debugfs: make sure we can remove u32_array files cleanly
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / vmscan.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  *  linux/mm/vmscan.c
4  *
5  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
6  *
7  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie.
8  *  kswapd added: 7.1.96  sct
9  *  Removed kswapd_ctl limits, and swap out as many pages as needed
10  *  to bring the system back to freepages.high: 2.4.97, Rik van Riel.
11  *  Zone aware kswapd started 02/00, Kanoj Sarcar (kanoj@sgi.com).
12  *  Multiqueue VM started 5.8.00, Rik van Riel.
13  */
14
15 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
16
17 #include <linux/mm.h>
18 #include <linux/sched/mm.h>
19 #include <linux/module.h>
20 #include <linux/gfp.h>
21 #include <linux/kernel_stat.h>
22 #include <linux/swap.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/init.h>
25 #include <linux/highmem.h>
26 #include <linux/vmpressure.h>
27 #include <linux/vmstat.h>
28 #include <linux/file.h>
29 #include <linux/writeback.h>
30 #include <linux/blkdev.h>
31 #include <linux/buffer_head.h>  /* for try_to_release_page(),
32                                         buffer_heads_over_limit */
33 #include <linux/mm_inline.h>
34 #include <linux/backing-dev.h>
35 #include <linux/rmap.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/cpu.h>
38 #include <linux/cpuset.h>
39 #include <linux/compaction.h>
40 #include <linux/notifier.h>
41 #include <linux/rwsem.h>
42 #include <linux/delay.h>
43 #include <linux/kthread.h>
44 #include <linux/freezer.h>
45 #include <linux/memcontrol.h>
46 #include <linux/delayacct.h>
47 #include <linux/sysctl.h>
48 #include <linux/oom.h>
49 #include <linux/pagevec.h>
50 #include <linux/prefetch.h>
51 #include <linux/printk.h>
52 #include <linux/dax.h>
53 #include <linux/psi.h>
54
55 #include <asm/tlbflush.h>
56 #include <asm/div64.h>
57
58 #include <linux/swapops.h>
59 #include <linux/balloon_compaction.h>
60
61 #include "internal.h"
62
63 #define CREATE_TRACE_POINTS
64 #include <trace/events/vmscan.h>
65
66 struct scan_control {
67         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
68         unsigned long nr_to_reclaim;
69
70         /*
71          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
72          * are scanned.
73          */
74         nodemask_t      *nodemask;
75
76         /*
77          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
78          * primary target of this reclaim invocation.
79          */
80         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
81
82         /*
83          * Scan pressure balancing between anon and file LRUs
84          */
85         unsigned long   anon_cost;
86         unsigned long   file_cost;
87
88         /* Can active pages be deactivated as part of reclaim? */
89 #define DEACTIVATE_ANON 1
90 #define DEACTIVATE_FILE 2
91         unsigned int may_deactivate:2;
92         unsigned int force_deactivate:1;
93         unsigned int skipped_deactivate:1;
94
95         /* Writepage batching in laptop mode; RECLAIM_WRITE */
96         unsigned int may_writepage:1;
97
98         /* Can mapped pages be reclaimed? */
99         unsigned int may_unmap:1;
100
101         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
102         unsigned int may_swap:1;
103
104         /*
105          * Cgroups are not reclaimed below their configured memory.low,
106          * unless we threaten to OOM. If any cgroups are skipped due to
107          * memory.low and nothing was reclaimed, go back for memory.low.
108          */
109         unsigned int memcg_low_reclaim:1;
110         unsigned int memcg_low_skipped:1;
111
112         unsigned int hibernation_mode:1;
113
114         /* One of the zones is ready for compaction */
115         unsigned int compaction_ready:1;
116
117         /* There is easily reclaimable cold cache in the current node */
118         unsigned int cache_trim_mode:1;
119
120         /* The file pages on the current node are dangerously low */
121         unsigned int file_is_tiny:1;
122
123         /* Allocation order */
124         s8 order;
125
126         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
127         s8 priority;
128
129         /* The highest zone to isolate pages for reclaim from */
130         s8 reclaim_idx;
131
132         /* This context's GFP mask */
133         gfp_t gfp_mask;
134
135         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
136         unsigned long nr_scanned;
137
138         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
139         unsigned long nr_reclaimed;
140
141         struct {
142                 unsigned int dirty;
143                 unsigned int unqueued_dirty;
144                 unsigned int congested;
145                 unsigned int writeback;
146                 unsigned int immediate;
147                 unsigned int file_taken;
148                 unsigned int taken;
149         } nr;
150
151         /* for recording the reclaimed slab by now */
152         struct reclaim_state reclaim_state;
153 };
154
155 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
156 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
157         do {                                                            \
158                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
159                         struct page *prev;                              \
160                                                                         \
161                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
162                         prefetchw(&prev->_field);                       \
163                 }                                                       \
164         } while (0)
165 #else
166 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
167 #endif
168
169 /*
170  * From 0 .. 200.  Higher means more swappy.
171  */
172 int vm_swappiness = 60;
173 /*
174  * The total number of pages which are beyond the high watermark within all
175  * zones.
176  */
177 unsigned long vm_total_pages;
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 /*
196  * We allow subsystems to populate their shrinker-related
197  * LRU lists before register_shrinker_prepared() is called
198  * for the shrinker, since we don't want to impose
199  * restrictions on their internal registration order.
200  * In this case shrink_slab_memcg() may find corresponding
201  * bit is set in the shrinkers map.
202  *
203  * This value is used by the function to detect registering
204  * shrinkers and to skip do_shrink_slab() calls for them.
205  */
206 #define SHRINKER_REGISTERING ((struct shrinker *)~0UL)
207
208 static DEFINE_IDR(shrinker_idr);
209 static int shrinker_nr_max;
210
211 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
212 {
213         int id, ret = -ENOMEM;
214
215         down_write(&shrinker_rwsem);
216         /* This may call shrinker, so it must use down_read_trylock() */
217         id = idr_alloc(&shrinker_idr, SHRINKER_REGISTERING, 0, 0, GFP_KERNEL);
218         if (id < 0)
219                 goto unlock;
220
221         if (id >= shrinker_nr_max) {
222                 if (memcg_expand_shrinker_maps(id)) {
223                         idr_remove(&shrinker_idr, id);
224                         goto unlock;
225                 }
226
227                 shrinker_nr_max = id + 1;
228         }
229         shrinker->id = id;
230         ret = 0;
231 unlock:
232         up_write(&shrinker_rwsem);
233         return ret;
234 }
235
236 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
237 {
238         int id = shrinker->id;
239
240         BUG_ON(id < 0);
241
242         down_write(&shrinker_rwsem);
243         idr_remove(&shrinker_idr, id);
244         up_write(&shrinker_rwsem);
245 }
246
247 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
248 {
249         return sc->target_mem_cgroup;
250 }
251
252 /**
253  * writeback_throttling_sane - is the usual dirty throttling mechanism available?
254  * @sc: scan_control in question
255  *
256  * The normal page dirty throttling mechanism in balance_dirty_pages() is
257  * completely broken with the legacy memcg and direct stalling in
258  * shrink_page_list() is used for throttling instead, which lacks all the
259  * niceties such as fairness, adaptive pausing, bandwidth proportional
260  * allocation and configurability.
261  *
262  * This function tests whether the vmscan currently in progress can assume
263  * that the normal dirty throttling mechanism is operational.
264  */
265 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
266 {
267         if (!cgroup_reclaim(sc))
268                 return true;
269 #ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
270         if (cgroup_subsys_on_dfl(memory_cgrp_subsys))
271                 return true;
272 #endif
273         return false;
274 }
275 #else
276 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
277 {
278         return 0;
279 }
280
281 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
282 {
283 }
284
285 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
286 {
287         return false;
288 }
289
290 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
291 {
292         return true;
293 }
294 #endif
295
296 /*
297  * This misses isolated pages which are not accounted for to save counters.
298  * As the data only determines if reclaim or compaction continues, it is
299  * not expected that isolated pages will be a dominating factor.
300  */
301 unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
302 {
303         unsigned long nr;
304
305         nr = zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE) +
306                 zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE);
307         if (get_nr_swap_pages() > 0)
308                 nr += zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON) +
309                         zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON);
310
311         return nr;
312 }
313
314 /**
315  * lruvec_lru_size -  Returns the number of pages on the given LRU list.
316  * @lruvec: lru vector
317  * @lru: lru to use
318  * @zone_idx: zones to consider (use MAX_NR_ZONES for the whole LRU list)
319  */
320 unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru, int zone_idx)
321 {
322         unsigned long size = 0;
323         int zid;
324
325         for (zid = 0; zid <= zone_idx && zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
326                 struct zone *zone = &lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones[zid];
327
328                 if (!managed_zone(zone))
329                         continue;
330
331                 if (!mem_cgroup_disabled())
332                         size += mem_cgroup_get_zone_lru_size(lruvec, lru, zid);
333                 else
334                         size += zone_page_state(zone, NR_ZONE_LRU_BASE + lru);
335         }
336         return size;
337 }
338
339 /*
340  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
341  */
342 int prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker)
343 {
344         unsigned int size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
345
346         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
347                 size *= nr_node_ids;
348
349         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
350         if (!shrinker->nr_deferred)
351                 return -ENOMEM;
352
353         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
354                 if (prealloc_memcg_shrinker(shrinker))
355                         goto free_deferred;
356         }
357
358         return 0;
359
360 free_deferred:
361         kfree(shrinker->nr_deferred);
362         shrinker->nr_deferred = NULL;
363         return -ENOMEM;
364 }
365
366 void free_prealloced_shrinker(struct shrinker *shrinker)
367 {
368         if (!shrinker->nr_deferred)
369                 return;
370
371         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
372                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
373
374         kfree(shrinker->nr_deferred);
375         shrinker->nr_deferred = NULL;
376 }
377
378 void register_shrinker_prepared(struct shrinker *shrinker)
379 {
380         down_write(&shrinker_rwsem);
381         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
382 #ifdef CONFIG_MEMCG
383         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
384                 idr_replace(&shrinker_idr, shrinker, shrinker->id);
385 #endif
386         up_write(&shrinker_rwsem);
387 }
388
389 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
390 {
391         int err = prealloc_shrinker(shrinker);
392
393         if (err)
394                 return err;
395         register_shrinker_prepared(shrinker);
396         return 0;
397 }
398 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
399
400 /*
401  * Remove one
402  */
403 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
404 {
405         if (!shrinker->nr_deferred)
406                 return;
407         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
408                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
409         down_write(&shrinker_rwsem);
410         list_del(&shrinker->list);
411         up_write(&shrinker_rwsem);
412         kfree(shrinker->nr_deferred);
413         shrinker->nr_deferred = NULL;
414 }
415 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
416
417 #define SHRINK_BATCH 128
418
419 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
420                                     struct shrinker *shrinker, int priority)
421 {
422         unsigned long freed = 0;
423         unsigned long long delta;
424         long total_scan;
425         long freeable;
426         long nr;
427         long new_nr;
428         int nid = shrinkctl->nid;
429         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
430                                           : SHRINK_BATCH;
431         long scanned = 0, next_deferred;
432
433         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
434                 nid = 0;
435
436         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
437         if (freeable == 0 || freeable == SHRINK_EMPTY)
438                 return freeable;
439
440         /*
441          * copy the current shrinker scan count into a local variable
442          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
443          * don't also do this scanning work.
444          */
445         nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
446
447         total_scan = nr;
448         if (shrinker->seeks) {
449                 delta = freeable >> priority;
450                 delta *= 4;
451                 do_div(delta, shrinker->seeks);
452         } else {
453                 /*
454                  * These objects don't require any IO to create. Trim
455                  * them aggressively under memory pressure to keep
456                  * them from causing refetches in the IO caches.
457                  */
458                 delta = freeable / 2;
459         }
460
461         total_scan += delta;
462         if (total_scan < 0) {
463                 pr_err("shrink_slab: %pS negative objects to delete nr=%ld\n",
464                        shrinker->scan_objects, total_scan);
465                 total_scan = freeable;
466                 next_deferred = nr;
467         } else
468                 next_deferred = total_scan;
469
470         /*
471          * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
472          * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
473          * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
474          * nr being built up so when a shrink that can do some work
475          * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
476          * freeable. This is bad for sustaining a working set in
477          * memory.
478          *
479          * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
480          * a large delta change is calculated directly.
481          */
482         if (delta < freeable / 4)
483                 total_scan = min(total_scan, freeable / 2);
484
485         /*
486          * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
487          * never try to free more than twice the estimate number of
488          * freeable entries.
489          */
490         if (total_scan > freeable * 2)
491                 total_scan = freeable * 2;
492
493         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
494                                    freeable, delta, total_scan, priority);
495
496         /*
497          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
498          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
499          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
500          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
501          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
502          * objects spread over several slabs with usage less than the
503          * batch_size.
504          *
505          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
506          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
507          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
508          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
509          * possible.
510          */
511         while (total_scan >= batch_size ||
512                total_scan >= freeable) {
513                 unsigned long ret;
514                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
515
516                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
517                 shrinkctl->nr_scanned = nr_to_scan;
518                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
519                 if (ret == SHRINK_STOP)
520                         break;
521                 freed += ret;
522
523                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, shrinkctl->nr_scanned);
524                 total_scan -= shrinkctl->nr_scanned;
525                 scanned += shrinkctl->nr_scanned;
526
527                 cond_resched();
528         }
529
530         if (next_deferred >= scanned)
531                 next_deferred -= scanned;
532         else
533                 next_deferred = 0;
534         /*
535          * move the unused scan count back into the shrinker in a
536          * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
537          * scan, there is no need to do an update.
538          */
539         if (next_deferred > 0)
540                 new_nr = atomic_long_add_return(next_deferred,
541                                                 &shrinker->nr_deferred[nid]);
542         else
543                 new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_deferred[nid]);
544
545         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
546         return freed;
547 }
548
549 #ifdef CONFIG_MEMCG
550 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
551                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
552 {
553         struct memcg_shrinker_map *map;
554         unsigned long ret, freed = 0;
555         int i;
556
557         if (!mem_cgroup_online(memcg))
558                 return 0;
559
560         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
561                 return 0;
562
563         map = rcu_dereference_protected(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_map,
564                                         true);
565         if (unlikely(!map))
566                 goto unlock;
567
568         for_each_set_bit(i, map->map, shrinker_nr_max) {
569                 struct shrink_control sc = {
570                         .gfp_mask = gfp_mask,
571                         .nid = nid,
572                         .memcg = memcg,
573                 };
574                 struct shrinker *shrinker;
575
576                 shrinker = idr_find(&shrinker_idr, i);
577                 if (unlikely(!shrinker || shrinker == SHRINKER_REGISTERING)) {
578                         if (!shrinker)
579                                 clear_bit(i, map->map);
580                         continue;
581                 }
582
583                 /* Call non-slab shrinkers even though kmem is disabled */
584                 if (!memcg_kmem_enabled() &&
585                     !(shrinker->flags & SHRINKER_NONSLAB))
586                         continue;
587
588                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
589                 if (ret == SHRINK_EMPTY) {
590                         clear_bit(i, map->map);
591                         /*
592                          * After the shrinker reported that it had no objects to
593                          * free, but before we cleared the corresponding bit in
594                          * the memcg shrinker map, a new object might have been
595                          * added. To make sure, we have the bit set in this
596                          * case, we invoke the shrinker one more time and reset
597                          * the bit if it reports that it is not empty anymore.
