pgdat,
2791                                struct scan_control *sc)
2792 {
2793         /* Aging the anon LRU is valuable if swap is present: */
2794         if (total_swap_pages > 0)
2795                 return true;
2796
2797         /* Also valuable if anon pages can be demoted: */
2798         return can_demote(pgdat->node_id, sc);
2799 }
2800
2801 static void shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2802 {
2803         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2804         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2805         unsigned long nr_to_scan;
2806         enum lru_list lru;
2807         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2808         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2809         struct blk_plug plug;
2810         bool scan_adjusted;
2811
2812         get_scan_count(lruvec, sc, nr);
2813
2814         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2815         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2816
2817         /*
2818          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2819          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2820          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2821          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2822          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2823          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2824          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2825          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2826          * dropped to zero at the first pass.
2827          */
2828         scan_adjusted = (!cgroup_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2829                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2830
2831         blk_start_plug(&plug);
2832         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2833                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2834                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2835                 unsigned long nr_scanned;
2836
2837                 for_each_evictable_lru(lru) {
2838                         if (nr[lru]) {
2839                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2840                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2841
2842                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2843                                                             lruvec, sc);
2844                         }
2845                 }
2846
2847                 cond_resched();
2848
2849                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2850                         continue;
2851
2852                 /*
2853                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2854                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2855                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2856                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2857                  * proportional to the original scan target.
2858                  */
2859                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2860                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2861
2862                 /*
2863                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2864                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2865                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2866                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2867                  */
2868                 if (!nr_file || !nr_anon)
2869                         break;
2870
2871                 if (nr_file > nr_anon) {
2872                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2873                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2874                         lru = LRU_BASE;
2875                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2876                 } else {
2877                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2878                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2879                         lru = LRU_FILE;
2880                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2881                 }
2882
2883                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2884                 nr[lru] = 0;
2885                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2886
2887                 /*
2888                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2889                  * scan target and the percentage scanning already complete
2890                  */
2891                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2892                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2893                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2894                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2895
2896                 lru += LRU_ACTIVE;
2897                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2898                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2899                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2900
2901                 scan_adjusted = true;
2902         }
2903         blk_finish_plug(&plug);
2904         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2905
2906         /*
2907          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2908          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2909          */
2910         if (can_age_anon_pages(lruvec_pgdat(lruvec), sc) &&
2911             inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
2912                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2913                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2914 }
2915
2916 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2917 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2918 {
2919         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2920                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2921                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2922                 return true;
2923
2924         return false;
2925 }
2926
2927 /*
2928  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2929  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2930  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2931  * calls try_to_compact_pages() that it will have enough free pages to succeed.
2932  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2933  */
2934 static inline bool should_continue_reclaim(struct pglist_data *pgdat,
2935                                         unsigned long nr_reclaimed,
2936                                         struct scan_control *sc)
2937 {
2938         unsigned long pages_for_compaction;
2939         unsigned long inactive_lru_pages;
2940         int z;
2941
2942         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2943         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2944                 return false;
2945
2946         /*
2947          * Stop if we failed to reclaim any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX
2948          * number of pages that were scanned. This will return to the caller
2949          * with the risk reclaim/compaction and the resulting allocation attempt
2950          * fails. In the past we have tried harder for __GFP_RETRY_MAYFAIL
2951          * allocations through requiring that the full LRU list has been scanned
2952          * first, by assuming that zero delta of sc->nr_scanned means full LRU
2953          * scan, but that approximation was wrong, and there were corner cases
2954          * where always a non-zero amount of pages were scanned.
2955          */
2956         if (!nr_reclaimed)
2957                 return false;
2958
2959         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2960         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
2961                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2962                 if (!managed_zone(zone))
2963                         continue;
2964
2965                 switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx)) {
2966                 case COMPACT_SUCCESS:
2967                 case COMPACT_CONTINUE:
2968                         return false;
2969                 default:
2970                         /* check next zone */
2971                         ;
2972                 }
2973         }
2974
2975         /*
2976          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2977          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2978          */
2979         pages_for_compaction = compact_gap(sc->order);
2980         inactive_lru_pages = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2981         if (can_reclaim_anon_pages(NULL, pgdat->node_id, sc))
2982                 inactive_lru_pages += node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2983
2984         return inactive_lru_pages > pages_for_compaction;
2985 }
2986
2987 static void shrink_node_memcgs(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2988 {
2989         struct mem_cgroup *target_memcg = sc->target_mem_cgroup;
2990         struct mem_cgroup *memcg;
2991
2992         memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, NULL, NULL);
2993         do {
2994                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
2995                 unsigned long reclaimed;
2996                 unsigned long scanned;
2997
2998                 /*
2999                  * This loop can become CPU-bound when target memcgs
3000                  * aren't eligible for reclaim - either because they
3001                  * don't have any reclaimable pages, or because their
3002                  * memory is explicitly protected. Avoid soft lockups.
3003                  */
3004                 cond_resched();
3005
3006                 mem_cgroup_calculate_protection(target_memcg, memcg);
3007
3008                 if (mem_cgroup_below_min(memcg)) {
3009                         /*
3010                          * Hard protection.
3011                          * If there is no reclaimable memory, OOM.
3012                          */
3013                         continue;
3014                 } else if (mem_cgroup_below_low(memcg)) {
3015                         /*
3016                          * Soft protection.
3017                          * Respect the protection only as long as
3018                          * there is an unprotected supply
3019                          * of reclaimable memory from other cgroups.
3020                          */
3021                         if (!sc->memcg_low_reclaim) {
3022                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
3023                                 continue;
3024                         }
3025                         memcg_memory_event(memcg, MEMCG_LOW);
3026                 }
3027
3028                 reclaimed = sc->nr_reclaimed;
3029                 scanned = sc->nr_scanned;
3030
3031                 shrink_lruvec(lruvec, sc);
3032
3033                 shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id, memcg,
3034                             sc->priority);
3035
3036                 /* Record the group's reclaim efficiency */
3037                 vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
3038                            sc->nr_scanned - scanned,
3039                            sc->nr_reclaimed - reclaimed);
3040
3041         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, memcg, NULL)));
3042 }
3043
3044 static void shrink_node(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
3045 {
3046         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
3047         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
3048         struct lruvec *target_lruvec;
3049         bool reclaimable = false;
3050         unsigned long file;
3051
3052         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup, pgdat);
3053
3054 again:
3055         /*
3056          * Flush the memory cgroup stats, so that we read accurate per-memcg
3057          * lruvec stats for heuristics.
3058          */
3059         mem_cgroup_flush_stats();
3060
3061         memset(&sc->nr, 0, sizeof(sc->nr));
3062
3063         nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
3064         nr_scanned = sc->nr_scanned;
3065
3066         /*
3067          * Determine the scan balance between anon and file LRUs.
