tools headers UAPI: Sync drm/i915_drm.h with the kernel sources
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / vmscan.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
4  *
5  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie.
6  *  kswapd added: 7.1.96  sct
7  *  Removed kswapd_ctl limits, and swap out as many pages as needed
8  *  to bring the system back to freepages.high: 2.4.97, Rik van Riel.
9  *  Zone aware kswapd started 02/00, Kanoj Sarcar (kanoj@sgi.com).
10  *  Multiqueue VM started 5.8.00, Rik van Riel.
11  */
12
13 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
14
15 #include <linux/mm.h>
16 #include <linux/sched/mm.h>
17 #include <linux/module.h>
18 #include <linux/gfp.h>
19 #include <linux/kernel_stat.h>
20 #include <linux/swap.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/init.h>
23 #include <linux/highmem.h>
24 #include <linux/vmpressure.h>
25 #include <linux/vmstat.h>
26 #include <linux/file.h>
27 #include <linux/writeback.h>
28 #include <linux/blkdev.h>
29 #include <linux/buffer_head.h>  /* for try_to_release_page(),
30                                         buffer_heads_over_limit */
31 #include <linux/mm_inline.h>
32 #include <linux/backing-dev.h>
33 #include <linux/rmap.h>
34 #include <linux/topology.h>
35 #include <linux/cpu.h>
36 #include <linux/cpuset.h>
37 #include <linux/compaction.h>
38 #include <linux/notifier.h>
39 #include <linux/rwsem.h>
40 #include <linux/delay.h>
41 #include <linux/kthread.h>
42 #include <linux/freezer.h>
43 #include <linux/memcontrol.h>
44 #include <linux/delayacct.h>
45 #include <linux/sysctl.h>
46 #include <linux/oom.h>
47 #include <linux/pagevec.h>
48 #include <linux/prefetch.h>
49 #include <linux/printk.h>
50 #include <linux/dax.h>
51 #include <linux/psi.h>
52
53 #include <asm/tlbflush.h>
54 #include <asm/div64.h>
55
56 #include <linux/swapops.h>
57 #include <linux/balloon_compaction.h>
58
59 #include "internal.h"
60
61 #define CREATE_TRACE_POINTS
62 #include <trace/events/vmscan.h>
63
64 struct scan_control {
65         /* How many pages shrink_list() should reclaim */
66         unsigned long nr_to_reclaim;
67
68         /*
69          * Nodemask of nodes allowed by the caller. If NULL, all nodes
70          * are scanned.
71          */
72         nodemask_t      *nodemask;
73
74         /*
75          * The memory cgroup that hit its limit and as a result is the
76          * primary target of this reclaim invocation.
77          */
78         struct mem_cgroup *target_mem_cgroup;
79
80         /*
81          * Scan pressure balancing between anon and file LRUs
82          */
83         unsigned long   anon_cost;
84         unsigned long   file_cost;
85
86         /* Can active pages be deactivated as part of reclaim? */
87 #define DEACTIVATE_ANON 1
88 #define DEACTIVATE_FILE 2
89         unsigned int may_deactivate:2;
90         unsigned int force_deactivate:1;
91         unsigned int skipped_deactivate:1;
92
93         /* Writepage batching in laptop mode; RECLAIM_WRITE */
94         unsigned int may_writepage:1;
95
96         /* Can mapped pages be reclaimed? */
97         unsigned int may_unmap:1;
98
99         /* Can pages be swapped as part of reclaim? */
100         unsigned int may_swap:1;
101
102         /*
103          * Cgroups are not reclaimed below their configured memory.low,
104          * unless we threaten to OOM. If any cgroups are skipped due to
105          * memory.low and nothing was reclaimed, go back for memory.low.
106          */
107         unsigned int memcg_low_reclaim:1;
108         unsigned int memcg_low_skipped:1;
109
110         unsigned int hibernation_mode:1;
111
112         /* One of the zones is ready for compaction */
113         unsigned int compaction_ready:1;
114
115         /* There is easily reclaimable cold cache in the current node */
116         unsigned int cache_trim_mode:1;
117
118         /* The file pages on the current node are dangerously low */
119         unsigned int file_is_tiny:1;
120
121         /* Allocation order */
122         s8 order;
123
124         /* Scan (total_size >> priority) pages at once */
125         s8 priority;
126
127         /* The highest zone to isolate pages for reclaim from */
128         s8 reclaim_idx;
129
130         /* This context's GFP mask */
131         gfp_t gfp_mask;
132
133         /* Incremented by the number of inactive pages that were scanned */
134         unsigned long nr_scanned;
135
136         /* Number of pages freed so far during a call to shrink_zones() */
137         unsigned long nr_reclaimed;
138
139         struct {
140                 unsigned int dirty;
141                 unsigned int unqueued_dirty;
142                 unsigned int congested;
143                 unsigned int writeback;
144                 unsigned int immediate;
145                 unsigned int file_taken;
146                 unsigned int taken;
147         } nr;
148
149         /* for recording the reclaimed slab by now */
150         struct reclaim_state reclaim_state;
151 };
152
153 #ifdef ARCH_HAS_PREFETCHW
154 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field)                   \
155         do {                                                            \
156                 if ((_page)->lru.prev != _base) {                       \
157                         struct page *prev;                              \
158                                                                         \
159                         prev = lru_to_page(&(_page->lru));              \
160                         prefetchw(&prev->_field);                       \
161                 }                                                       \
162         } while (0)
163 #else
164 #define prefetchw_prev_lru_page(_page, _base, _field) do { } while (0)
165 #endif
166
167 /*
168  * From 0 .. 200.  Higher means more swappy.
