Merge tag 'char-misc-5.9-rc3' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/gregkh...
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / vmscan.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  *  linux/mm/vmscan.c
4  *
5  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
6  *
7  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie.
8  *  kswapd added: 7.1.96  sct
9  *  Removed kswapd_ctl limits, and swap out as many pages as needed
10  *  to bring the system back to freepages.high: 2.4.97, Rik van Riel.
11  *  Zone aware kswapd started 02/00, Kanoj Sarcar (kanoj@sgi.com).
12  *  Multiqueue VM started 5.8.00, Rik van Riel.
13  */
14
15 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
16
17 #include <linux/mm.h>
18 #include <linux/sched/mm.h>
19 #include <linux/module.h>
20 #include <linux/gfp.h>
21 #include <linux/kernel_stat.h>
22 #include <linux/swap.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/init.h>
25 #include <linux/highmem.h>
26 #include <linux/vmpressure.h>
27 #include <linux/vmstat.h>
28 #include <linux/file.h>
29 #include <linux/writeback.h>
30 #include <linux/blkdev.h>
31 #include <linux/buffer_head.h>  /* for try_to_release_page(),
32                                         buffer_heads_over_limit */
33 #include <linux/mm_inline.h>
34 #include <linux/backing-dev.h>
35 #include <linux/rmap.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/cpu.h>
38 #include <linux/cpuset.h>
39 #include <linux/compaction.h>
40 #include <linux/notifier.h>
41 #include <linux/rwsem.h>
42 #include <linux/delay.h>
43 #include <linux/kthread.h>
44 #include <linux/freezer.h>
45 #include <linux/memcontrol.h>
46 #include <linux/delayacct.h>
47 #include <linux/sysctl.h>
48 #include <linux/oom.h>
49 #include <linux/pagevec.h>
50 #include <linux/prefetch.h>
51 #include <linux/printk.h>
52 #include <linux/dax.h>
53 #include <linux/psi.h>
54
55 #include <asm/tlbflush.h>
56 #include <asm/div64.h>
57
58 #include <linux/swapops.h>
59 #include <linux/balloon_compaction.h>
60
61 #include "internal.h"
62
63 #define CREATE_TRACE_POINTS
64 #include <trace/events/vmscan.h>
65
66 struct scan_control {
67         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
68         unsigned long nr_to_reclaim;
69
70         /*
71          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
72          * are scanned.
73          */
74         nodemask_t      *nodemask;
75
76         /*
77          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
78          * primary target of this reclaim invocation.
79          */
80         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
81
82         /*
83          * Scan pressure balancing between anon and file LRUs
84          */
85         unsigned long   anon_cost;
86         unsigned long   file_cost;
87
88         /* Can active pages be deactivated as part of reclaim? */
89 #define DEACTIVATE_ANON 1
90 #define DEACTIVATE_FILE 2
91         unsigned int may_deactivate:2;
92         unsigned int force_deactivate:1;
93         unsigned int skipped_deactivate:1;
94
95         /* Writepage batching in laptop mode; RECLAIM_WRITE */
96         unsigned int may_writepage:1;
97
98         /* Can mapped pages be reclaimed? */
99         unsigned int may_unmap:1;
100
101         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
102         unsigned int may_swap:1;
103
104         /*
105          * Cgroups are not reclaimed below their configured memory.low,
106          * unless we threaten to OOM. If any cgroups are skipped due to
107          * memory.low and nothing was reclaimed, go back for memory.low.
108          */
109         unsigned int memcg_low_reclaim:1;
110         unsigned int memcg_low_skipped:1;
111
112         unsigned int hibernation_mode:1;
113
114         /* One of the zones is ready for compaction */
115         unsigned int compaction_ready:1;
116
117         /* There is easily reclaimable cold cache in the current node */
118         unsigned int cache_trim_mode:1;
119
120         /* The file pages on the current node are dangerously low */
121         unsigned int file_is_tiny:1;
122
123         /* Allocation order */
124         s8 order;
125
126         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
127         s8 priority;
128
129         /* The highest zone to isolate pages for reclaim from */
130         s8 reclaim_idx;
131
132         /* This context's GFP mask */
133         gfp_t gfp_mask;
134
135         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
136         unsigned long nr_scanned;
137
138         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
139         unsigned long nr_reclaimed;
140
141         struct {
142                 unsigned int dirty;
143                 unsigned int unqueued_dirty;
144                 unsigned int congested;
145                 unsigned int writeback;
146                 unsigned int immediate;
147                 unsigned int file_taken;
148                 unsigned int taken;
149         } nr;
150
151         /* for recording the reclaimed slab by now */
152         struct reclaim_state reclaim_state;
153 };
154
155 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
156 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
157         do {                                                            \
158                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
159                         struct page *prev;                              \
160                                                                         \
161                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
162                         prefetchw(&prev->_field);                       \
163                 }                                                       \
164         } while (0)
165 #else
166 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
167 #endif
168
169 /*
170  * From 0 .. 200.  Higher means more swappy.
171  */
172 int vm_swappiness = 60;
173
174 static void set_task_reclaim_state(struct task_struct *task,
175                                    struct reclaim_state *rs)
176 {
177         /* Check for an overwrite */
178         WARN_ON_ONCE(rs && task->reclaim_state);
179
180         /* Check for the nulling of an already-nulled member */
181         WARN_ON_ONCE(!rs && !task->reclaim_state);
182
183         task->reclaim_state = rs;
184 }
185
186 static LIST_HEAD(shrinker_list);
187 static DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
188
189 #ifdef CONFIG_MEMCG
190 /*
191  * We allow subsystems to populate their shrinker-related
192  * LRU lists before register_shrinker_prepared() is called
193  * for the shrinker, since we don't want to impose
194  * restrictions on their internal registration order.
195  * In this case shrink_slab_memcg() may find corresponding
196  * bit is set in the shrinkers map.
197  *
198  * This value is used by the function to detect registering
199  * shrinkers and to skip do_shrink_slab() calls for them.
200  */
201 #define SHRINKER_REGISTERING ((struct shrinker *)~0UL)
202
203 static DEFINE_IDR(shrinker_idr);
204 static int shrinker_nr_max;
205
206 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
207 {
208         int id, ret = -ENOMEM;
209
210         down_write(&shrinker_rwsem);
211         /* This may call shrinker, so it must use down_read_trylock() */
212         id = idr_alloc(&shrinker_idr, SHRINKER_REGISTERING, 0, 0, GFP_KERNEL);
213         if (id < 0)
214                 goto unlock;
215
216         if (id >= shrinker_nr_max) {
217                 if (memcg_expand_shrinker_maps(id)) {
218                         idr_remove(&shrinker_idr, id);
219                         goto unlock;
220                 }
221
222                 shrinker_nr_max = id + 1;
223         }
224         shrinker->id = id;
225         ret = 0;
226 unlock:
227         up_write(&shrinker_rwsem);
228         return ret;
229 }
230
231 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
232 {
233         int id = shrinker->id;
234
235         BUG_ON(id < 0);
236
237         down_write(&shrinker_rwsem);
238         idr_remove(&shrinker_idr, id);
239         up_write(&shrinker_rwsem);
240 }
241
242 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
243 {
244         return sc->target_mem_cgroup;
245 }
246
247 /**
248  * writeback_throttling_sane - is the usual dirty throttling mechanism available?
249  * @sc: scan_control in question
250  *
251  * The normal page dirty throttling mechanism in balance_dirty_pages() is
252  * completely broken with the legacy memcg and direct stalling in
253  * shrink_page_list() is used for throttling instead, which lacks all the
254  * niceties such as fairness, adaptive pausing, bandwidth proportional
255  * allocation and configurability.
256  *
257  * This function tests whether the vmscan currently in progress can assume
258  * that the normal dirty throttling mechanism is operational.
259  */
260 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
261 {
262         if (!cgroup_reclaim(sc))
263                 return true;
264 #ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
265         if (cgroup_subsys_on_dfl(memory_cgrp_subsys))
266                 return true;
267 #endif
268         return false;
269 }
270 #else
271 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
272 {
273         return 0;
274 }
275
276 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
277 {
278 }
279
280 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
281 {
282         return false;
283 }
284
285 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
286 {
287         return true;
288 }
289 #endif
290
291 /*
292  * This misses isolated pages which are not accounted for to save counters.
293  * As the data only determines if reclaim or compaction continues, it is
294  * not expected that isolated pages will be a dominating factor.
295  */
296 unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
297 {
298         unsigned long nr;
299
300         nr = zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE) +
301                 zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE);
302         if (get_nr_swap_pages() > 0)
303                 nr += zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON) +
304                         zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON);
305
306         return nr;
307 }
308
309 /**
310  * lruvec_lru_size -  Returns the number of pages on the given LRU list.
311  * @lruvec: lru vector
312  * @lru: lru to use
313  * @zone_idx: zones to consider (use MAX_NR_ZONES for the whole LRU list)
314  */
315 unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru, int zone_idx)
316 {
317         unsigned long size = 0;
318         int zid;
319
320         for (zid = 0; zid <= zone_idx && zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
321                 struct zone *zone = &lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones[zid];
322
323                 if (!managed_zone(zone))
324                         continue;
325
326                 if (!mem_cgroup_disabled())
327                         size += mem_cgroup_get_zone_lru_size(lruvec, lru, zid);
328                 else
329                         size += zone_page_state(zone, NR_ZONE_LRU_BASE + lru);
330         }
331         return size;
332 }
333
334 /*
335  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
336  */
337 int prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker)
338 {
339         unsigned int size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
340
341         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
342                 size *= nr_node_ids;
343
344         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
345         if (!shrinker->nr_deferred)
346                 return -ENOMEM;
347
348         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
349                 if (prealloc_memcg_shrinker(shrinker))
350                         goto free_deferred;
351         }
352
353         return 0;
354
355 free_deferred:
356         kfree(shrinker->nr_deferred);
357         shrinker->nr_deferred = NULL;
358         return -ENOMEM;
359 }
360
361 void free_prealloced_shrinker(struct shrinker *shrinker)
362 {
363         if (!shrinker->nr_deferred)
364                 return;
365
366         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
367                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
368
369         kfree(shrinker->nr_deferred);
370         shrinker->nr_deferred = NULL;
371 }
372
373 void register_shrinker_prepared(struct shrinker *shrinker)
374 {
375         down_write(&shrinker_rwsem);
376         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
377 #ifdef CONFIG_MEMCG
378         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
379                 idr_replace(&shrinker_idr, shrinker, shrinker->id);
380 #endif
381         up_write(&shrinker_rwsem);
382 }
383
384 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
385 {
386         int err = prealloc_shrinker(shrinker);
387
388         if (err)
389                 return err;
390         register_shrinker_prepared(shrinker);
391         return 0;
392 }
393 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
394
395 /*
396  * Remove one
397  */
398 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
399 {
400         if (!shrinker->nr_deferred)
401                 return;
402         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
403                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
404         down_write(&shrinker_rwsem);
405         list_del(&shrinker->list);
406         up_write(&shrinker_rwsem);
407         kfree(shrinker->nr_deferred);
408         shrinker->nr_deferred = NULL;
409 }
410 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
411
412 #define SHRINK_BATCH 128
413
414 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
415                                     struct shrinker *shrinker, int priority)
416 {
417         unsigned long freed = 0;
418         unsigned long long delta;
419         long total_scan;
420         long freeable;
421         long nr;
422         long new_nr;
423         int nid = shrinkctl->nid;
424         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
425                                           : SHRINK_BATCH;
426         long scanned = 0, next_deferred;
427
428         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
429                 nid = 0;
430
431         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
432         if (freeable == 0 || freeable == SHRINK_EMPTY)
433                 return freeable;
434
435         /*
436          * copy the current shrinker scan count into a local variable
437          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
438          * don't also do this scanning work.
439          */
440         nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
441
442         total_scan = nr;
443         if (shrinker->seeks) {
444                 delta = freeable >> priority;
445                 delta *= 4;
446                 do_div(delta, shrinker->seeks);
447         } else {
448                 /*
449                  * These objects don't require any IO to create. Trim
450                  * them aggressively under memory pressure to keep
451                  * them from causing refetches in the IO caches.
452                  */
453                 delta = freeable / 2;
454         }
455
456         total_scan += delta;
457         if (total_scan < 0) {
458                 pr_err("shrink_slab: %pS negative objects to delete nr=%ld\n",
459                        shrinker->scan_objects, total_scan);
460                 total_scan = freeable;
461                 next_deferred = nr;
462         } else
463                 next_deferred = total_scan;
464
465         /*
466          * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
467          * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
468          * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
469          * nr being built up so when a shrink that can do some work
470          * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
471          * freeable. This is bad for sustaining a working set in
472          * memory.
473          *
474          * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
475          * a large delta change is calculated directly.
476          */
477         if (delta < freeable / 4)
478                 total_scan = min(total_scan, freeable / 2);
479
480         /*
481          * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
482          * never try to free more than twice the estimate number of
483          * freeable entries.
484          */
485         if (total_scan > freeable * 2)
486                 total_scan = freeable * 2;
487
488         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
489                                    freeable, delta, total_scan, priority);
490
491         /*
492          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
493          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
494          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
495          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
496          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
497          * objects spread over several slabs with usage less than the
498          * batch_size.
499          *
500          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
501          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
502          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
503          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
504          * possible.
505          */
506         while (total_scan >= batch_size ||
507                total_scan >= freeable) {
508                 unsigned long ret;
509                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
510
511                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
512                 shrinkctl->nr_scanned = nr_to_scan;
513                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
514                 if (ret == SHRINK_STOP)
515                         break;
516                 freed += ret;
517
518                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, shrinkctl->nr_scanned);
519                 total_scan -= shrinkctl->nr_scanned;
520                 scanned += shrinkctl->nr_scanned;
521
522                 cond_resched();
523         }
524
525         if (next_deferred >= scanned)
526                 next_deferred -= scanned;
527         else
528                 next_deferred = 0;
529         /*
530          * move the unused scan count back into the shrinker in a
531          * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
532          * scan, there is no need to do an update.