3068          */
3069         spin_lock_irq(&target_lruvec->lru_lock);
3070         sc->anon_cost = target_lruvec->anon_cost;
3071         sc->file_cost = target_lruvec->file_cost;
3072         spin_unlock_irq(&target_lruvec->lru_lock);
3073
3074         /*
3075          * Target desirable inactive:active list ratios for the anon
3076          * and file LRU lists.
3077          */
3078         if (!sc->force_deactivate) {
3079                 unsigned long refaults;
3080
3081                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
3082                                 WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
3083                 if (refaults != target_lruvec->refaults[0] ||
3084                         inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
3085                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_ANON;
3086                 else
3087                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_ANON;
3088
3089                 /*
3090                  * When refaults are being observed, it means a new
3091                  * workingset is being established. Deactivate to get
3092                  * rid of any stale active pages quickly.
3093                  */
3094                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
3095                                 WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
3096                 if (refaults != target_lruvec->refaults[1] ||
3097                     inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_FILE))
3098                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_FILE;
3099                 else
3100                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_FILE;
3101         } else
3102                 sc->may_deactivate = DEACTIVATE_ANON | DEACTIVATE_FILE;
3103
3104         /*
3105          * If we have plenty of inactive file pages that aren't
3106          * thrashing, try to reclaim those first before touching
3107          * anonymous pages.
3108          */
3109         file = lruvec_page_state(target_lruvec, NR_INACTIVE_FILE);
3110         if (file >> sc->priority && !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_FILE))
3111                 sc->cache_trim_mode = 1;
3112         else
3113                 sc->cache_trim_mode = 0;
3114
3115         /*
3116          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
3117          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
3118          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
3119          * shrinks, so does the window for rotation from references.
3120          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
3121          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
3122          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
3123          */
3124         if (!cgroup_reclaim(sc)) {
3125                 unsigned long total_high_wmark = 0;
3126                 unsigned long free, anon;
3127                 int z;
3128
3129                 free = sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_FREE_PAGES);
3130                 file = node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
3131                            node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
3132
3133                 for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++) {
3134                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
3135                         if (!managed_zone(zone))
3136                                 continue;
3137
3138                         total_high_wmark += high_wmark_pages(zone);
3139                 }
3140
3141                 /*
3142                  * Consider anon: if that's low too, this isn't a
3143                  * runaway file reclaim problem, but rather just
3144                  * extreme pressure. Reclaim as per usual then.
3145                  */
3146                 anon = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
3147
3148                 sc->file_is_tiny =
3149                         file + free <= total_high_wmark &&
3150                         !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_ANON) &&
3151                         anon >> sc->priority;
3152         }
3153
3154         shrink_node_memcgs(pgdat, sc);
3155
3156         if (reclaim_state) {
3157                 sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
3158                 reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
3159         }
3160
3161         /* Record the subtree's reclaim efficiency */
3162         vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
3163                    sc->nr_scanned - nr_scanned,
3164                    sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
3165
3166         if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
3167                 reclaimable = true;
3168
3169         if (current_is_kswapd()) {
3170                 /*
3171                  * If reclaim is isolating dirty pages under writeback,
3172                  * it implies that the long-lived page allocation rate
3173                  * is exceeding the page laundering rate. Either the
3174                  * global limits are not being effective at throttling
3175                  * processes due to the page distribution throughout
3176                  * zones or there is heavy usage of a slow backing
3177                  * device. The only option is to throttle from reclaim
3178                  * context which is not ideal as there is no guarantee
3179                  * the dirtying process is throttled in the same way
3180                  * balance_dirty_pages() manages.
3181                  *
3182                  * Once a node is flagged PGDAT_WRITEBACK, kswapd will
3183                  * count the number of pages under pages flagged for
3184                  * immediate reclaim and stall if any are encountered
3185                  * in the nr_immediate check below.
3186                  */
3187                 if (sc->nr.writeback && sc->nr.writeback == sc->nr.taken)
3188                         set_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
3189
3190                 /* Allow kswapd to start writing pages during reclaim.*/
3191                 if (sc->nr.unqueued_dirty == sc->nr.file_taken)
3192                         set_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
3193
3194                 /*
3195                  * If kswapd scans pages marked for immediate
3196                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it
3197                  * implies that pages are cycling through the LRU
3198                  * faster than they are written so also forcibly stall.
3199                  */
3200                 if (sc->nr.immediate)
3201                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3202         }
3203
3204         /*
3205          * Tag a node/memcg as congested if all the dirty pages
3206          * scanned were backed by a congested BDI and
3207          * wait_iff_congested will stall.
3208          *
3209          * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
3210          * stalling in wait_iff_congested().
3211          */
3212         if ((current_is_kswapd() ||
3213              (cgroup_reclaim(sc) && writeback_throttling_sane(sc))) &&
3214             sc->nr.dirty && sc->nr.dirty == sc->nr.congested)
3215                 set_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags);
3216
3217         /*
3218          * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs
3219          * and node is congested. Allow kswapd to continue until it
3220          * starts encountering unqueued dirty pages or cycling through
3221          * the LRU too quickly.
3222          */
3223         if (!current_is_kswapd() && current_may_throttle() &&
3224             !sc->hibernation_mode &&
3225             test_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags))
3226                 wait_iff_congested(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3227
3228         if (should_continue_reclaim(pgdat, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
3229                                     sc))
3230                 goto again;
3231
3232         /*
3233          * Kswapd gives up on balancing particular nodes after too
3234          * many failures to reclaim anything from them and goes to
3235          * sleep. On reclaim progress, reset the failure counter. A
3236          * successful direct reclaim run will revive a dormant kswapd.
3237          */
3238         if (reclaimable)
3239                 pgdat->kswapd_failures = 0;
3240 }
3241
3242 /*
3243  * Returns true if compaction should go ahead for a costly-order request, or
3244  * the allocation would already succeed without compaction. Return false if we
3245  * should reclaim first.
3246  */
3247 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
3248 {
3249         unsigned long watermark;
3250         enum compact_result suitable;
3251
3252         suitable = compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx);
3253         if (suitable == COMPACT_SUCCESS)
3254                 /* Allocation should succeed already. Don't reclaim. */
3255                 return true;
3256         if (suitable == COMPACT_SKIPPED)
3257                 /* Compaction cannot yet proceed. Do reclaim. */
3258                 return false;
3259
3260         /*
3261          * Compaction is already possible, but it takes time to run and there
3262          * are potentially other callers using the pages just freed. So proceed
3263          * with reclaim to make a buffer of free pages available to give
3264          * compaction a reasonable chance of completing and allocating the page.