169  */
170 int vm_swappiness = 60;
171
172 static void set_task_reclaim_state(struct task_struct *task,
173                                    struct reclaim_state *rs)
174 {
175         /* Check for an overwrite */
176         WARN_ON_ONCE(rs && task->reclaim_state);
177
178         /* Check for the nulling of an already-nulled member */
179         WARN_ON_ONCE(!rs && !task->reclaim_state);
180
181         task->reclaim_state = rs;
182 }
183
184 static LIST_HEAD(shrinker_list);
185 static DECLARE_RWSEM(shrinker_rwsem);
186
187 #ifdef CONFIG_MEMCG
188 /*
189  * We allow subsystems to populate their shrinker-related
190  * LRU lists before register_shrinker_prepared() is called
191  * for the shrinker, since we don't want to impose
192  * restrictions on their internal registration order.
193  * In this case shrink_slab_memcg() may find corresponding
194  * bit is set in the shrinkers map.
195  *
196  * This value is used by the function to detect registering
197  * shrinkers and to skip do_shrink_slab() calls for them.
198  */
199 #define SHRINKER_REGISTERING ((struct shrinker *)~0UL)
200
201 static DEFINE_IDR(shrinker_idr);
202 static int shrinker_nr_max;
203
204 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
205 {
206         int id, ret = -ENOMEM;
207
208         down_write(&shrinker_rwsem);
209         /* This may call shrinker, so it must use down_read_trylock() */
210         id = idr_alloc(&shrinker_idr, SHRINKER_REGISTERING, 0, 0, GFP_KERNEL);
211         if (id < 0)
212                 goto unlock;
213
214         if (id >= shrinker_nr_max) {
215                 if (memcg_expand_shrinker_maps(id)) {
216                         idr_remove(&shrinker_idr, id);
217                         goto unlock;
218                 }
219
220                 shrinker_nr_max = id + 1;
221         }
222         shrinker->id = id;
223         ret = 0;
224 unlock:
225         up_write(&shrinker_rwsem);
226         return ret;
227 }
228
229 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
230 {
231         int id = shrinker->id;
232
233         BUG_ON(id < 0);
234
235         down_write(&shrinker_rwsem);
236         idr_remove(&shrinker_idr, id);
237         up_write(&shrinker_rwsem);
238 }
239
240 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
241 {
242         return sc->target_mem_cgroup;
243 }
244
245 /**
246  * writeback_throttling_sane - is the usual dirty throttling mechanism available?
247  * @sc: scan_control in question
248  *
249  * The normal page dirty throttling mechanism in balance_dirty_pages() is
250  * completely broken with the legacy memcg and direct stalling in
251  * shrink_page_list() is used for throttling instead, which lacks all the
252  * niceties such as fairness, adaptive pausing, bandwidth proportional
253  * allocation and configurability.
254  *
255  * This function tests whether the vmscan currently in progress can assume
256  * that the normal dirty throttling mechanism is operational.
257  */
258 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
259 {
260         if (!cgroup_reclaim(sc))
261                 return true;
262 #ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
263         if (cgroup_subsys_on_dfl(memory_cgrp_subsys))
264                 return true;
265 #endif
266         return false;
267 }
268 #else
269 static int prealloc_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
270 {
271         return 0;
272 }
273
274 static void unregister_memcg_shrinker(struct shrinker *shrinker)
275 {
276 }
277
278 static bool cgroup_reclaim(struct scan_control *sc)
279 {
280         return false;
281 }
282
283 static bool writeback_throttling_sane(struct scan_control *sc)
284 {
285         return true;
286 }
287 #endif
288
289 /*
290  * This misses isolated pages which are not accounted for to save counters.
291  * As the data only determines if reclaim or compaction continues, it is
292  * not expected that isolated pages will be a dominating factor.
293  */
294 unsigned long zone_reclaimable_pages(struct zone *zone)
295 {
296         unsigned long nr;
297
298         nr = zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE) +
299                 zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE);
300         if (get_nr_swap_pages() > 0)
301                 nr += zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON) +
302                         zone_page_state_snapshot(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON);
303
304         return nr;
305 }
306
307 /**
308  * lruvec_lru_size -  Returns the number of pages on the given LRU list.
309  * @lruvec: lru vector
310  * @lru: lru to use
311  * @zone_idx: zones to consider (use MAX_NR_ZONES for the whole LRU list)
312  */
313 unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru, int zone_idx)
314 {
315         unsigned long size = 0;
316         int zid;
317
318         for (zid = 0; zid <= zone_idx && zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
319                 struct zone *zone = &lruvec_pgdat(lruvec)->node_zones[zid];
320
321                 if (!managed_zone(zone))
322                         continue;
323
324                 if (!mem_cgroup_disabled())
325                         size += mem_cgroup_get_zone_lru_size(lruvec, lru, zid);
326                 else
327                         size += zone_page_state(zone, NR_ZONE_LRU_BASE + lru);
328         }
329         return size;
330 }
331
332 /*
333  * Add a shrinker callback to be called from the vm.