533          */
534         if (next_deferred > 0)
535                 new_nr = atomic_long_add_return(next_deferred,
536                                                 &shrinker->nr_deferred[nid]);
537         else
538                 new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_deferred[nid]);
539
540         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
541         return freed;
542 }
543
544 #ifdef CONFIG_MEMCG
545 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
546                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
547 {
548         struct memcg_shrinker_map *map;
549         unsigned long ret, freed = 0;
550         int i;
551
552         if (!mem_cgroup_online(memcg))
553                 return 0;
554
555         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
556                 return 0;
557
558         map = rcu_dereference_protected(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_map,
559                                         true);
560         if (unlikely(!map))
561                 goto unlock;
562
563         for_each_set_bit(i, map->map, shrinker_nr_max) {
564                 struct shrink_control sc = {
565                         .gfp_mask = gfp_mask,
566                         .nid = nid,
567                         .memcg = memcg,
568                 };
569                 struct shrinker *shrinker;
570
571                 shrinker = idr_find(&shrinker_idr, i);
572                 if (unlikely(!shrinker || shrinker == SHRINKER_REGISTERING)) {
573                         if (!shrinker)
574                                 clear_bit(i, map->map);
575                         continue;
576                 }
577
578                 /* Call non-slab shrinkers even though kmem is disabled */
579                 if (!memcg_kmem_enabled() &&
580                     !(shrinker->flags & SHRINKER_NONSLAB))
581                         continue;
582
583                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
584                 if (ret == SHRINK_EMPTY) {
585                         clear_bit(i, map->map);
586                         /*
587                          * After the shrinker reported that it had no objects to
588                          * free, but before we cleared the corresponding bit in
589                          * the memcg shrinker map, a new object might have been
590                          * added. To make sure, we have the bit set in this
591                          * case, we invoke the shrinker one more time and reset
592                          * the bit if it reports that it is not empty anymore.
593                          * The memory barrier here pairs with the barrier in
594                          * memcg_set_shrinker_bit():
595                          *
596                          * list_lru_add()     shrink_slab_memcg()
597                          *   list_add_tail()    clear_bit()
598                          *   <MB>               <MB>
599                          *   set_bit()          do_shrink_slab()
600                          */
601                         smp_mb__after_atomic();
602                         ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
603                         if (ret == SHRINK_EMPTY)
604                                 ret = 0;
605                         else
606                                 memcg_set_shrinker_bit(memcg, nid, i);
607                 }
608                 freed += ret;
609
610                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
611                         freed = freed ? : 1;
612                         break;
613                 }
614         }
615 unlock:
616         up_read(&shrinker_rwsem);
617         return freed;
618 }
619 #else /* CONFIG_MEMCG */
620 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
621                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
622 {
623         return 0;
624 }
625 #endif /* CONFIG_MEMCG */
626
627 /**
628  * shrink_slab - shrink slab caches
629  * @gfp_mask: allocation context
630  * @nid: node whose slab caches to target
631  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
632  * @priority: the reclaim priority
633  *
634  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
635  *
636  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
637  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
638  *
639  * @memcg specifies the memory cgroup to target. Unaware shrinkers
640  * are called only if it is the root cgroup.
641  *
642  * @priority is sc->priority, we take the number of objects and >> by priority
643  * in order to get the scan target.
644  *
645  * Returns the number of reclaimed slab objects.
646  */
647 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
648                                  struct mem_cgroup *memcg,
649                                  int priority)
650 {
651         unsigned long ret, freed = 0;
652         struct shrinker *shrinker;
653
654         /*
655          * The root memcg might be allocated even though memcg is disabled
656          * via "cgroup_disable=memory" boot parameter.  This could make
657          * mem_cgroup_is_root() return false, then just run memcg slab
658          * shrink, but skip global shrink.  This may result in premature
659          * oom.
660          */
661         if (!mem_cgroup_disabled() && !mem_cgroup_is_root(memcg))
662                 return shrink_slab_memcg(gfp_mask, nid, memcg, priority);
663
664         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
665                 goto out;
666
667         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
668                 struct shrink_control sc = {
669                         .gfp_mask = gfp_mask,
670                         .nid = nid,
671                         .memcg = memcg,
672                 };
673
674                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
675                 if (ret == SHRINK_EMPTY)
676                         ret = 0;
677                 freed += ret;
678                 /*
679                  * Bail out if someone want to register a new shrinker to
680                  * prevent the registration from being stalled for long periods
681                  * by parallel ongoing shrinking.
682                  */
683                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
684                         freed = freed ? : 1;
685                         break;
686                 }
687         }
688
689         up_read(&shrinker_rwsem);
690 out:
691         cond_resched();
692         return freed;
693 }
694
695 void drop_slab_node(int nid)
696 {
697         unsigned long freed;
698
699         do {
700                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
701
702                 freed = 0;
703                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
704                 do {
705                         freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg, 0);
706                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
707         } while (freed > 10);
708 }
709
710 void drop_slab(void)
711 {
712         int nid;
713
714         for_each_online_node(nid)
715                 drop_slab_node(nid);
716 }
717
718 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
719 {
720         /*
721          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
722          * that isolated the page, the page cache and optional buffer
723          * heads at page->private.
724          */
725         int page_cache_pins = PageTransHuge(page) && PageSwapCache(page) ?
726                 HPAGE_PMD_NR : 1;
727         return page_count(page) - page_has_private(page) == 1 + page_cache_pins;
728 }
729
730 static int may_write_to_inode(struct inode *inode)
731 {
732         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
733                 return 1;
734         if (!inode_write_congested(inode))
735                 return 1;
736         if (inode_to_bdi(inode) == current->backing_dev_info)
737                 return 1;
738         return 0;
739 }
740
741 /*
742  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
743  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
744  * fsync(), msync() or close().
745  *
746  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
747  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
748  * that page is locked, the mapping is pinned.
749  *
750  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
751  * __GFP_FS.
752  */
753 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
754                                 struct page *page, int error)
755 {
756         lock_page(page);
757         if (page_mapping(page) == mapping)
758                 mapping_set_error(mapping, error);
759         unlock_page(page);
760 }
761
762 /* possible outcome of pageout() */
763 typedef enum {
764         /* failed to write page out, page is locked */
765         PAGE_KEEP,
766         /* move page to the active list, page is locked */
767         PAGE_ACTIVATE,
768         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
769         PAGE_SUCCESS,
770         /* page is clean and locked */
771         PAGE_CLEAN,
772 } pageout_t;
773
774 /*
775  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
776  * Calls ->writepage().
777  */
778 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping)
779 {
780         /*
781          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
782          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
783          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
784          * stalls if we need to run get_block().  We could test
785          * PagePrivate for that.
786          *
787          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
788          * this page's queue, we can perform writeback even if that
789          * will block.
790          *
791          * If the page is swapcache, write it back even if that would
792          * block, for some throttling. This happens by accident, because
793          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
794          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
795          */
796         if (!is_page_cache_freeable(page))
797                 return PAGE_KEEP;
798         if (!mapping) {
799                 /*
800                  * Some data journaling orphaned pages can have
801                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
802                  */
803                 if (page_has_private(page)) {
804                         if (try_to_free_buffers(page)) {
805                                 ClearPageDirty(page);
806                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
807                                 return PAGE_CLEAN;
808                         }
809                 }
810                 return PAGE_KEEP;
811         }
812         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
813                 return PAGE_ACTIVATE;
814         if (!may_write_to_inode(mapping->host))
815                 return PAGE_KEEP;
816
817         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
818                 int res;
819                 struct writeback_control wbc = {
820                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
821                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
822                         .range_start = 0,
823                         .range_end = LLONG_MAX,
824                         .for_reclaim = 1,
825                 };
826
827                 SetPageReclaim(page);
828                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
829                 if (res < 0)
830                         handle_write_error(mapping, page, res);
831                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
832                         ClearPageReclaim(page);
833                         return PAGE_ACTIVATE;
834                 }
835
836                 if (!PageWriteback(page)) {
837                         /* synchronous write or broken a_ops? */
838                         ClearPageReclaim(page);
839                 }
840                 trace_mm_vmscan_writepage(page);
841                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
842                 return PAGE_SUCCESS;
843         }
844
845         return PAGE_CLEAN;
846 }
847
848 /*
849  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
850  * gets returned with a refcount of 0.
851  */
852 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
853                             bool reclaimed, struct mem_cgroup *target_memcg)
854 {
855         unsigned long flags;
856         int refcount;
857         void *shadow = NULL;
858
859         BUG_ON(!PageLocked(page));
860         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
861
862         xa_lock_irqsave(&mapping->i_pages, flags);
863         /*
864          * The non racy check for a busy page.
865          *
866          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
867          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
868          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
869          * here, then the following race may occur:
870          *
871          * get_user_pages(&page);
872          * [user mapping goes away]
873          * write_to(page);
874          *                              !PageDirty(page)    [good]
875          * SetPageDirty(page);
876          * put_page(page);
877          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
878          *
879          * [oops, our write_to data is lost]
880          *
881          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
882          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
883          * load is not satisfied before that of page->_refcount.
884          *
885          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
886          * and thus under the i_pages lock, then this ordering is not required.
887          */
888         refcount = 1 + compound_nr(page);
889         if (!page_ref_freeze(page, refcount))
890                 goto cannot_free;
891         /* note: atomic_cmpxchg in page_ref_freeze provides the smp_rmb */
892         if (unlikely(PageDirty(page))) {
893                 page_ref_unfreeze(page, refcount);
894                 goto cannot_free;
895         }
896
897         if (PageSwapCache(page)) {
898                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
899                 mem_cgroup_swapout(page, swap);
900                 if (reclaimed && !mapping_exiting(mapping))
901                         shadow = workingset_eviction(page, target_memcg);
902                 __delete_from_swap_cache(page, swap, shadow);
903                 xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
904                 put_swap_page(page, swap);
905         } else {
906                 void (*freepage)(struct page *);
907
908                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
909                 /*
910                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
911                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
912                  *
913                  * But don't store shadows in an address space that is
914                  * already exiting.  This is not just an optimization,
915                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
916                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
917                  * back.
918                  *
919                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
920                  * only page cache pages found in these are zero pages
921                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
922                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
923                  * same address_space.
924                  */
925                 if (reclaimed && page_is_file_lru(page) &&
926                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
927                         shadow = workingset_eviction(page, target_memcg);
928                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
929                 xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
930
931                 if (freepage != NULL)
932                         freepage(page);
933         }
934
935         return 1;
936
937 cannot_free:
938         xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
939         return 0;
940 }
941
942 /*
943  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
944  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
945  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
946  * this page.
947  */
948 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
949 {
950         if (__remove_mapping(mapping, page, false, NULL)) {
951                 /*
952                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
953                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
954                  * atomic operation.
955                  */
956                 page_ref_unfreeze(page, 1);
957                 return 1;
958         }
959         return 0;
960 }
961
962 /**
963  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
964  * @page: page to be put back to appropriate lru list
965  *
966  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
967  * Page may still be unevictable for other reasons.
968  *
969  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
970  */
971 void putback_lru_page(struct page *page)
972 {
973         lru_cache_add(page);
974         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
975 }
976
977 enum page_references {
978         PAGEREF_RECLAIM,
979         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
980         PAGEREF_KEEP,
981         PAGEREF_ACTIVATE,
982 };
983
984 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
985                                                   struct scan_control *sc)
986 {
987         int referenced_ptes, referenced_page;
988         unsigned long vm_flags;
989
990         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
991                                           &vm_flags);
992         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
993
994         /*
995          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
996          * move the page to the unevictable list.
997          */
998         if (vm_flags & VM_LOCKED)
999                 return PAGEREF_RECLAIM;
1000
1001         if (referenced_ptes) {
1002                 /*
1003                  * All mapped pages start out with page table
1004                  * references from the instantiating fault, so we need
1005                  * to look twice if a mapped file page is used more
1006                  * than once.
1007                  *
1008                  * Mark it and spare it for another trip around the
1009                  * inactive list.  Another page table reference will
1010                  * lead to its activation.
1011                  *
1012                  * Note: the mark is set for activated pages as well
1013                  * so that recently deactivated but used pages are
1014                  * quickly recovered.
1015                  */
1016                 SetPageReferenced(page);
1017
1018                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
1019                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1020
1021                 /*
1022                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
1023                  */
1024                 if ((vm_flags & VM_EXEC) && !PageSwapBacked(page))
1025                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1026
1027                 return PAGEREF_KEEP;
1028         }
1029
1030         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
1031         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
1032                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
1033
1034         return PAGEREF_RECLAIM;
1035 }
1036
1037 /* Check if a page is dirty or under writeback */
1038 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
1039                                        bool *dirty, bool *writeback)
1040 {
1041         struct address_space *mapping;
1042
1043         /*
1044          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
1045          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
1046          */
1047         if (!page_is_file_lru(page) ||
1048             (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page))) {
1049                 *dirty = false;
1050                 *writeback = false;
1051                 return;
1052         }
1053
1054         /* By default assume that the page flags are accurate */
1055         *dirty = PageDirty(page);
1056         *writeback = PageWriteback(page);
1057
1058         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
1059         if (!page_has_private(page))
1060                 return;
1061
1062         mapping = page_mapping(page);
1063         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
1064                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
1065 }
1066
1067 /*
1068  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
1069  */
1070 static unsigned int shrink_page_list(struct list_head *page_list,
1071                                      struct pglist_data *pgdat,
1072                                      struct scan_control *sc,
1073                                      enum ttu_flags ttu_flags,
1074                                      struct reclaim_stat *stat,
1075                                      bool ignore_references)
1076 {
1077         LIST_HEAD(ret_pages);
1078         LIST_HEAD(free_pages);
1079         unsigned int nr_reclaimed = 0;
1080         unsigned int pgactivate = 0;
1081
1082         memset(stat, 0, sizeof(*stat));
1083         cond_resched();
1084
1085         while (!list_empty(page_list)) {
1086                 struct address_space *mapping;
1087                 struct page *page;
1088                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM;
1089                 bool dirty, writeback, may_enter_fs;
1090                 unsigned int nr_pages;
1091
1092                 cond_resched();
1093
1094                 page = lru_to_page(page_list);
1095                 list_del(&page->lru);
1096
1097                 if (!trylock_page(page))
1098                         goto keep;
1099
1100                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1101
1102                 nr_pages = compound_nr(page);
1103
1104                 /* Account the number of base pages even though THP */
1105                 sc->nr_scanned += nr_pages;
1106
1107                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
1108                         goto activate_locked;
1109
1110                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
1111                         goto keep_locked;
1112
1113                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
1114                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
1115
1116                 /*
1117                  * The number of dirty pages determines if a node is marked
1118                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
1119                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
1120                  * is all dirty unqueued pages.
1121                  */
1122                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
1123                 if (dirty || writeback)
1124                         stat->nr_dirty++;
1125
1126                 if (dirty && !writeback)
1127                         stat->nr_unqueued_dirty++;
1128
1129                 /*
1130                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
1131                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
1132                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
1133                  * end of the LRU a second time.
1134                  */
1135                 mapping = page_mapping(page);
1136                 if (((dirty || writeback) && mapping &&
1137                      inode_write_congested(mapping->host)) ||
1138                     (writeback && PageReclaim(page)))
1139                         stat->nr_congested++;
1140
1141                 /*
1142                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
1143                  * are three cases to consider.
1144                  *
1145                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
1146                  *    under writeback and this page is both under writeback and
1147                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
1148                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
1149                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
1150                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
1151                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
1152                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
1153                  *    caller can stall after page list has been processed.