3265          * Note that we won't actually reclaim the whole buffer in one attempt
3266          * as the target watermark in should_continue_reclaim() is lower. But if
3267          * we are already above the high+gap watermark, don't reclaim at all.
3268          */
3269         watermark = high_wmark_pages(zone) + compact_gap(sc->order);
3270
3271         return zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, sc->reclaim_idx);
3272 }
3273
3274 /*
3275  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
3276  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
3277  * request.
3278  *
3279  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
3280  * scan then give up on it.
3281  */
3282 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
3283 {
3284         struct zoneref *z;
3285         struct zone *zone;
3286         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3287         unsigned long nr_soft_scanned;
3288         gfp_t orig_mask;
3289         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3290
3291         /*
3292          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
3293          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
3294          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
3295          */
3296         orig_mask = sc->gfp_mask;
3297         if (buffer_heads_over_limit) {
3298                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
3299                 sc->reclaim_idx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
3300         }
3301
3302         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
3303                                         sc->reclaim_idx, sc->nodemask) {
3304                 /*
3305                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
3306                  * to global LRU.
3307                  */
3308                 if (!cgroup_reclaim(sc)) {
3309                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
3310                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
3311                                 continue;
3312
3313                         /*
3314                          * If we already have plenty of memory free for
3315                          * compaction in this zone, don't free any more.
3316                          * Even though compaction is invoked for any
3317                          * non-zero order, only frequent costly order
3318                          * reclamation is disruptive enough to become a
3319                          * noticeable problem, like transparent huge
3320                          * page allocations.
3321                          */
3322                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
3323                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3324                             compaction_ready(zone, sc)) {
3325                                 sc->compaction_ready = true;
3326                                 continue;
3327                         }
3328
3329                         /*
3330                          * Shrink each node in the zonelist once. If the
3331                          * zonelist is ordered by zone (not the default) then a
3332                          * node may be shrunk multiple times but in that case
3333                          * the user prefers lower zones being preserved.
3334                          */
3335                         if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3336                                 continue;
3337
3338                         /*
3339                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
3340                          * and returns the number of reclaimed pages and
3341                          * scanned pages. This works for global memory pressure
3342                          * and balancing, not for a memcg's limit.
3343                          */
3344                         nr_soft_scanned = 0;
3345                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone->zone_pgdat,
3346                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
3347                                                 &nr_soft_scanned);
3348                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3349                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
3350                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
3351                 }
3352
3353                 /* See comment about same check for global reclaim above */
3354                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3355                         continue;
3356                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3357                 shrink_node(zone->zone_pgdat, sc);
3358         }
3359
3360         /*
3361          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
3362          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
3363          */
3364         sc->gfp_mask = orig_mask;
3365 }
3366
3367 static void snapshot_refaults(struct mem_cgroup *target_memcg, pg_data_t *pgdat)
3368 {
3369         struct lruvec *target_lruvec;
3370         unsigned long refaults;
3371
3372         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(target_memcg, pgdat);
3373         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
3374         target_lruvec->refaults[0] = refaults;
3375         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
3376         target_lruvec->refaults[1] = refaults;
3377 }
3378
3379 /*
3380  * This is the main entry point to direct page reclaim.
3381  *
3382  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
3383  * are "out of memory" and something needs to be killed.
3384  *
3385  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
3386  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
3387  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
3388  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
3389  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
3390  * work, and the allocation attempt will fail.
3391  *
3392  * returns:     0, if no pages reclaimed
3393  *              else, the number of pages reclaimed
3394  */
3395 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
3396                                           struct scan_control *sc)
3397 {
3398         int initial_priority = sc->priority;
3399         pg_data_t *last_pgdat;
3400         struct zoneref *z;
3401         struct zone *zone;
3402 retry:
3403         delayacct_freepages_start();
3404
3405         if (!cgroup_reclaim(sc))
3406                 __count_zid_vm_events(ALLOCSTALL, sc->reclaim_idx, 1);
3407
3408         do {
3409                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
3410                                 sc->priority);
3411                 sc->nr_scanned = 0;
3412                 shrink_zones(zonelist, sc);
3413
3414                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
3415                         break;
3416
3417                 if (sc->compaction_ready)
3418                         break;
3419
3420                 /*
3421                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
3422                  * writepage even in laptop mode.
3423                  */
3424                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
3425                         sc->may_writepage = 1;
3426         } while (--sc->priority >= 0);
3427
3428         last_pgdat = NULL;
3429         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, sc->reclaim_idx,
3430                                         sc->nodemask) {
3431                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3432                         continue;
3433                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3434
3435                 snapshot_refaults(sc->target_mem_cgroup, zone->zone_pgdat);
3436
3437                 if (cgroup_reclaim(sc)) {
3438                         struct lruvec *lruvec;
3439
3440                         lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup,
3441                                                    zone->zone_pgdat);
3442                         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
3443                 }
3444         }
3445
3446         delayacct_freepages_end();
3447
3448         if (sc->nr_reclaimed)
3449                 return sc->nr_reclaimed;
3450
3451         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
3452         if (sc->compaction_ready)
3453                 return 1;
3454
3455         /*
3456          * We make inactive:active ratio decisions based on the node's
3457          * composition of memory, but a restrictive reclaim_idx or a
3458          * memory.low cgroup setting can exempt large amounts of
3459          * memory from reclaim. Neither of which are very common, so
3460          * instead of doing costly eligibility calculations of the
3461          * entire cgroup subtree up front, we assume the estimates are
3462          * good, and retry with forcible deactivation if that fails.
3463          */
3464         if (sc->skipped_deactivate) {
3465                 sc->priority = initial_priority;
3466                 sc->force_deactivate = 1;
3467                 sc->skipped_deactivate = 0;
3468                 goto retry;
3469         }
3470
3471         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
3472         if (sc->memcg_low_skipped) {
3473                 sc->priority = initial_priority;
3474                 sc->force_deactivate = 0;
3475                 sc->memcg_low_reclaim = 1;
3476                 sc->memcg_low_skipped = 0;
3477                 goto retry;
3478         }
3479
3480         return 0;
3481 }
3482
3483 static bool allow_direct_reclaim(pg_data_t *pgdat)
3484 {
3485         struct zone *zone;
3486         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
3487         unsigned long free_pages = 0;
3488         int i;
3489         bool wmark_ok;
3490
3491         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3492                 return true;
3493
3494         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
3495                 zone = &pgdat->node_zones[i];
3496                 if (!managed_zone(zone))
3497                         continue;
3498
3499                 if (!zone_reclaimable_pages(zone))
3500                         continue;
3501
3502                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
3503                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
3504         }
3505
3506         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
3507         if (!pfmemalloc_reserve)
3508                 return true;
3509
3510         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
3511
3512         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
3513         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
3514                 if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx) > ZONE_NORMAL)
3515                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, ZONE_NORMAL);
3516
3517                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3518         }
3519
3520         return wmark_ok;
3521 }
3522
3523 /*
3524  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
3525  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
3526  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
3527  * when the low watermark is reached.