334  */
335 int prealloc_shrinker(struct shrinker *shrinker)
336 {
337         unsigned int size = sizeof(*shrinker->nr_deferred);
338
339         if (shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE)
340                 size *= nr_node_ids;
341
342         shrinker->nr_deferred = kzalloc(size, GFP_KERNEL);
343         if (!shrinker->nr_deferred)
344                 return -ENOMEM;
345
346         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE) {
347                 if (prealloc_memcg_shrinker(shrinker))
348                         goto free_deferred;
349         }
350
351         return 0;
352
353 free_deferred:
354         kfree(shrinker->nr_deferred);
355         shrinker->nr_deferred = NULL;
356         return -ENOMEM;
357 }
358
359 void free_prealloced_shrinker(struct shrinker *shrinker)
360 {
361         if (!shrinker->nr_deferred)
362                 return;
363
364         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
365                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
366
367         kfree(shrinker->nr_deferred);
368         shrinker->nr_deferred = NULL;
369 }
370
371 void register_shrinker_prepared(struct shrinker *shrinker)
372 {
373         down_write(&shrinker_rwsem);
374         list_add_tail(&shrinker->list, &shrinker_list);
375 #ifdef CONFIG_MEMCG
376         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
377                 idr_replace(&shrinker_idr, shrinker, shrinker->id);
378 #endif
379         up_write(&shrinker_rwsem);
380 }
381
382 int register_shrinker(struct shrinker *shrinker)
383 {
384         int err = prealloc_shrinker(shrinker);
385
386         if (err)
387                 return err;
388         register_shrinker_prepared(shrinker);
389         return 0;
390 }
391 EXPORT_SYMBOL(register_shrinker);
392
393 /*
394  * Remove one
395  */
396 void unregister_shrinker(struct shrinker *shrinker)
397 {
398         if (!shrinker->nr_deferred)
399                 return;
400         if (shrinker->flags & SHRINKER_MEMCG_AWARE)
401                 unregister_memcg_shrinker(shrinker);
402         down_write(&shrinker_rwsem);
403         list_del(&shrinker->list);
404         up_write(&shrinker_rwsem);
405         kfree(shrinker->nr_deferred);
406         shrinker->nr_deferred = NULL;
407 }
408 EXPORT_SYMBOL(unregister_shrinker);
409
410 #define SHRINK_BATCH 128
411
412 static unsigned long do_shrink_slab(struct shrink_control *shrinkctl,
413                                     struct shrinker *shrinker, int priority)
414 {
415         unsigned long freed = 0;
416         unsigned long long delta;
417         long total_scan;
418         long freeable;
419         long nr;
420         long new_nr;
421         int nid = shrinkctl->nid;
422         long batch_size = shrinker->batch ? shrinker->batch
423                                           : SHRINK_BATCH;
424         long scanned = 0, next_deferred;
425
426         if (!(shrinker->flags & SHRINKER_NUMA_AWARE))
427                 nid = 0;
428
429         freeable = shrinker->count_objects(shrinker, shrinkctl);
430         if (freeable == 0 || freeable == SHRINK_EMPTY)
431                 return freeable;
432
433         /*
434          * copy the current shrinker scan count into a local variable
435          * and zero it so that other concurrent shrinker invocations
436          * don't also do this scanning work.
437          */
438         nr = atomic_long_xchg(&shrinker->nr_deferred[nid], 0);
439
440         total_scan = nr;
441         if (shrinker->seeks) {
442                 delta = freeable >> priority;
443                 delta *= 4;
444                 do_div(delta, shrinker->seeks);
445         } else {
446                 /*
447                  * These objects don't require any IO to create. Trim
448                  * them aggressively under memory pressure to keep
449                  * them from causing refetches in the IO caches.
450                  */
451                 delta = freeable / 2;
452         }
453
454         total_scan += delta;
455         if (total_scan < 0) {
456                 pr_err("shrink_slab: %pS negative objects to delete nr=%ld\n",
457                        shrinker->scan_objects, total_scan);
458                 total_scan = freeable;
459                 next_deferred = nr;
460         } else
461                 next_deferred = total_scan;
462
463         /*
464          * We need to avoid excessive windup on filesystem shrinkers
465          * due to large numbers of GFP_NOFS allocations causing the
466          * shrinkers to return -1 all the time. This results in a large
467          * nr being built up so when a shrink that can do some work
468          * comes along it empties the entire cache due to nr >>>
469          * freeable. This is bad for sustaining a working set in
470          * memory.
471          *
472          * Hence only allow the shrinker to scan the entire cache when
473          * a large delta change is calculated directly.
474          */
475         if (delta < freeable / 4)
476                 total_scan = min(total_scan, freeable / 2);
477
478         /*
479          * Avoid risking looping forever due to too large nr value:
480          * never try to free more than twice the estimate number of
481          * freeable entries.
482          */
483         if (total_scan > freeable * 2)
484                 total_scan = freeable * 2;
485
486         trace_mm_shrink_slab_start(shrinker, shrinkctl, nr,
487                                    freeable, delta, total_scan, priority);
488
489         /*
490          * Normally, we should not scan less than batch_size objects in one
491          * pass to avoid too frequent shrinker calls, but if the slab has less
492          * than batch_size objects in total and we are really tight on memory,
493          * we will try to reclaim all available objects, otherwise we can end
494          * up failing allocations although there are plenty of reclaimable
495          * objects spread over several slabs with usage less than the
496          * batch_size.
497          *
498          * We detect the "tight on memory" situations by looking at the total
499          * number of objects we want to scan (total_scan). If it is greater
500          * than the total number of objects on slab (freeable), we must be
501          * scanning at high prio and therefore should try to reclaim as much as
502          * possible.
503          */
504         while (total_scan >= batch_size ||
505                total_scan >= freeable) {
506                 unsigned long ret;
507                 unsigned long nr_to_scan = min(batch_size, total_scan);
508
509                 shrinkctl->nr_to_scan = nr_to_scan;
510                 shrinkctl->nr_scanned = nr_to_scan;
511                 ret = shrinker->scan_objects(shrinker, shrinkctl);
512                 if (ret == SHRINK_STOP)
513                         break;
514                 freed += ret;
515
516                 count_vm_events(SLABS_SCANNED, shrinkctl->nr_scanned);
517                 total_scan -= shrinkctl->nr_scanned;
518                 scanned += shrinkctl->nr_scanned;
519
520                 cond_resched();
521         }
522
523         if (next_deferred >= scanned)
524                 next_deferred -= scanned;
525         else
526                 next_deferred = 0;
527         /*
528          * move the unused scan count back into the shrinker in a
529          * manner that handles concurrent updates. If we exhausted the
530          * scan, there is no need to do an update.