1154                  *
1155                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a page that is
1156                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
1157                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
1158                  *    not to fs). In this case mark the page for immediate
1159                  *    reclaim and continue scanning.
1160                  *
1161                  *    Require may_enter_fs because we would wait on fs, which
1162                  *    may not have submitted IO yet. And the loop driver might
1163                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
1164                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
1165                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
1166                  *    would probably show more reasons.
1167                  *
1168                  * 3) Legacy memcg encounters a page that is already marked
1169                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
1170                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
1171                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
1172                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
1173                  *
1174                  * In cases 1) and 2) we activate the pages to get them out of
1175                  * the way while we continue scanning for clean pages on the
1176                  * inactive list and refilling from the active list. The
1177                  * observation here is that waiting for disk writes is more
1178                  * expensive than potentially causing reloads down the line.
1179                  * Since they're marked for immediate reclaim, they won't put
1180                  * memory pressure on the cache working set any longer than it
1181                  * takes to write them to disk.
1182                  */
1183                 if (PageWriteback(page)) {
1184                         /* Case 1 above */
1185                         if (current_is_kswapd() &&
1186                             PageReclaim(page) &&
1187                             test_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags)) {
1188                                 stat->nr_immediate++;
1189                                 goto activate_locked;
1190
1191                         /* Case 2 above */
1192                         } else if (writeback_throttling_sane(sc) ||
1193                             !PageReclaim(page) || !may_enter_fs) {
1194                                 /*
1195                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
1196                                  * might have just cleared PageReclaim, then
1197                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
1198                                  * as PageReadahead - but that does not matter
1199                                  * enough to care.  What we do want is for this
1200                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
1201                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
1202                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
1203                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
1204                                  */
1205                                 SetPageReclaim(page);
1206                                 stat->nr_writeback++;
1207                                 goto activate_locked;
1208
1209                         /* Case 3 above */
1210                         } else {
1211                                 unlock_page(page);
1212                                 wait_on_page_writeback(page);
1213                                 /* then go back and try same page again */
1214                                 list_add_tail(&page->lru, page_list);
1215                                 continue;
1216                         }
1217                 }
1218
1219                 if (!ignore_references)
1220                         references = page_check_references(page, sc);
1221
1222                 switch (references) {
1223                 case PAGEREF_ACTIVATE:
1224                         goto activate_locked;
1225                 case PAGEREF_KEEP:
1226                         stat->nr_ref_keep += nr_pages;
1227                         goto keep_locked;
1228                 case PAGEREF_RECLAIM:
1229                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1230                         ; /* try to reclaim the page below */
1231                 }
1232
1233                 /*
1234                  * Anonymous process memory has backing store?
1235                  * Try to allocate it some swap space here.
1236                  * Lazyfree page could be freed directly
1237                  */
1238                 if (PageAnon(page) && PageSwapBacked(page)) {
1239                         if (!PageSwapCache(page)) {
1240                                 if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1241                                         goto keep_locked;
1242                                 if (PageTransHuge(page)) {
1243                                         /* cannot split THP, skip it */
1244                                         if (!can_split_huge_page(page, NULL))
1245                                                 goto activate_locked;
1246                                         /*
1247                                          * Split pages without a PMD map right
1248                                          * away. Chances are some or all of the
1249                                          * tail pages can be freed without IO.
1250                                          */
1251                                         if (!compound_mapcount(page) &&
1252                                             split_huge_page_to_list(page,
1253                                                                     page_list))
1254                                                 goto activate_locked;
1255                                 }
1256                                 if (!add_to_swap(page)) {
1257                                         if (!PageTransHuge(page))
1258                                                 goto activate_locked_split;
1259                                         /* Fallback to swap normal pages */
1260                                         if (split_huge_page_to_list(page,
1261                                                                     page_list))
1262                                                 goto activate_locked;
1263 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1264                                         count_vm_event(THP_SWPOUT_FALLBACK);
1265 #endif
1266                                         if (!add_to_swap(page))
1267                                                 goto activate_locked_split;
1268                                 }
1269
1270                                 may_enter_fs = true;
1271
1272                                 /* Adding to swap updated mapping */
1273                                 mapping = page_mapping(page);
1274                         }
1275                 } else if (unlikely(PageTransHuge(page))) {
1276                         /* Split file THP */
1277                         if (split_huge_page_to_list(page, page_list))
1278                                 goto keep_locked;
1279                 }
1280
1281                 /*
1282                  * THP may get split above, need minus tail pages and update
1283                  * nr_pages to avoid accounting tail pages twice.
1284                  *
1285                  * The tail pages that are added into swap cache successfully
1286                  * reach here.
1287                  */
1288                 if ((nr_pages > 1) && !PageTransHuge(page)) {
1289                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1290                         nr_pages = 1;
1291                 }
1292
1293                 /*
1294                  * The page is mapped into the page tables of one or more
1295                  * processes. Try to unmap it here.
1296                  */
1297                 if (page_mapped(page)) {
1298                         enum ttu_flags flags = ttu_flags | TTU_BATCH_FLUSH;
1299                         bool was_swapbacked = PageSwapBacked(page);
1300
1301                         if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1302                                 flags |= TTU_SPLIT_HUGE_PMD;
1303
1304                         if (!try_to_unmap(page, flags)) {
1305                                 stat->nr_unmap_fail += nr_pages;
1306                                 if (!was_swapbacked && PageSwapBacked(page))
1307                                         stat->nr_lazyfree_fail += nr_pages;
1308                                 goto activate_locked;
1309                         }
1310                 }
1311
1312                 if (PageDirty(page)) {
1313                         /*
1314                          * Only kswapd can writeback filesystem pages
1315                          * to avoid risk of stack overflow. But avoid
1316                          * injecting inefficient single-page IO into
1317                          * flusher writeback as much as possible: only
1318                          * write pages when we've encountered many
1319                          * dirty pages, and when we've already scanned
1320                          * the rest of the LRU for clean pages and see
1321                          * the same dirty pages again (PageReclaim).
1322                          */
1323                         if (page_is_file_lru(page) &&
1324                             (!current_is_kswapd() || !PageReclaim(page) ||
1325                              !test_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags))) {
1326                                 /*
1327                                  * Immediately reclaim when written back.
1328                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1329                                  * except we already have the page isolated
1330                                  * and know it's dirty
1331                                  */
1332                                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1333                                 SetPageReclaim(page);
1334
1335                                 goto activate_locked;
1336                         }
1337
1338                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1339                                 goto keep_locked;
1340                         if (!may_enter_fs)
1341                                 goto keep_locked;
1342                         if (!sc->may_writepage)
1343                                 goto keep_locked;
1344
1345                         /*
1346                          * Page is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1347                          * potentially exists to avoid CPU writes after IO
1348                          * starts and then write it out here.
1349                          */
1350                         try_to_unmap_flush_dirty();
1351                         switch (pageout(page, mapping)) {
1352                         case PAGE_KEEP:
1353                                 goto keep_locked;
1354                         case PAGE_ACTIVATE:
1355                                 goto activate_locked;
1356                         case PAGE_SUCCESS:
1357                                 stat->nr_pageout += thp_nr_pages(page);
1358
1359                                 if (PageWriteback(page))
1360                                         goto keep;
1361                                 if (PageDirty(page))
1362                                         goto keep;
1363
1364                                 /*
1365                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1366                                  * ahead and try to reclaim the page.
1367                                  */
1368                                 if (!trylock_page(page))
1369                                         goto keep;
1370                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1371                                         goto keep_locked;
1372                                 mapping = page_mapping(page);
1373                         case PAGE_CLEAN:
1374                                 ; /* try to free the page below */
1375                         }
1376                 }
1377
1378                 /*
1379                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1380                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1381                  * the page as well.
1382                  *
1383                  * We do this even if the page is PageDirty().
1384                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1385                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1386                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1387                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1388                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1389                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1390                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1391                  *
1392                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1393                  * the pages which were not successfully invalidated in
1394                  * truncate_complete_page().  We try to drop those buffers here
1395                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1396                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1397                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1398                  */
1399                 if (page_has_private(page)) {
1400                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1401                                 goto activate_locked;
1402                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1403                                 unlock_page(page);
1404                                 if (put_page_testzero(page))
1405                                         goto free_it;
1406                                 else {
1407                                         /*
1408                                          * rare race with speculative reference.
1409                                          * the speculative reference will free
1410                                          * this page shortly, so we may
1411                                          * increment nr_reclaimed here (and
1412                                          * leave it off the LRU).
1413                                          */
1414                                         nr_reclaimed++;
1415                                         continue;
1416                                 }
1417                         }
1418                 }
1419
1420                 if (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page)) {
1421                         /* follow __remove_mapping for reference */
1422                         if (!page_ref_freeze(page, 1))
1423                                 goto keep_locked;
1424                         if (PageDirty(page)) {
1425                                 page_ref_unfreeze(page, 1);
1426                                 goto keep_locked;
1427                         }
1428
1429                         count_vm_event(PGLAZYFREED);
1430                         count_memcg_page_event(page, PGLAZYFREED);
1431                 } else if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true,
1432                                                          sc->target_mem_cgroup))
1433                         goto keep_locked;
1434
1435                 unlock_page(page);
1436 free_it:
1437                 /*
1438                  * THP may get swapped out in a whole, need account
1439                  * all base pages.
1440                  */
1441                 nr_reclaimed += nr_pages;
1442
1443                 /*
1444                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1445                  * appear not as the counts should be low
1446                  */
1447                 if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1448                         destroy_compound_page(page);
1449                 else
1450                         list_add(&page->lru, &free_pages);
1451                 continue;
1452
1453 activate_locked_split:
1454                 /*
1455                  * The tail pages that are failed to add into swap cache
1456                  * reach here.  Fixup nr_scanned and nr_pages.
1457                  */
1458                 if (nr_pages > 1) {
1459                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1460                         nr_pages = 1;
1461                 }
1462 activate_locked:
1463                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1464                 if (PageSwapCache(page) && (mem_cgroup_swap_full(page) ||
1465                                                 PageMlocked(page)))
1466                         try_to_free_swap(page);
1467                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1468                 if (!PageMlocked(page)) {
1469                         int type = page_is_file_lru(page);
1470                         SetPageActive(page);
1471                         stat->nr_activate[type] += nr_pages;
1472                         count_memcg_page_event(page, PGACTIVATE);
1473                 }
1474 keep_locked:
1475                 unlock_page(page);
1476 keep:
1477                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1478                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1479         }
1480
1481         pgactivate = stat->nr_activate[0] + stat->nr_activate[1];
1482
1483         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
1484         try_to_unmap_flush();
1485         free_unref_page_list(&free_pages);
1486
1487         list_splice(&ret_pages, page_list);
1488         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1489
1490         return nr_reclaimed;
1491 }
1492
1493 unsigned int reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1494                                             struct list_head *page_list)
1495 {
1496         struct scan_control sc = {
1497                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1498                 .priority = DEF_PRIORITY,
1499                 .may_unmap = 1,
1500         };
1501         struct reclaim_stat stat;
1502         unsigned int nr_reclaimed;
1503         struct page *page, *next;
1504         LIST_HEAD(clean_pages);
1505
1506         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1507                 if (page_is_file_lru(page) && !PageDirty(page) &&
1508                     !__PageMovable(page) && !PageUnevictable(page)) {
1509                         ClearPageActive(page);
1510                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1511                 }
1512         }
1513
1514         nr_reclaimed = shrink_page_list(&clean_pages, zone->zone_pgdat, &sc,
1515                         TTU_IGNORE_ACCESS, &stat, true);
1516         list_splice(&clean_pages, page_list);
1517         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE, -nr_reclaimed);
1518         /*
1519          * Since lazyfree pages are isolated from file LRU from the beginning,
1520          * they will rotate back to anonymous LRU in the end if it failed to
1521          * discard so isolated count will be mismatched.
1522          * Compensate the isolated count for both LRU lists.
1523          */
1524         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_ANON,
1525                             stat.nr_lazyfree_fail);
1526         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
1527                             -stat.nr_lazyfree_fail);
1528         return nr_reclaimed;
1529 }
1530
1531 /*
1532  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1533  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1534  * freed elsewhere are also ignored.
1535  *
1536  * page:        page to consider
1537  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1538  *
1539  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1540  */
1541 int __isolate_lru_page(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1542 {
1543         int ret = -EINVAL;
1544
1545         /* Only take pages on the LRU. */
1546         if (!PageLRU(page))
1547                 return ret;
1548
1549         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1550         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1551                 return ret;
1552
1553         ret = -EBUSY;
1554
1555         /*
1556          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1557          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1558          * blocking - clean pages for the most part.
1559          *
1560          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1561          * that it is possible to migrate without blocking
1562          */
1563         if (mode & ISOLATE_ASYNC_MIGRATE) {
1564                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1565                 if (PageWriteback(page))
1566                         return ret;
1567
1568                 if (PageDirty(page)) {
1569                         struct address_space *mapping;
1570                         bool migrate_dirty;
1571
1572                         /*
1573                          * Only pages without mappings or that have a
1574                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1575                          * without blocking. However, we can be racing with
1576                          * truncation so it's necessary to lock the page
1577                          * to stabilise the mapping as truncation holds
1578                          * the page lock until after the page is removed
1579                          * from the page cache.
1580                          */
1581                         if (!trylock_page(page))
1582                                 return ret;
1583
1584                         mapping = page_mapping(page);
1585                         migrate_dirty = !mapping || mapping->a_ops->migratepage;
1586                         unlock_page(page);
1587                         if (!migrate_dirty)
1588                                 return ret;
1589                 }
1590         }
1591
1592         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1593                 return ret;
1594
1595         if (likely(get_page_unless_zero(page))) {
1596                 /*
1597                  * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1598                  * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1599                  * page release code relies on it.
1600                  */
1601                 ClearPageLRU(page);
1602                 ret = 0;
1603         }
1604
1605         return ret;
1606 }
1607
1608
1609 /*
1610  * Update LRU sizes after isolating pages. The LRU size updates must
1611  * be complete before mem_cgroup_update_lru_size due to a sanity check.
1612  */
1613 static __always_inline void update_lru_sizes(struct lruvec *lruvec,
1614                         enum lru_list lru, unsigned long *nr_zone_taken)
1615 {
1616         int zid;
1617
1618         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1619                 if (!nr_zone_taken[zid])
1620                         continue;
1621
1622                 update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
1623         }
1624
1625 }
1626
1627 /**
1628  * pgdat->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1629  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1630  * and working on them outside the LRU lock.
1631  *
1632  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1633  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1634  *
1635  * Appropriate locks must be held before calling this function.
1636  *
1637  * @nr_to_scan: The number of eligible pages to look through on the list.