598                          * The memory barrier here pairs with the barrier in
599                          * memcg_set_shrinker_bit():
600                          *
601                          * list_lru_add()     shrink_slab_memcg()
602                          *   list_add_tail()    clear_bit()
603                          *   <MB>               <MB>
604                          *   set_bit()          do_shrink_slab()
605                          */
606                         smp_mb__after_atomic();
607                         ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
608                         if (ret == SHRINK_EMPTY)
609                                 ret = 0;
610                         else
611                                 memcg_set_shrinker_bit(memcg, nid, i);
612                 }
613                 freed += ret;
614
615                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
616                         freed = freed ? : 1;
617                         break;
618                 }
619         }
620 unlock:
621         up_read(&shrinker_rwsem);
622         return freed;
623 }
624 #else /* CONFIG_MEMCG */
625 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
626                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
627 {
628         return 0;
629 }
630 #endif /* CONFIG_MEMCG */
631
632 /**
633  * shrink_slab - shrink slab caches
634  * @gfp_mask: allocation context
635  * @nid: node whose slab caches to target
636  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
637  * @priority: the reclaim priority
638  *
639  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
640  *
641  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
642  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
643  *
644  * @memcg specifies the memory cgroup to target. Unaware shrinkers
645  * are called only if it is the root cgroup.
646  *
647  * @priority is sc->priority, we take the number of objects and >> by priority
648  * in order to get the scan target.
649  *
650  * Returns the number of reclaimed slab objects.
651  */
652 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
653                                  struct mem_cgroup *memcg,
654                                  int priority)
655 {
656         unsigned long ret, freed = 0;
657         struct shrinker *shrinker;
658
659         /*
660          * The root memcg might be allocated even though memcg is disabled
661          * via "cgroup_disable=memory" boot parameter.  This could make
662          * mem_cgroup_is_root() return false, then just run memcg slab
663          * shrink, but skip global shrink.  This may result in premature
664          * oom.
665          */
666         if (!mem_cgroup_disabled() && !mem_cgroup_is_root(memcg))
667                 return shrink_slab_memcg(gfp_mask, nid, memcg, priority);
668
669         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
670                 goto out;
671
672         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
673                 struct shrink_control sc = {
674                         .gfp_mask = gfp_mask,
675                         .nid = nid,
676                         .memcg = memcg,
677                 };
678
679                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
680                 if (ret == SHRINK_EMPTY)
681                         ret = 0;
682                 freed += ret;
683                 /*
684                  * Bail out if someone want to register a new shrinker to
685                  * prevent the registration from being stalled for long periods
686                  * by parallel ongoing shrinking.
687                  */
688                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
689                         freed = freed ? : 1;
690                         break;
691                 }
692         }
693
694         up_read(&shrinker_rwsem);
695 out:
696         cond_resched();
697         return freed;
698 }
699
700 void drop_slab_node(int nid)
701 {
702         unsigned long freed;
703
704         do {
705                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
706
707                 freed = 0;
708                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
709                 do {
710                         freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg, 0);
711                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
712         } while (freed > 10);
713 }
714
715 void drop_slab(void)
716 {
717         int nid;
718
719         for_each_online_node(nid)
720                 drop_slab_node(nid);
721 }
722
723 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
724 {
725         /*
726          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
727          * that isolated the page, the page cache and optional buffer
728          * heads at page->private.
729          */
730         int page_cache_pins = PageTransHuge(page) && PageSwapCache(page) ?
731                 HPAGE_PMD_NR : 1;
732         return page_count(page) - page_has_private(page) == 1 + page_cache_pins;
733 }
734
735 static int may_write_to_inode(struct inode *inode)
736 {
737         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
738                 return 1;
739         if (!inode_write_congested(inode))
740                 return 1;
741         if (inode_to_bdi(inode) == current->backing_dev_info)
742                 return 1;
743         return 0;
744 }
745
746 /*
747  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
748  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
749  * fsync(), msync() or close().
750  *
751  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
752  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
753  * that page is locked, the mapping is pinned.
754  *
755  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
756  * __GFP_FS.
757  */
758 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
759                                 struct page *page, int error)
760 {
761         lock_page(page);
762         if (page_mapping(page) == mapping)
763                 mapping_set_error(mapping, error);
764         unlock_page(page);
765 }
766
767 /* possible outcome of pageout() */
768 typedef enum {
769         /* failed to write page out, page is locked */
770         PAGE_KEEP,
771         /* move page to the active list, page is locked */
772         PAGE_ACTIVATE,
773         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
774         PAGE_SUCCESS,
775         /* page is clean and locked */
776         PAGE_CLEAN,
777 } pageout_t;
778
779 /*
780  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
781  * Calls ->writepage().
782  */
783 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping)
784 {
785         /*
786          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
787          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
788          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
789          * stalls if we need to run get_block().  We could test
790          * PagePrivate for that.
791          *
792          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
793          * this page's queue, we can perform writeback even if that
794          * will block.
795          *
796          * If the page is swapcache, write it back even if that would
797          * block, for some throttling. This happens by accident, because
798          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
799          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
800          */
801         if (!is_page_cache_freeable(page))
802                 return PAGE_KEEP;
803         if (!mapping) {
804                 /*
805                  * Some data journaling orphaned pages can have
806                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
807                  */
808                 if (page_has_private(page)) {
809                         if (try_to_free_buffers(page)) {
810                                 ClearPageDirty(page);
811                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
812                                 return PAGE_CLEAN;
813                         }
814                 }
815                 return PAGE_KEEP;
816         }
817         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
818                 return PAGE_ACTIVATE;
819         if (!may_write_to_inode(mapping->host))
820                 return PAGE_KEEP;
821
822         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
823                 int res;
824                 struct writeback_control wbc = {
825                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
826                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
827                         .range_start = 0,
828                         .range_end = LLONG_MAX,
829                         .for_reclaim = 1,
830                 };
831
832                 SetPageReclaim(page);
833                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
834                 if (res < 0)
835                         handle_write_error(mapping, page, res);
836                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
837                         ClearPageReclaim(page);
838                         return PAGE_ACTIVATE;
839                 }
840
841                 if (!PageWriteback(page)) {
842                         /* synchronous write or broken a_ops? */
843                         ClearPageReclaim(page);
844                 }
845                 trace_mm_vmscan_writepage(page);
846                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
847                 return PAGE_SUCCESS;
848         }
849
850         return PAGE_CLEAN;
851 }
852
853 /*
854  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
855  * gets returned with a refcount of 0.
856  */
857 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
858                             bool reclaimed, struct mem_cgroup *target_memcg)
859 {
860         unsigned long flags;
861         int refcount;
862
863         BUG_ON(!PageLocked(page));
864         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
865
866         xa_lock_irqsave(&mapping->i_pages, flags);
867         /*
868          * The non racy check for a busy page.
869          *
870          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
871          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
872          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
873          * here, then the following race may occur:
874          *
875          * get_user_pages(&page);
876          * [user mapping goes away]
877          * write_to(page);
878          *                              !PageDirty(page)    [good]
879          * SetPageDirty(page);
880          * put_page(page);
881          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
882          *
883          * [oops, our write_to data is lost]
884          *
885          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
886          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
887          * load is not satisfied before that of page->_refcount.
888          *
889          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
890          * and thus under the i_pages lock, then this ordering is not required.
891          */
892         refcount = 1 + compound_nr(page);
893         if (!page_ref_freeze(page, refcount))
894                 goto cannot_free;
895         /* note: atomic_cmpxchg in page_ref_freeze provides the smp_rmb */
896         if (unlikely(PageDirty(page))) {
897                 page_ref_unfreeze(page, refcount);
898                 goto cannot_free;
899         }
900
901         if (PageSwapCache(page)) {
902                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
903                 mem_cgroup_swapout(page, swap);
904                 __delete_from_swap_cache(page, swap);
905                 xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
906                 put_swap_page(page, swap);
907         } else {
908                 void (*freepage)(struct page *);
909                 void *shadow = NULL;
910
911                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
912                 /*
913                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
914                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
915                  *
916                  * But don't store shadows in an address space that is
917                  * already exiting.  This is not just an optizimation,
918                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
919                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
920                  * back.
921                  *
922                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
923                  * only page cache pages found in these are zero pages
924                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
925                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
926                  * same address_space.
927                  */
928                 if (reclaimed && page_is_file_lru(page) &&
929                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
930                         shadow = workingset_eviction(page, target_memcg);
931                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
932                 xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
933
934                 if (freepage != NULL)
935                         freepage(page);
936         }
937
938         return 1;
939
940 cannot_free:
941         xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
942         return 0;
943 }
944
945 /*
946  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
947  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
948  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
949  * this page.
950  */
951 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
952 {
953         if (__remove_mapping(mapping, page, false, NULL)) {
954                 /*
955                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
956                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
957                  * atomic operation.
958                  */
959                 page_ref_unfreeze(page, 1);
960                 return 1;
961         }
962         return 0;
963 }
964
965 /**
966  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
967  * @page: page to be put back to appropriate lru list
968  *
969  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
970  * Page may still be unevictable for other reasons.
971  *
972  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
973  */
974 void putback_lru_page(struct page *page)
975 {
976         lru_cache_add(page);
977         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
978 }
979
980 enum page_references {
981         PAGEREF_RECLAIM,
982         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
983         PAGEREF_KEEP,
984         PAGEREF_ACTIVATE,
985 };
986
987 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
988                                                   struct scan_control *sc)
989 {
990         int referenced_ptes, referenced_page;
991         unsigned long vm_flags;
992
993         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
994                                           &vm_flags);
995         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
996
997         /*
998          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
999          * move the page to the unevictable list.
1000          */
1001         if (vm_flags & VM_LOCKED)
1002                 return PAGEREF_RECLAIM;
1003
1004         if (referenced_ptes) {
1005                 if (PageSwapBacked(page))
1006                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1007                 /*
1008                  * All mapped pages start out with page table
1009                  * references from the instantiating fault, so we need
1010                  * to look twice if a mapped file page is used more
1011                  * than once.
1012                  *
1013                  * Mark it and spare it for another trip around the
1014                  * inactive list.  Another page table reference will
1015                  * lead to its activation.
1016                  *
1017                  * Note: the mark is set for activated pages as well
1018                  * so that recently deactivated but used pages are
1019                  * quickly recovered.
1020                  */
1021                 SetPageReferenced(page);
1022
1023                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
1024                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1025
1026                 /*
1027                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
1028                  */
1029                 if (vm_flags & VM_EXEC)
1030                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1031
1032                 return PAGEREF_KEEP;
1033         }
1034
1035         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
1036         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
1037                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
1038
1039         return PAGEREF_RECLAIM;
1040 }
1041
1042 /* Check if a page is dirty or under writeback */
1043 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
1044                                        bool *dirty, bool *writeback)
1045 {
1046         struct address_space *mapping;
1047
1048         /*
1049          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
1050          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
1051          */
1052         if (!page_is_file_lru(page) ||
1053             (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page))) {
1054                 *dirty = false;
1055                 *writeback = false;
1056                 return;
1057         }
1058
1059         /* By default assume that the page flags are accurate */
1060         *dirty = PageDirty(page);
1061         *writeback = PageWriteback(page);
1062
1063         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
1064         if (!page_has_private(page))
1065                 return;
1066
1067         mapping = page_mapping(page);
1068         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
1069                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
1070 }
1071
1072 /*
1073  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
1074  */
1075 static unsigned int shrink_page_list(struct list_head *page_list,
1076                                      struct pglist_data *pgdat,
1077                                      struct scan_control *sc,
1078                                      enum ttu_flags ttu_flags,
1079                                      struct reclaim_stat *stat,
1080                                      bool ignore_references)
1081 {
1082         LIST_HEAD(ret_pages);
1083         LIST_HEAD(free_pages);
1084         unsigned int nr_reclaimed = 0;
1085         unsigned int pgactivate = 0;
1086
1087         memset(stat, 0, sizeof(*stat));
1088         cond_resched();
1089
1090         while (!list_empty(page_list)) {
1091                 struct address_space *mapping;
1092                 struct page *page;
1093                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM;
1094                 bool dirty, writeback, may_enter_fs;
1095                 unsigned int nr_pages;
1096
1097                 cond_resched();
1098
1099                 page = lru_to_page(page_list);
1100                 list_del(&page->lru);
1101
1102                 if (!trylock_page(page))
1103                         goto keep;
1104
1105                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1106
1107                 nr_pages = compound_nr(page);
1108
1109                 /* Account the number of base pages even though THP */
1110                 sc->nr_scanned += nr_pages;
1111
1112                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
1113                         goto activate_locked;
1114
1115                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
1116                         goto keep_locked;
1117
1118                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
1119                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
1120
1121                 /*
1122                  * The number of dirty pages determines if a node is marked
1123                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
1124                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
1125                  * is all dirty unqueued pages.
1126                  */
1127                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
1128                 if (dirty || writeback)
1129                         stat->nr_dirty++;
1130
1131                 if (dirty && !writeback)
1132                         stat->nr_unqueued_dirty++;
1133
1134                 /*
1135                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
1136                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
1137                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
1138                  * end of the LRU a second time.
1139                  */
1140                 mapping = page_mapping(page);
1141                 if (((dirty || writeback) && mapping &&
1142                      inode_write_congested(mapping->host)) ||
1143                     (writeback && PageReclaim(page)))
1144                         stat->nr_congested++;
1145
1146                 /*
1147                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
1148                  * are three cases to consider.
1149                  *
1150                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
1151                  *    under writeback and this page is both under writeback and
1152                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
1153                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
1154                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
1155                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
1156                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
1157                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
1158                  *    caller can stall after page list has been processed.
1159                  *
1160                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a page that is
1161                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
1162                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
1163                  *    not to fs). In this case mark the page for immediate
1164                  *    reclaim and continue scanning.