531          */
532         if (next_deferred > 0)
533                 new_nr = atomic_long_add_return(next_deferred,
534                                                 &shrinker->nr_deferred[nid]);
535         else
536                 new_nr = atomic_long_read(&shrinker->nr_deferred[nid]);
537
538         trace_mm_shrink_slab_end(shrinker, nid, freed, nr, new_nr, total_scan);
539         return freed;
540 }
541
542 #ifdef CONFIG_MEMCG
543 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
544                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
545 {
546         struct memcg_shrinker_map *map;
547         unsigned long ret, freed = 0;
548         int i;
549
550         if (!mem_cgroup_online(memcg))
551                 return 0;
552
553         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
554                 return 0;
555
556         map = rcu_dereference_protected(memcg->nodeinfo[nid]->shrinker_map,
557                                         true);
558         if (unlikely(!map))
559                 goto unlock;
560
561         for_each_set_bit(i, map->map, shrinker_nr_max) {
562                 struct shrink_control sc = {
563                         .gfp_mask = gfp_mask,
564                         .nid = nid,
565                         .memcg = memcg,
566                 };
567                 struct shrinker *shrinker;
568
569                 shrinker = idr_find(&shrinker_idr, i);
570                 if (unlikely(!shrinker || shrinker == SHRINKER_REGISTERING)) {
571                         if (!shrinker)
572                                 clear_bit(i, map->map);
573                         continue;
574                 }
575
576                 /* Call non-slab shrinkers even though kmem is disabled */
577                 if (!memcg_kmem_enabled() &&
578                     !(shrinker->flags & SHRINKER_NONSLAB))
579                         continue;
580
581                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
582                 if (ret == SHRINK_EMPTY) {
583                         clear_bit(i, map->map);
584                         /*
585                          * After the shrinker reported that it had no objects to
586                          * free, but before we cleared the corresponding bit in
587                          * the memcg shrinker map, a new object might have been
588                          * added. To make sure, we have the bit set in this
589                          * case, we invoke the shrinker one more time and reset
590                          * the bit if it reports that it is not empty anymore.
591                          * The memory barrier here pairs with the barrier in
592                          * memcg_set_shrinker_bit():
593                          *
594                          * list_lru_add()     shrink_slab_memcg()
595                          *   list_add_tail()    clear_bit()
596                          *   <MB>               <MB>
597                          *   set_bit()          do_shrink_slab()
598                          */
599                         smp_mb__after_atomic();
600                         ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
601                         if (ret == SHRINK_EMPTY)
602                                 ret = 0;
603                         else
604                                 memcg_set_shrinker_bit(memcg, nid, i);
605                 }
606                 freed += ret;
607
608                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
609                         freed = freed ? : 1;
610                         break;
611                 }
612         }
613 unlock:
614         up_read(&shrinker_rwsem);
615         return freed;
616 }
617 #else /* CONFIG_MEMCG */
618 static unsigned long shrink_slab_memcg(gfp_t gfp_mask, int nid,
619                         struct mem_cgroup *memcg, int priority)
620 {
621         return 0;
622 }
623 #endif /* CONFIG_MEMCG */
624
625 /**
626  * shrink_slab - shrink slab caches
627  * @gfp_mask: allocation context
628  * @nid: node whose slab caches to target
629  * @memcg: memory cgroup whose slab caches to target
630  * @priority: the reclaim priority
631  *
632  * Call the shrink functions to age shrinkable caches.
633  *
634  * @nid is passed along to shrinkers with SHRINKER_NUMA_AWARE set,
635  * unaware shrinkers will receive a node id of 0 instead.
636  *
637  * @memcg specifies the memory cgroup to target. Unaware shrinkers
638  * are called only if it is the root cgroup.
639  *
640  * @priority is sc->priority, we take the number of objects and >> by priority
641  * in order to get the scan target.
642  *
643  * Returns the number of reclaimed slab objects.
644  */
645 static unsigned long shrink_slab(gfp_t gfp_mask, int nid,
646                                  struct mem_cgroup *memcg,
647                                  int priority)
648 {
649         unsigned long ret, freed = 0;
650         struct shrinker *shrinker;
651
652         /*
653          * The root memcg might be allocated even though memcg is disabled
654          * via "cgroup_disable=memory" boot parameter.  This could make
655          * mem_cgroup_is_root() return false, then just run memcg slab
656          * shrink, but skip global shrink.  This may result in premature
657          * oom.
658          */
659         if (!mem_cgroup_disabled() && !mem_cgroup_is_root(memcg))
660                 return shrink_slab_memcg(gfp_mask, nid, memcg, priority);
661
662         if (!down_read_trylock(&shrinker_rwsem))
663                 goto out;
664
665         list_for_each_entry(shrinker, &shrinker_list, list) {
666                 struct shrink_control sc = {
667                         .gfp_mask = gfp_mask,
668                         .nid = nid,
669                         .memcg = memcg,
670                 };
671
672                 ret = do_shrink_slab(&sc, shrinker, priority);
673                 if (ret == SHRINK_EMPTY)
674                         ret = 0;
675                 freed += ret;
676                 /*
677                  * Bail out if someone want to register a new shrinker to
678                  * prevent the registration from being stalled for long periods
679                  * by parallel ongoing shrinking.
680                  */
681                 if (rwsem_is_contended(&shrinker_rwsem)) {
682                         freed = freed ? : 1;
683                         break;
684                 }
685         }
686
687         up_read(&shrinker_rwsem);
688 out:
689         cond_resched();
690         return freed;
691 }
692
693 void drop_slab_node(int nid)
694 {
695         unsigned long freed;
696
697         do {
698                 struct mem_cgroup *memcg = NULL;
699
700                 if (fatal_signal_pending(current))
701                         return;
702
703                 freed = 0;
704                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
705                 do {
706                         freed += shrink_slab(GFP_KERNEL, nid, memcg, 0);
707                 } while ((memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL)) != NULL);
708         } while (freed > 10);
709 }
710
711 void drop_slab(void)
712 {
713         int nid;
714
715         for_each_online_node(nid)
716                 drop_slab_node(nid);
717 }
718
719 static inline int is_page_cache_freeable(struct page *page)
720 {
721         /*
722          * A freeable page cache page is referenced only by the caller
723          * that isolated the page, the page cache and optional buffer
724          * heads at page->private.