1638  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1639  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1640  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1641  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1642  * @lru:        LRU list id for isolating
1643  *
1644  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1645  */
1646 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1647                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1648                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1649                 enum lru_list lru)
1650 {
1651         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1652         unsigned long nr_taken = 0;
1653         unsigned long nr_zone_taken[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
1654         unsigned long nr_skipped[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
1655         unsigned long skipped = 0;
1656         unsigned long scan, total_scan, nr_pages;
1657         LIST_HEAD(pages_skipped);
1658         isolate_mode_t mode = (sc->may_unmap ? 0 : ISOLATE_UNMAPPED);
1659
1660         total_scan = 0;
1661         scan = 0;
1662         while (scan < nr_to_scan && !list_empty(src)) {
1663                 struct page *page;
1664
1665                 page = lru_to_page(src);
1666                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1667
1668                 VM_BUG_ON_PAGE(!PageLRU(page), page);
1669
1670                 nr_pages = compound_nr(page);
1671                 total_scan += nr_pages;
1672
1673                 if (page_zonenum(page) > sc->reclaim_idx) {
1674                         list_move(&page->lru, &pages_skipped);
1675                         nr_skipped[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1676                         continue;
1677                 }
1678
1679                 /*
1680                  * Do not count skipped pages because that makes the function
1681                  * return with no isolated pages if the LRU mostly contains
1682                  * ineligible pages.  This causes the VM to not reclaim any
1683                  * pages, triggering a premature OOM.
1684                  *
1685                  * Account all tail pages of THP.  This would not cause
1686                  * premature OOM since __isolate_lru_page() returns -EBUSY
1687                  * only when the page is being freed somewhere else.
1688                  */
1689                 scan += nr_pages;
1690                 switch (__isolate_lru_page(page, mode)) {
1691                 case 0:
1692                         nr_taken += nr_pages;
1693                         nr_zone_taken[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1694                         list_move(&page->lru, dst);
1695                         break;
1696
1697                 case -EBUSY:
1698                         /* else it is being freed elsewhere */
1699                         list_move(&page->lru, src);
1700                         continue;
1701
1702                 default:
1703                         BUG();
1704                 }
1705         }
1706
1707         /*
1708          * Splice any skipped pages to the start of the LRU list. Note that
1709          * this disrupts the LRU order when reclaiming for lower zones but
1710          * we cannot splice to the tail. If we did then the SWAP_CLUSTER_MAX
1711          * scanning would soon rescan the same pages to skip and put the
1712          * system at risk of premature OOM.
1713          */
1714         if (!list_empty(&pages_skipped)) {
1715                 int zid;
1716
1717                 list_splice(&pages_skipped, src);
1718                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1719                         if (!nr_skipped[zid])
1720                                 continue;
1721
1722                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zid, nr_skipped[zid]);
1723                         skipped += nr_skipped[zid];
1724                 }
1725         }
1726         *nr_scanned = total_scan;
1727         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->reclaim_idx, sc->order, nr_to_scan,
1728                                     total_scan, skipped, nr_taken, mode, lru);
1729         update_lru_sizes(lruvec, lru, nr_zone_taken);
1730         return nr_taken;
1731 }
1732
1733 /**
1734  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1735  * @page: page to isolate from its LRU list
1736  *
1737  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1738  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1739  *
1740  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1741  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1742  *
1743  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1744  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1745  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1746  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1747  *
1748  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1749  * found will be decremented.
1750  *
1751  * Restrictions:
1752  *
1753  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1754  *     fundamentnal difference from isolate_lru_pages (which is called
1755  *     without a stable reference).
1756  * (2) the lru_lock must not be held.
1757  * (3) interrupts must be enabled.
1758  */
1759 int isolate_lru_page(struct page *page)
1760 {
1761         int ret = -EBUSY;
1762
1763         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1764         WARN_RATELIMIT(PageTail(page), "trying to isolate tail page");
1765
1766         if (PageLRU(page)) {
1767                 pg_data_t *pgdat = page_pgdat(page);
1768                 struct lruvec *lruvec;
1769
1770                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1771                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1772                 if (PageLRU(page)) {
1773                         int lru = page_lru(page);
1774                         get_page(page);
1775                         ClearPageLRU(page);
1776                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1777                         ret = 0;
1778                 }
1779                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1780         }
1781         return ret;
1782 }
1783
1784 /*
1785  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1786  * then get rescheduled. When there are massive number of tasks doing page
1787  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1788  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1789  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1790  */
1791 static int too_many_isolated(struct pglist_data *pgdat, int file,
1792                 struct scan_control *sc)
1793 {
1794         unsigned long inactive, isolated;
1795
1796         if (current_is_kswapd())
1797                 return 0;
1798
1799         if (!writeback_throttling_sane(sc))
1800                 return 0;
1801
1802         if (file) {
1803                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
1804                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
1805         } else {
1806                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
1807                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
1808         }
1809
1810         /*
1811          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1812          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1813          * deadlock.
1814          */
1815         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
1816                 inactive >>= 3;
1817
1818         return isolated > inactive;
1819 }
1820
1821 /*
1822  * This moves pages from @list to corresponding LRU list.
1823  *
1824  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
1825  * processes, from rmap.
1826  *
1827  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
1828  * appropriate to hold zone_lru_lock across the whole operation.  But if
1829  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()) so we
1830  * should drop zone_lru_lock around each page.  It's impossible to balance
1831  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
1832  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
1833  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
1834  *
1835  * The downside is that we have to touch page->_refcount against each page.
1836  * But we had to alter page->flags anyway.
1837  *
1838  * Returns the number of pages moved to the given lruvec.
1839  */
1840
1841 static unsigned noinline_for_stack move_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1842                                                      struct list_head *list)
1843 {
1844         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1845         int nr_pages, nr_moved = 0;
1846         LIST_HEAD(pages_to_free);
1847         struct page *page;
1848         enum lru_list lru;
1849
1850         while (!list_empty(list)) {
1851                 page = lru_to_page(list);
1852                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1853                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1854                         list_del(&page->lru);
1855                         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1856                         putback_lru_page(page);
1857                         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1858                         continue;
1859                 }
1860                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
1861
1862                 SetPageLRU(page);
1863                 lru = page_lru(page);
1864
1865                 nr_pages = thp_nr_pages(page);
1866                 update_lru_size(lruvec, lru, page_zonenum(page), nr_pages);
1867                 list_move(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1868
1869                 if (put_page_testzero(page)) {
1870                         __ClearPageLRU(page);
1871                         __ClearPageActive(page);
1872                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);
1873
1874                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1875                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1876                                 destroy_compound_page(page);
1877                                 spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1878                         } else
1879                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1880                 } else {
1881                         nr_moved += nr_pages;
1882                         if (PageActive(page))
1883                                 workingset_age_nonresident(lruvec, nr_pages);
1884                 }
1885         }
1886
1887         /*
1888          * To save our caller's stack, now use input list for pages to free.
1889          */
1890         list_splice(&pages_to_free, list);
1891
1892         return nr_moved;
1893 }
1894
1895 /*
1896  * If a kernel thread (such as nfsd for loop-back mounts) services
1897  * a backing device by writing to the page cache it sets PF_LOCAL_THROTTLE.
1898  * In that case we should only throttle if the backing device it is
1899  * writing to is congested.  In other cases it is safe to throttle.
1900  */
1901 static int current_may_throttle(void)
1902 {
1903         return !(current->flags & PF_LOCAL_THROTTLE) ||
1904                 current->backing_dev_info == NULL ||
1905                 bdi_write_congested(current->backing_dev_info);
1906 }
1907
1908 /*
1909  * shrink_inactive_list() is a helper for shrink_node().  It returns the number
1910  * of reclaimed pages
1911  */
1912 static noinline_for_stack unsigned long
1913 shrink_inactive_list(unsigned long nr_to_scan, struct lruvec *lruvec,
1914                      struct scan_control *sc, enum lru_list lru)
1915 {
1916         LIST_HEAD(page_list);
1917         unsigned long nr_scanned;
1918         unsigned int nr_reclaimed = 0;
1919         unsigned long nr_taken;
1920         struct reclaim_stat stat;
1921         bool file = is_file_lru(lru);
1922         enum vm_event_item item;
1923         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
1924         bool stalled = false;
1925
1926         while (unlikely(too_many_isolated(pgdat, file, sc))) {
1927                 if (stalled)
1928                         return 0;
1929
1930                 /* wait a bit for the reclaimer. */
1931                 msleep(100);
1932                 stalled = true;
1933
1934                 /* We are about to die and free our memory. Return now. */
1935                 if (fatal_signal_pending(current))
1936                         return SWAP_CLUSTER_MAX;
1937         }
1938
1939         lru_add_drain();
1940
1941         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1942
1943         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &page_list,
1944                                      &nr_scanned, sc, lru);
1945
1946         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
1947         item = current_is_kswapd() ? PGSCAN_KSWAPD : PGSCAN_DIRECT;
1948         if (!cgroup_reclaim(sc))
1949                 __count_vm_events(item, nr_scanned);
1950         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_scanned);
1951         __count_vm_events(PGSCAN_ANON + file, nr_scanned);
1952
1953         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1954
1955         if (nr_taken == 0)
1956                 return 0;
1957
1958         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, pgdat, sc, 0,
1959                                 &stat, false);
1960
1961         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
1962
1963         move_pages_to_lru(lruvec, &page_list);
1964
1965         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1966         lru_note_cost(lruvec, file, stat.nr_pageout);
1967         item = current_is_kswapd() ? PGSTEAL_KSWAPD : PGSTEAL_DIRECT;
1968         if (!cgroup_reclaim(sc))
1969                 __count_vm_events(item, nr_reclaimed);
1970         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_reclaimed);
1971         __count_vm_events(PGSTEAL_ANON + file, nr_reclaimed);
1972
1973         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
1974
1975         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
1976         free_unref_page_list(&page_list);
1977
1978         /*
1979          * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
1980          * implies that flushers are not doing their job. This can
1981          * happen when memory pressure pushes dirty pages to the end of
1982          * the LRU before the dirty limits are breached and the dirty
1983          * data has expired. It can also happen when the proportion of
1984          * dirty pages grows not through writes but through memory
1985          * pressure reclaiming all the clean cache. And in some cases,
1986          * the flushers simply cannot keep up with the allocation
1987          * rate. Nudge the flusher threads in case they are asleep.
1988          */
1989         if (stat.nr_unqueued_dirty == nr_taken)
1990                 wakeup_flusher_threads(WB_REASON_VMSCAN);
1991
1992         sc->nr.dirty += stat.nr_dirty;
1993         sc->nr.congested += stat.nr_congested;
1994         sc->nr.unqueued_dirty += stat.nr_unqueued_dirty;
1995         sc->nr.writeback += stat.nr_writeback;
1996         sc->nr.immediate += stat.nr_immediate;
1997         sc->nr.taken += nr_taken;
1998         if (file)
1999                 sc->nr.file_taken += nr_taken;
2000
2001         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(pgdat->node_id,
2002                         nr_scanned, nr_reclaimed, &stat, sc->priority, file);
2003         return nr_reclaimed;
2004 }
2005
2006 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
2007                                struct lruvec *lruvec,
2008                                struct scan_control *sc,
2009                                enum lru_list lru)
2010 {
2011         unsigned long nr_taken;
2012         unsigned long nr_scanned;
2013         unsigned long vm_flags;
2014         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
2015         LIST_HEAD(l_active);
2016         LIST_HEAD(l_inactive);
2017         struct page *page;
2018         unsigned nr_deactivate, nr_activate;
2019         unsigned nr_rotated = 0;
2020         int file = is_file_lru(lru);
2021         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2022
2023         lru_add_drain();
2024
2025         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2026
2027         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
2028                                      &nr_scanned, sc, lru);
2029
2030         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2031
2032         if (!cgroup_reclaim(sc))
2033                 __count_vm_events(PGREFILL, nr_scanned);
2034         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGREFILL, nr_scanned);
2035
2036         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2037
2038         while (!list_empty(&l_hold)) {
2039                 cond_resched();
2040                 page = lru_to_page(&l_hold);
2041                 list_del(&page->lru);
2042
2043                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
2044                         putback_lru_page(page);
2045                         continue;
2046                 }
2047
2048                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
2049                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
2050                                 if (page_has_private(page))
2051                                         try_to_release_page(page, 0);
2052                                 unlock_page(page);
2053                         }
2054                 }
2055
2056                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
2057                                     &vm_flags)) {
2058                         /*
2059                          * Identify referenced, file-backed active pages and
2060                          * give them one more trip around the active list. So
2061                          * that executable code get better chances to stay in
2062                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
2063                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
2064                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
2065                          * so we ignore them here.
2066                          */
2067                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_lru(page)) {
2068                                 nr_rotated += thp_nr_pages(page);
2069                                 list_add(&page->lru, &l_active);
2070                                 continue;
2071                         }
2072                 }
2073
2074                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
2075                 SetPageWorkingset(page);
2076                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
2077         }
2078
2079         /*
2080          * Move pages back to the lru list.
2081          */
2082         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2083
2084         nr_activate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_active);
2085         nr_deactivate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive);
2086         /* Keep all free pages in l_active list */
2087         list_splice(&l_inactive, &l_active);
2088
2089         __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2090         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2091
2092         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2093         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2094
2095         mem_cgroup_uncharge_list(&l_active);
2096         free_unref_page_list(&l_active);
2097         trace_mm_vmscan_lru_shrink_active(pgdat->node_id, nr_taken, nr_activate,
2098                         nr_deactivate, nr_rotated, sc->priority, file);
2099 }
2100
2101 unsigned long reclaim_pages(struct list_head *page_list)
2102 {
2103         int nid = NUMA_NO_NODE;
2104         unsigned int nr_reclaimed = 0;
2105         LIST_HEAD(node_page_list);
2106         struct reclaim_stat dummy_stat;
2107         struct page *page;
2108         struct scan_control sc = {
2109                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
2110                 .priority = DEF_PRIORITY,
2111                 .may_writepage = 1,
2112                 .may_unmap = 1,
2113                 .may_swap = 1,
2114         };
2115
2116         while (!list_empty(page_list)) {
2117                 page = lru_to_page(page_list);
2118                 if (nid == NUMA_NO_NODE) {
2119                         nid = page_to_nid(page);
2120                         INIT_LIST_HEAD(&node_page_list);
2121                 }
2122
2123                 if (nid == page_to_nid(page)) {
2124                         ClearPageActive(page);
2125                         list_move(&page->lru, &node_page_list);
2126                         continue;
2127                 }
2128
2129                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2130                                                 NODE_DATA(nid),
2131                                                 &sc, 0,
2132                                                 &dummy_stat, false);
2133                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2134                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2135                         list_del(&page->lru);
2136                         putback_lru_page(page);
2137                 }
2138
2139                 nid = NUMA_NO_NODE;
2140         }
2141
2142         if (!list_empty(&node_page_list)) {
2143                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2144                                                 NODE_DATA(nid),
2145                                                 &sc, 0,
2146                                                 &dummy_stat, false);
2147                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2148                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2149                         list_del(&page->lru);
2150                         putback_lru_page(page);
2151                 }
2152         }
2153
2154         return nr_reclaimed;
2155 }
2156
2157 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
2158                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2159 {
2160         if (is_active_lru(lru)) {
2161                 if (sc->may_deactivate & (1 << is_file_lru(lru)))
2162                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2163                 else
2164                         sc->skipped_deactivate = 1;
2165                 return 0;
2166         }
2167
2168         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2169 }
2170
2171 /*
2172  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
2173  * to do too much work.