1165                  *
1166                  *    Require may_enter_fs because we would wait on fs, which
1167                  *    may not have submitted IO yet. And the loop driver might
1168                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
1169                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
1170                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
1171                  *    would probably show more reasons.
1172                  *
1173                  * 3) Legacy memcg encounters a page that is already marked
1174                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
1175                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
1176                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
1177                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
1178                  *
1179                  * In cases 1) and 2) we activate the pages to get them out of
1180                  * the way while we continue scanning for clean pages on the
1181                  * inactive list and refilling from the active list. The
1182                  * observation here is that waiting for disk writes is more
1183                  * expensive than potentially causing reloads down the line.
1184                  * Since they're marked for immediate reclaim, they won't put
1185                  * memory pressure on the cache working set any longer than it
1186                  * takes to write them to disk.
1187                  */
1188                 if (PageWriteback(page)) {
1189                         /* Case 1 above */
1190                         if (current_is_kswapd() &&
1191                             PageReclaim(page) &&
1192                             test_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags)) {
1193                                 stat->nr_immediate++;
1194                                 goto activate_locked;
1195
1196                         /* Case 2 above */
1197                         } else if (writeback_throttling_sane(sc) ||
1198                             !PageReclaim(page) || !may_enter_fs) {
1199                                 /*
1200                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
1201                                  * might have just cleared PageReclaim, then
1202                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
1203                                  * as PageReadahead - but that does not matter
1204                                  * enough to care.  What we do want is for this
1205                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
1206                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
1207                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
1208                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
1209                                  */
1210                                 SetPageReclaim(page);
1211                                 stat->nr_writeback++;
1212                                 goto activate_locked;
1213
1214                         /* Case 3 above */
1215                         } else {
1216                                 unlock_page(page);
1217                                 wait_on_page_writeback(page);
1218                                 /* then go back and try same page again */
1219                                 list_add_tail(&page->lru, page_list);
1220                                 continue;
1221                         }
1222                 }
1223
1224                 if (!ignore_references)
1225                         references = page_check_references(page, sc);
1226
1227                 switch (references) {
1228                 case PAGEREF_ACTIVATE:
1229                         goto activate_locked;
1230                 case PAGEREF_KEEP:
1231                         stat->nr_ref_keep += nr_pages;
1232                         goto keep_locked;
1233                 case PAGEREF_RECLAIM:
1234                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1235                         ; /* try to reclaim the page below */
1236                 }
1237
1238                 /*
1239                  * Anonymous process memory has backing store?
1240                  * Try to allocate it some swap space here.
1241                  * Lazyfree page could be freed directly
1242                  */
1243                 if (PageAnon(page) && PageSwapBacked(page)) {
1244                         if (!PageSwapCache(page)) {
1245                                 if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1246                                         goto keep_locked;
1247                                 if (PageTransHuge(page)) {
1248                                         /* cannot split THP, skip it */
1249                                         if (!can_split_huge_page(page, NULL))
1250                                                 goto activate_locked;
1251                                         /*
1252                                          * Split pages without a PMD map right
1253                                          * away. Chances are some or all of the
1254                                          * tail pages can be freed without IO.
1255                                          */
1256                                         if (!compound_mapcount(page) &&
1257                                             split_huge_page_to_list(page,
1258                                                                     page_list))
1259                                                 goto activate_locked;
1260                                 }
1261                                 if (!add_to_swap(page)) {
1262                                         if (!PageTransHuge(page))
1263                                                 goto activate_locked_split;
1264                                         /* Fallback to swap normal pages */
1265                                         if (split_huge_page_to_list(page,
1266                                                                     page_list))
1267                                                 goto activate_locked;
1268 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1269                                         count_vm_event(THP_SWPOUT_FALLBACK);
1270 #endif
1271                                         if (!add_to_swap(page))
1272                                                 goto activate_locked_split;
1273                                 }
1274
1275                                 may_enter_fs = true;
1276
1277                                 /* Adding to swap updated mapping */
1278                                 mapping = page_mapping(page);
1279                         }
1280                 } else if (unlikely(PageTransHuge(page))) {
1281                         /* Split file THP */
1282                         if (split_huge_page_to_list(page, page_list))
1283                                 goto keep_locked;
1284                 }
1285
1286                 /*
1287                  * THP may get split above, need minus tail pages and update
1288                  * nr_pages to avoid accounting tail pages twice.
1289                  *
1290                  * The tail pages that are added into swap cache successfully
1291                  * reach here.
1292                  */
1293                 if ((nr_pages > 1) && !PageTransHuge(page)) {
1294                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1295                         nr_pages = 1;
1296                 }
1297
1298                 /*
1299                  * The page is mapped into the page tables of one or more
1300                  * processes. Try to unmap it here.
1301                  */
1302                 if (page_mapped(page)) {
1303                         enum ttu_flags flags = ttu_flags | TTU_BATCH_FLUSH;
1304                         bool was_swapbacked = PageSwapBacked(page);
1305
1306                         if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1307                                 flags |= TTU_SPLIT_HUGE_PMD;
1308
1309                         if (!try_to_unmap(page, flags)) {
1310                                 stat->nr_unmap_fail += nr_pages;
1311                                 if (!was_swapbacked && PageSwapBacked(page))
1312                                         stat->nr_lazyfree_fail += nr_pages;
1313                                 goto activate_locked;
1314                         }
1315                 }
1316
1317                 if (PageDirty(page)) {
1318                         /*
1319                          * Only kswapd can writeback filesystem pages
1320                          * to avoid risk of stack overflow. But avoid
1321                          * injecting inefficient single-page IO into
1322                          * flusher writeback as much as possible: only
1323                          * write pages when we've encountered many
1324                          * dirty pages, and when we've already scanned
1325                          * the rest of the LRU for clean pages and see
1326                          * the same dirty pages again (PageReclaim).
1327                          */
1328                         if (page_is_file_lru(page) &&
1329                             (!current_is_kswapd() || !PageReclaim(page) ||
1330                              !test_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags))) {
1331                                 /*
1332                                  * Immediately reclaim when written back.
1333                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1334                                  * except we already have the page isolated
1335                                  * and know it's dirty
1336                                  */
1337                                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1338                                 SetPageReclaim(page);
1339
1340                                 goto activate_locked;
1341                         }
1342
1343                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1344                                 goto keep_locked;
1345                         if (!may_enter_fs)
1346                                 goto keep_locked;
1347                         if (!sc->may_writepage)
1348                                 goto keep_locked;
1349
1350                         /*
1351                          * Page is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1352                          * potentially exists to avoid CPU writes after IO
1353                          * starts and then write it out here.
1354                          */
1355                         try_to_unmap_flush_dirty();
1356                         switch (pageout(page, mapping)) {
1357                         case PAGE_KEEP:
1358                                 goto keep_locked;
1359                         case PAGE_ACTIVATE:
1360                                 goto activate_locked;
1361                         case PAGE_SUCCESS:
1362                                 stat->nr_pageout += hpage_nr_pages(page);
1363
1364                                 if (PageWriteback(page))
1365                                         goto keep;
1366                                 if (PageDirty(page))
1367                                         goto keep;
1368
1369                                 /*
1370                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1371                                  * ahead and try to reclaim the page.
1372                                  */
1373                                 if (!trylock_page(page))
1374                                         goto keep;
1375                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1376                                         goto keep_locked;
1377                                 mapping = page_mapping(page);
1378                         case PAGE_CLEAN:
1379                                 ; /* try to free the page below */
1380                         }
1381                 }
1382
1383                 /*
1384                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1385                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1386                  * the page as well.
1387                  *
1388                  * We do this even if the page is PageDirty().
1389                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1390                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1391                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1392                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1393                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1394                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1395                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1396                  *
1397                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1398                  * the pages which were not successfully invalidated in
1399                  * truncate_complete_page().  We try to drop those buffers here
1400                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1401                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1402                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1403                  */
1404                 if (page_has_private(page)) {
1405                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1406                                 goto activate_locked;
1407                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1408                                 unlock_page(page);
1409                                 if (put_page_testzero(page))
1410                                         goto free_it;
1411                                 else {
1412                                         /*
1413                                          * rare race with speculative reference.
1414                                          * the speculative reference will free
1415                                          * this page shortly, so we may
1416                                          * increment nr_reclaimed here (and
1417                                          * leave it off the LRU).
1418                                          */
1419                                         nr_reclaimed++;
1420                                         continue;
1421                                 }
1422                         }
1423                 }
1424
1425                 if (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page)) {
1426                         /* follow __remove_mapping for reference */
1427                         if (!page_ref_freeze(page, 1))
1428                                 goto keep_locked;
1429                         if (PageDirty(page)) {
1430                                 page_ref_unfreeze(page, 1);
1431                                 goto keep_locked;
1432                         }
1433
1434                         count_vm_event(PGLAZYFREED);
1435                         count_memcg_page_event(page, PGLAZYFREED);
1436                 } else if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true,
1437                                                          sc->target_mem_cgroup))
1438                         goto keep_locked;
1439
1440                 unlock_page(page);
1441 free_it:
1442                 /*
1443                  * THP may get swapped out in a whole, need account
1444                  * all base pages.
1445                  */
1446                 nr_reclaimed += nr_pages;
1447
1448                 /*
1449                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1450                  * appear not as the counts should be low
1451                  */
1452                 if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1453                         destroy_compound_page(page);
1454                 else
1455                         list_add(&page->lru, &free_pages);
1456                 continue;
1457
1458 activate_locked_split:
1459                 /*
1460                  * The tail pages that are failed to add into swap cache
1461                  * reach here.  Fixup nr_scanned and nr_pages.
1462                  */
1463                 if (nr_pages > 1) {
1464                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1465                         nr_pages = 1;
1466                 }
1467 activate_locked:
1468                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1469                 if (PageSwapCache(page) && (mem_cgroup_swap_full(page) ||
1470                                                 PageMlocked(page)))
1471                         try_to_free_swap(page);
1472                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1473                 if (!PageMlocked(page)) {
1474                         int type = page_is_file_lru(page);
1475                         SetPageActive(page);
1476                         stat->nr_activate[type] += nr_pages;
1477                         count_memcg_page_event(page, PGACTIVATE);
1478                 }
1479 keep_locked:
1480                 unlock_page(page);
1481 keep:
1482                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1483                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1484         }
1485
1486         pgactivate = stat->nr_activate[0] + stat->nr_activate[1];
1487
1488         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
1489         try_to_unmap_flush();
1490         free_unref_page_list(&free_pages);
1491
1492         list_splice(&ret_pages, page_list);
1493         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1494
1495         return nr_reclaimed;
1496 }
1497
1498 unsigned int reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1499                                             struct list_head *page_list)
1500 {
1501         struct scan_control sc = {
1502                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1503                 .priority = DEF_PRIORITY,
1504                 .may_unmap = 1,
1505         };
1506         struct reclaim_stat stat;
1507         unsigned int nr_reclaimed;
1508         struct page *page, *next;
1509         LIST_HEAD(clean_pages);
1510
1511         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1512                 if (page_is_file_lru(page) && !PageDirty(page) &&
1513                     !__PageMovable(page) && !PageUnevictable(page)) {
1514                         ClearPageActive(page);
1515                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1516                 }
1517         }
1518
1519         nr_reclaimed = shrink_page_list(&clean_pages, zone->zone_pgdat, &sc,
1520                         TTU_IGNORE_ACCESS, &stat, true);
1521         list_splice(&clean_pages, page_list);
1522         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE, -nr_reclaimed);
1523         /*
1524          * Since lazyfree pages are isolated from file LRU from the beginning,
1525          * they will rotate back to anonymous LRU in the end if it failed to
1526          * discard so isolated count will be mismatched.
1527          * Compensate the isolated count for both LRU lists.
1528          */
1529         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_ANON,
1530                             stat.nr_lazyfree_fail);
1531         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
1532                             -stat.nr_lazyfree_fail);
1533         return nr_reclaimed;
1534 }
1535
1536 /*
1537  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1538  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1539  * freed elsewhere are also ignored.
1540  *
1541  * page:        page to consider
1542  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1543  *
1544  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1545  */
1546 int __isolate_lru_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1547 {
1548         int ret = -EINVAL;
1549
1550         /* Only take pages on the LRU. */
1551         if (!PageLRU(page))
1552                 return ret;
1553
1554         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1555         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1556                 return ret;
1557
1558         ret = -EBUSY;
1559
1560         /*
1561          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1562          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1563          * blocking - clean pages for the most part.
1564          *
1565          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1566          * that it is possible to migrate without blocking
1567          */
1568         if (mode & ISOLATE_ASYNC_MIGRATE) {
1569                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1570                 if (PageWriteback(page))
1571                         return ret;
1572
1573                 if (PageDirty(page)) {
1574                         struct address_space *mapping;
1575                         bool migrate_dirty;
1576
1577                         /*
1578                          * Only pages without mappings or that have a
1579                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1580                          * without blocking. However, we can be racing with
1581                          * truncation so it's necessary to lock the page
1582                          * to stabilise the mapping as truncation holds
1583                          * the page lock until after the page is removed
1584                          * from the page cache.
1585                          */
1586                         if (!trylock_page(page))
1587                                 return ret;
1588
1589                         mapping = page_mapping(page);
1590                         migrate_dirty = !mapping || mapping->a_ops->migratepage;
1591                         unlock_page(page);
1592                         if (!migrate_dirty)
1593                                 return ret;
1594                 }
1595         }
1596
1597         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1598                 return ret;
1599
1600         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
1601                 /*
1602                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1603                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1604                  * page release code relies on it.
1605                  */
1606                 ClearPageLRU(page);
1607                 ret = 0;
1608         }
1609
1610         return ret;
1611 }
1612
1613
1614 /*
1615  * Update LRU sizes after isolating pages. The LRU size updates must
1616  * be complete before mem_cgroup_update_lru_size due to a sanity check.
1617  */
1618 static __always_inline void update_lru_sizes(struct lruvec *lruvec,
1619                         enum lru_list lru, unsigned long *nr_zone_taken)
1620 {
1621         int zid;
1622
1623         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1624                 if (!nr_zone_taken[zid])
1625                         continue;
1626
1627                 update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
1628         }
1629
1630 }
1631
1632 /**
1633  * pgdat->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1634  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1635  * and working on them outside the LRU lock.
1636  *
1637  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1638  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1639  *
1640  * Appropriate locks must be held before calling this function.
1641  *
1642  * @nr_to_scan: The number of eligible pages to look through on the list.