725          */
726         int page_cache_pins = thp_nr_pages(page);
727         return page_count(page) - page_has_private(page) == 1 + page_cache_pins;
728 }
729
730 static int may_write_to_inode(struct inode *inode)
731 {
732         if (current->flags & PF_SWAPWRITE)
733                 return 1;
734         if (!inode_write_congested(inode))
735                 return 1;
736         if (inode_to_bdi(inode) == current->backing_dev_info)
737                 return 1;
738         return 0;
739 }
740
741 /*
742  * We detected a synchronous write error writing a page out.  Probably
743  * -ENOSPC.  We need to propagate that into the address_space for a subsequent
744  * fsync(), msync() or close().
745  *
746  * The tricky part is that after writepage we cannot touch the mapping: nothing
747  * prevents it from being freed up.  But we have a ref on the page and once
748  * that page is locked, the mapping is pinned.
749  *
750  * We're allowed to run sleeping lock_page() here because we know the caller has
751  * __GFP_FS.
752  */
753 static void handle_write_error(struct address_space *mapping,
754                                 struct page *page, int error)
755 {
756         lock_page(page);
757         if (page_mapping(page) == mapping)
758                 mapping_set_error(mapping, error);
759         unlock_page(page);
760 }
761
762 /* possible outcome of pageout() */
763 typedef enum {
764         /* failed to write page out, page is locked */
765         PAGE_KEEP,
766         /* move page to the active list, page is locked */
767         PAGE_ACTIVATE,
768         /* page has been sent to the disk successfully, page is unlocked */
769         PAGE_SUCCESS,
770         /* page is clean and locked */
771         PAGE_CLEAN,
772 } pageout_t;
773
774 /*
775  * pageout is called by shrink_page_list() for each dirty page.
776  * Calls ->writepage().
777  */
778 static pageout_t pageout(struct page *page, struct address_space *mapping)
779 {
780         /*
781          * If the page is dirty, only perform writeback if that write
782          * will be non-blocking.  To prevent this allocation from being
783          * stalled by pagecache activity.  But note that there may be
784          * stalls if we need to run get_block().  We could test
785          * PagePrivate for that.
786          *
787          * If this process is currently in __generic_file_write_iter() against
788          * this page's queue, we can perform writeback even if that
789          * will block.
790          *
791          * If the page is swapcache, write it back even if that would
792          * block, for some throttling. This happens by accident, because
793          * swap_backing_dev_info is bust: it doesn't reflect the
794          * congestion state of the swapdevs.  Easy to fix, if needed.
795          */
796         if (!is_page_cache_freeable(page))
797                 return PAGE_KEEP;
798         if (!mapping) {
799                 /*
800                  * Some data journaling orphaned pages can have
801                  * page->mapping == NULL while being dirty with clean buffers.
802                  */
803                 if (page_has_private(page)) {
804                         if (try_to_free_buffers(page)) {
805                                 ClearPageDirty(page);
806                                 pr_info("%s: orphaned page\n", __func__);
807                                 return PAGE_CLEAN;
808                         }
809                 }
810                 return PAGE_KEEP;
811         }
812         if (mapping->a_ops->writepage == NULL)
813                 return PAGE_ACTIVATE;
814         if (!may_write_to_inode(mapping->host))
815                 return PAGE_KEEP;
816
817         if (clear_page_dirty_for_io(page)) {
818                 int res;
819                 struct writeback_control wbc = {
820                         .sync_mode = WB_SYNC_NONE,
821                         .nr_to_write = SWAP_CLUSTER_MAX,
822                         .range_start = 0,
823                         .range_end = LLONG_MAX,
824                         .for_reclaim = 1,
825                 };
826
827                 SetPageReclaim(page);
828                 res = mapping->a_ops->writepage(page, &wbc);
829                 if (res < 0)
830                         handle_write_error(mapping, page, res);
831                 if (res == AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE) {
832                         ClearPageReclaim(page);
833                         return PAGE_ACTIVATE;
834                 }
835
836                 if (!PageWriteback(page)) {
837                         /* synchronous write or broken a_ops? */
838                         ClearPageReclaim(page);
839                 }
840                 trace_mm_vmscan_writepage(page);
841                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_WRITE);
842                 return PAGE_SUCCESS;
843         }
844
845         return PAGE_CLEAN;
846 }
847
848 /*
849  * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it
850  * gets returned with a refcount of 0.
851  */
852 static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page,
853                             bool reclaimed, struct mem_cgroup *target_memcg)
854 {
855         unsigned long flags;
856         int refcount;
857         void *shadow = NULL;
858
859         BUG_ON(!PageLocked(page));
860         BUG_ON(mapping != page_mapping(page));
861
862         xa_lock_irqsave(&mapping->i_pages, flags);
863         /*
864          * The non racy check for a busy page.
865          *
866          * Must be careful with the order of the tests. When someone has
867          * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then
868          * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count
869          * here, then the following race may occur:
870          *
871          * get_user_pages(&page);
872          * [user mapping goes away]
873          * write_to(page);
874          *                              !PageDirty(page)    [good]
875          * SetPageDirty(page);
876          * put_page(page);
877          *                              !page_count(page)   [good, discard it]
878          *
879          * [oops, our write_to data is lost]
880          *
881          * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot
882          * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags
883          * load is not satisfied before that of page->_refcount.
884          *
885          * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty,
886          * and thus under the i_pages lock, then this ordering is not required.
887          */
888         refcount = 1 + compound_nr(page);
889         if (!page_ref_freeze(page, refcount))
890                 goto cannot_free;
891         /* note: atomic_cmpxchg in page_ref_freeze provides the smp_rmb */
892         if (unlikely(PageDirty(page))) {
893                 page_ref_unfreeze(page, refcount);
894                 goto cannot_free;
895         }
896
897         if (PageSwapCache(page)) {
898                 swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) };
899                 mem_cgroup_swapout(page, swap);
900                 if (reclaimed && !mapping_exiting(mapping))
901                         shadow = workingset_eviction(page, target_memcg);
902                 __delete_from_swap_cache(page, swap, shadow);
903                 xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
904                 put_swap_page(page, swap);
905         } else {
906                 void (*freepage)(struct page *);
907
908                 freepage = mapping->a_ops->freepage;
909                 /*
910                  * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in
911                  * order to detect refaults, thus thrashing, later on.