3528  *
3529  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
3530  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
3531  */
3532 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
3533                                         nodemask_t *nodemask)
3534 {
3535         struct zoneref *z;
3536         struct zone *zone;
3537         pg_data_t *pgdat = NULL;
3538
3539         /*
3540          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
3541          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
3542          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
3543          * committing a transaction where throttling it could forcing other
3544          * processes to block on log_wait_commit().
3545          */
3546         if (current->flags & PF_KTHREAD)
3547                 goto out;
3548
3549         /*
3550          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
3551          * It should return quickly so it can exit and free its memory
3552          */
3553         if (fatal_signal_pending(current))
3554                 goto out;
3555
3556         /*
3557          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
3558          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
3559          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
3560          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
3561          *
3562          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
3563          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
3564          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
3565          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
3566          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
3567          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
3568          * should make reasonable progress.
3569          */
3570         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
3571                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
3572                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
3573                         continue;
3574
3575                 /* Throttle based on the first usable node */
3576                 pgdat = zone->zone_pgdat;
3577                 if (allow_direct_reclaim(pgdat))
3578                         goto out;
3579                 break;
3580         }
3581
3582         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
3583         if (!pgdat)
3584                 goto out;
3585
3586         /* Account for the throttling */
3587         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
3588
3589         /*
3590          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
3591          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
3592          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
3593          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
3594          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
3595          * second before continuing.
3596          */
3597         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
3598                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
3599                         allow_direct_reclaim(pgdat), HZ);
3600         else
3601                 /* Throttle until kswapd wakes the process */
3602                 wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
3603                         allow_direct_reclaim(pgdat));
3604
3605         if (fatal_signal_pending(current))
3606                 return true;
3607
3608 out:
3609         return false;
3610 }
3611
3612 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
3613                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3614 {
3615         unsigned long nr_reclaimed;
3616         struct scan_control sc = {
3617                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3618                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
3619                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
3620                 .order = order,
3621                 .nodemask = nodemask,
3622                 .priority = DEF_PRIORITY,
3623                 .may_writepage = !laptop_mode,
3624                 .may_unmap = 1,
3625                 .may_swap = 1,
3626         };
3627
3628         /*
3629          * scan_control uses s8 fields for order, priority, and reclaim_idx.
3630          * Confirm they are large enough for max values.
3631          */
3632         BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER > S8_MAX);
3633         BUILD_BUG_ON(DEF_PRIORITY > S8_MAX);
3634         BUILD_BUG_ON(MAX_NR_ZONES > S8_MAX);
3635
3636         /*
3637          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
3638          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
3639          * point.
3640          */
3641         if (throttle_direct_reclaim(sc.gfp_mask, zonelist, nodemask))
3642                 return 1;
3643
3644         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3645         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order, sc.gfp_mask);
3646
3647         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3648
3649         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
3650         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3651
3652         return nr_reclaimed;
3653 }
3654
3655 #ifdef CONFIG_MEMCG
3656
3657 /* Only used by soft limit reclaim. Do not reuse for anything else. */
3658 unsigned long mem_cgroup_shrink_node(struct mem_cgroup *memcg,
3659                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
3660                                                 pg_data_t *pgdat,
3661                                                 unsigned long *nr_scanned)
3662 {
3663         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3664         struct scan_control sc = {
3665                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3666                 .target_mem_cgroup = memcg,
3667                 .may_writepage = !laptop_mode,
3668                 .may_unmap = 1,
3669                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3670                 .may_swap = !noswap,
3671         };
3672
3673         WARN_ON_ONCE(!current->reclaim_state);
3674
3675         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
3676                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
3677
3678         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
3679                                                       sc.gfp_mask);
3680
3681         /*
3682          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
3683          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
3684          * if we don't reclaim here, the shrink_node from balance_pgdat
3685          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
3686          * the priority and make it zero.
3687          */
3688         shrink_lruvec(lruvec, &sc);
3689
3690         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
3691
3692         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
3693
3694         return sc.nr_reclaimed;
3695 }
3696
3697 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
3698                                            unsigned long nr_pages,
3699                                            gfp_t gfp_mask,
3700                                            bool may_swap)
3701 {
3702         unsigned long nr_reclaimed;
3703         unsigned int noreclaim_flag;
3704         struct scan_control sc = {
3705                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3706                 .gfp_mask = (current_gfp_context(gfp_mask) & GFP_RECLAIM_MASK) |
3707                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
3708                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3709                 .target_mem_cgroup = memcg,
3710                 .priority = DEF_PRIORITY,
3711                 .may_writepage = !laptop_mode,
3712                 .may_unmap = 1,
3713                 .may_swap = may_swap,
3714         };
3715         /*
3716          * Traverse the ZONELIST_FALLBACK zonelist of the current node to put
3717          * equal pressure on all the nodes. This is based on the assumption that
3718          * the reclaim does not bail out early.
3719          */
3720         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3721
3722         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3723         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0, sc.gfp_mask);
3724         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3725
3726         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3727
3728         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3729         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
3730         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3731
3732         return nr_reclaimed;
3733 }
3734 #endif
3735
3736 static void age_active_anon(struct pglist_data *pgdat,
3737                                 struct scan_control *sc)
3738 {
3739         struct mem_cgroup *memcg;
3740         struct lruvec *lruvec;
3741
3742         if (!can_age_anon_pages(pgdat, sc))
3743                 return;
3744
3745         lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
3746         if (!inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
3747                 return;
3748
3749         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
3750         do {
3751                 lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3752                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
3753                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
3754                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
3755         } while (memcg);
3756 }
3757
3758 static bool pgdat_watermark_boosted(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
3759 {
3760         int i;
3761         struct zone *zone;
3762
3763         /*
3764          * Check for watermark boosts top-down as the higher zones
3765          * are more likely to be boosted. Both watermarks and boosts
3766          * should not be checked at the same time as reclaim would
3767          * start prematurely when there is no boosting and a lower
3768          * zone is balanced.
3769          */
3770         for (i = highest_zoneidx; i >= 0; i--) {
3771                 zone = pgdat->node_zones + i;
3772                 if (!managed_zone(zone))
3773                         continue;
3774
3775                 if (zone->watermark_boost)
3776                         return true;
3777         }
3778
3779         return false;
3780 }
3781
3782 /*
3783  * Returns true if there is an eligible zone balanced for the request order
3784  * and highest_zoneidx
3785  */
3786 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
3787 {
3788         int i;
3789         unsigned long mark = -1;
3790         struct zone *zone;
3791
3792         /*
3793          * Check watermarks bottom-up as lower zones are more likely to
3794          * meet watermarks.
