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