1643  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1644  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1645  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1646  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1647  * @lru:        LRU list id for isolating
1648  *
1649  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1650  */
1651 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1652                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1653                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1654                 enum lru_list lru)
1655 {
1656         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1657         unsigned long nr_taken = 0;
1658         unsigned long nr_zone_taken[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
1659         unsigned long nr_skipped[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
1660         unsigned long skipped = 0;
1661         unsigned long scan, total_scan, nr_pages;
1662         LIST_HEAD(pages_skipped);
1663         isolate_mode_t mode = (sc->may_unmap ? 0 : ISOLATE_UNMAPPED);
1664
1665         total_scan = 0;
1666         scan = 0;
1667         while (scan < nr_to_scan && !list_empty(src)) {
1668                 struct page *page;
1669
1670                 page = lru_to_page(src);
1671                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1672
1673                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
1674
1675                 nr_pages = compound_nr(page);
1676                 total_scan += nr_pages;
1677
1678                 if (page_zonenum(page) > sc->reclaim_idx) {
1679                         list_move(&page->lru, &pages_skipped);
1680                         nr_skipped[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1681                         continue;
1682                 }
1683
1684                 /*
1685                  * Do not count skipped pages because that makes the function
1686                  * return with no isolated pages if the LRU mostly contains
1687                  * ineligible pages.  This causes the VM to not reclaim any
1688                  * pages, triggering a premature OOM.
1689                  *
1690                  * Account all tail pages of THP.  This would not cause
1691                  * premature OOM since __isolate_lru_page() returns -EBUSY
1692                  * only when the page is being freed somewhere else.
1693                  */
1694                 scan += nr_pages;
1695                 switch (__isolate_lru_page(page, mode)) {
1696                 case 0:
1697                         nr_taken += nr_pages;
1698                         nr_zone_taken[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1699                         list_move(&page->lru, dst);
1700                         break;
1701
1702                 case -EBUSY:
1703                         /* else it is being freed elsewhere */
1704                         list_move(&page->lru, src);
1705                         continue;
1706
1707                 default:
1708                         BUG();
1709                 }
1710         }
1711
1712         /*
1713          * Splice any skipped pages to the start of the LRU list. Note that
1714          * this disrupts the LRU order when reclaiming for lower zones but
1715          * we cannot splice to the tail. If we did then the SWAP_CLUSTER_MAX
1716          * scanning would soon rescan the same pages to skip and put the
1717          * system at risk of premature OOM.
1718          */
1719         if (!list_empty(&pages_skipped)) {
1720                 int zid;
1721
1722                 list_splice(&pages_skipped, src);
1723                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1724                         if (!nr_skipped[zid])
1725                                 continue;
1726
1727                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zid, nr_skipped[zid]);
1728                         skipped += nr_skipped[zid];
1729                 }
1730         }
1731         *nr_scanned = total_scan;
1732         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->reclaim_idx, sc->order, nr_to_scan,
1733                                     total_scan, skipped, nr_taken, mode, lru);
1734         update_lru_sizes(lruvec, lru, nr_zone_taken);
1735         return nr_taken;
1736 }
1737
1738 /**
1739  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1740  * @page: page to isolate from its LRU list
1741  *
1742  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1743  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1744  *
1745  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1746  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1747  *
1748  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1749  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1750  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1751  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1752  *
1753  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1754  * found will be decremented.
1755  *
1756  * Restrictions:
1757  *
1758  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1759  *     fundamentnal difference from isolate_lru_pages (which is called
1760  *     without a stable reference).
1761  * (2) the lru_lock must not be held.
1762  * (3) interrupts must be enabled.
1763  */
1764 int isolate_lru_page(struct page *page)
1765 {
1766         int ret = -EBUSY;
1767
1768         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1769         WARN_RATELIMIT(PageTail(page), "trying to isolate tail page");
1770
1771         if (PageLRU(page)) {
1772                 pg_data_t *pgdat = page_pgdat(page);
1773                 struct lruvec *lruvec;
1774
1775                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1776                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1777                 if (PageLRU(page)) {
1778                         int lru = page_lru(page);
1779                         get_page(page);
1780                         ClearPageLRU(page);
1781                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1782                         ret = 0;
1783                 }
1784                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1785         }
1786         return ret;
1787 }
1788
1789 /*
1790  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1791  * then get rescheduled. When there are massive number of tasks doing page
1792  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1793  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1794  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1795  */
1796 static int too_many_isolated(struct pglist_data *pgdat, int file,
1797                 struct scan_control *sc)
1798 {
1799         unsigned long inactive, isolated;
1800
1801         if (current_is_kswapd())
1802                 return 0;
1803
1804         if (!writeback_throttling_sane(sc))
1805                 return 0;
1806
1807         if (file) {
1808                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
1809                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
1810         } else {
1811                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
1812                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
1813         }
1814
1815         /*
1816          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1817          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1818          * deadlock.
1819          */
1820         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
1821                 inactive >>= 3;
1822
1823         return isolated > inactive;
1824 }
1825
1826 /*
1827  * This moves pages from @list to corresponding LRU list.
1828  *
1829  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
1830  * processes, from rmap.
1831  *
1832  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
1833  * appropriate to hold zone_lru_lock across the whole operation.  But if
1834  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()) so we
1835  * should drop zone_lru_lock around each page.  It's impossible to balance
1836  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
1837  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
1838  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
1839  *
1840  * The downside is that we have to touch page->_refcount against each page.
1841  * But we had to alter page->flags anyway.
1842  *
1843  * Returns the number of pages moved to the given lruvec.
1844  */
1845
1846 static unsigned noinline_for_stack move_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1847                                                      struct list_head *list)
1848 {
1849         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1850         int nr_pages, nr_moved = 0;
1851         LIST_HEAD(pages_to_free);
1852         struct page *page;
1853         enum lru_list lru;
1854
1855         while (!list_empty(list)) {
1856                 page = lru_to_page(list);
1857                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1858                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1859                         list_del(&page->lru);
1860                         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1861                         putback_lru_page(page);
1862                         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1863                         continue;
1864                 }
1865                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1866
1867                 SetPageLRU(page);
1868                 lru = page_lru(page);
1869
1870                 nr_pages = hpage_nr_pages(page);
1871                 update_lru_size(lruvec, lru, page_zonenum(page), nr_pages);
1872                 list_move(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1873
1874                 if (put_page_testzero(page)) {
1875                         __ClearPageLRU(page);
1876                         __ClearPageActive(page);
1877                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1878
1879                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1880                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1881                                 destroy_compound_page(page);
1882                                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1883                         } else
1884                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1885                 } else {
1886                         nr_moved += nr_pages;
1887                 }
1888         }
1889
1890         /*
1891          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
1892          */
1893         list_splice(&pages_to_free, list);
1894
1895         return nr_moved;
1896 }
1897
1898 /*
1899  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
1900  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LOCAL_THROTTLE.
1901  * In that case we should only throttle if the backing device it is
1902  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
1903  */
1904 static int current_may_throttle(void)
1905 {
1906         return !(current->flags & PF_LOCAL_THROTTLE) ||
1907                 current->backing_dev_info == NULL ||
1908                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
1909 }
1910
1911 /*
1912  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_node().  It returns the number
1913  * of reclaimed pages
1914  */
1915 static noinline_for_stack unsigned long
1916 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
1917                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
1918 {
1919         LIST_HEAD(page_list);
1920         unsigned long nr_scanned;
1921         unsigned int nr_reclaimed = 0;
1922         unsigned long nr_taken;
1923         struct reclaim_stat stat;
1924         bool file = is_file_lru(lru);
1925         enum vm_event_item item;
1926         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1927         bool stalled = false;
1928
1929         while (unlikely(too_many_isolated(pgdat, file, sc))) {
1930                 if (stalled)
1931                         return 0;
1932
1933                 /* wait a bit for the reclaimer. */
1934                 msleep(100);
1935                 stalled = true;
1936
1937                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
1938                 if (fatal_signal_pending(current))
1939                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
1940         }
1941
1942         lru_add_drain();
1943
1944         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1945
1946         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
1947                                      &nr_scanned, sc, lru);
1948
1949         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1950         item = current_is_kswapd() ? PGSCAN_KSWAPD : PGSCAN_DIRECT;
1951         if (!cgroup_reclaim(sc))
1952                 __count_vm_events(item, nr_scanned);
1953         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_scanned);
1954         __count_vm_events(PGSCAN_ANON + file, nr_scanned);
1955
1956         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1957
1958         if (nr_taken == 0)
1959                 return 0;
1960
1961         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, pgdat, sc, 0,
1962                                 &stat, false);
1963
1964         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1965
1966         move_pages_to_lru(lruvec, &page_list);
1967
1968         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1969         lru_note_cost(lruvec, file, stat.nr_pageout);
1970         item = current_is_kswapd() ? PGSTEAL_KSWAPD : PGSTEAL_DIRECT;
1971         if (!cgroup_reclaim(sc))
1972                 __count_vm_events(item, nr_reclaimed);
1973         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_reclaimed);
1974         __count_vm_events(PGSTEAL_ANON + file, nr_reclaimed);
1975
1976         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1977
1978         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
1979         free_unref_page_list(&page_list);
1980
1981         /*
1982          * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
1983          * implies that flushers are not doing their job. This can
1984          * happen when memory pressure pushes dirty pages to the end of
1985          * the LRU before the dirty limits are breached and the dirty
1986          * data has expired. It can also happen when the proportion of
1987          * dirty pages grows not through writes but through memory
1988          * pressure reclaiming all the clean cache. And in some cases,
1989          * the flushers simply cannot keep up with the allocation
1990          * rate. Nudge the flusher threads in case they are asleep.
1991          */
1992         if (stat.nr_unqueued_dirty == nr_taken)
1993                 wakeup_flusher_threads(WB_REASON_VMSCAN);
1994
1995         sc->nr.dirty += stat.nr_dirty;
1996         sc->nr.congested += stat.nr_congested;
1997         sc->nr.unqueued_dirty += stat.nr_unqueued_dirty;
1998         sc->nr.writeback += stat.nr_writeback;
1999         sc->nr.immediate += stat.nr_immediate;
2000         sc->nr.taken += nr_taken;
2001         if (file)
2002                 sc->nr.file_taken += nr_taken;
2003
2004         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(pgdat->node_id,
2005                         nr_scanned, nr_reclaimed, &stat, sc->priority, file);
2006         return nr_reclaimed;
2007 }
2008
2009 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
2010                                struct lruvec *lruvec,
2011                                struct scan_control *sc,
2012                                enum lru_list lru)
2013 {
2014         unsigned long nr_taken;
2015         unsigned long nr_scanned;
2016         unsigned long vm_flags;
2017         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
2018         LIST_HEAD(l_active);
2019         LIST_HEAD(l_inactive);
2020         struct page *page;
2021         unsigned nr_deactivate, nr_activate;
2022         unsigned nr_rotated = 0;
2023         int file = is_file_lru(lru);
2024         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2025
2026         lru_add_drain();
2027
2028         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2029
2030         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
2031                                      &nr_scanned, sc, lru);
2032
2033         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2034
2035         __count_vm_events(PGREFILL, nr_scanned);
2036         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGREFILL, nr_scanned);
2037
2038         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2039
2040         while (!list_empty(&l_hold)) {
2041                 cond_resched();
2042                 page = lru_to_page(&l_hold);
2043                 list_del(&page->lru);
2044
2045                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
2046                         putback_lru_page(page);
2047                         continue;
2048                 }
2049
2050                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
2051                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
2052                                 if (page_has_private(page))
2053                                         try_to_release_page(page, 0);
2054                                 unlock_page(page);
2055                         }
2056                 }
2057
2058                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
2059                                     &vm_flags)) {
2060                         /*
2061                          * Identify referenced, file-backed active pages and
2062                          * give them one more trip around the active list. So
2063                          * that executable code get better chances to stay in
2064                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
2065                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
2066                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
2067                          * so we ignore them here.
2068                          */
2069                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_lru(page)) {
2070                                 nr_rotated += hpage_nr_pages(page);
2071                                 list_add(&page->lru, &l_active);
2072                                 continue;
2073                         }
2074                 }
2075
2076                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
2077                 SetPageWorkingset(page);
2078                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
2079         }
2080
2081         /*
2082          * Move pages back to the lru list.
2083          */
2084         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2085
2086         nr_activate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_active);
2087         nr_deactivate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive);
2088         /* Keep all free pages in l_active list */
2089         list_splice(&l_inactive, &l_active);
2090
2091         __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2092         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2093
2094         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2095         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2096
2097         mem_cgroup_uncharge_list(&l_active);
2098         free_unref_page_list(&l_active);
2099         trace_mm_vmscan_lru_shrink_active(pgdat->node_id, nr_taken, nr_activate,
2100                         nr_deactivate, nr_rotated, sc->priority, file);
2101 }
2102
2103 unsigned long reclaim_pages(struct list_head *page_list)
2104 {
2105         int nid = NUMA_NO_NODE;
2106         unsigned int nr_reclaimed = 0;
2107         LIST_HEAD(node_page_list);
2108         struct reclaim_stat dummy_stat;
2109         struct page *page;
2110         struct scan_control sc = {
2111                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
2112                 .priority = DEF_PRIORITY,
2113                 .may_writepage = 1,
2114                 .may_unmap = 1,
2115                 .may_swap = 1,
2116         };
2117
2118         while (!list_empty(page_list)) {
2119                 page = lru_to_page(page_list);
2120                 if (nid == NUMA_NO_NODE) {
2121                         nid = page_to_nid(page);
2122                         INIT_LIST_HEAD(&node_page_list);
2123                 }
2124
2125                 if (nid == page_to_nid(page)) {
2126                         ClearPageActive(page);
2127                         list_move(&page->lru, &node_page_list);
2128                         continue;
2129                 }
2130
2131                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2132                                                 NODE_DATA(nid),
2133                                                 &sc, 0,
2134                                                 &dummy_stat, false);
2135                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2136                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2137                         list_del(&page->lru);
2138                         putback_lru_page(page);
2139                 }
2140
2141                 nid = NUMA_NO_NODE;
2142         }
2143
2144         if (!list_empty(&node_page_list)) {
2145                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2146                                                 NODE_DATA(nid),
2147                                                 &sc, 0,
2148                                                 &dummy_stat, false);
2149                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2150                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2151                         list_del(&page->lru);
2152                         putback_lru_page(page);
2153                 }
2154         }
2155
2156         return nr_reclaimed;
2157 }
2158
2159 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
2160                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2161 {
2162         if (is_active_lru(lru)) {
2163                 if (sc->may_deactivate & (1 << is_file_lru(lru)))
2164                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2165                 else
2166                         sc->skipped_deactivate = 1;
2167                 return 0;
2168         }
2169
2170         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2171 }
2172
2173 /*
2174  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
2175  * to do too much work.