3795          */
3796         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3797                 zone = pgdat->node_zones + i;
3798
3799                 if (!managed_zone(zone))
3800                         continue;
3801
3802                 mark = high_wmark_pages(zone);
3803                 if (zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, highest_zoneidx))
3804                         return true;
3805         }
3806
3807         /*
3808          * If a node has no populated zone within highest_zoneidx, it does not
3809          * need balancing by definition. This can happen if a zone-restricted
3810          * allocation tries to wake a remote kswapd.
3811          */
3812         if (mark == -1)
3813                 return true;
3814
3815         return false;
3816 }
3817
3818 /* Clear pgdat state for congested, dirty or under writeback. */
3819 static void clear_pgdat_congested(pg_data_t *pgdat)
3820 {
3821         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
3822
3823         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
3824         clear_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
3825         clear_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
3826 }
3827
3828 /*
3829  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
3830  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
3831  *
3832  * Returns true if kswapd is ready to sleep
3833  */
3834 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order,
3835                                 int highest_zoneidx)
3836 {
3837         /*
3838          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
3839          * soon as allow_direct_reclaim() is true. But there is a potential
3840          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
3841          * throttled. There is also a potential race if processes get
3842          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
3843          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
3844          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
3845          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
3846          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
3847          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
3848          * that here we are under prepare_to_wait().
3849          */
3850         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
3851                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3852
3853         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim */
3854         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3855                 return true;
3856
3857         if (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx)) {
3858                 clear_pgdat_congested(pgdat);
3859                 return true;
3860         }
3861
3862         return false;
3863 }
3864
3865 /*
3866  * kswapd shrinks a node of pages that are at or below the highest usable
3867  * zone that is currently unbalanced.
3868  *
3869  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
3870  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
3871  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
3872  */
3873 static bool kswapd_shrink_node(pg_data_t *pgdat,
3874                                struct scan_control *sc)
3875 {
3876         struct zone *zone;
3877         int z;
3878
3879         /* Reclaim a number of pages proportional to the number of zones */
3880         sc->nr_to_reclaim = 0;
3881         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
3882                 zone = pgdat->node_zones + z;
3883                 if (!managed_zone(zone))
3884                         continue;
3885
3886                 sc->nr_to_reclaim += max(high_wmark_pages(zone), SWAP_CLUSTER_MAX);
3887         }
3888
3889         /*
3890          * Historically care was taken to put equal pressure on all zones but
3891          * now pressure is applied based on node LRU order.
3892          */
3893         shrink_node(pgdat, sc);
3894
3895         /*
3896          * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced for
3897          * high-order allocations. If twice the allocation size has been
3898          * reclaimed then recheck watermarks only at order-0 to prevent
3899          * excessive reclaim. Assume that a process requested a high-order
3900          * can direct reclaim/compact.
3901          */
3902         if (sc->order && sc->nr_reclaimed >= compact_gap(sc->order))
3903                 sc->order = 0;
3904
3905         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
3906 }
3907
3908 /* Page allocator PCP high watermark is lowered if reclaim is active. */
3909 static inline void
3910 update_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx, bool active)
3911 {
3912         int i;
3913         struct zone *zone;
3914
3915         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3916                 zone = pgdat->node_zones + i;
3917
3918                 if (!managed_zone(zone))
3919                         continue;
3920
3921                 if (active)
3922                         set_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags);
3923                 else
3924                         clear_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags);
3925         }
3926 }
3927
3928 static inline void
3929 set_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
3930 {
3931         update_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx, true);
3932 }
3933
3934 static inline void
3935 clear_reclaim_active(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
3936 {
3937         update_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx, false);
3938 }
3939
3940 /*
3941  * For kswapd, balance_pgdat() will reclaim pages across a node from zones
3942  * that are eligible for use by the caller until at least one zone is
3943  * balanced.
3944  *
3945  * Returns the order kswapd finished reclaiming at.
3946  *
3947  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
3948  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
3949  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), any page in that zone
3950  * or lower is eligible for reclaim until at least one usable zone is
3951  * balanced.
3952  */
3953 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
3954 {
3955         int i;
3956         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3957         unsigned long nr_soft_scanned;
3958         unsigned long pflags;
3959         unsigned long nr_boost_reclaim;
3960         unsigned long zone_boosts[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
3961         bool boosted;
3962         struct zone *zone;
3963         struct scan_control sc = {
3964                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3965                 .order = order,
3966                 .may_unmap = 1,
3967         };
3968
3969         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3970         psi_memstall_enter(&pflags);
3971         __fs_reclaim_acquire(_THIS_IP_);
3972
3973         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3974
3975         /*
3976          * Account for the reclaim boost. Note that the zone boost is left in
3977          * place so that parallel allocations that are near the watermark will
3978          * stall or direct reclaim until kswapd is finished.
3979          */
3980         nr_boost_reclaim = 0;
3981         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3982                 zone = pgdat->node_zones + i;
3983                 if (!managed_zone(zone))
3984                         continue;
3985
3986                 nr_boost_reclaim += zone->watermark_boost;
3987                 zone_boosts[i] = zone->watermark_boost;
3988         }
3989         boosted = nr_boost_reclaim;
3990
3991 restart:
3992         set_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx);
3993         sc.priority = DEF_PRIORITY;
3994         do {
3995                 unsigned long nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed;
3996                 bool raise_priority = true;
3997                 bool balanced;
3998                 bool ret;
3999
4000                 sc.reclaim_idx = highest_zoneidx;
4001
4002                 /*
4003                  * If the number of buffer_heads exceeds the maximum allowed
4004                  * then consider reclaiming from all zones. This has a dual
4005                  * purpose -- on 64-bit systems it is expected that
4006                  * buffer_heads are stripped during active rotation. On 32-bit
4007                  * systems, highmem pages can pin lowmem memory and shrinking
4008                  * buffers can relieve lowmem pressure. Reclaim may still not
4009                  * go ahead if all eligible zones for the original allocation
4010                  * request are balanced to avoid excessive reclaim from kswapd.
4011                  */
4012                 if (buffer_heads_over_limit) {
4013                         for (i = MAX_NR_ZONES - 1; i >= 0; i--) {
4014                                 zone = pgdat->node_zones + i;
4015                                 if (!managed_zone(zone))
4016                                         continue;
4017
4018                                 sc.reclaim_idx = i;
4019                                 break;
4020                         }
4021                 }
4022
4023                 /*
4024                  * If the pgdat is imbalanced then ignore boosting and preserve
4025                  * the watermarks for a later time and restart. Note that the
4026                  * zone watermarks will be still reset at the end of balancing
4027                  * on the grounds that the normal reclaim should be enough to
4028                  * re-evaluate if boosting is required when kswapd next wakes.