2174  *
2175  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
2176  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
2177  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
2178  *
2179  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
2180  * page has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
2181  *
2182  * If that fails and refaulting is observed, the inactive list grows.
2183  *
2184  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE pages
2185  * on this LRU, maintained by the pageout code. An inactive_ratio
2186  * of 3 means 3:1 or 25% of the pages are kept on the inactive list.
2187  *
2188  * total     target    max
2189  * memory    ratio     inactive
2190  * -------------------------------------
2191  *   10MB       1         5MB
2192  *  100MB       1        50MB
2193  *    1GB       3       250MB
2194  *   10GB      10       0.9GB
2195  *  100GB      31         3GB
2196  *    1TB     101        10GB
2197  *   10TB     320        32GB
2198  */
2199 static bool inactive_is_low(struct lruvec *lruvec, enum lru_list inactive_lru)
2200 {
2201         enum lru_list active_lru = inactive_lru + LRU_ACTIVE;
2202         unsigned long inactive, active;
2203         unsigned long inactive_ratio;
2204         unsigned long gb;
2205
2206         inactive = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + inactive_lru);
2207         active = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + active_lru);
2208
2209         gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
2210         if (gb)
2211                 inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
2212         else
2213                 inactive_ratio = 1;
2214
2215         return inactive * inactive_ratio < active;
2216 }
2217
2218 enum scan_balance {
2219         SCAN_EQUAL,
2220         SCAN_FRACT,
2221         SCAN_ANON,
2222         SCAN_FILE,
2223 };
2224
2225 /*
2226  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
2227  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
2228  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
2229  * onto the active list instead of evict.
2230  *
2231  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
2232  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
2233  */
2234 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
2235                            unsigned long *nr)
2236 {
2237         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
2238         unsigned long anon_cost, file_cost, total_cost;
2239         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2240         u64 fraction[2];
2241         u64 denominator = 0;    /* gcc */
2242         enum scan_balance scan_balance;
2243         unsigned long ap, fp;
2244         enum lru_list lru;
2245
2246         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
2247         if (!sc->may_swap || mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) <= 0) {
2248                 scan_balance = SCAN_FILE;
2249                 goto out;
2250         }
2251
2252         /*
2253          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
2254          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
2255          * disable swapping for individual groups completely when
2256          * using the memory controller's swap limit feature would be
2257          * too expensive.
2258          */
2259         if (cgroup_reclaim(sc) && !swappiness) {
2260                 scan_balance = SCAN_FILE;
2261                 goto out;
2262         }
2263
2264         /*
2265          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2266          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2267          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2268          */
2269         if (!sc->priority && swappiness) {
2270                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2271                 goto out;
2272         }
2273
2274         /*
2275          * If the system is almost out of file pages, force-scan anon.
2276          */
2277         if (sc->file_is_tiny) {
2278                 scan_balance = SCAN_ANON;
2279                 goto out;
2280         }
2281
2282         /*
2283          * If there is enough inactive page cache, we do not reclaim
2284          * anything from the anonymous working right now.
2285          */
2286         if (sc->cache_trim_mode) {
2287                 scan_balance = SCAN_FILE;
2288                 goto out;
2289         }
2290
2291         scan_balance = SCAN_FRACT;
2292         /*
2293          * Calculate the pressure balance between anon and file pages.
2294          *
2295          * The amount of pressure we put on each LRU is inversely
2296          * proportional to the cost of reclaiming each list, as
2297          * determined by the share of pages that are refaulting, times
2298          * the relative IO cost of bringing back a swapped out
2299          * anonymous page vs reloading a filesystem page (swappiness).
2300          *
2301          * Although we limit that influence to ensure no list gets
2302          * left behind completely: at least a third of the pressure is
2303          * applied, before swappiness.
2304          *
2305          * With swappiness at 100, anon and file have equal IO cost.
2306          */
2307         total_cost = sc->anon_cost + sc->file_cost;
2308         anon_cost = total_cost + sc->anon_cost;
2309         file_cost = total_cost + sc->file_cost;
2310         total_cost = anon_cost + file_cost;
2311
2312         ap = swappiness * (total_cost + 1);
2313         ap /= anon_cost + 1;
2314
2315         fp = (200 - swappiness) * (total_cost + 1);
2316         fp /= file_cost + 1;
2317
2318         fraction[0] = ap;
2319         fraction[1] = fp;
2320         denominator = ap + fp;
2321 out:
2322         for_each_evictable_lru(lru) {
2323                 int file = is_file_lru(lru);
2324                 unsigned long lruvec_size;
2325                 unsigned long scan;
2326                 unsigned long protection;
2327
2328                 lruvec_size = lruvec_lru_size(lruvec, lru, sc->reclaim_idx);
2329                 protection = mem_cgroup_protection(sc->target_mem_cgroup,
2330                                                    memcg,
2331                                                    sc->memcg_low_reclaim);
2332
2333                 if (protection) {
2334                         /*
2335                          * Scale a cgroup's reclaim pressure by proportioning
2336                          * its current usage to its memory.low or memory.min
2337                          * setting.
2338                          *
2339                          * This is important, as otherwise scanning aggression
2340                          * becomes extremely binary -- from nothing as we
2341                          * approach the memory protection threshold, to totally
2342                          * nominal as we exceed it.  This results in requiring
2343                          * setting extremely liberal protection thresholds. It
2344                          * also means we simply get no protection at all if we
2345                          * set it too low, which is not ideal.
2346                          *
2347                          * If there is any protection in place, we reduce scan
2348                          * pressure by how much of the total memory used is
2349                          * within protection thresholds.
2350                          *
2351                          * There is one special case: in the first reclaim pass,
2352                          * we skip over all groups that are within their low
2353                          * protection. If that fails to reclaim enough pages to
2354                          * satisfy the reclaim goal, we come back and override
2355                          * the best-effort low protection. However, we still
2356                          * ideally want to honor how well-behaved groups are in
2357                          * that case instead of simply punishing them all
2358                          * equally. As such, we reclaim them based on how much
2359                          * memory they are using, reducing the scan pressure
2360                          * again by how much of the total memory used is under
2361                          * hard protection.
2362                          */
2363                         unsigned long cgroup_size = mem_cgroup_size(memcg);
2364
2365                         /* Avoid TOCTOU with earlier protection check */
2366                         cgroup_size = max(cgroup_size, protection);
2367
2368                         scan = lruvec_size - lruvec_size * protection /
2369                                 cgroup_size;
2370
2371                         /*
2372                          * Minimally target SWAP_CLUSTER_MAX pages to keep
2373                          * reclaim moving forwards, avoiding decrementing
2374                          * sc->priority further than desirable.
2375                          */
2376                         scan = max(scan, SWAP_CLUSTER_MAX);
2377                 } else {
2378                         scan = lruvec_size;
2379                 }
2380
2381                 scan >>= sc->priority;
2382
2383                 /*
2384                  * If the cgroup's already been deleted, make sure to
2385                  * scrape out the remaining cache.
2386                  */
2387                 if (!scan && !mem_cgroup_online(memcg))
2388                         scan = min(lruvec_size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2389
2390                 switch (scan_balance) {
2391                 case SCAN_EQUAL:
2392                         /* Scan lists relative to size */
2393                         break;
2394                 case SCAN_FRACT:
2395                         /*
2396                          * Scan types proportional to swappiness and
2397                          * their relative recent reclaim efficiency.
2398                          * Make sure we don't miss the last page on
2399                          * the offlined memory cgroups because of a
2400                          * round-off error.
2401                          */
2402                         scan = mem_cgroup_online(memcg) ?
2403                                div64_u64(scan * fraction[file], denominator) :
2404                                DIV64_U64_ROUND_UP(scan * fraction[file],
2405                                                   denominator);
2406                         break;
2407                 case SCAN_FILE:
2408                 case SCAN_ANON:
2409                         /* Scan one type exclusively */
2410                         if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file)
2411                                 scan = 0;
2412                         break;
2413                 default:
2414                         /* Look ma, no brain */
2415                         BUG();
2416                 }
2417
2418                 nr[lru] = scan;
2419         }
2420 }
2421
2422 static void shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2423 {
2424         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2425         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2426         unsigned long nr_to_scan;
2427         enum lru_list lru;
2428         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2429         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2430         struct blk_plug plug;
2431         bool scan_adjusted;
2432
2433         get_scan_count(lruvec, sc, nr);
2434
2435         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2436         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2437
2438         /*
2439          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2440          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2441          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2442          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2443          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2444          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2445          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2446          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2447          * dropped to zero at the first pass.
2448          */
2449         scan_adjusted = (!cgroup_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2450                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2451
2452         blk_start_plug(&plug);
2453         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2454                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2455                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2456                 unsigned long nr_scanned;
2457
2458                 for_each_evictable_lru(lru) {
2459                         if (nr[lru]) {
2460                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2461                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2462
2463                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2464                                                             lruvec, sc);
2465                         }
2466                 }
2467
2468                 cond_resched();
2469
2470                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2471                         continue;
2472
2473                 /*
2474                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2475                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2476                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2477                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2478                  * proportional to the original scan target.
2479                  */
2480                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2481                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2482
2483                 /*
2484                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2485                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2486                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2487                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2488                  */
2489                 if (!nr_file || !nr_anon)
2490                         break;
2491
2492                 if (nr_file > nr_anon) {
2493                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2494                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2495                         lru = LRU_BASE;
2496                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2497                 } else {
2498                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2499                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2500                         lru = LRU_FILE;
2501                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2502                 }
2503
2504                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2505                 nr[lru] = 0;
2506                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2507
2508                 /*
2509                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2510                  * scan target and the percentage scanning already complete
2511                  */
2512                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2513                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2514                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2515                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2516
2517                 lru += LRU_ACTIVE;
2518                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2519                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2520                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2521
2522                 scan_adjusted = true;
2523         }
2524         blk_finish_plug(&plug);
2525         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2526
2527         /*
2528          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2529          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2530          */
2531         if (total_swap_pages && inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
2532                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2533                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2534 }
2535
2536 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2537 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2538 {
2539         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2540                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2541                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2542                 return true;
2543
2544         return false;
2545 }
2546
2547 /*
2548  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2549  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2550  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2551  * calls try_to_compact_pages() that it will have enough free pages to succeed.
2552  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2553  */
2554 static inline bool should_continue_reclaim(struct pglist_data *pgdat,
2555                                         unsigned long nr_reclaimed,
2556                                         struct scan_control *sc)
2557 {
2558         unsigned long pages_for_compaction;
2559         unsigned long inactive_lru_pages;
2560         int z;
2561
2562         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2563         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2564                 return false;
2565
2566         /*
2567          * Stop if we failed to reclaim any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX
2568          * number of pages that were scanned. This will return to the caller
2569          * with the risk reclaim/compaction and the resulting allocation attempt
2570          * fails. In the past we have tried harder for __GFP_RETRY_MAYFAIL
2571          * allocations through requiring that the full LRU list has been scanned
2572          * first, by assuming that zero delta of sc->nr_scanned means full LRU
2573          * scan, but that approximation was wrong, and there were corner cases
2574          * where always a non-zero amount of pages were scanned.
2575          */
2576         if (!nr_reclaimed)
2577                 return false;
2578
2579         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2580         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
2581                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2582                 if (!managed_zone(zone))
2583                         continue;
2584
2585                 switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx)) {
2586                 case COMPACT_SUCCESS:
2587                 case COMPACT_CONTINUE:
2588                         return false;
2589                 default:
2590                         /* check next zone */
2591                         ;
2592                 }
2593         }
2594
2595         /*
2596          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2597          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2598          */
2599         pages_for_compaction = compact_gap(sc->order);
2600         inactive_lru_pages = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2601         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2602                 inactive_lru_pages += node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2603
2604         return inactive_lru_pages > pages_for_compaction;
2605 }
2606
2607 static void shrink_node_memcgs(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2608 {
2609         struct mem_cgroup *target_memcg = sc->target_mem_cgroup;
2610         struct mem_cgroup *memcg;
2611
2612         memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, NULL, NULL);
2613         do {
2614                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
2615                 unsigned long reclaimed;
2616                 unsigned long scanned;
2617
2618                 mem_cgroup_calculate_protection(target_memcg, memcg);
2619
2620                 if (mem_cgroup_below_min(memcg)) {
2621                         /*
2622                          * Hard protection.
2623                          * If there is no reclaimable memory, OOM.
2624                          */
2625                         continue;
2626                 } else if (mem_cgroup_below_low(memcg)) {
2627                         /*
2628                          * Soft protection.
2629                          * Respect the protection only as long as
2630                          * there is an unprotected supply
2631                          * of reclaimable memory from other cgroups.
2632                          */
2633                         if (!sc->memcg_low_reclaim) {
2634                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
2635                                 continue;
2636                         }
2637                         memcg_memory_event(memcg, MEMCG_LOW);
2638                 }
2639
2640                 reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2641                 scanned = sc->nr_scanned;
2642
2643                 shrink_lruvec(lruvec, sc);
2644
2645                 shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id, memcg,
2646                             sc->priority);
2647
2648                 /* Record the group's reclaim efficiency */
2649                 vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
2650                            sc->nr_scanned - scanned,
2651                            sc->nr_reclaimed - reclaimed);
2652
2653         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, memcg, NULL)));
2654 }
2655
2656 static void shrink_node(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2657 {
2658         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2659         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
2660         struct lruvec *target_lruvec;
2661         bool reclaimable = false;
2662         unsigned long file;
2663
2664         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup, pgdat);
2665
2666 again:
2667         memset(&sc->nr, 0, sizeof(sc->nr));
2668
2669         nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2670         nr_scanned = sc->nr_scanned;
2671
2672         /*
2673          * Determine the scan balance between anon and file LRUs.
2674          */
2675         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
2676         sc->anon_cost = target_lruvec->anon_cost;
2677         sc->file_cost = target_lruvec->file_cost;
2678         spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
2679
2680         /*
2681          * Target desirable inactive:active list ratios for the anon
2682          * and file LRU lists.