2176  *
2177  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
2178  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
2179  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
2180  *
2181  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
2182  * page has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
2183  *
2184  * If that fails and refaulting is observed, the inactive list grows.
2185  *
2186  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE pages
2187  * on this LRU, maintained by the pageout code. An inactive_ratio
2188  * of 3 means 3:1 or 25% of the pages are kept on the inactive list.
2189  *
2190  * total     target    max
2191  * memory    ratio     inactive
2192  * -------------------------------------
2193  *   10MB       1         5MB
2194  *  100MB       1        50MB
2195  *    1GB       3       250MB
2196  *   10GB      10       0.9GB
2197  *  100GB      31         3GB
2198  *    1TB     101        10GB
2199  *   10TB     320        32GB
2200  */
2201 static bool inactive_is_low(struct lruvec *lruvec, enum lru_list inactive_lru)
2202 {
2203         enum lru_list active_lru = inactive_lru + LRU_ACTIVE;
2204         unsigned long inactive, active;
2205         unsigned long inactive_ratio;
2206         unsigned long gb;
2207
2208         inactive = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + inactive_lru);
2209         active = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + active_lru);
2210
2211         gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
2212         if (gb)
2213                 inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
2214         else
2215                 inactive_ratio = 1;
2216
2217         return inactive * inactive_ratio < active;
2218 }
2219
2220 enum scan_balance {
2221         SCAN_EQUAL,
2222         SCAN_FRACT,
2223         SCAN_ANON,
2224         SCAN_FILE,
2225 };
2226
2227 /*
2228  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
2229  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
2230  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
2231  * onto the active list instead of evict.
2232  *
2233  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
2234  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
2235  */
2236 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
2237                            unsigned long *nr)
2238 {
2239         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
2240         unsigned long anon_cost, file_cost, total_cost;
2241         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2242         u64 fraction[2];
2243         u64 denominator = 0;    /* gcc */
2244         enum scan_balance scan_balance;
2245         unsigned long ap, fp;
2246         enum lru_list lru;
2247
2248         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
2249         if (!sc->may_swap || mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) <= 0) {
2250                 scan_balance = SCAN_FILE;
2251                 goto out;
2252         }
2253
2254         /*
2255          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
2256          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
2257          * disable swapping for individual groups completely when
2258          * using the memory controller's swap limit feature would be
2259          * too expensive.
2260          */
2261         if (cgroup_reclaim(sc) && !swappiness) {
2262                 scan_balance = SCAN_FILE;
2263                 goto out;
2264         }
2265
2266         /*
2267          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2268          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2269          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2270          */
2271         if (!sc->priority && swappiness) {
2272                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2273                 goto out;
2274         }
2275
2276         /*
2277          * If the system is almost out of file pages, force-scan anon.
2278          */
2279         if (sc->file_is_tiny) {
2280                 scan_balance = SCAN_ANON;
2281                 goto out;
2282         }
2283
2284         /*
2285          * If there is enough inactive page cache, we do not reclaim
2286          * anything from the anonymous working right now.
2287          */
2288         if (sc->cache_trim_mode) {
2289                 scan_balance = SCAN_FILE;
2290                 goto out;
2291         }
2292
2293         scan_balance = SCAN_FRACT;
2294         /*
2295          * Calculate the pressure balance between anon and file pages.
2296          *
2297          * The amount of pressure we put on each LRU is inversely
2298          * proportional to the cost of reclaiming each list, as
2299          * determined by the share of pages that are refaulting, times
2300          * the relative IO cost of bringing back a swapped out
2301          * anonymous page vs reloading a filesystem page (swappiness).
2302          *
2303          * Although we limit that influence to ensure no list gets
2304          * left behind completely: at least a third of the pressure is
2305          * applied, before swappiness.
2306          *
2307          * With swappiness at 100, anon and file have equal IO cost.
2308          */
2309         total_cost = sc->anon_cost + sc->file_cost;
2310         anon_cost = total_cost + sc->anon_cost;
2311         file_cost = total_cost + sc->file_cost;
2312         total_cost = anon_cost + file_cost;
2313
2314         ap = swappiness * (total_cost + 1);
2315         ap /= anon_cost + 1;
2316
2317         fp = (200 - swappiness) * (total_cost + 1);
2318         fp /= file_cost + 1;
2319
2320         fraction[0] = ap;
2321         fraction[1] = fp;
2322         denominator = ap + fp;
2323 out:
2324         for_each_evictable_lru(lru) {
2325                 int file = is_file_lru(lru);
2326                 unsigned long lruvec_size;
2327                 unsigned long scan;
2328                 unsigned long protection;
2329
2330                 lruvec_size = lruvec_lru_size(lruvec, lru, sc->reclaim_idx);
2331                 protection = mem_cgroup_protection(memcg,
2332                                                    sc->memcg_low_reclaim);
2333
2334                 if (protection) {
2335                         /*
2336                          * Scale a cgroup's reclaim pressure by proportioning
2337                          * its current usage to its memory.low or memory.min
2338                          * setting.
2339                          *
2340                          * This is important, as otherwise scanning aggression
2341                          * becomes extremely binary -- from nothing as we
2342                          * approach the memory protection threshold, to totally
2343                          * nominal as we exceed it.  This results in requiring
2344                          * setting extremely liberal protection thresholds. It
2345                          * also means we simply get no protection at all if we
2346                          * set it too low, which is not ideal.
2347                          *
2348                          * If there is any protection in place, we reduce scan
2349                          * pressure by how much of the total memory used is
2350                          * within protection thresholds.
2351                          *
2352                          * There is one special case: in the first reclaim pass,
2353                          * we skip over all groups that are within their low
2354                          * protection. If that fails to reclaim enough pages to
2355                          * satisfy the reclaim goal, we come back and override
2356                          * the best-effort low protection. However, we still
2357                          * ideally want to honor how well-behaved groups are in
2358                          * that case instead of simply punishing them all
2359                          * equally. As such, we reclaim them based on how much
2360                          * memory they are using, reducing the scan pressure
2361                          * again by how much of the total memory used is under
2362                          * hard protection.
2363                          */
2364                         unsigned long cgroup_size = mem_cgroup_size(memcg);
2365
2366                         /* Avoid TOCTOU with earlier protection check */
2367                         cgroup_size = max(cgroup_size, protection);
2368
2369                         scan = lruvec_size - lruvec_size * protection /
2370                                 cgroup_size;
2371
2372                         /*
2373                          * Minimally target SWAP_CLUSTER_MAX pages to keep
2374                          * reclaim moving forwards, avoiding decrementing
2375                          * sc->priority further than desirable.
2376                          */
2377                         scan = max(scan, SWAP_CLUSTER_MAX);
2378                 } else {
2379                         scan = lruvec_size;
2380                 }
2381
2382                 scan >>= sc->priority;
2383
2384                 /*
2385                  * If the cgroup's already been deleted, make sure to
2386                  * scrape out the remaining cache.
2387                  */
2388                 if (!scan && !mem_cgroup_online(memcg))
2389                         scan = min(lruvec_size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2390
2391                 switch (scan_balance) {
2392                 case SCAN_EQUAL:
2393                         /* Scan lists relative to size */
2394                         break;
2395                 case SCAN_FRACT:
2396                         /*
2397                          * Scan types proportional to swappiness and
2398                          * their relative recent reclaim efficiency.
2399                          * Make sure we don't miss the last page on
2400                          * the offlined memory cgroups because of a
2401                          * round-off error.
2402                          */
2403                         scan = mem_cgroup_online(memcg) ?
2404                                div64_u64(scan * fraction[file], denominator) :
2405                                DIV64_U64_ROUND_UP(scan * fraction[file],
2406                                                   denominator);
2407                         break;
2408                 case SCAN_FILE:
2409                 case SCAN_ANON:
2410                         /* Scan one type exclusively */
2411                         if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file)
2412                                 scan = 0;
2413                         break;
2414                 default:
2415                         /* Look ma, no brain */
2416                         BUG();
2417                 }
2418
2419                 nr[lru] = scan;
2420         }
2421 }
2422
2423 static void shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2424 {
2425         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2426         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2427         unsigned long nr_to_scan;
2428         enum lru_list lru;
2429         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2430         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2431         struct blk_plug plug;
2432         bool scan_adjusted;
2433
2434         get_scan_count(lruvec, sc, nr);
2435
2436         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2437         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2438
2439         /*
2440          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2441          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2442          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2443          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2444          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2445          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2446          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2447          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2448          * dropped to zero at the first pass.
2449          */
2450         scan_adjusted = (!cgroup_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2451                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2452
2453         blk_start_plug(&plug);
2454         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2455                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2456                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2457                 unsigned long nr_scanned;
2458
2459                 for_each_evictable_lru(lru) {
2460                         if (nr[lru]) {
2461                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2462                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2463
2464                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2465                                                             lruvec, sc);
2466                         }
2467                 }
2468
2469                 cond_resched();
2470
2471                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2472                         continue;
2473
2474                 /*
2475                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2476                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2477                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2478                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2479                  * proportional to the original scan target.
2480                  */
2481                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2482                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2483
2484                 /*
2485                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2486                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2487                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2488                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2489                  */
2490                 if (!nr_file || !nr_anon)
2491                         break;
2492
2493                 if (nr_file > nr_anon) {
2494                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2495                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2496                         lru = LRU_BASE;
2497                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2498                 } else {
2499                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2500                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2501                         lru = LRU_FILE;
2502                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2503                 }
2504
2505                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2506                 nr[lru] = 0;
2507                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2508
2509                 /*
2510                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2511                  * scan target and the percentage scanning already complete
2512                  */
2513                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2514                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2515                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2516                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2517
2518                 lru += LRU_ACTIVE;
2519                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2520                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2521                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2522
2523                 scan_adjusted = true;
2524         }
2525         blk_finish_plug(&plug);
2526         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2527
2528         /*
2529          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2530          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2531          */
2532         if (total_swap_pages && inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
2533                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2534                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2535 }
2536
2537 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2538 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2539 {
2540         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2541                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2542                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2543                 return true;
2544
2545         return false;
2546 }
2547
2548 /*
2549  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2550  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2551  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2552  * calls try_to_compact_pages() that it will have enough free pages to succeed.
2553  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2554  */
2555 static inline bool should_continue_reclaim(struct pglist_data *pgdat,
2556                                         unsigned long nr_reclaimed,
2557                                         struct scan_control *sc)
2558 {
2559         unsigned long pages_for_compaction;
2560         unsigned long inactive_lru_pages;
2561         int z;
2562
2563         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2564         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2565                 return false;
2566
2567         /*
2568          * Stop if we failed to reclaim any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX
2569          * number of pages that were scanned. This will return to the caller
2570          * with the risk reclaim/compaction and the resulting allocation attempt
2571          * fails. In the past we have tried harder for __GFP_RETRY_MAYFAIL
2572          * allocations through requiring that the full LRU list has been scanned
2573          * first, by assuming that zero delta of sc->nr_scanned means full LRU
2574          * scan, but that approximation was wrong, and there were corner cases
2575          * where always a non-zero amount of pages were scanned.
2576          */
2577         if (!nr_reclaimed)
2578                 return false;
2579
2580         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2581         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
2582                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2583                 if (!managed_zone(zone))
2584                         continue;
2585
2586                 switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx)) {
2587                 case COMPACT_SUCCESS:
2588                 case COMPACT_CONTINUE:
2589                         return false;
2590                 default:
2591                         /* check next zone */
2592                         ;
2593                 }
2594         }
2595
2596         /*
2597          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2598          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2599          */
2600         pages_for_compaction = compact_gap(sc->order);
2601         inactive_lru_pages = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2602         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2603                 inactive_lru_pages += node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2604
2605         return inactive_lru_pages > pages_for_compaction;
2606 }
2607
2608 static void shrink_node_memcgs(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2609 {
2610         struct mem_cgroup *target_memcg = sc->target_mem_cgroup;
2611         struct mem_cgroup *memcg;
2612
2613         memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, NULL, NULL);
2614         do {
2615                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
2616                 unsigned long reclaimed;
2617                 unsigned long scanned;
2618
2619                 switch (mem_cgroup_protected(target_memcg, memcg)) {
2620                 case MEMCG_PROT_MIN:
2621                         /*
2622                          * Hard protection.
2623                          * If there is no reclaimable memory, OOM.
2624                          */
2625                         continue;
2626                 case MEMCG_PROT_LOW:
2627                         /*
2628                          * Soft protection.
2629                          * Respect the protection only as long as
2630                          * there is an unprotected supply
2631                          * of reclaimable memory from other cgroups.
2632                          */
2633                         if (!sc->memcg_low_reclaim) {
2634                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
2635                                 continue;
2636                         }
2637                         memcg_memory_event(memcg, MEMCG_LOW);
2638                         break;
2639                 case MEMCG_PROT_NONE:
2640                         /*
2641                          * All protection thresholds breached. We may
2642                          * still choose to vary the scan pressure
2643                          * applied based on by how much the cgroup in
2644                          * question has exceeded its protection
2645                          * thresholds (see get_scan_count).
2646                          */
2647                         break;
2648                 }
2649
2650                 reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2651                 scanned = sc->nr_scanned;
2652
2653                 shrink_lruvec(lruvec, sc);
2654
2655                 shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id, memcg,
2656                             sc->priority);
2657
2658                 /* Record the group's reclaim efficiency */
2659                 vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
2660                            sc->nr_scanned - scanned,
2661                            sc->nr_reclaimed - reclaimed);
2662
2663         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, memcg, NULL)));
2664 }
2665
2666 static void shrink_node(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2667 {
2668         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2669         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
2670         struct lruvec *target_lruvec;
2671         bool reclaimable = false;
2672         unsigned long file;
2673
2674         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup, pgdat);
2675
2676 again:
2677         memset(&sc->nr, 0, sizeof(sc->nr));
2678
2679         nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2680         nr_scanned = sc->nr_scanned;
2681
2682         /*
2683          * Determine the scan balance between anon and file LRUs.
2684          */
2685         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2686         sc->anon_cost = target_lruvec->anon_cost;
2687         sc->file_cost = target_lruvec->file_cost;
2688         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2689
2690         /*
2691          * Target desirable inactive:active list ratios for the anon
2692          * and file LRU lists.
2693          */
2694         if (!sc->force_deactivate) {
2695                 unsigned long refaults;
2696
2697                 if (inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
2698                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_ANON;
2699                 else
2700                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_ANON;
2701
2702                 /*
2703                  * When refaults are being observed, it means a new
2704                  * workingset is being established. Deactivate to get
2705                  * rid of any stale active pages quickly.