4029                  */
4030                 balanced = pgdat_balanced(pgdat, sc.order, highest_zoneidx);
4031                 if (!balanced && nr_boost_reclaim) {
4032                         nr_boost_reclaim = 0;
4033                         goto restart;
4034                 }
4035
4036                 /*
4037                  * If boosting is not active then only reclaim if there are no
4038                  * eligible zones. Note that sc.reclaim_idx is not used as
4039                  * buffer_heads_over_limit may have adjusted it.
4040                  */
4041                 if (!nr_boost_reclaim && balanced)
4042                         goto out;
4043
4044                 /* Limit the priority of boosting to avoid reclaim writeback */
4045                 if (nr_boost_reclaim && sc.priority == DEF_PRIORITY - 2)
4046                         raise_priority = false;
4047
4048                 /*
4049                  * Do not writeback or swap pages for boosted reclaim. The
4050                  * intent is to relieve pressure not issue sub-optimal IO
4051                  * from reclaim context. If no pages are reclaimed, the
4052                  * reclaim will be aborted.
4053                  */
4054                 sc.may_writepage = !laptop_mode && !nr_boost_reclaim;
4055                 sc.may_swap = !nr_boost_reclaim;
4056
4057                 /*
4058                  * Do some background aging of the anon list, to give
4059                  * pages a chance to be referenced before reclaiming. All
4060                  * pages are rotated regardless of classzone as this is
4061                  * about consistent aging.
4062                  */
4063                 age_active_anon(pgdat, &sc);
4064
4065                 /*
4066                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
4067                  * even in laptop mode.
4068                  */
4069                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
4070                         sc.may_writepage = 1;
4071
4072                 /* Call soft limit reclaim before calling shrink_node. */
4073                 sc.nr_scanned = 0;
4074                 nr_soft_scanned = 0;
4075                 nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(pgdat, sc.order,
4076                                                 sc.gfp_mask, &nr_soft_scanned);
4077                 sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
4078
4079                 /*
4080                  * There should be no need to raise the scanning priority if
4081                  * enough pages are already being scanned that that high
4082                  * watermark would be met at 100% efficiency.
4083                  */
4084                 if (kswapd_shrink_node(pgdat, &sc))
4085                         raise_priority = false;
4086
4087                 /*
4088                  * If the low watermark is met there is no need for processes
4089                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
4090                  * able to safely make forward progress. Wake them
4091                  */
4092                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
4093                                 allow_direct_reclaim(pgdat))
4094                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
4095
4096                 /* Check if kswapd should be suspending */
4097                 __fs_reclaim_release(_THIS_IP_);
4098                 ret = try_to_freeze();
4099                 __fs_reclaim_acquire(_THIS_IP_);
4100                 if (ret || kthread_should_stop())
4101                         break;
4102
4103                 /*
4104                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
4105                  * progress in reclaiming pages
4106                  */
4107                 nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed - nr_reclaimed;
4108                 nr_boost_reclaim -= min(nr_boost_reclaim, nr_reclaimed);
4109
4110                 /*
4111                  * If reclaim made no progress for a boost, stop reclaim as
4112                  * IO cannot be queued and it could be an infinite loop in
4113                  * extreme circumstances.
4114                  */
4115                 if (nr_boost_reclaim && !nr_reclaimed)
4116                         break;
4117
4118                 if (raise_priority || !nr_reclaimed)
4119                         sc.priority--;
4120         } while (sc.priority >= 1);
4121
4122         if (!sc.nr_reclaimed)
4123                 pgdat->kswapd_failures++;
4124
4125 out:
4126         clear_reclaim_active(pgdat, highest_zoneidx);
4127
4128         /* If reclaim was boosted, account for the reclaim done in this pass */
4129         if (boosted) {
4130                 unsigned long flags;
4131
4132                 for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
4133                         if (!zone_boosts[i])
4134                                 continue;
4135
4136                         /* Increments are under the zone lock */
4137                         zone = pgdat->node_zones + i;
4138                         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4139                         zone->watermark_boost -= min(zone->watermark_boost, zone_boosts[i]);
4140                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4141                 }
4142
4143                 /*
4144                  * As there is now likely space, wakeup kcompact to defragment
4145                  * pageblocks.
4146                  */
4147                 wakeup_kcompactd(pgdat, pageblock_order, highest_zoneidx);
4148         }
4149
4150         snapshot_refaults(NULL, pgdat);
4151         __fs_reclaim_release(_THIS_IP_);
4152         psi_memstall_leave(&pflags);
4153         set_task_reclaim_state(current, NULL);
4154
4155         /*
4156          * Return the order kswapd stopped reclaiming at as
4157          * prepare_kswapd_sleep() takes it into account. If another caller
4158          * entered the allocator slow path while kswapd was awake, order will
4159          * remain at the higher level.
4160          */
4161         return sc.order;
4162 }
4163
4164 /*
4165  * The pgdat->kswapd_highest_zoneidx is used to pass the highest zone index to
4166  * be reclaimed by kswapd from the waker. If the value is MAX_NR_ZONES which is
4167  * not a valid index then either kswapd runs for first time or kswapd couldn't
4168  * sleep after previous reclaim attempt (node is still unbalanced). In that
4169  * case return the zone index of the previous kswapd reclaim cycle.
4170  */
4171 static enum zone_type kswapd_highest_zoneidx(pg_data_t *pgdat,
4172                                            enum zone_type prev_highest_zoneidx)
4173 {
4174         enum zone_type curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
4175
4176         return curr_idx == MAX_NR_ZONES ? prev_highest_zoneidx : curr_idx;
4177 }
4178
4179 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int alloc_order, int reclaim_order,
4180                                 unsigned int highest_zoneidx)
4181 {
4182         long remaining = 0;
4183         DEFINE_WAIT(wait);
4184
4185         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
4186                 return;
4187
4188         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
4189
4190         /*
4191          * Try to sleep for a short interval. Note that kcompactd will only be
4192          * woken if it is possible to sleep for a short interval. This is
4193          * deliberate on the assumption that if reclaim cannot keep an
4194          * eligible zone balanced that it's also unlikely that compaction will
4195          * succeed.
4196          */
4197         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
4198                 /*
4199                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
4200                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
4201                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
4202                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
4203                  */
4204                 reset_isolation_suitable(pgdat);
4205
4206                 /*
4207                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
4208                  * allocation of the requested order possible.