2683          */
2684         if (!sc->force_deactivate) {
2685                 unsigned long refaults;
2686
2687                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
2688                                 WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
2689                 if (refaults != target_lruvec->refaults[0] ||
2690                         inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
2691                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_ANON;
2692                 else
2693                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_ANON;
2694
2695                 /*
2696                  * When refaults are being observed, it means a new
2697                  * workingset is being established. Deactivate to get
2698                  * rid of any stale active pages quickly.
2699                  */
2700                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
2701                                 WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
2702                 if (refaults != target_lruvec->refaults[1] ||
2703                     inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_FILE))
2704                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_FILE;
2705                 else
2706                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_FILE;
2707         } else
2708                 sc->may_deactivate = DEACTIVATE_ANON | DEACTIVATE_FILE;
2709
2710         /*
2711          * If we have plenty of inactive file pages that aren't
2712          * thrashing, try to reclaim those first before touching
2713          * anonymous pages.
2714          */
2715         file = lruvec_page_state(target_lruvec, NR_INACTIVE_FILE);
2716         if (file >> sc->priority && !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_FILE))
2717                 sc->cache_trim_mode = 1;
2718         else
2719                 sc->cache_trim_mode = 0;
2720
2721         /*
2722          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
2723          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
2724          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
2725          * shrinks, so does the window for rotation from references.
2726          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
2727          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
2728          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
2729          */
2730         if (!cgroup_reclaim(sc)) {
2731                 unsigned long total_high_wmark = 0;
2732                 unsigned long free, anon;
2733                 int z;
2734
2735                 free = sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_FREE_PAGES);
2736                 file = node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
2737                            node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2738
2739                 for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++) {
2740                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2741                         if (!managed_zone(zone))
2742                                 continue;
2743
2744                         total_high_wmark += high_wmark_pages(zone);
2745                 }
2746
2747                 /*
2748                  * Consider anon: if that's low too, this isn't a
2749                  * runaway file reclaim problem, but rather just
2750                  * extreme pressure. Reclaim as per usual then.
2751                  */
2752                 anon = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2753
2754                 sc->file_is_tiny =
2755                         file + free <= total_high_wmark &&
2756                         !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_ANON) &&
2757                         anon >> sc->priority;
2758         }
2759
2760         shrink_node_memcgs(pgdat, sc);
2761
2762         if (reclaim_state) {
2763                 sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2764                 reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2765         }
2766
2767         /* Record the subtree's reclaim efficiency */
2768         vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
2769                    sc->nr_scanned - nr_scanned,
2770                    sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2771
2772         if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
2773                 reclaimable = true;
2774
2775         if (current_is_kswapd()) {
2776                 /*
2777                  * If reclaim is isolating dirty pages under writeback,
2778                  * it implies that the long-lived page allocation rate
2779                  * is exceeding the page laundering rate. Either the
2780                  * global limits are not being effective at throttling
2781                  * processes due to the page distribution throughout
2782                  * zones or there is heavy usage of a slow backing
2783                  * device. The only option is to throttle from reclaim
2784                  * context which is not ideal as there is no guarantee
2785                  * the dirtying process is throttled in the same way
2786                  * balance_dirty_pages() manages.
2787                  *
2788                  * Once a node is flagged PGDAT_WRITEBACK, kswapd will
2789                  * count the number of pages under pages flagged for
2790                  * immediate reclaim and stall if any are encountered
2791                  * in the nr_immediate check below.
2792                  */
2793                 if (sc->nr.writeback && sc->nr.writeback == sc->nr.taken)
2794                         set_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
2795
2796                 /* Allow kswapd to start writing pages during reclaim.*/
2797                 if (sc->nr.unqueued_dirty == sc->nr.file_taken)
2798                         set_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
2799
2800                 /*
2801                  * If kswapd scans pages marked for immediate
2802                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it
2803                  * implies that pages are cycling through the LRU
2804                  * faster than they are written so also forcibly stall.
2805                  */
2806                 if (sc->nr.immediate)
2807                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
2808         }
2809
2810         /*
2811          * Tag a node/memcg as congested if all the dirty pages
2812          * scanned were backed by a congested BDI and
2813          * wait_iff_congested will stall.
2814          *
2815          * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
2816          * stalling in wait_iff_congested().
2817          */
2818         if ((current_is_kswapd() ||
2819              (cgroup_reclaim(sc) && writeback_throttling_sane(sc))) &&
2820             sc->nr.dirty && sc->nr.dirty == sc->nr.congested)
2821                 set_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags);
2822
2823         /*
2824          * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs
2825          * and node is congested. Allow kswapd to continue until it
2826          * starts encountering unqueued dirty pages or cycling through
2827          * the LRU too quickly.
2828          */
2829         if (!current_is_kswapd() && current_may_throttle() &&
2830             !sc->hibernation_mode &&
2831             test_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags))
2832                 wait_iff_congested(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
2833
2834         if (should_continue_reclaim(pgdat, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2835                                     sc))
2836                 goto again;
2837
2838         /*
2839          * Kswapd gives up on balancing particular nodes after too
2840          * many failures to reclaim anything from them and goes to
2841          * sleep. On reclaim progress, reset the failure counter. A
2842          * successful direct reclaim run will revive a dormant kswapd.
2843          */
2844         if (reclaimable)
2845                 pgdat->kswapd_failures = 0;
2846 }
2847
2848 /*
2849  * Returns true if compaction should go ahead for a costly-order request, or
2850  * the allocation would already succeed without compaction. Return false if we
2851  * should reclaim first.
2852  */
2853 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2854 {
2855         unsigned long watermark;
2856         enum compact_result suitable;
2857
2858         suitable = compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx);
2859         if (suitable == COMPACT_SUCCESS)
2860                 /* Allocation should succeed already. Don't reclaim. */
2861                 return true;
2862         if (suitable == COMPACT_SKIPPED)
2863                 /* Compaction cannot yet proceed. Do reclaim. */
2864                 return false;
2865
2866         /*
2867          * Compaction is already possible, but it takes time to run and there
2868          * are potentially other callers using the pages just freed. So proceed
2869          * with reclaim to make a buffer of free pages available to give
2870          * compaction a reasonable chance of completing and allocating the page.
2871          * Note that we won't actually reclaim the whole buffer in one attempt
2872          * as the target watermark in should_continue_reclaim() is lower. But if
2873          * we are already above the high+gap watermark, don't reclaim at all.
2874          */
2875         watermark = high_wmark_pages(zone) + compact_gap(sc->order);
2876
2877         return zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, sc->reclaim_idx);
2878 }
2879
2880 /*
2881  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2882  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2883  * request.
2884  *
2885  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2886  * scan then give up on it.
2887  */
2888 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2889 {
2890         struct zoneref *z;
2891         struct zone *zone;
2892         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2893         unsigned long nr_soft_scanned;
2894         gfp_t orig_mask;
2895         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
2896
2897         /*
2898          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2899          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2900          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2901          */
2902         orig_mask = sc->gfp_mask;
2903         if (buffer_heads_over_limit) {
2904                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2905                 sc->reclaim_idx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
2906         }
2907
2908         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2909                                         sc->reclaim_idx, sc->nodemask) {
2910                 /*
2911                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2912                  * to global LRU.
2913                  */
2914                 if (!cgroup_reclaim(sc)) {
2915                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
2916                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
2917                                 continue;
2918
2919                         /*
2920                          * If we already have plenty of memory free for
2921                          * compaction in this zone, don't free any more.
2922                          * Even though compaction is invoked for any
2923                          * non-zero order, only frequent costly order
2924                          * reclamation is disruptive enough to become a
2925                          * noticeable problem, like transparent huge
2926                          * page allocations.
2927                          */
2928                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
2929                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
2930                             compaction_ready(zone, sc)) {
2931                                 sc->compaction_ready = true;
2932                                 continue;
2933                         }
2934
2935                         /*
2936                          * Shrink each node in the zonelist once. If the
2937                          * zonelist is ordered by zone (not the default) then a
2938                          * node may be shrunk multiple times but in that case
2939                          * the user prefers lower zones being preserved.
2940                          */
2941                         if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2942                                 continue;
2943
2944                         /*
2945                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
2946                          * and returns the number of reclaimed pages and
2947                          * scanned pages. This works for global memory pressure
2948                          * and balancing, not for a memcg's limit.
2949                          */
2950                         nr_soft_scanned = 0;
2951                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone->zone_pgdat,
2952                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
2953                                                 &nr_soft_scanned);
2954                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2955                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
2956                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
2957                 }
2958
2959                 /* See comment about same check for global reclaim above */
2960                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2961                         continue;
2962                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
2963                 shrink_node(zone->zone_pgdat, sc);
2964         }
2965
2966         /*
2967          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
2968          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
2969          */
2970         sc->gfp_mask = orig_mask;
2971 }
2972
2973 static void snapshot_refaults(struct mem_cgroup *target_memcg, pg_data_t *pgdat)
2974 {
2975         struct lruvec *target_lruvec;
2976         unsigned long refaults;
2977
2978         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(target_memcg, pgdat);
2979         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
2980         target_lruvec->refaults[0] = refaults;
2981         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
2982         target_lruvec->refaults[1] = refaults;
2983 }
2984
2985 /*
2986  * This is the main entry point to direct page reclaim.
2987  *
2988  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
2989  * are "out of memory" and something needs to be killed.
2990  *
2991  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
2992  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
2993  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
2994  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
2995  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
2996  * work, and the allocation attempt will fail.
2997  *
2998  * returns:     0, if no pages reclaimed
2999  *              else, the number of pages reclaimed
3000  */
3001 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
3002                                           struct scan_control *sc)
3003 {
3004         int initial_priority = sc->priority;
3005         pg_data_t *last_pgdat;
3006         struct zoneref *z;
3007         struct zone *zone;
3008 retry:
3009         delayacct_freepages_start();
3010
3011         if (!cgroup_reclaim(sc))
3012                 __count_zid_vm_events(ALLOCSTALL, sc->reclaim_idx, 1);
3013
3014         do {
3015                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
3016                                 sc->priority);
3017                 sc->nr_scanned = 0;
3018                 shrink_zones(zonelist, sc);
3019
3020                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
3021                         break;
3022
3023                 if (sc->compaction_ready)
3024                         break;
3025
3026                 /*
3027                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
3028                  * writepage even in laptop mode.
3029                  */
3030                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
3031                         sc->may_writepage = 1;
3032         } while (--sc->priority >= 0);
3033
3034         last_pgdat = NULL;
3035         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, sc->reclaim_idx,
3036                                         sc->nodemask) {
3037                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3038                         continue;
3039                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3040
3041                 snapshot_refaults(sc->target_mem_cgroup, zone->zone_pgdat);
3042
3043                 if (cgroup_reclaim(sc)) {
3044                         struct lruvec *lruvec;
3045
3046                         lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup,
3047                                                    zone->zone_pgdat);
3048                         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
3049                 }
3050         }
3051
3052         delayacct_freepages_end();
3053
3054         if (sc->nr_reclaimed)
3055                 return sc->nr_reclaimed;
3056
3057         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
3058         if (sc->compaction_ready)
3059                 return 1;
3060
3061         /*
3062          * We make inactive:active ratio decisions based on the node's
3063          * composition of memory, but a restrictive reclaim_idx or a
3064          * memory.low cgroup setting can exempt large amounts of
3065          * memory from reclaim. Neither of which are very common, so
3066          * instead of doing costly eligibility calculations of the
3067          * entire cgroup subtree up front, we assume the estimates are
3068          * good, and retry with forcible deactivation if that fails.
3069          */
3070         if (sc->skipped_deactivate) {
3071                 sc->priority = initial_priority;
3072                 sc->force_deactivate = 1;
3073                 sc->skipped_deactivate = 0;
3074                 goto retry;
3075         }
3076
3077         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
3078         if (sc->memcg_low_skipped) {
3079                 sc->priority = initial_priority;
3080                 sc->force_deactivate = 0;
3081                 sc->memcg_low_reclaim = 1;
3082                 sc->memcg_low_skipped = 0;
3083                 goto retry;
3084         }
3085
3086         return 0;
3087 }
3088
3089 static bool allow_direct_reclaim(pg_data_t *pgdat)
3090 {
3091         struct zone *zone;
3092         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
3093         unsigned long free_pages = 0;
3094         int i;
3095         bool wmark_ok;
3096
3097         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3098                 return true;
3099
3100         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
3101                 zone = &pgdat->node_zones[i];
3102                 if (!managed_zone(zone))
3103                         continue;
3104
3105                 if (!zone_reclaimable_pages(zone))
3106                         continue;
3107
3108                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
3109                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
3110         }
3111
3112         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
3113         if (!pfmemalloc_reserve)
3114                 return true;
3115
3116         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
3117
3118         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
3119         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
3120                 if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx) > ZONE_NORMAL)
3121                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, ZONE_NORMAL);
3122
3123                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3124         }
3125
3126         return wmark_ok;
3127 }
3128
3129 /*
3130  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
3131  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
3132  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
3133  * when the low watermark is reached.
3134  *
3135  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
3136  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
3137  */
3138 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
3139                                         nodemask_t *nodemask)
3140 {
3141         struct zoneref *z;
3142         struct zone *zone;
3143         pg_data_t *pgdat = NULL;
3144
3145         /*
3146          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
3147          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
3148          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
3149          * committing a transaction where throttling it could forcing other
3150          * processes to block on log_wait_commit().
3151          */
3152         if (current->flags & PF_KTHREAD)
3153                 goto out;
3154
3155         /*
3156          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
3157          * It should return quickly so it can exit and free its memory
3158          */
3159         if (fatal_signal_pending(current))
3160                 goto out;
3161
3162         /*
3163          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
3164          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
3165          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
3166          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
3167          *
3168          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
3169          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
3170          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
3171          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
3172          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
3173          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
3174          * should make reasonable progress.
3175          */
3176         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
3177                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
3178                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
3179                         continue;
3180
3181                 /* Throttle based on the first usable node */
3182                 pgdat = zone->zone_pgdat;
3183                 if (allow_direct_reclaim(pgdat))
3184                         goto out;
3185                 break;
3186         }
3187
3188         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
3189         if (!pgdat)
3190                 goto out;
3191
3192         /* Account for the throttling */
3193         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
3194
3195         /*
3196          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
3197          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
3198          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
3199          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
3200          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
3201          * second before continuing.
3202          */
3203         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
3204                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
3205                         allow_direct_reclaim(pgdat), HZ);
3206
3207                 goto check_pending;
3208         }
3209
3210         /* Throttle until kswapd wakes the process */
3211         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
3212                 allow_direct_reclaim(pgdat));
3213
3214 check_pending:
3215         if (fatal_signal_pending(current))
3216                 return true;
3217
3218 out:
3219         return false;
3220 }
3221
3222 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
3223                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3224 {
3225         unsigned long nr_reclaimed;
3226         struct scan_control sc = {
3227                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3228                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
3229                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
3230                 .order = order,
3231                 .nodemask = nodemask,
3232                 .priority = DEF_PRIORITY,
3233                 .may_writepage = !laptop_mode,
3234                 .may_unmap = 1,
3235                 .may_swap = 1,
3236         };
3237
3238         /*
3239          * scan_control uses s8 fields for order, priority, and reclaim_idx.