912                  *
913                  * But don't store shadows in an address space that is
914                  * already exiting.  This is not just an optimization,
915                  * inode reclaim needs to empty out the radix tree or
916                  * the nodes are lost.  Don't plant shadows behind its
917                  * back.
918                  *
919                  * We also don't store shadows for DAX mappings because the
920                  * only page cache pages found in these are zero pages
921                  * covering holes, and because we don't want to mix DAX
922                  * exceptional entries and shadow exceptional entries in the
923                  * same address_space.
924                  */
925                 if (reclaimed && page_is_file_lru(page) &&
926                     !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping))
927                         shadow = workingset_eviction(page, target_memcg);
928                 __delete_from_page_cache(page, shadow);
929                 xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
930
931                 if (freepage != NULL)
932                         freepage(page);
933         }
934
935         return 1;
936
937 cannot_free:
938         xa_unlock_irqrestore(&mapping->i_pages, flags);
939         return 0;
940 }
941
942 /*
943  * Attempt to detach a locked page from its ->mapping.  If it is dirty or if
944  * someone else has a ref on the page, abort and return 0.  If it was
945  * successfully detached, return 1.  Assumes the caller has a single ref on
946  * this page.
947  */
948 int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page)
949 {
950         if (__remove_mapping(mapping, page, false, NULL)) {
951                 /*
952                  * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively
953                  * drops the pagecache ref for us without requiring another
954                  * atomic operation.
955                  */
956                 page_ref_unfreeze(page, 1);
957                 return 1;
958         }
959         return 0;
960 }
961
962 /**
963  * putback_lru_page - put previously isolated page onto appropriate LRU list
964  * @page: page to be put back to appropriate lru list
965  *
966  * Add previously isolated @page to appropriate LRU list.
967  * Page may still be unevictable for other reasons.
968  *
969  * lru_lock must not be held, interrupts must be enabled.
970  */
971 void putback_lru_page(struct page *page)
972 {
973         lru_cache_add(page);
974         put_page(page);         /* drop ref from isolate */
975 }
976
977 enum page_references {
978         PAGEREF_RECLAIM,
979         PAGEREF_RECLAIM_CLEAN,
980         PAGEREF_KEEP,
981         PAGEREF_ACTIVATE,
982 };
983
984 static enum page_references page_check_references(struct page *page,
985                                                   struct scan_control *sc)
986 {
987         int referenced_ptes, referenced_page;
988         unsigned long vm_flags;
989
990         referenced_ptes = page_referenced(page, 1, sc->target_mem_cgroup,
991                                           &vm_flags);
992         referenced_page = TestClearPageReferenced(page);
993
994         /*
995          * Mlock lost the isolation race with us.  Let try_to_unmap()
996          * move the page to the unevictable list.
997          */
998         if (vm_flags & VM_LOCKED)
999                 return PAGEREF_RECLAIM;
1000
1001         if (referenced_ptes) {
1002                 /*
1003                  * All mapped pages start out with page table
1004                  * references from the instantiating fault, so we need
1005                  * to look twice if a mapped file page is used more
1006                  * than once.
1007                  *
1008                  * Mark it and spare it for another trip around the
1009                  * inactive list.  Another page table reference will
1010                  * lead to its activation.
1011                  *
1012                  * Note: the mark is set for activated pages as well
1013                  * so that recently deactivated but used pages are
1014                  * quickly recovered.
1015                  */
1016                 SetPageReferenced(page);
1017
1018                 if (referenced_page || referenced_ptes > 1)
1019                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1020
1021                 /*
1022                  * Activate file-backed executable pages after first usage.
1023                  */
1024                 if ((vm_flags & VM_EXEC) && !PageSwapBacked(page))
1025                         return PAGEREF_ACTIVATE;
1026
1027                 return PAGEREF_KEEP;
1028         }
1029
1030         /* Reclaim if clean, defer dirty pages to writeback */
1031         if (referenced_page && !PageSwapBacked(page))
1032                 return PAGEREF_RECLAIM_CLEAN;
1033
1034         return PAGEREF_RECLAIM;
1035 }
1036
1037 /* Check if a page is dirty or under writeback */
1038 static void page_check_dirty_writeback(struct page *page,
1039                                        bool *dirty, bool *writeback)
1040 {
1041         struct address_space *mapping;
1042
1043         /*
1044          * Anonymous pages are not handled by flushers and must be written
1045          * from reclaim context. Do not stall reclaim based on them
1046          */
1047         if (!page_is_file_lru(page) ||
1048             (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page))) {
1049                 *dirty = false;
1050                 *writeback = false;
1051                 return;
1052         }
1053
1054         /* By default assume that the page flags are accurate */
1055         *dirty = PageDirty(page);
1056         *writeback = PageWriteback(page);
1057
1058         /* Verify dirty/writeback state if the filesystem supports it */
1059         if (!page_has_private(page))
1060                 return;
1061
1062         mapping = page_mapping(page);
1063         if (mapping && mapping->a_ops->is_dirty_writeback)
1064                 mapping->a_ops->is_dirty_writeback(page, dirty, writeback);
1065 }
1066
1067 /*
1068  * shrink_page_list() returns the number of reclaimed pages
1069  */
1070 static unsigned int shrink_page_list(struct list_head *page_list,
1071                                      struct pglist_data *pgdat,
1072                                      struct scan_control *sc,
1073                                      struct reclaim_stat *stat,
1074                                      bool ignore_references)
1075 {
1076         LIST_HEAD(ret_pages);
1077         LIST_HEAD(free_pages);
1078         unsigned int nr_reclaimed = 0;
1079         unsigned int pgactivate = 0;
1080
1081         memset(stat, 0, sizeof(*stat));
1082         cond_resched();
1083
1084         while (!list_empty(page_list)) {
1085                 struct address_space *mapping;
1086                 struct page *page;
1087                 enum page_references references = PAGEREF_RECLAIM;
1088                 bool dirty, writeback, may_enter_fs;
1089                 unsigned int nr_pages;
1090
1091                 cond_resched();
1092
1093                 page = lru_to_page(page_list);
1094                 list_del(&page->lru);
1095
1096                 if (!trylock_page(page))
1097                         goto keep;
1098
1099                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1100
1101                 nr_pages = compound_nr(page);
1102
1103                 /* Account the number of base pages even though THP */
1104                 sc->nr_scanned += nr_pages;
1105
1106                 if (unlikely(!page_evictable(page)))
1107                         goto activate_locked;
1108
1109                 if (!sc->may_unmap && page_mapped(page))
1110                         goto keep_locked;
1111
1112                 may_enter_fs = (sc->gfp_mask & __GFP_FS) ||
1113                         (PageSwapCache(page) && (sc->gfp_mask & __GFP_IO));
1114
1115                 /*
1116                  * The number of dirty pages determines if a node is marked
1117                  * reclaim_congested which affects wait_iff_congested. kswapd
1118                  * will stall and start writing pages if the tail of the LRU
1119                  * is all dirty unqueued pages.