2706                  */
2707                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
2708                                              WORKINGSET_ACTIVATE);
2709                 if (refaults != target_lruvec->refaults ||
2710                     inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_FILE))
2711                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_FILE;
2712                 else
2713                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_FILE;
2714         } else
2715                 sc->may_deactivate = DEACTIVATE_ANON | DEACTIVATE_FILE;
2716
2717         /*
2718          * If we have plenty of inactive file pages that aren't
2719          * thrashing, try to reclaim those first before touching
2720          * anonymous pages.
2721          */
2722         file = lruvec_page_state(target_lruvec, NR_INACTIVE_FILE);
2723         if (file >> sc->priority && !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_FILE))
2724                 sc->cache_trim_mode = 1;
2725         else
2726                 sc->cache_trim_mode = 0;
2727
2728         /*
2729          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
2730          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
2731          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
2732          * shrinks, so does the window for rotation from references.
2733          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
2734          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
2735          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
2736          */
2737         if (!cgroup_reclaim(sc)) {
2738                 unsigned long total_high_wmark = 0;
2739                 unsigned long free, anon;
2740                 int z;
2741
2742                 free = sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_FREE_PAGES);
2743                 file = node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
2744                            node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2745
2746                 for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++) {
2747                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2748                         if (!managed_zone(zone))
2749                                 continue;
2750
2751                         total_high_wmark += high_wmark_pages(zone);
2752                 }
2753
2754                 /*
2755                  * Consider anon: if that's low too, this isn't a
2756                  * runaway file reclaim problem, but rather just
2757                  * extreme pressure. Reclaim as per usual then.
2758                  */
2759                 anon = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2760
2761                 sc->file_is_tiny =
2762                         file + free <= total_high_wmark &&
2763                         !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_ANON) &&
2764                         anon >> sc->priority;
2765         }
2766
2767         shrink_node_memcgs(pgdat, sc);
2768
2769         if (reclaim_state) {
2770                 sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2771                 reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2772         }
2773
2774         /* Record the subtree's reclaim efficiency */
2775         vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
2776                    sc->nr_scanned - nr_scanned,
2777                    sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2778
2779         if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
2780                 reclaimable = true;
2781
2782         if (current_is_kswapd()) {
2783                 /*
2784                  * If reclaim is isolating dirty pages under writeback,
2785                  * it implies that the long-lived page allocation rate
2786                  * is exceeding the page laundering rate. Either the
2787                  * global limits are not being effective at throttling
2788                  * processes due to the page distribution throughout
2789                  * zones or there is heavy usage of a slow backing
2790                  * device. The only option is to throttle from reclaim
2791                  * context which is not ideal as there is no guarantee
2792                  * the dirtying process is throttled in the same way
2793                  * balance_dirty_pages() manages.
2794                  *
2795                  * Once a node is flagged PGDAT_WRITEBACK, kswapd will
2796                  * count the number of pages under pages flagged for
2797                  * immediate reclaim and stall if any are encountered
2798                  * in the nr_immediate check below.
2799                  */
2800                 if (sc->nr.writeback && sc->nr.writeback == sc->nr.taken)
2801                         set_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
2802
2803                 /* Allow kswapd to start writing pages during reclaim.*/
2804                 if (sc->nr.unqueued_dirty == sc->nr.file_taken)
2805                         set_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
2806
2807                 /*
2808                  * If kswapd scans pages marked marked for immediate
2809                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it
2810                  * implies that pages are cycling through the LRU
2811                  * faster than they are written so also forcibly stall.
2812                  */
2813                 if (sc->nr.immediate)
2814                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
2815         }
2816
2817         /*
2818          * Tag a node/memcg as congested if all the dirty pages
2819          * scanned were backed by a congested BDI and
2820          * wait_iff_congested will stall.
2821          *
2822          * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
2823          * stalling in wait_iff_congested().
2824          */
2825         if ((current_is_kswapd() ||
2826              (cgroup_reclaim(sc) && writeback_throttling_sane(sc))) &&
2827             sc->nr.dirty && sc->nr.dirty == sc->nr.congested)
2828                 set_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags);
2829
2830         /*
2831          * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs
2832          * and node is congested. Allow kswapd to continue until it
2833          * starts encountering unqueued dirty pages or cycling through
2834          * the LRU too quickly.
2835          */
2836         if (!current_is_kswapd() && current_may_throttle() &&
2837             !sc->hibernation_mode &&
2838             test_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags))
2839                 wait_iff_congested(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
2840
2841         if (should_continue_reclaim(pgdat, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2842                                     sc))
2843                 goto again;
2844
2845         /*
2846          * Kswapd gives up on balancing particular nodes after too
2847          * many failures to reclaim anything from them and goes to
2848          * sleep. On reclaim progress, reset the failure counter. A
2849          * successful direct reclaim run will revive a dormant kswapd.
2850          */
2851         if (reclaimable)
2852                 pgdat->kswapd_failures = 0;
2853 }
2854
2855 /*
2856  * Returns true if compaction should go ahead for a costly-order request, or
2857  * the allocation would already succeed without compaction. Return false if we
2858  * should reclaim first.
2859  */
2860 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2861 {
2862         unsigned long watermark;
2863         enum compact_result suitable;
2864
2865         suitable = compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx);
2866         if (suitable == COMPACT_SUCCESS)
2867                 /* Allocation should succeed already. Don't reclaim. */
2868                 return true;
2869         if (suitable == COMPACT_SKIPPED)
2870                 /* Compaction cannot yet proceed. Do reclaim. */
2871                 return false;
2872
2873         /*
2874          * Compaction is already possible, but it takes time to run and there
2875          * are potentially other callers using the pages just freed. So proceed
2876          * with reclaim to make a buffer of free pages available to give
2877          * compaction a reasonable chance of completing and allocating the page.
2878          * Note that we won't actually reclaim the whole buffer in one attempt
2879          * as the target watermark in should_continue_reclaim() is lower. But if
2880          * we are already above the high+gap watermark, don't reclaim at all.
2881          */
2882         watermark = high_wmark_pages(zone) + compact_gap(sc->order);
2883
2884         return zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, sc->reclaim_idx);
2885 }
2886
2887 /*
2888  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2889  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2890  * request.
2891  *
2892  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2893  * scan then give up on it.
2894  */
2895 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2896 {
2897         struct zoneref *z;
2898         struct zone *zone;
2899         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2900         unsigned long nr_soft_scanned;
2901         gfp_t orig_mask;
2902         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
2903
2904         /*
2905          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2906          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2907          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2908          */
2909         orig_mask = sc->gfp_mask;
2910         if (buffer_heads_over_limit) {
2911                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2912                 sc->reclaim_idx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
2913         }
2914
2915         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2916                                         sc->reclaim_idx, sc->nodemask) {
2917                 /*
2918                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2919                  * to global LRU.
2920                  */
2921                 if (!cgroup_reclaim(sc)) {
2922                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
2923                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
2924                                 continue;
2925
2926                         /*
2927                          * If we already have plenty of memory free for
2928                          * compaction in this zone, don't free any more.
2929                          * Even though compaction is invoked for any
2930                          * non-zero order, only frequent costly order
2931                          * reclamation is disruptive enough to become a
2932                          * noticeable problem, like transparent huge
2933                          * page allocations.
2934                          */
2935                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
2936                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
2937                             compaction_ready(zone, sc)) {
2938                                 sc->compaction_ready = true;
2939                                 continue;
2940                         }
2941
2942                         /*
2943                          * Shrink each node in the zonelist once. If the
2944                          * zonelist is ordered by zone (not the default) then a
2945                          * node may be shrunk multiple times but in that case
2946                          * the user prefers lower zones being preserved.
2947                          */
2948                         if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2949                                 continue;
2950
2951                         /*
2952                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
2953                          * and returns the number of reclaimed pages and
2954                          * scanned pages. This works for global memory pressure
2955                          * and balancing, not for a memcg's limit.
2956                          */
2957                         nr_soft_scanned = 0;
2958                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone->zone_pgdat,
2959                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
2960                                                 &nr_soft_scanned);
2961                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2962                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
2963                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
2964                 }
2965
2966                 /* See comment about same check for global reclaim above */
2967                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2968                         continue;
2969                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
2970                 shrink_node(zone->zone_pgdat, sc);
2971         }
2972
2973         /*
2974          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
2975          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
2976          */
2977         sc->gfp_mask = orig_mask;
2978 }
2979
2980 static void snapshot_refaults(struct mem_cgroup *target_memcg, pg_data_t *pgdat)
2981 {
2982         struct lruvec *target_lruvec;
2983         unsigned long refaults;
2984
2985         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(target_memcg, pgdat);
2986         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE);
2987         target_lruvec->refaults = refaults;
2988 }
2989
2990 /*
2991  * This is the main entry point to direct page reclaim.
2992  *
2993  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
2994  * are "out of memory" and something needs to be killed.
2995  *
2996  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
2997  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
2998  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
2999  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
3000  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
3001  * work, and the allocation attempt will fail.
3002  *
3003  * returns:     0, if no pages reclaimed
3004  *              else, the number of pages reclaimed
3005  */
3006 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
3007                                           struct scan_control *sc)
3008 {
3009         int initial_priority = sc->priority;
3010         pg_data_t *last_pgdat;
3011         struct zoneref *z;
3012         struct zone *zone;
3013 retry:
3014         delayacct_freepages_start();
3015
3016         if (!cgroup_reclaim(sc))
3017                 __count_zid_vm_events(ALLOCSTALL, sc->reclaim_idx, 1);
3018
3019         do {
3020                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
3021                                 sc->priority);
3022                 sc->nr_scanned = 0;
3023                 shrink_zones(zonelist, sc);
3024
3025                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
3026                         break;
3027
3028                 if (sc->compaction_ready)
3029                         break;
3030
3031                 /*
3032                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
3033                  * writepage even in laptop mode.
3034                  */
3035                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
3036                         sc->may_writepage = 1;
3037         } while (--sc->priority >= 0);
3038
3039         last_pgdat = NULL;
3040         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, sc->reclaim_idx,
3041                                         sc->nodemask) {
3042                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3043                         continue;
3044                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3045
3046                 snapshot_refaults(sc->target_mem_cgroup, zone->zone_pgdat);
3047
3048                 if (cgroup_reclaim(sc)) {
3049                         struct lruvec *lruvec;
3050
3051                         lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup,
3052                                                    zone->zone_pgdat);
3053                         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
3054                 }
3055         }
3056
3057         delayacct_freepages_end();
3058
3059         if (sc->nr_reclaimed)
3060                 return sc->nr_reclaimed;
3061
3062         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
3063         if (sc->compaction_ready)
3064                 return 1;
3065
3066         /*
3067          * We make inactive:active ratio decisions based on the node's
3068          * composition of memory, but a restrictive reclaim_idx or a
3069          * memory.low cgroup setting can exempt large amounts of
3070          * memory from reclaim. Neither of which are very common, so
3071          * instead of doing costly eligibility calculations of the
3072          * entire cgroup subtree up front, we assume the estimates are
3073          * good, and retry with forcible deactivation if that fails.
3074          */
3075         if (sc->skipped_deactivate) {
3076                 sc->priority = initial_priority;
3077                 sc->force_deactivate = 1;
3078                 sc->skipped_deactivate = 0;
3079                 goto retry;
3080         }
3081
3082         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
3083         if (sc->memcg_low_skipped) {
3084                 sc->priority = initial_priority;
3085                 sc->force_deactivate = 0;
3086                 sc->memcg_low_reclaim = 1;
3087                 sc->memcg_low_skipped = 0;
3088                 goto retry;
3089         }
3090
3091         return 0;
3092 }
3093
3094 static bool allow_direct_reclaim(pg_data_t *pgdat)
3095 {
3096         struct zone *zone;
3097         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
3098         unsigned long free_pages = 0;
3099         int i;
3100         bool wmark_ok;
3101
3102         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3103                 return true;
3104
3105         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
3106                 zone = &pgdat->node_zones[i];
3107                 if (!managed_zone(zone))
3108                         continue;
3109
3110                 if (!zone_reclaimable_pages(zone))
3111                         continue;
3112
3113                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
3114                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
3115         }
3116
3117         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
3118         if (!pfmemalloc_reserve)
3119                 return true;
3120
3121         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
3122
3123         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
3124         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
3125                 if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx) > ZONE_NORMAL)
3126                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, ZONE_NORMAL);
3127
3128                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3129         }
3130
3131         return wmark_ok;
3132 }
3133
3134 /*
3135  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
3136  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
3137  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
3138  * when the low watermark is reached.
3139  *
3140  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
3141  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
3142  */
3143 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
3144                                         nodemask_t *nodemask)
3145 {
3146         struct zoneref *z;
3147         struct zone *zone;
3148         pg_data_t *pgdat = NULL;
3149
3150         /*
3151          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
3152          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
3153          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
3154          * committing a transaction where throttling it could forcing other
3155          * processes to block on log_wait_commit().
3156          */
3157         if (current->flags & PF_KTHREAD)
3158                 goto out;
3159
3160         /*
3161          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
3162          * It should return quickly so it can exit and free its memory
3163          */
3164         if (fatal_signal_pending(current))
3165                 goto out;
3166
3167         /*
3168          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
3169          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
3170          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
3171          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
3172          *
3173          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
3174          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
3175          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
3176          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
3177          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
3178          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
3179          * should make reasonable progress.
3180          */
3181         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
3182                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
3183                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
3184                         continue;
3185
3186                 /* Throttle based on the first usable node */
3187                 pgdat = zone->zone_pgdat;
3188                 if (allow_direct_reclaim(pgdat))
3189                         goto out;
3190                 break;
3191         }
3192
3193         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
3194         if (!pgdat)
3195                 goto out;
3196
3197         /* Account for the throttling */
3198         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
3199
3200         /*
3201          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
3202          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
3203          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
3204          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
3205          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
3206          * second before continuing.
3207          */
3208         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
3209                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
3210                         allow_direct_reclaim(pgdat), HZ);
3211
3212                 goto check_pending;
3213         }
3214
3215         /* Throttle until kswapd wakes the process */
3216         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
3217                 allow_direct_reclaim(pgdat));
3218
3219 check_pending:
3220         if (fatal_signal_pending(current))
3221                 return true;
3222
3223 out:
3224         return false;
3225 }
3226
3227 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
3228                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3229 {
3230         unsigned long nr_reclaimed;
3231         struct scan_control sc = {
3232                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3233                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
3234                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
3235                 .order = order,
3236                 .nodemask = nodemask,
3237                 .priority = DEF_PRIORITY,
3238                 .may_writepage = !laptop_mode,
3239                 .may_unmap = 1,
3240                 .may_swap = 1,
3241         };
3242
3243         /*
3244          * scan_control uses s8 fields for order, priority, and reclaim_idx.