3240          * Confirm they are large enough for max values.
3241          */
3242         BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER > S8_MAX);
3243         BUILD_BUG_ON(DEF_PRIORITY > S8_MAX);
3244         BUILD_BUG_ON(MAX_NR_ZONES > S8_MAX);
3245
3246         /*
3247          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
3248          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
3249          * point.
3250          */
3251         if (throttle_direct_reclaim(sc.gfp_mask, zonelist, nodemask))
3252                 return 1;
3253
3254         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3255         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order, sc.gfp_mask);
3256
3257         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3258
3259         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
3260         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3261
3262         return nr_reclaimed;
3263 }
3264
3265 #ifdef CONFIG_MEMCG
3266
3267 /* Only used by soft limit reclaim. Do not reuse for anything else. */
3268 unsigned long mem_cgroup_shrink_node(struct mem_cgroup *memcg,
3269                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
3270                                                 pg_data_t *pgdat,
3271                                                 unsigned long *nr_scanned)
3272 {
3273         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3274         struct scan_control sc = {
3275                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3276                 .target_mem_cgroup = memcg,
3277                 .may_writepage = !laptop_mode,
3278                 .may_unmap = 1,
3279                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3280                 .may_swap = !noswap,
3281         };
3282
3283         WARN_ON_ONCE(!current->reclaim_state);
3284
3285         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
3286                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
3287
3288         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
3289                                                       sc.gfp_mask);
3290
3291         /*
3292          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
3293          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
3294          * if we don't reclaim here, the shrink_node from balance_pgdat
3295          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
3296          * the priority and make it zero.
3297          */
3298         shrink_lruvec(lruvec, &sc);
3299
3300         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
3301
3302         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
3303
3304         return sc.nr_reclaimed;
3305 }
3306
3307 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
3308                                            unsigned long nr_pages,
3309                                            gfp_t gfp_mask,
3310                                            bool may_swap)
3311 {
3312         unsigned long nr_reclaimed;
3313         unsigned int noreclaim_flag;
3314         struct scan_control sc = {
3315                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3316                 .gfp_mask = (current_gfp_context(gfp_mask) & GFP_RECLAIM_MASK) |
3317                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
3318                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3319                 .target_mem_cgroup = memcg,
3320                 .priority = DEF_PRIORITY,
3321                 .may_writepage = !laptop_mode,
3322                 .may_unmap = 1,
3323                 .may_swap = may_swap,
3324         };
3325         /*
3326          * Traverse the ZONELIST_FALLBACK zonelist of the current node to put
3327          * equal pressure on all the nodes. This is based on the assumption that
3328          * the reclaim does not bail out early.
3329          */
3330         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3331
3332         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3333         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0, sc.gfp_mask);
3334         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3335
3336         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3337
3338         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3339         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
3340         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3341
3342         return nr_reclaimed;
3343 }
3344 #endif
3345
3346 static void age_active_anon(struct pglist_data *pgdat,
3347                                 struct scan_control *sc)
3348 {
3349         struct mem_cgroup *memcg;
3350         struct lruvec *lruvec;
3351
3352         if (!total_swap_pages)
3353                 return;
3354
3355         lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
3356         if (!inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
3357                 return;
3358
3359         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
3360         do {
3361                 lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3362                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
3363                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
3364                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
3365         } while (memcg);
3366 }
3367
3368 static bool pgdat_watermark_boosted(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
3369 {
3370         int i;
3371         struct zone *zone;
3372
3373         /*
3374          * Check for watermark boosts top-down as the higher zones
3375          * are more likely to be boosted. Both watermarks and boosts
3376          * should not be checked at the same time as reclaim would
3377          * start prematurely when there is no boosting and a lower
3378          * zone is balanced.
3379          */
3380         for (i = highest_zoneidx; i >= 0; i--) {
3381                 zone = pgdat->node_zones + i;
3382                 if (!managed_zone(zone))
3383                         continue;
3384
3385                 if (zone->watermark_boost)
3386                         return true;
3387         }
3388
3389         return false;
3390 }
3391
3392 /*
3393  * Returns true if there is an eligible zone balanced for the request order
3394  * and highest_zoneidx
3395  */
3396 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
3397 {
3398         int i;
3399         unsigned long mark = -1;
3400         struct zone *zone;
3401
3402         /*
3403          * Check watermarks bottom-up as lower zones are more likely to
3404          * meet watermarks.
3405          */
3406         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3407                 zone = pgdat->node_zones + i;
3408
3409                 if (!managed_zone(zone))
3410                         continue;
3411
3412                 mark = high_wmark_pages(zone);
3413                 if (zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, highest_zoneidx))
3414                         return true;
3415         }
3416
3417         /*
3418          * If a node has no populated zone within highest_zoneidx, it does not
3419          * need balancing by definition. This can happen if a zone-restricted
3420          * allocation tries to wake a remote kswapd.
3421          */
3422         if (mark == -1)
3423                 return true;
3424
3425         return false;
3426 }
3427
3428 /* Clear pgdat state for congested, dirty or under writeback. */
3429 static void clear_pgdat_congested(pg_data_t *pgdat)
3430 {
3431         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
3432
3433         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
3434         clear_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
3435         clear_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
3436 }
3437
3438 /*
3439  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
3440  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
3441  *
3442  * Returns true if kswapd is ready to sleep
3443  */
3444 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order,
3445                                 int highest_zoneidx)
3446 {
3447         /*
3448          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
3449          * soon as allow_direct_reclaim() is true. But there is a potential
3450          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
3451          * throttled. There is also a potential race if processes get
3452          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
3453          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
3454          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
3455          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
3456          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
3457          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
3458          * that here we are under prepare_to_wait().
3459          */
3460         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
3461                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3462
3463         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim */
3464         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3465                 return true;
3466
3467         if (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx)) {
3468                 clear_pgdat_congested(pgdat);
3469                 return true;
3470         }
3471
3472         return false;
3473 }
3474
3475 /*
3476  * kswapd shrinks a node of pages that are at or below the highest usable
3477  * zone that is currently unbalanced.
3478  *
3479  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
3480  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
3481  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
3482  */
3483 static bool kswapd_shrink_node(pg_data_t *pgdat,
3484                                struct scan_control *sc)
3485 {
3486         struct zone *zone;
3487         int z;
3488
3489         /* Reclaim a number of pages proportional to the number of zones */
3490         sc->nr_to_reclaim = 0;
3491         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
3492                 zone = pgdat->node_zones + z;
3493                 if (!managed_zone(zone))
3494                         continue;
3495
3496                 sc->nr_to_reclaim += max(high_wmark_pages(zone), SWAP_CLUSTER_MAX);
3497         }
3498
3499         /*
3500          * Historically care was taken to put equal pressure on all zones but
3501          * now pressure is applied based on node LRU order.
3502          */
3503         shrink_node(pgdat, sc);
3504
3505         /*
3506          * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced for
3507          * high-order allocations. If twice the allocation size has been
3508          * reclaimed then recheck watermarks only at order-0 to prevent
3509          * excessive reclaim. Assume that a process requested a high-order
3510          * can direct reclaim/compact.
3511          */
3512         if (sc->order && sc->nr_reclaimed >= compact_gap(sc->order))
3513                 sc->order = 0;
3514
3515         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
3516 }
3517
3518 /*
3519  * For kswapd, balance_pgdat() will reclaim pages across a node from zones
3520  * that are eligible for use by the caller until at least one zone is
3521  * balanced.
3522  *
3523  * Returns the order kswapd finished reclaiming at.
3524  *
3525  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
3526  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
3527  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), any page in that zone
3528  * or lower is eligible for reclaim until at least one usable zone is
3529  * balanced.
3530  */
3531 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
3532 {
3533         int i;
3534         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3535         unsigned long nr_soft_scanned;
3536         unsigned long pflags;
3537         unsigned long nr_boost_reclaim;
3538         unsigned long zone_boosts[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
3539         bool boosted;
3540         struct zone *zone;
3541         struct scan_control sc = {
3542                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3543                 .order = order,
3544                 .may_unmap = 1,
3545         };
3546
3547         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3548         psi_memstall_enter(&pflags);
3549         __fs_reclaim_acquire();
3550
3551         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3552
3553         /*
3554          * Account for the reclaim boost. Note that the zone boost is left in
3555          * place so that parallel allocations that are near the watermark will
3556          * stall or direct reclaim until kswapd is finished.
3557          */
3558         nr_boost_reclaim = 0;
3559         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3560                 zone = pgdat->node_zones + i;
3561                 if (!managed_zone(zone))
3562                         continue;
3563
3564                 nr_boost_reclaim += zone->watermark_boost;
3565                 zone_boosts[i] = zone->watermark_boost;
3566         }
3567         boosted = nr_boost_reclaim;
3568
3569 restart:
3570         sc.priority = DEF_PRIORITY;
3571         do {
3572                 unsigned long nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed;
3573                 bool raise_priority = true;
3574                 bool balanced;
3575                 bool ret;
3576
3577                 sc.reclaim_idx = highest_zoneidx;
3578
3579                 /*
3580                  * If the number of buffer_heads exceeds the maximum allowed
3581                  * then consider reclaiming from all zones. This has a dual
3582                  * purpose -- on 64-bit systems it is expected that
3583                  * buffer_heads are stripped during active rotation. On 32-bit
3584                  * systems, highmem pages can pin lowmem memory and shrinking
3585                  * buffers can relieve lowmem pressure. Reclaim may still not
3586                  * go ahead if all eligible zones for the original allocation
3587                  * request are balanced to avoid excessive reclaim from kswapd.
3588                  */
3589                 if (buffer_heads_over_limit) {
3590                         for (i = MAX_NR_ZONES - 1; i >= 0; i--) {
3591                                 zone = pgdat->node_zones + i;
3592                                 if (!managed_zone(zone))
3593                                         continue;
3594
3595                                 sc.reclaim_idx = i;
3596                                 break;
3597                         }
3598                 }
3599
3600                 /*
3601                  * If the pgdat is imbalanced then ignore boosting and preserve
3602                  * the watermarks for a later time and restart. Note that the
3603                  * zone watermarks will be still reset at the end of balancing
3604                  * on the grounds that the normal reclaim should be enough to
3605                  * re-evaluate if boosting is required when kswapd next wakes.
3606                  */
3607                 balanced = pgdat_balanced(pgdat, sc.order, highest_zoneidx);
3608                 if (!balanced && nr_boost_reclaim) {
3609                         nr_boost_reclaim = 0;
3610                         goto restart;
3611                 }
3612
3613                 /*
3614                  * If boosting is not active then only reclaim if there are no
3615                  * eligible zones. Note that sc.reclaim_idx is not used as
3616                  * buffer_heads_over_limit may have adjusted it.
3617                  */
3618                 if (!nr_boost_reclaim && balanced)
3619                         goto out;
3620
3621                 /* Limit the priority of boosting to avoid reclaim writeback */
3622                 if (nr_boost_reclaim && sc.priority == DEF_PRIORITY - 2)
3623                         raise_priority = false;
3624
3625                 /*
3626                  * Do not writeback or swap pages for boosted reclaim. The
3627                  * intent is to relieve pressure not issue sub-optimal IO
3628                  * from reclaim context. If no pages are reclaimed, the
3629                  * reclaim will be aborted.
3630                  */
3631                 sc.may_writepage = !laptop_mode && !nr_boost_reclaim;
3632                 sc.may_swap = !nr_boost_reclaim;
3633
3634                 /*
3635                  * Do some background aging of the anon list, to give
3636                  * pages a chance to be referenced before reclaiming. All
3637                  * pages are rotated regardless of classzone as this is
3638                  * about consistent aging.
3639                  */
3640                 age_active_anon(pgdat, &sc);
3641
3642                 /*
3643                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
3644                  * even in laptop mode.
3645                  */
3646                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
3647                         sc.may_writepage = 1;
3648
3649                 /* Call soft limit reclaim before calling shrink_node. */
3650                 sc.nr_scanned = 0;
3651                 nr_soft_scanned = 0;
3652                 nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(pgdat, sc.order,
3653                                                 sc.gfp_mask, &nr_soft_scanned);
3654                 sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3655
3656                 /*
3657                  * There should be no need to raise the scanning priority if
3658                  * enough pages are already being scanned that that high
3659                  * watermark would be met at 100% efficiency.
3660                  */
3661                 if (kswapd_shrink_node(pgdat, &sc))
3662                         raise_priority = false;
3663
3664                 /*
3665                  * If the low watermark is met there is no need for processes
3666                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
3667                  * able to safely make forward progress. Wake them
3668                  */
3669                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
3670                                 allow_direct_reclaim(pgdat))
3671                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3672
3673                 /* Check if kswapd should be suspending */
3674                 __fs_reclaim_release();
3675                 ret = try_to_freeze();
3676                 __fs_reclaim_acquire();
3677                 if (ret || kthread_should_stop())
3678                         break;
3679
3680                 /*
3681                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
3682                  * progress in reclaiming pages
3683                  */
3684                 nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed - nr_reclaimed;
3685                 nr_boost_reclaim -= min(nr_boost_reclaim, nr_reclaimed);
3686
3687                 /*
3688                  * If reclaim made no progress for a boost, stop reclaim as
3689                  * IO cannot be queued and it could be an infinite loop in
3690                  * extreme circumstances.
3691                  */
3692                 if (nr_boost_reclaim && !nr_reclaimed)
3693                         break;
3694
3695                 if (raise_priority || !nr_reclaimed)
3696                         sc.priority--;
3697         } while (sc.priority >= 1);
3698
3699         if (!sc.nr_reclaimed)
3700                 pgdat->kswapd_failures++;
3701
3702 out:
3703         /* If reclaim was boosted, account for the reclaim done in this pass */
3704         if (boosted) {
3705                 unsigned long flags;
3706
3707                 for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3708                         if (!zone_boosts[i])
3709                                 continue;
3710
3711                         /* Increments are under the zone lock */
3712                         zone = pgdat->node_zones + i;
3713                         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3714                         zone->watermark_boost -= min(zone->watermark_boost, zone_boosts[i]);
3715                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3716                 }
3717
3718                 /*
3719                  * As there is now likely space, wakeup kcompact to defragment
3720                  * pageblocks.