4209                  */
4210                 wakeup_kcompactd(pgdat, alloc_order, highest_zoneidx);
4211
4212                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
4213
4214                 /*
4215                  * If woken prematurely then reset kswapd_highest_zoneidx and
4216                  * order. The values will either be from a wakeup request or
4217                  * the previous request that slept prematurely.
4218                  */
4219                 if (remaining) {
4220                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx,
4221                                         kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
4222                                                         highest_zoneidx));
4223
4224                         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < reclaim_order)
4225                                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, reclaim_order);
4226                 }
4227
4228                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
4229                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
4230         }
4231
4232         /*
4233          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
4234          * go fully to sleep until explicitly woken up.
4235          */
4236         if (!remaining &&
4237             prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
4238                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
4239
4240                 /*
4241                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
4242                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
4243                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
4244                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
4245                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
4246                  * them before going back to sleep.
4247                  */
4248                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
4249
4250                 if (!kthread_should_stop())
4251                         schedule();
4252
4253                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
4254         } else {
4255                 if (remaining)
4256                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
4257                 else
4258                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
4259         }
4260         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
4261 }
4262
4263 /*
4264  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
4265  * from the init process.
4266  *
4267  * This basically trickles out pages so that we have _some_
4268  * free memory available even if there is no other activity
4269  * that frees anything up. This is needed for things like routing
4270  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
4271  * asynchronous contexts that cannot page things out.
4272  *
4273  * If there are applications that are active memory-allocators
4274  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
4275  */
4276 static int kswapd(void *p)
4277 {
4278         unsigned int alloc_order, reclaim_order;
4279         unsigned int highest_zoneidx = MAX_NR_ZONES - 1;
4280         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t *)p;
4281         struct task_struct *tsk = current;
4282         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
4283
4284         if (!cpumask_empty(cpumask))
4285                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
4286
4287         /*
4288          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
4289          * and that if we need more memory we should get access to it
4290          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
4291          * never get caught in the normal page freeing logic.
4292          *
4293          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
4294          * you need a small amount of memory in order to be able to
4295          * page out something else, and this flag essentially protects
4296          * us from recursively trying to free more memory as we're
4297          * trying to free the first piece of memory in the first place).
4298          */
4299         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
4300         set_freezable();
4301
4302         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
4303         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
4304         for ( ; ; ) {
4305                 bool ret;
4306
4307                 alloc_order = reclaim_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
4308                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
4309                                                         highest_zoneidx);
4310
4311 kswapd_try_sleep:
4312                 kswapd_try_to_sleep(pgdat, alloc_order, reclaim_order,
4313                                         highest_zoneidx);
4314
4315                 /* Read the new order and highest_zoneidx */
4316                 alloc_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
4317                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
4318                                                         highest_zoneidx);
4319                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
4320                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
4321
4322                 ret = try_to_freeze();
4323                 if (kthread_should_stop())
4324                         break;
4325
4326                 /*
4327                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
4328                  * after returning from the refrigerator
4329                  */
4330                 if (ret)
4331                         continue;
4332
4333                 /*
4334                  * Reclaim begins at the requested order but if a high-order
4335                  * reclaim fails then kswapd falls back to reclaiming for
4336                  * order-0. If that happens, kswapd will consider sleeping
4337                  * for the order it finished reclaiming at (reclaim_order)
4338                  * but kcompactd is woken to compact for the original
4339                  * request (alloc_order).
4340                  */
4341                 trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, highest_zoneidx,
4342                                                 alloc_order);
4343                 reclaim_order = balance_pgdat(pgdat, alloc_order,
4344                                                 highest_zoneidx);
4345                 if (reclaim_order < alloc_order)
4346                         goto kswapd_try_sleep;
4347         }
4348
4349         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
4350
4351         return 0;
4352 }
4353
4354 /*
4355  * A zone is low on free memory or too fragmented for high-order memory.  If
4356  * kswapd should reclaim (direct reclaim is deferred), wake it up for the zone's
4357  * pgdat.  It will wake up kcompactd after reclaiming memory.  If kswapd reclaim
4358  * has failed or is not needed, still wake up kcompactd if only compaction is
4359  * needed.
4360  */
4361 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_flags, int order,
4362                    enum zone_type highest_zoneidx)
4363 {
4364         pg_data_t *pgdat;
4365         enum zone_type curr_idx;
4366
4367         if (!managed_zone(zone))
4368                 return;
4369
4370         if (!cpuset_zone_allowed(zone, gfp_flags))
4371                 return;
4372
4373         pgdat = zone->zone_pgdat;
4374         curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
4375
4376         if (curr_idx == MAX_NR_ZONES || curr_idx < highest_zoneidx)
4377                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, highest_zoneidx);
4378
4379         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < order)
4380                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, order);
4381
4382         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
4383                 return;
4384
4385         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim if possible */
4386         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ||
4387             (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx) &&
4388              !pgdat_watermark_boosted(pgdat, highest_zoneidx))) {
4389                 /*
4390                  * There may be plenty of free memory available, but it's too
4391                  * fragmented for high-order allocations.  Wake up kcompactd
4392                  * and rely on compaction_suitable() to determine if it's
4393                  * needed.  If it fails, it will defer subsequent attempts to
4394                  * ratelimit its work.
4395                  */
4396                 if (!(gfp_flags & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4397                         wakeup_kcompactd(pgdat, order, highest_zoneidx);
4398                 return;
4399         }
4400
4401         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, highest_zoneidx, order,
4402                                       gfp_flags);
4403         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
4404 }
4405
4406 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
4407 /*
4408  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
4409  * freed pages.
4410  *
4411  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
4412  * LRU order by reclaiming preferentially
4413  * inactive > active > active referenced > active mapped
4414  */
4415 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
4416 {
4417         struct scan_control sc = {
4418                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
4419                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
4420                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
4421                 .priority = DEF_PRIORITY,
4422                 .may_writepage = 1,
4423                 .may_unmap = 1,
4424                 .may_swap = 1,
4425                 .hibernation_mode = 1,
4426         };
4427         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
4428         unsigned long nr_reclaimed;
4429         unsigned int noreclaim_flag;
4430
4431         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4432         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4433         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
4434
4435         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
4436
4437         set_task_reclaim_state(current, NULL);
4438         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4439         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4440
4441         return nr_reclaimed;
4442 }
4443 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
4444
4445 /*
4446  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
4447  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
4448  */
4449 void kswapd_run(int nid)
4450 {
4451         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4452
4453         if (pgdat->kswapd)
4454                 return;
4455
4456         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
4457         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
4458                 /* failure at boot is fatal */
4459                 BUG_ON(system_state < SYSTEM_RUNNING);
4460                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
4461                 pgdat->kswapd = NULL;
4462         }
4463 }
4464
4465 /*
4466  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
4467  * hold mem_hotplug_begin/end().