3245          * Confirm they are large enough for max values.
3246          */
3247         BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER > S8_MAX);
3248         BUILD_BUG_ON(DEF_PRIORITY > S8_MAX);
3249         BUILD_BUG_ON(MAX_NR_ZONES > S8_MAX);
3250
3251         /*
3252          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
3253          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
3254          * point.
3255          */
3256         if (throttle_direct_reclaim(sc.gfp_mask, zonelist, nodemask))
3257                 return 1;
3258
3259         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3260         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order, sc.gfp_mask);
3261
3262         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3263
3264         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
3265         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3266
3267         return nr_reclaimed;
3268 }
3269
3270 #ifdef CONFIG_MEMCG
3271
3272 /* Only used by soft limit reclaim. Do not reuse for anything else. */
3273 unsigned long mem_cgroup_shrink_node(struct mem_cgroup *memcg,
3274                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
3275                                                 pg_data_t *pgdat,
3276                                                 unsigned long *nr_scanned)
3277 {
3278         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3279         struct scan_control sc = {
3280                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3281                 .target_mem_cgroup = memcg,
3282                 .may_writepage = !laptop_mode,
3283                 .may_unmap = 1,
3284                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3285                 .may_swap = !noswap,
3286         };
3287
3288         WARN_ON_ONCE(!current->reclaim_state);
3289
3290         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
3291                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
3292
3293         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
3294                                                       sc.gfp_mask);
3295
3296         /*
3297          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
3298          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
3299          * if we don't reclaim here, the shrink_node from balance_pgdat
3300          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
3301          * the priority and make it zero.
3302          */
3303         shrink_lruvec(lruvec, &sc);
3304
3305         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
3306
3307         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
3308
3309         return sc.nr_reclaimed;
3310 }
3311
3312 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
3313                                            unsigned long nr_pages,
3314                                            gfp_t gfp_mask,
3315                                            bool may_swap)
3316 {
3317         unsigned long nr_reclaimed;
3318         unsigned long pflags;
3319         unsigned int noreclaim_flag;
3320         struct scan_control sc = {
3321                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3322                 .gfp_mask = (current_gfp_context(gfp_mask) & GFP_RECLAIM_MASK) |
3323                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
3324                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3325                 .target_mem_cgroup = memcg,
3326                 .priority = DEF_PRIORITY,
3327                 .may_writepage = !laptop_mode,
3328                 .may_unmap = 1,
3329                 .may_swap = may_swap,
3330         };
3331         /*
3332          * Traverse the ZONELIST_FALLBACK zonelist of the current node to put
3333          * equal pressure on all the nodes. This is based on the assumption that
3334          * the reclaim does not bail out early.
3335          */
3336         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3337
3338         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3339
3340         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0, sc.gfp_mask);
3341
3342         psi_memstall_enter(&pflags);
3343         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3344
3345         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3346
3347         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3348         psi_memstall_leave(&pflags);
3349
3350         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
3351         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3352
3353         return nr_reclaimed;
3354 }
3355 #endif
3356
3357 static void age_active_anon(struct pglist_data *pgdat,
3358                                 struct scan_control *sc)
3359 {
3360         struct mem_cgroup *memcg;
3361         struct lruvec *lruvec;
3362
3363         if (!total_swap_pages)
3364                 return;
3365
3366         lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
3367         if (!inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
3368                 return;
3369
3370         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
3371         do {
3372                 lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3373                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
3374                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
3375                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
3376         } while (memcg);
3377 }
3378
3379 static bool pgdat_watermark_boosted(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
3380 {
3381         int i;
3382         struct zone *zone;
3383
3384         /*
3385          * Check for watermark boosts top-down as the higher zones
3386          * are more likely to be boosted. Both watermarks and boosts
3387          * should not be checked at the time time as reclaim would
3388          * start prematurely when there is no boosting and a lower
3389          * zone is balanced.
3390          */
3391         for (i = highest_zoneidx; i >= 0; i--) {
3392                 zone = pgdat->node_zones + i;
3393                 if (!managed_zone(zone))
3394                         continue;
3395
3396                 if (zone->watermark_boost)
3397                         return true;
3398         }
3399
3400         return false;
3401 }
3402
3403 /*
3404  * Returns true if there is an eligible zone balanced for the request order
3405  * and highest_zoneidx
3406  */
3407 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
3408 {
3409         int i;
3410         unsigned long mark = -1;
3411         struct zone *zone;
3412
3413         /*
3414          * Check watermarks bottom-up as lower zones are more likely to
3415          * meet watermarks.
3416          */
3417         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3418                 zone = pgdat->node_zones + i;
3419
3420                 if (!managed_zone(zone))
3421                         continue;
3422
3423                 mark = high_wmark_pages(zone);
3424                 if (zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, highest_zoneidx))
3425                         return true;
3426         }
3427
3428         /*
3429          * If a node has no populated zone within highest_zoneidx, it does not
3430          * need balancing by definition. This can happen if a zone-restricted
3431          * allocation tries to wake a remote kswapd.
3432          */
3433         if (mark == -1)
3434                 return true;
3435
3436         return false;
3437 }
3438
3439 /* Clear pgdat state for congested, dirty or under writeback. */
3440 static void clear_pgdat_congested(pg_data_t *pgdat)
3441 {
3442         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
3443
3444         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
3445         clear_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
3446         clear_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
3447 }
3448
3449 /*
3450  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
3451  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
3452  *
3453  * Returns true if kswapd is ready to sleep
3454  */
3455 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order,
3456                                 int highest_zoneidx)
3457 {
3458         /*
3459          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
3460          * soon as allow_direct_reclaim() is true. But there is a potential
3461          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
3462          * throttled. There is also a potential race if processes get
3463          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
3464          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
3465          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
3466          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
3467          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
3468          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
3469          * that here we are under prepare_to_wait().
3470          */
3471         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
3472                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3473
3474         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim */
3475         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3476                 return true;
3477
3478         if (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx)) {
3479                 clear_pgdat_congested(pgdat);
3480                 return true;
3481         }
3482
3483         return false;
3484 }
3485
3486 /*
3487  * kswapd shrinks a node of pages that are at or below the highest usable
3488  * zone that is currently unbalanced.
3489  *
3490  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
3491  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
3492  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
3493  */
3494 static bool kswapd_shrink_node(pg_data_t *pgdat,
3495                                struct scan_control *sc)
3496 {
3497         struct zone *zone;
3498         int z;
3499
3500         /* Reclaim a number of pages proportional to the number of zones */
3501         sc->nr_to_reclaim = 0;
3502         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
3503                 zone = pgdat->node_zones + z;
3504                 if (!managed_zone(zone))
3505                         continue;
3506
3507                 sc->nr_to_reclaim += max(high_wmark_pages(zone), SWAP_CLUSTER_MAX);
3508         }
3509
3510         /*
3511          * Historically care was taken to put equal pressure on all zones but
3512          * now pressure is applied based on node LRU order.
3513          */
3514         shrink_node(pgdat, sc);
3515
3516         /*
3517          * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced for
3518          * high-order allocations. If twice the allocation size has been
3519          * reclaimed then recheck watermarks only at order-0 to prevent
3520          * excessive reclaim. Assume that a process requested a high-order
3521          * can direct reclaim/compact.
3522          */
3523         if (sc->order && sc->nr_reclaimed >= compact_gap(sc->order))
3524                 sc->order = 0;
3525
3526         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
3527 }
3528
3529 /*
3530  * For kswapd, balance_pgdat() will reclaim pages across a node from zones
3531  * that are eligible for use by the caller until at least one zone is
3532  * balanced.
3533  *
3534  * Returns the order kswapd finished reclaiming at.
3535  *
3536  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
3537  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
3538  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), any page in that zone
3539  * or lower is eligible for reclaim until at least one usable zone is
3540  * balanced.
3541  */
3542 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
3543 {
3544         int i;
3545         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3546         unsigned long nr_soft_scanned;
3547         unsigned long pflags;
3548         unsigned long nr_boost_reclaim;
3549         unsigned long zone_boosts[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
3550         bool boosted;
3551         struct zone *zone;
3552         struct scan_control sc = {
3553                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3554                 .order = order,
3555                 .may_unmap = 1,
3556         };
3557
3558         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3559         psi_memstall_enter(&pflags);
3560         __fs_reclaim_acquire();
3561
3562         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3563
3564         /*
3565          * Account for the reclaim boost. Note that the zone boost is left in
3566          * place so that parallel allocations that are near the watermark will
3567          * stall or direct reclaim until kswapd is finished.
3568          */
3569         nr_boost_reclaim = 0;
3570         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3571                 zone = pgdat->node_zones + i;
3572                 if (!managed_zone(zone))
3573                         continue;
3574
3575                 nr_boost_reclaim += zone->watermark_boost;
3576                 zone_boosts[i] = zone->watermark_boost;
3577         }
3578         boosted = nr_boost_reclaim;
3579
3580 restart:
3581         sc.priority = DEF_PRIORITY;
3582         do {
3583                 unsigned long nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed;
3584                 bool raise_priority = true;
3585                 bool balanced;
3586                 bool ret;
3587
3588                 sc.reclaim_idx = highest_zoneidx;
3589
3590                 /*
3591                  * If the number of buffer_heads exceeds the maximum allowed
3592                  * then consider reclaiming from all zones. This has a dual
3593                  * purpose -- on 64-bit systems it is expected that
3594                  * buffer_heads are stripped during active rotation. On 32-bit
3595                  * systems, highmem pages can pin lowmem memory and shrinking
3596                  * buffers can relieve lowmem pressure. Reclaim may still not
3597                  * go ahead if all eligible zones for the original allocation
3598                  * request are balanced to avoid excessive reclaim from kswapd.
3599                  */
3600                 if (buffer_heads_over_limit) {
3601                         for (i = MAX_NR_ZONES - 1; i >= 0; i--) {
3602                                 zone = pgdat->node_zones + i;
3603                                 if (!managed_zone(zone))
3604                                         continue;
3605
3606                                 sc.reclaim_idx = i;
3607                                 break;
3608                         }
3609                 }
3610
3611                 /*
3612                  * If the pgdat is imbalanced then ignore boosting and preserve
3613                  * the watermarks for a later time and restart. Note that the
3614                  * zone watermarks will be still reset at the end of balancing
3615                  * on the grounds that the normal reclaim should be enough to
3616                  * re-evaluate if boosting is required when kswapd next wakes.
3617                  */
3618                 balanced = pgdat_balanced(pgdat, sc.order, highest_zoneidx);
3619                 if (!balanced && nr_boost_reclaim) {
3620                         nr_boost_reclaim = 0;
3621                         goto restart;
3622                 }
3623
3624                 /*
3625                  * If boosting is not active then only reclaim if there are no
3626                  * eligible zones. Note that sc.reclaim_idx is not used as
3627                  * buffer_heads_over_limit may have adjusted it.
3628                  */
3629                 if (!nr_boost_reclaim && balanced)
3630                         goto out;
3631
3632                 /* Limit the priority of boosting to avoid reclaim writeback */
3633                 if (nr_boost_reclaim && sc.priority == DEF_PRIORITY - 2)
3634                         raise_priority = false;
3635
3636                 /*
3637                  * Do not writeback or swap pages for boosted reclaim. The
3638                  * intent is to relieve pressure not issue sub-optimal IO
3639                  * from reclaim context. If no pages are reclaimed, the
3640                  * reclaim will be aborted.
3641                  */
3642                 sc.may_writepage = !laptop_mode && !nr_boost_reclaim;
3643                 sc.may_swap = !nr_boost_reclaim;
3644
3645                 /*
3646                  * Do some background aging of the anon list, to give
3647                  * pages a chance to be referenced before reclaiming. All
3648                  * pages are rotated regardless of classzone as this is
3649                  * about consistent aging.
3650                  */
3651                 age_active_anon(pgdat, &sc);
3652
3653                 /*
3654                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
3655                  * even in laptop mode.
3656                  */
3657                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
3658                         sc.may_writepage = 1;
3659
3660                 /* Call soft limit reclaim before calling shrink_node. */
3661                 sc.nr_scanned = 0;
3662                 nr_soft_scanned = 0;
3663                 nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(pgdat, sc.order,
3664                                                 sc.gfp_mask, &nr_soft_scanned);
3665                 sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3666
3667                 /*
3668                  * There should be no need to raise the scanning priority if
3669                  * enough pages are already being scanned that that high
3670                  * watermark would be met at 100% efficiency.
3671                  */
3672                 if (kswapd_shrink_node(pgdat, &sc))
3673                         raise_priority = false;
3674
3675                 /*
3676                  * If the low watermark is met there is no need for processes
3677                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
3678                  * able to safely make forward progress. Wake them
3679                  */
3680                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
3681                                 allow_direct_reclaim(pgdat))
3682                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3683
3684                 /* Check if kswapd should be suspending */
3685                 __fs_reclaim_release();
3686                 ret = try_to_freeze();
3687                 __fs_reclaim_acquire();
3688                 if (ret || kthread_should_stop())
3689                         break;
3690
3691                 /*
3692                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
3693                  * progress in reclaiming pages
3694                  */
3695                 nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed - nr_reclaimed;
3696                 nr_boost_reclaim -= min(nr_boost_reclaim, nr_reclaimed);
3697
3698                 /*
3699                  * If reclaim made no progress for a boost, stop reclaim as
3700                  * IO cannot be queued and it could be an infinite loop in
3701                  * extreme circumstances.
3702                  */
3703                 if (nr_boost_reclaim && !nr_reclaimed)
3704                         break;
3705
3706                 if (raise_priority || !nr_reclaimed)
3707                         sc.priority--;
3708         } while (sc.priority >= 1);
3709
3710         if (!sc.nr_reclaimed)
3711                 pgdat->kswapd_failures++;
3712
3713 out:
3714         /* If reclaim was boosted, account for the reclaim done in this pass */
3715         if (boosted) {
3716                 unsigned long flags;
3717
3718                 for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3719                         if (!zone_boosts[i])
3720                                 continue;
3721
3722                         /* Increments are under the zone lock */
3723                         zone = pgdat->node_zones + i;
3724                         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3725                         zone->watermark_boost -= min(zone->watermark_boost, zone_boosts[i]);
3726                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3727                 }
3728
3729                 /*
3730                  * As there is now likely space, wakeup kcompact to defragment
3731                  * pageblocks.
3732                  */
3733                 wakeup_kcompactd(pgdat, pageblock_order, highest_zoneidx);
3734         }
3735
3736         snapshot_refaults(NULL, pgdat);
3737         __fs_reclaim_release();
3738         psi_memstall_leave(&pflags);
3739         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3740
3741         /*
3742          * Return the order kswapd stopped reclaiming at as
3743          * prepare_kswapd_sleep() takes it into account. If another caller
3744          * entered the allocator slow path while kswapd was awake, order will
3745          * remain at the higher level.