3721                  */
3722                 wakeup_kcompactd(pgdat, pageblock_order, highest_zoneidx);
3723         }
3724
3725         snapshot_refaults(NULL, pgdat);
3726         __fs_reclaim_release();
3727         psi_memstall_leave(&pflags);
3728         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3729
3730         /*
3731          * Return the order kswapd stopped reclaiming at as
3732          * prepare_kswapd_sleep() takes it into account. If another caller
3733          * entered the allocator slow path while kswapd was awake, order will
3734          * remain at the higher level.
3735          */
3736         return sc.order;
3737 }
3738
3739 /*
3740  * The pgdat->kswapd_highest_zoneidx is used to pass the highest zone index to
3741  * be reclaimed by kswapd from the waker. If the value is MAX_NR_ZONES which is
3742  * not a valid index then either kswapd runs for first time or kswapd couldn't
3743  * sleep after previous reclaim attempt (node is still unbalanced). In that
3744  * case return the zone index of the previous kswapd reclaim cycle.
3745  */
3746 static enum zone_type kswapd_highest_zoneidx(pg_data_t *pgdat,
3747                                            enum zone_type prev_highest_zoneidx)
3748 {
3749         enum zone_type curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
3750
3751         return curr_idx == MAX_NR_ZONES ? prev_highest_zoneidx : curr_idx;
3752 }
3753
3754 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int alloc_order, int reclaim_order,
3755                                 unsigned int highest_zoneidx)
3756 {
3757         long remaining = 0;
3758         DEFINE_WAIT(wait);
3759
3760         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
3761                 return;
3762
3763         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3764
3765         /*
3766          * Try to sleep for a short interval. Note that kcompactd will only be
3767          * woken if it is possible to sleep for a short interval. This is
3768          * deliberate on the assumption that if reclaim cannot keep an
3769          * eligible zone balanced that it's also unlikely that compaction will
3770          * succeed.
3771          */
3772         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
3773                 /*
3774                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3775                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3776                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3777                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3778                  */
3779                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3780
3781                 /*
3782                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
3783                  * allocation of the requested order possible.
3784                  */
3785                 wakeup_kcompactd(pgdat, alloc_order, highest_zoneidx);
3786
3787                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
3788
3789                 /*
3790                  * If woken prematurely then reset kswapd_highest_zoneidx and
3791                  * order. The values will either be from a wakeup request or
3792                  * the previous request that slept prematurely.
3793                  */
3794                 if (remaining) {
3795                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx,
3796                                         kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
3797                                                         highest_zoneidx));
3798
3799                         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < reclaim_order)
3800                                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, reclaim_order);
3801                 }
3802
3803                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3804                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3805         }
3806
3807         /*
3808          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
3809          * go fully to sleep until explicitly woken up.
3810          */
3811         if (!remaining &&
3812             prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
3813                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
3814
3815                 /*
3816                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3817                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3818                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3819                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3820                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3821                  * them before going back to sleep.
3822                  */
3823                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3824
3825                 if (!kthread_should_stop())
3826                         schedule();
3827
3828                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3829         } else {
3830                 if (remaining)
3831                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3832                 else
3833                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3834         }
3835         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3836 }
3837
3838 /*
3839  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3840  * from the init process.
3841  *
3842  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3843  * free memory available even if there is no other activity
3844  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3845  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3846  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3847  *
3848  * If there are applications that are active memory-allocators
3849  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3850  */
3851 static int kswapd(void *p)
3852 {
3853         unsigned int alloc_order, reclaim_order;
3854         unsigned int highest_zoneidx = MAX_NR_ZONES - 1;
3855         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3856         struct task_struct *tsk = current;
3857         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3858
3859         if (!cpumask_empty(cpumask))
3860                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3861
3862         /*
3863          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3864          * and that if we need more memory we should get access to it
3865          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3866          * never get caught in the normal page freeing logic.
3867          *
3868          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3869          * you need a small amount of memory in order to be able to
3870          * page out something else, and this flag essentially protects
3871          * us from recursively trying to free more memory as we're
3872          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3873          */
3874         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3875         set_freezable();
3876
3877         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
3878         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
3879         for ( ; ; ) {
3880                 bool ret;
3881
3882                 alloc_order = reclaim_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
3883                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
3884                                                         highest_zoneidx);
3885
3886 kswapd_try_sleep:
3887                 kswapd_try_to_sleep(pgdat, alloc_order, reclaim_order,
3888                                         highest_zoneidx);
3889
3890                 /* Read the new order and highest_zoneidx */
3891                 alloc_order = reclaim_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
3892                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
3893                                                         highest_zoneidx);
3894                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
3895                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
3896
3897                 ret = try_to_freeze();
3898                 if (kthread_should_stop())
3899                         break;
3900
3901                 /*
3902                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3903                  * after returning from the refrigerator
3904                  */
3905                 if (ret)
3906                         continue;
3907
3908                 /*
3909                  * Reclaim begins at the requested order but if a high-order
3910                  * reclaim fails then kswapd falls back to reclaiming for
3911                  * order-0. If that happens, kswapd will consider sleeping
3912                  * for the order it finished reclaiming at (reclaim_order)
3913                  * but kcompactd is woken to compact for the original
3914                  * request (alloc_order).
3915                  */
3916                 trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, highest_zoneidx,
3917                                                 alloc_order);
3918                 reclaim_order = balance_pgdat(pgdat, alloc_order,
3919                                                 highest_zoneidx);
3920                 if (reclaim_order < alloc_order)
3921                         goto kswapd_try_sleep;
3922         }
3923
3924         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3925
3926         return 0;
3927 }
3928
3929 /*
3930  * A zone is low on free memory or too fragmented for high-order memory.  If
3931  * kswapd should reclaim (direct reclaim is deferred), wake it up for the zone's
3932  * pgdat.  It will wake up kcompactd after reclaiming memory.  If kswapd reclaim
3933  * has failed or is not needed, still wake up kcompactd if only compaction is
3934  * needed.
3935  */
3936 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_flags, int order,
3937                    enum zone_type highest_zoneidx)
3938 {
3939         pg_data_t *pgdat;
3940         enum zone_type curr_idx;
3941
3942         if (!managed_zone(zone))
3943                 return;
3944
3945         if (!cpuset_zone_allowed(zone, gfp_flags))
3946                 return;
3947
3948         pgdat = zone->zone_pgdat;
3949         curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
3950
3951         if (curr_idx == MAX_NR_ZONES || curr_idx < highest_zoneidx)
3952                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, highest_zoneidx);
3953
3954         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < order)
3955                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, order);
3956
3957         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
3958                 return;
3959
3960         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim if possible */
3961         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ||
3962             (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx) &&
3963              !pgdat_watermark_boosted(pgdat, highest_zoneidx))) {
3964                 /*
3965                  * There may be plenty of free memory available, but it's too
3966                  * fragmented for high-order allocations.  Wake up kcompactd
3967                  * and rely on compaction_suitable() to determine if it's
3968                  * needed.  If it fails, it will defer subsequent attempts to
3969                  * ratelimit its work.
3970                  */
3971                 if (!(gfp_flags & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3972                         wakeup_kcompactd(pgdat, order, highest_zoneidx);
3973                 return;
3974         }
3975
3976         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, highest_zoneidx, order,
3977                                       gfp_flags);
3978         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3979 }
3980
3981 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3982 /*
3983  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
3984  * freed pages.
3985  *
3986  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
3987  * LRU order by reclaiming preferentially
3988  * inactive > active > active referenced > active mapped
3989  */
3990 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
3991 {
3992         struct scan_control sc = {
3993                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
3994                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
3995                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3996                 .priority = DEF_PRIORITY,
3997                 .may_writepage = 1,
3998                 .may_unmap = 1,
3999                 .may_swap = 1,
4000                 .hibernation_mode = 1,
4001         };
4002         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
4003         unsigned long nr_reclaimed;
4004         unsigned int noreclaim_flag;
4005
4006         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4007         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4008         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
4009
4010         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
4011
4012         set_task_reclaim_state(current, NULL);
4013         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4014         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4015
4016         return nr_reclaimed;
4017 }
4018 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
4019
4020 /*
4021  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
4022  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
4023  */
4024 int kswapd_run(int nid)
4025 {
4026         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4027         int ret = 0;
4028
4029         if (pgdat->kswapd)
4030                 return 0;
4031
4032         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
4033         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
4034                 /* failure at boot is fatal */
4035                 BUG_ON(system_state < SYSTEM_RUNNING);
4036                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
4037                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
4038                 pgdat->kswapd = NULL;
4039         }
4040         return ret;
4041 }
4042
4043 /*
4044  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
4045  * hold mem_hotplug_begin/end().
4046  */
4047 void kswapd_stop(int nid)
4048 {
4049         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
4050
4051         if (kswapd) {
4052                 kthread_stop(kswapd);
4053                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
4054         }
4055 }
4056
4057 static int __init kswapd_init(void)
4058 {
4059         int nid;
4060
4061         swap_setup();
4062         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
4063                 kswapd_run(nid);
4064         return 0;
4065 }
4066
4067 module_init(kswapd_init)
4068
4069 #ifdef CONFIG_NUMA
4070 /*
4071  * Node reclaim mode
4072  *
4073  * If non-zero call node_reclaim when the number of free pages falls below
4074  * the watermarks.
4075  */
4076 int node_reclaim_mode __read_mostly;
4077
4078 #define RECLAIM_WRITE (1<<0)    /* Writeout pages during reclaim */
4079 #define RECLAIM_UNMAP (1<<1)    /* Unmap pages during reclaim */
4080
4081 /*
4082  * Priority for NODE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
4083  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
4084  * a zone.
4085  */
4086 #define NODE_RECLAIM_PRIORITY 4
4087
4088 /*
4089  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for node_reclaim to
4090  * occur.
4091  */
4092 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
4093
4094 /*
4095  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
4096  * slab reclaim needs to occur.
4097  */
4098 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
4099
4100 static inline unsigned long node_unmapped_file_pages(struct pglist_data *pgdat)
4101 {
4102         unsigned long file_mapped = node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED);
4103         unsigned long file_lru = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
4104                 node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE);
4105
4106         /*
4107          * It's possible for there to be more file mapped pages than
4108          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
4109          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
4110          */
4111         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
4112 }
4113
4114 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
4115 static unsigned long node_pagecache_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
4116 {
4117         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
4118         unsigned long delta = 0;
4119
4120         /*
4121          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
4122          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
4123          * pages like swapcache and node_unmapped_file_pages() provides
4124          * a better estimate
4125          */
4126         if (node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
4127                 nr_pagecache_reclaimable = node_page_state(pgdat, NR_FILE_PAGES);
4128         else
4129                 nr_pagecache_reclaimable = node_unmapped_file_pages(pgdat);
4130
4131         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
4132         if (!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
4133                 delta += node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY);
4134
4135         /* Watch for any possible underflows due to delta */
4136         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
4137                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
4138
4139         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
4140 }
4141
4142 /*
4143  * Try to free up some pages from this node through reclaim.
4144  */
4145 static int __node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4146 {
4147         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
4148         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
4149         struct task_struct *p = current;
4150         unsigned int noreclaim_flag;
4151         struct scan_control sc = {
4152                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
4153                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
4154                 .order = order,
4155                 .priority = NODE_RECLAIM_PRIORITY,
4156                 .may_writepage = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
4157                 .may_unmap = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
4158                 .may_swap = 1,
4159                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
4160         };
4161
4162         trace_mm_vmscan_node_reclaim_begin(pgdat->node_id, order,
4163                                            sc.gfp_mask);
4164
4165         cond_resched();
4166         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4167         /*
4168          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
4169          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
4170          * and RECLAIM_UNMAP.
4171          */
4172         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4173         p->flags |= PF_SWAPWRITE;
4174         set_task_reclaim_state(p, &sc.reclaim_state);
4175
4176         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) > pgdat->min_unmapped_pages) {
4177                 /*
4178                  * Free memory by calling shrink node with increasing
4179                  * priorities until we have enough memory freed.
4180                  */
4181                 do {
4182                         shrink_node(pgdat, &sc);
4183                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
4184         }
4185
4186         set_task_reclaim_state(p, NULL);
4187         current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
4188         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4189         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4190
4191         trace_mm_vmscan_node_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
4192
4193         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
4194 }
4195
4196 int node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4197 {
4198         int ret;
4199
4200         /*
4201          * Node reclaim reclaims unmapped file backed pages and
4202          * slab pages if we are over the defined limits.
4203          *
4204          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
4205          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
4206          * thrown out if the node is overallocated. So we do not reclaim
4207          * if less than a specified percentage of the node is used by
4208          * unmapped file backed pages.
4209          */
4210         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) <= pgdat->min_unmapped_pages &&
4211             node_page_state_pages(pgdat, NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) <=
4212             pgdat->min_slab_pages)
4213                 return NODE_RECLAIM_FULL;
4214
4215         /*
4216          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
4217          */
4218         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
4219                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4220
4221         /*
4222          * Only run node reclaim on the local node or on nodes that do not
4223          * have associated processors. This will favor the local processor
4224          * over remote processors and spread off node memory allocations
4225          * as wide as possible.
4226          */
4227         if (node_state(pgdat->node_id, N_CPU) && pgdat->node_id != numa_node_id())
4228                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4229
4230         if (test_and_set_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags))
4231                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4232
4233         ret = __node_reclaim(pgdat, gfp_mask, order);
4234         clear_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags);
4235
4236         if (!ret)
4237                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
4238
4239         return ret;
4240 }
4241 #endif
4242
4243 /**
4244  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to
4245  * appropriate zone lru list
4246  * @pvec: pagevec with lru pages to check
4247  *
4248  * Checks pages for evictability, if an evictable page is in the unevictable
4249  * lru list, moves it to the appropriate evictable lru list. This function
4250  * should be only used for lru pages.
4251  */
4252 void check_move_unevictable_pages(struct pagevec *pvec)
4253 {
4254         struct lruvec *lruvec;
4255         struct pglist_data *pgdat = NULL;
4256         int pgscanned = 0;
4257         int pgrescued = 0;
4258         int i;
4259
4260         for (i = 0; i < pvec->nr; i++) {
4261                 struct page *page = pvec->pages[i];
4262                 struct pglist_data *pagepgdat = page_pgdat(page);
4263
4264                 pgscanned++;
4265                 if (pagepgdat != pgdat) {
4266                         if (pgdat)
4267                                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
4268                         pgdat = pagepgdat;
4269                         spin_lock_irq(&pgdat->lru_lock);
4270                 }
4271                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, pgdat);
4272
4273                 if (!PageLRU(page) || !PageUnevictable(page))
4274                         continue;
4275
4276                 if (page_evictable(page)) {
4277                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
4278
4279                         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
4280                         ClearPageUnevictable(page);
4281                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
4282                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
4283                         pgrescued++;
4284                 }
4285         }
4286
4287         if (pgdat) {
4288                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
4289                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
4290                 spin_unlock_irq(&pgdat->lru_lock);
4291         }
4292 }
4293 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_move_unevictable_pages);