4468  */
4469 void kswapd_stop(int nid)
4470 {
4471         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
4472
4473         if (kswapd) {
4474                 kthread_stop(kswapd);
4475                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
4476         }
4477 }
4478
4479 static int __init kswapd_init(void)
4480 {
4481         int nid;
4482
4483         swap_setup();
4484         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
4485                 kswapd_run(nid);
4486         return 0;
4487 }
4488
4489 module_init(kswapd_init)
4490
4491 #ifdef CONFIG_NUMA
4492 /*
4493  * Node reclaim mode
4494  *
4495  * If non-zero call node_reclaim when the number of free pages falls below
4496  * the watermarks.
4497  */
4498 int node_reclaim_mode __read_mostly;
4499
4500 /*
4501  * Priority for NODE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
4502  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
4503  * a zone.
4504  */
4505 #define NODE_RECLAIM_PRIORITY 4
4506
4507 /*
4508  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for node_reclaim to
4509  * occur.
4510  */
4511 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
4512
4513 /*
4514  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
4515  * slab reclaim needs to occur.
4516  */
4517 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
4518
4519 static inline unsigned long node_unmapped_file_pages(struct pglist_data *pgdat)
4520 {
4521         unsigned long file_mapped = node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED);
4522         unsigned long file_lru = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
4523                 node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE);
4524
4525         /*
4526          * It's possible for there to be more file mapped pages than
4527          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
4528          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
4529          */
4530         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
4531 }
4532
4533 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
4534 static unsigned long node_pagecache_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
4535 {
4536         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
4537         unsigned long delta = 0;
4538
4539         /*
4540          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
4541          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
4542          * pages like swapcache and node_unmapped_file_pages() provides
4543          * a better estimate
4544          */
4545         if (node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
4546                 nr_pagecache_reclaimable = node_page_state(pgdat, NR_FILE_PAGES);
4547         else
4548                 nr_pagecache_reclaimable = node_unmapped_file_pages(pgdat);
4549
4550         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
4551         if (!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
4552                 delta += node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY);
4553
4554         /* Watch for any possible underflows due to delta */
4555         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
4556                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
4557
4558         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
4559 }
4560
4561 /*
4562  * Try to free up some pages from this node through reclaim.
4563  */
4564 static int __node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4565 {
4566         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
4567         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
4568         struct task_struct *p = current;
4569         unsigned int noreclaim_flag;
4570         struct scan_control sc = {
4571                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
4572                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
4573                 .order = order,
4574                 .priority = NODE_RECLAIM_PRIORITY,
4575                 .may_writepage = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
4576                 .may_unmap = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
4577                 .may_swap = 1,
4578                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
4579         };
4580         unsigned long pflags;
4581
4582         trace_mm_vmscan_node_reclaim_begin(pgdat->node_id, order,
4583                                            sc.gfp_mask);
4584
4585         cond_resched();
4586         psi_memstall_enter(&pflags);
4587         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4588         /*
4589          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
4590          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
4591          * and RECLAIM_UNMAP.
4592          */
4593         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4594         p->flags |= PF_SWAPWRITE;
4595         set_task_reclaim_state(p, &sc.reclaim_state);
4596
4597         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) > pgdat->min_unmapped_pages) {
4598                 /*
4599                  * Free memory by calling shrink node with increasing
4600                  * priorities until we have enough memory freed.
4601                  */
4602                 do {
4603                         shrink_node(pgdat, &sc);
4604                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
4605         }
4606
4607         set_task_reclaim_state(p, NULL);
4608         current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
4609         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4610         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4611         psi_memstall_leave(&pflags);
4612
4613         trace_mm_vmscan_node_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
4614
4615         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
4616 }
4617
4618 int node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4619 {
4620         int ret;
4621
4622         /*
4623          * Node reclaim reclaims unmapped file backed pages and
4624          * slab pages if we are over the defined limits.
4625          *
4626          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
4627          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
4628          * thrown out if the node is overallocated. So we do not reclaim
4629          * if less than a specified percentage of the node is used by
4630          * unmapped file backed pages.
4631          */
4632         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) <= pgdat->min_unmapped_pages &&
4633             node_page_state_pages(pgdat, NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) <=
4634             pgdat->min_slab_pages)
4635                 return NODE_RECLAIM_FULL;
4636
4637         /*
4638          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
4639          */
4640         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
4641                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4642
4643         /*
4644          * Only run node reclaim on the local node or on nodes that do not
4645          * have associated processors. This will favor the local processor
4646          * over remote processors and spread off node memory allocations
4647          * as wide as possible.
4648          */
4649         if (node_state(pgdat->node_id, N_CPU) && pgdat->node_id != numa_node_id())
4650                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4651
4652         if (test_and_set_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags))
4653                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4654
4655         ret = __node_reclaim(pgdat, gfp_mask, order);
4656         clear_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags);
4657
4658         if (!ret)
4659                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
4660
4661         return ret;
4662 }
4663 #endif
4664
4665 /**
4666  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to
4667  * appropriate zone lru list
4668  * @pvec: pagevec with lru pages to check
4669  *
4670  * Checks pages for evictability, if an evictable page is in the unevictable
4671  * lru list, moves it to the appropriate evictable lru list. This function
4672  * should be only used for lru pages.
4673  */
4674 void check_move_unevictable_pages(struct pagevec *pvec)
4675 {
4676         struct lruvec *lruvec = NULL;
4677         int pgscanned = 0;
4678         int pgrescued = 0;
4679         int i;
4680
4681         for (i = 0; i < pvec->nr; i++) {
4682                 struct page *page = pvec->pages[i];
4683                 int nr_pages;
4684
4685                 if (PageTransTail(page))
4686                         continue;
4687
4688                 nr_pages = thp_nr_pages(page);
4689                 pgscanned += nr_pages;
4690
4691                 /* block memcg migration during page moving between lru */
4692                 if (!TestClearPageLRU(page))
4693                         continue;
4694
4695                 lruvec = relock_page_lruvec_irq(page, lruvec);
4696                 if (page_evictable(page) && PageUnevictable(page)) {
4697                         del_page_from_lru_list(page, lruvec);
4698                         ClearPageUnevictable(page);
4699                         add_page_to_lru_list(page, lruvec);
4700                         pgrescued += nr_pages;
4701                 }
4702                 SetPageLRU(page);
4703         }
4704
4705         if (lruvec) {
4706                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
4707                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
4708                 unlock_page_lruvec_irq(lruvec);
4709         } else if (pgscanned) {
4710                 count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
4711         }
4712 }
4713 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_move_unevictable_pages);