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