3746          */
3747         return sc.order;
3748 }
3749
3750 /*
3751  * The pgdat->kswapd_highest_zoneidx is used to pass the highest zone index to
3752  * be reclaimed by kswapd from the waker. If the value is MAX_NR_ZONES which is
3753  * not a valid index then either kswapd runs for first time or kswapd couldn't
3754  * sleep after previous reclaim attempt (node is still unbalanced). In that
3755  * case return the zone index of the previous kswapd reclaim cycle.
3756  */
3757 static enum zone_type kswapd_highest_zoneidx(pg_data_t *pgdat,
3758                                            enum zone_type prev_highest_zoneidx)
3759 {
3760         enum zone_type curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
3761
3762         return curr_idx == MAX_NR_ZONES ? prev_highest_zoneidx : curr_idx;
3763 }
3764
3765 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int alloc_order, int reclaim_order,
3766                                 unsigned int highest_zoneidx)
3767 {
3768         long remaining = 0;
3769         DEFINE_WAIT(wait);
3770
3771         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
3772                 return;
3773
3774         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3775
3776         /*
3777          * Try to sleep for a short interval. Note that kcompactd will only be
3778          * woken if it is possible to sleep for a short interval. This is
3779          * deliberate on the assumption that if reclaim cannot keep an
3780          * eligible zone balanced that it's also unlikely that compaction will
3781          * succeed.
3782          */
3783         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
3784                 /*
3785                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3786                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3787                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3788                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3789                  */
3790                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3791
3792                 /*
3793                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
3794                  * allocation of the requested order possible.
3795                  */
3796                 wakeup_kcompactd(pgdat, alloc_order, highest_zoneidx);
3797
3798                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
3799
3800                 /*
3801                  * If woken prematurely then reset kswapd_highest_zoneidx and
3802                  * order. The values will either be from a wakeup request or
3803                  * the previous request that slept prematurely.
3804                  */
3805                 if (remaining) {
3806                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx,
3807                                         kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
3808                                                         highest_zoneidx));
3809
3810                         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < reclaim_order)
3811                                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, reclaim_order);
3812                 }
3813
3814                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3815                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3816         }
3817
3818         /*
3819          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
3820          * go fully to sleep until explicitly woken up.
3821          */
3822         if (!remaining &&
3823             prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
3824                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
3825
3826                 /*
3827                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3828                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3829                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3830                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3831                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3832                  * them before going back to sleep.
3833                  */
3834                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3835
3836                 if (!kthread_should_stop())
3837                         schedule();
3838
3839                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3840         } else {
3841                 if (remaining)
3842                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3843                 else
3844                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3845         }
3846         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3847 }
3848
3849 /*
3850  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3851  * from the init process.
3852  *
3853  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3854  * free memory available even if there is no other activity
3855  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3856  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3857  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3858  *
3859  * If there are applications that are active memory-allocators
3860  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3861  */
3862 static int kswapd(void *p)
3863 {
3864         unsigned int alloc_order, reclaim_order;
3865         unsigned int highest_zoneidx = MAX_NR_ZONES - 1;
3866         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3867         struct task_struct *tsk = current;
3868         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3869
3870         if (!cpumask_empty(cpumask))
3871                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3872
3873         /*
3874          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3875          * and that if we need more memory we should get access to it
3876          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3877          * never get caught in the normal page freeing logic.
3878          *
3879          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3880          * you need a small amount of memory in order to be able to
3881          * page out something else, and this flag essentially protects
3882          * us from recursively trying to free more memory as we're
3883          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3884          */
3885         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3886         set_freezable();
3887
3888         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
3889         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
3890         for ( ; ; ) {
3891                 bool ret;
3892
3893                 alloc_order = reclaim_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
3894                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
3895                                                         highest_zoneidx);
3896
3897 kswapd_try_sleep:
3898                 kswapd_try_to_sleep(pgdat, alloc_order, reclaim_order,
3899                                         highest_zoneidx);
3900
3901                 /* Read the new order and highest_zoneidx */
3902                 alloc_order = reclaim_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
3903                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
3904                                                         highest_zoneidx);
3905                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
3906                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
3907
3908                 ret = try_to_freeze();
3909                 if (kthread_should_stop())
3910                         break;
3911
3912                 /*
3913                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3914                  * after returning from the refrigerator
3915                  */
3916                 if (ret)
3917                         continue;
3918
3919                 /*
3920                  * Reclaim begins at the requested order but if a high-order
3921                  * reclaim fails then kswapd falls back to reclaiming for
3922                  * order-0. If that happens, kswapd will consider sleeping
3923                  * for the order it finished reclaiming at (reclaim_order)
3924                  * but kcompactd is woken to compact for the original
3925                  * request (alloc_order).
3926                  */
3927                 trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, highest_zoneidx,
3928                                                 alloc_order);
3929                 reclaim_order = balance_pgdat(pgdat, alloc_order,
3930                                                 highest_zoneidx);
3931                 if (reclaim_order < alloc_order)
3932                         goto kswapd_try_sleep;
3933         }
3934
3935         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3936
3937         return 0;
3938 }
3939
3940 /*
3941  * A zone is low on free memory or too fragmented for high-order memory.  If
3942  * kswapd should reclaim (direct reclaim is deferred), wake it up for the zone's
3943  * pgdat.  It will wake up kcompactd after reclaiming memory.  If kswapd reclaim
3944  * has failed or is not needed, still wake up kcompactd if only compaction is
3945  * needed.
3946  */
3947 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_flags, int order,
3948                    enum zone_type highest_zoneidx)
3949 {
3950         pg_data_t *pgdat;
3951         enum zone_type curr_idx;
3952
3953         if (!managed_zone(zone))
3954                 return;
3955
3956         if (!cpuset_zone_allowed(zone, gfp_flags))
3957                 return;
3958
3959         pgdat = zone->zone_pgdat;
3960         curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
3961
3962         if (curr_idx == MAX_NR_ZONES || curr_idx < highest_zoneidx)
3963                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, highest_zoneidx);
3964
3965         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < order)
3966                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, order);
3967
3968         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
3969                 return;
3970
3971         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim if possible */
3972         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ||
3973             (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx) &&
3974              !pgdat_watermark_boosted(pgdat, highest_zoneidx))) {
3975                 /*
3976                  * There may be plenty of free memory available, but it's too
3977                  * fragmented for high-order allocations.  Wake up kcompactd
3978                  * and rely on compaction_suitable() to determine if it's
3979                  * needed.  If it fails, it will defer subsequent attempts to
3980                  * ratelimit its work.
3981                  */
3982                 if (!(gfp_flags & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3983                         wakeup_kcompactd(pgdat, order, highest_zoneidx);
3984                 return;
3985         }
3986
3987         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, highest_zoneidx, order,
3988                                       gfp_flags);
3989         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3990 }
3991
3992 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3993 /*
3994  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
3995  * freed pages.
3996  *
3997  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
3998  * LRU order by reclaiming preferentially
3999  * inactive > active > active referenced > active mapped
4000  */
4001 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
4002 {
4003         struct scan_control sc = {
4004                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
4005                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
4006                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
4007                 .priority = DEF_PRIORITY,
4008                 .may_writepage = 1,
4009                 .may_unmap = 1,
4010                 .may_swap = 1,
4011                 .hibernation_mode = 1,
4012         };
4013         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
4014         unsigned long nr_reclaimed;
4015         unsigned int noreclaim_flag;
4016
4017         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4018         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4019         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
4020
4021         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
4022
4023         set_task_reclaim_state(current, NULL);
4024         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4025         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4026
4027         return nr_reclaimed;
4028 }
4029 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
4030
4031 /*
4032  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
4033  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
4034  */
4035 int kswapd_run(int nid)
4036 {
4037         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4038         int ret = 0;
4039
4040         if (pgdat->kswapd)
4041                 return 0;
4042
4043         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
4044         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
4045                 /* failure at boot is fatal */
4046                 BUG_ON(system_state < SYSTEM_RUNNING);
4047                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
4048                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
4049                 pgdat->kswapd = NULL;
4050         }
4051         return ret;
4052 }
4053
4054 /*
4055  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
4056  * hold mem_hotplug_begin/end().
4057  */
4058 void kswapd_stop(int nid)
4059 {
4060         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
4061
4062         if (kswapd) {
4063                 kthread_stop(kswapd);
4064                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
4065         }
4066 }
4067
4068 static int __init kswapd_init(void)
4069 {
4070         int nid;
4071
4072         swap_setup();
4073         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
4074                 kswapd_run(nid);
4075         return 0;
4076 }
4077
4078 module_init(kswapd_init)
4079
4080 #ifdef CONFIG_NUMA
4081 /*
4082  * Node reclaim mode
4083  *
4084  * If non-zero call node_reclaim when the number of free pages falls below
4085  * the watermarks.
4086  */
4087 int node_reclaim_mode __read_mostly;
4088
4089 #define RECLAIM_WRITE (1<<0)    /* Writeout pages during reclaim */
4090 #define RECLAIM_UNMAP (1<<1)    /* Unmap pages during reclaim */
4091
4092 /*
4093  * Priority for NODE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
4094  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
4095  * a zone.
4096  */
4097 #define NODE_RECLAIM_PRIORITY 4
4098
4099 /*
4100  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for node_reclaim to
4101  * occur.
4102  */
4103 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
4104
4105 /*
4106  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
4107  * slab reclaim needs to occur.
4108  */
4109 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
4110
4111 static inline unsigned long node_unmapped_file_pages(struct pglist_data *pgdat)
4112 {
4113         unsigned long file_mapped = node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED);
4114         unsigned long file_lru = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
4115                 node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE);
4116
4117         /*
4118          * It's possible for there to be more file mapped pages than
4119          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
4120          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
4121          */
4122         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
4123 }
4124
4125 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
4126 static unsigned long node_pagecache_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
4127 {
4128         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
4129         unsigned long delta = 0;
4130
4131         /*
4132          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
4133          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
4134          * pages like swapcache and node_unmapped_file_pages() provides
4135          * a better estimate
4136          */
4137         if (node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
4138                 nr_pagecache_reclaimable = node_page_state(pgdat, NR_FILE_PAGES);
4139         else
4140                 nr_pagecache_reclaimable = node_unmapped_file_pages(pgdat);
4141
4142         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
4143         if (!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
4144                 delta += node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY);
4145
4146         /* Watch for any possible underflows due to delta */
4147         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
4148                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
4149
4150         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
4151 }
4152
4153 /*
4154  * Try to free up some pages from this node through reclaim.
4155  */
4156 static int __node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4157 {
4158         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
4159         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
4160         struct task_struct *p = current;
4161         unsigned int noreclaim_flag;
4162         struct scan_control sc = {
4163                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
4164                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
4165                 .order = order,
4166                 .priority = NODE_RECLAIM_PRIORITY,
4167                 .may_writepage = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
4168                 .may_unmap = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
4169                 .may_swap = 1,
4170                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
4171         };
4172
4173         trace_mm_vmscan_node_reclaim_begin(pgdat->node_id, order,
4174                                            sc.gfp_mask);
4175
4176         cond_resched();
4177         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4178         /*
4179          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
4180          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
4181          * and RECLAIM_UNMAP.
4182          */
4183         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4184         p->flags |= PF_SWAPWRITE;
4185         set_task_reclaim_state(p, &sc.reclaim_state);
4186
4187         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) > pgdat->min_unmapped_pages) {
4188                 /*
4189                  * Free memory by calling shrink node with increasing
4190                  * priorities until we have enough memory freed.
4191                  */
4192                 do {
4193                         shrink_node(pgdat, &sc);
4194                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
4195         }
4196
4197         set_task_reclaim_state(p, NULL);
4198         current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
4199         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4200         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4201
4202         trace_mm_vmscan_node_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
4203
4204         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
4205 }
4206
4207 int node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4208 {
4209         int ret;
4210
4211         /*
4212          * Node reclaim reclaims unmapped file backed pages and
4213          * slab pages if we are over the defined limits.
4214          *
4215          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
4216          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
4217          * thrown out if the node is overallocated. So we do not reclaim
4218          * if less than a specified percentage of the node is used by
4219          * unmapped file backed pages.
4220          */
4221         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) <= pgdat->min_unmapped_pages &&
4222             node_page_state(pgdat, NR_SLAB_RECLAIMABLE) <= pgdat->min_slab_pages)
4223                 return NODE_RECLAIM_FULL;
4224
4225         /*
4226          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
4227          */
4228         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
4229                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4230
4231         /*
4232          * Only run node reclaim on the local node or on nodes that do not
4233          * have associated processors. This will favor the local processor
4234          * over remote processors and spread off node memory allocations
4235          * as wide as possible.
4236          */
4237         if (node_state(pgdat->node_id, N_CPU) && pgdat->node_id != numa_node_id())
4238                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4239
4240         if (test_and_set_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags))
4241                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4242
4243         ret = __node_reclaim(pgdat, gfp_mask, order);
4244         clear_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags);
4245
4246         if (!ret)
4247                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
4248
4249         return ret;
4250 }
4251 #endif
4252
4253 /**
4254  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to
4255  * appropriate zone lru list
4256  * @pvec: pagevec with lru pages to check
4257  *
4258  * Checks pages for evictability, if an evictable page is in the unevictable
4259  * lru list, moves it to the appropriate evictable lru list. This function
4260  * should be only used for lru pages.
4261  */
4262 void check_move_unevictable_pages(struct pagevec *pvec)
4263 {
4264         struct lruvec *lruvec;
4265         struct pglist_data *pgdat = NULL;
4266         int pgscanned = 0;
4267         int pgrescued = 0;
4268         int i;
4269
4270         for (i = 0; i < pvec->nr; i++) {
4271                 struct page *page = pvec->pages[i];
4272                 struct pglist_data *pagepgdat = page_pgdat(page);
4273
4274                 pgscanned++;
4275                 if (pagepgdat != pgdat) {
4276                         if (pgdat)
4277                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
4278                         pgdat = pagepgdat;
4279                         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
4280                 }
4281                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
4282
4283                 if (!PageLRU(page) || !PageUnevictable(page))
4284                         continue;
4285
4286                 if (page_evictable(page)) {
4287                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
4288
4289                         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
4290                         ClearPageUnevictable(page);
4291                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
4292                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
4293                         pgrescued++;
4294                 }
4295         }
4296
4297         if (pgdat) {
4298                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
4299                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
4300                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
4301         }
4302 }
4303 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_move_unevictable_pages);