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