1120                  */
1121                 page_check_dirty_writeback(page, &dirty, &writeback);
1122                 if (dirty || writeback)
1123                         stat->nr_dirty++;
1124
1125                 if (dirty && !writeback)
1126                         stat->nr_unqueued_dirty++;
1127
1128                 /*
1129                  * Treat this page as congested if the underlying BDI is or if
1130                  * pages are cycling through the LRU so quickly that the
1131                  * pages marked for immediate reclaim are making it to the
1132                  * end of the LRU a second time.
1133                  */
1134                 mapping = page_mapping(page);
1135                 if (((dirty || writeback) && mapping &&
1136                      inode_write_congested(mapping->host)) ||
1137                     (writeback && PageReclaim(page)))
1138                         stat->nr_congested++;
1139
1140                 /*
1141                  * If a page at the tail of the LRU is under writeback, there
1142                  * are three cases to consider.
1143                  *
1144                  * 1) If reclaim is encountering an excessive number of pages
1145                  *    under writeback and this page is both under writeback and
1146                  *    PageReclaim then it indicates that pages are being queued
1147                  *    for IO but are being recycled through the LRU before the
1148                  *    IO can complete. Waiting on the page itself risks an
1149                  *    indefinite stall if it is impossible to writeback the
1150                  *    page due to IO error or disconnected storage so instead
1151                  *    note that the LRU is being scanned too quickly and the
1152                  *    caller can stall after page list has been processed.
1153                  *
1154                  * 2) Global or new memcg reclaim encounters a page that is
1155                  *    not marked for immediate reclaim, or the caller does not
1156                  *    have __GFP_FS (or __GFP_IO if it's simply going to swap,
1157                  *    not to fs). In this case mark the page for immediate
1158                  *    reclaim and continue scanning.
1159                  *
1160                  *    Require may_enter_fs because we would wait on fs, which
1161                  *    may not have submitted IO yet. And the loop driver might
1162                  *    enter reclaim, and deadlock if it waits on a page for
1163                  *    which it is needed to do the write (loop masks off
1164                  *    __GFP_IO|__GFP_FS for this reason); but more thought
1165                  *    would probably show more reasons.
1166                  *
1167                  * 3) Legacy memcg encounters a page that is already marked
1168                  *    PageReclaim. memcg does not have any dirty pages
1169                  *    throttling so we could easily OOM just because too many
1170                  *    pages are in writeback and there is nothing else to
1171                  *    reclaim. Wait for the writeback to complete.
1172                  *
1173                  * In cases 1) and 2) we activate the pages to get them out of
1174                  * the way while we continue scanning for clean pages on the
1175                  * inactive list and refilling from the active list. The
1176                  * observation here is that waiting for disk writes is more
1177                  * expensive than potentially causing reloads down the line.
1178                  * Since they're marked for immediate reclaim, they won't put
1179                  * memory pressure on the cache working set any longer than it
1180                  * takes to write them to disk.
1181                  */
1182                 if (PageWriteback(page)) {
1183                         /* Case 1 above */
1184                         if (current_is_kswapd() &&
1185                             PageReclaim(page) &&
1186                             test_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags)) {
1187                                 stat->nr_immediate++;
1188                                 goto activate_locked;
1189
1190                         /* Case 2 above */
1191                         } else if (writeback_throttling_sane(sc) ||
1192                             !PageReclaim(page) || !may_enter_fs) {
1193                                 /*
1194                                  * This is slightly racy - end_page_writeback()
1195                                  * might have just cleared PageReclaim, then
1196                                  * setting PageReclaim here end up interpreted
1197                                  * as PageReadahead - but that does not matter
1198                                  * enough to care.  What we do want is for this
1199                                  * page to have PageReclaim set next time memcg
1200                                  * reclaim reaches the tests above, so it will
1201                                  * then wait_on_page_writeback() to avoid OOM;
1202                                  * and it's also appropriate in global reclaim.
1203                                  */
1204                                 SetPageReclaim(page);
1205                                 stat->nr_writeback++;
1206                                 goto activate_locked;
1207
1208                         /* Case 3 above */
1209                         } else {
1210                                 unlock_page(page);
1211                                 wait_on_page_writeback(page);
1212                                 /* then go back and try same page again */
1213                                 list_add_tail(&page->lru, page_list);
1214                                 continue;
1215                         }
1216                 }
1217
1218                 if (!ignore_references)
1219                         references = page_check_references(page, sc);
1220
1221                 switch (references) {
1222                 case PAGEREF_ACTIVATE:
1223                         goto activate_locked;
1224                 case PAGEREF_KEEP:
1225                         stat->nr_ref_keep += nr_pages;
1226                         goto keep_locked;
1227                 case PAGEREF_RECLAIM:
1228                 case PAGEREF_RECLAIM_CLEAN:
1229                         ; /* try to reclaim the page below */
1230                 }
1231
1232                 /*
1233                  * Anonymous process memory has backing store?
1234                  * Try to allocate it some swap space here.
1235                  * Lazyfree page could be freed directly
1236                  */
1237                 if (PageAnon(page) && PageSwapBacked(page)) {
1238                         if (!PageSwapCache(page)) {
1239                                 if (!(sc->gfp_mask & __GFP_IO))
1240                                         goto keep_locked;
1241                                 if (page_maybe_dma_pinned(page))
1242                                         goto keep_locked;
1243                                 if (PageTransHuge(page)) {
1244                                         /* cannot split THP, skip it */
1245                                         if (!can_split_huge_page(page, NULL))
1246                                                 goto activate_locked;
1247                                         /*
1248                                          * Split pages without a PMD map right
1249                                          * away. Chances are some or all of the
1250                                          * tail pages can be freed without IO.
1251                                          */
1252                                         if (!compound_mapcount(page) &&
1253                                             split_huge_page_to_list(page,
1254                                                                     page_list))
1255                                                 goto activate_locked;
1256                                 }
1257                                 if (!add_to_swap(page)) {
1258                                         if (!PageTransHuge(page))
1259                                                 goto activate_locked_split;
1260                                         /* Fallback to swap normal pages */
1261                                         if (split_huge_page_to_list(page,
1262                                                                     page_list))
1263                                                 goto activate_locked;
1264 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1265                                         count_vm_event(THP_SWPOUT_FALLBACK);
1266 #endif
1267                                         if (!add_to_swap(page))
1268                                                 goto activate_locked_split;
1269                                 }
1270
1271                                 may_enter_fs = true;
1272
1273                                 /* Adding to swap updated mapping */
1274                                 mapping = page_mapping(page);
1275                         }
1276                 } else if (unlikely(PageTransHuge(page))) {
1277                         /* Split file THP */
1278                         if (split_huge_page_to_list(page, page_list))
1279                                 goto keep_locked;
1280                 }
1281
1282                 /*
1283                  * THP may get split above, need minus tail pages and update
1284                  * nr_pages to avoid accounting tail pages twice.
1285                  *
1286                  * The tail pages that are added into swap cache successfully
1287                  * reach here.
1288                  */
1289                 if ((nr_pages > 1) && !PageTransHuge(page)) {
1290                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1291                         nr_pages = 1;
1292                 }
1293
1294                 /*
1295                  * The page is mapped into the page tables of one or more
1296                  * processes. Try to unmap it here.
1297                  */
1298                 if (page_mapped(page)) {
1299                         enum ttu_flags flags = TTU_BATCH_FLUSH;
1300                         bool was_swapbacked = PageSwapBacked(page);
1301
1302                         if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1303                                 flags |= TTU_SPLIT_HUGE_PMD;
1304
1305                         if (!try_to_unmap(page, flags)) {
1306                                 stat->nr_unmap_fail += nr_pages;
1307                                 if (!was_swapbacked && PageSwapBacked(page))
1308                                         stat->nr_lazyfree_fail += nr_pages;
1309                                 goto activate_locked;
1310                         }
1311                 }
1312
1313                 if (PageDirty(page)) {
1314                         /*
1315                          * Only kswapd can writeback filesystem pages
1316                          * to avoid risk of stack overflow. But avoid
1317                          * injecting inefficient single-page IO into
1318                          * flusher writeback as much as possible: only
1319                          * write pages when we've encountered many
1320                          * dirty pages, and when we've already scanned
1321                          * the rest of the LRU for clean pages and see
1322                          * the same dirty pages again (PageReclaim).
1323                          */
1324                         if (page_is_file_lru(page) &&
1325                             (!current_is_kswapd() || !PageReclaim(page) ||
1326                              !test_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags))) {
1327                                 /*
1328                                  * Immediately reclaim when written back.
1329                                  * Similar in principal to deactivate_page()
1330                                  * except we already have the page isolated
1331                                  * and know it's dirty
1332                                  */
1333                                 inc_node_page_state(page, NR_VMSCAN_IMMEDIATE);
1334                                 SetPageReclaim(page);
1335
1336                                 goto activate_locked;
1337                         }
1338
1339                         if (references == PAGEREF_RECLAIM_CLEAN)
1340                                 goto keep_locked;
1341                         if (!may_enter_fs)
1342                                 goto keep_locked;
1343                         if (!sc->may_writepage)
1344                                 goto keep_locked;
1345
1346                         /*
1347                          * Page is dirty. Flush the TLB if a writable entry
1348                          * potentially exists to avoid CPU writes after IO
1349                          * starts and then write it out here.
1350                          */
1351                         try_to_unmap_flush_dirty();
1352                         switch (pageout(page, mapping)) {
1353                         case PAGE_KEEP:
1354                                 goto keep_locked;
1355                         case PAGE_ACTIVATE:
1356                                 goto activate_locked;
1357                         case PAGE_SUCCESS:
1358                                 stat->nr_pageout += thp_nr_pages(page);
1359
1360                                 if (PageWriteback(page))
1361                                         goto keep;
1362                                 if (PageDirty(page))
1363                                         goto keep;
1364
1365                                 /*
1366                                  * A synchronous write - probably a ramdisk.  Go
1367                                  * ahead and try to reclaim the page.
1368                                  */
1369                                 if (!trylock_page(page))
1370                                         goto keep;
1371                                 if (PageDirty(page) || PageWriteback(page))
1372                                         goto keep_locked;
1373                                 mapping = page_mapping(page);
1374                                 fallthrough;
1375                         case PAGE_CLEAN:
1376                                 ; /* try to free the page below */
1377                         }
1378                 }
1379
1380                 /*
1381                  * If the page has buffers, try to free the buffer mappings
1382                  * associated with this page. If we succeed we try to free
1383                  * the page as well.
1384                  *
1385                  * We do this even if the page is PageDirty().
1386                  * try_to_release_page() does not perform I/O, but it is
1387                  * possible for a page to have PageDirty set, but it is actually
1388                  * clean (all its buffers are clean).  This happens if the
1389                  * buffers were written out directly, with submit_bh(). ext3
1390                  * will do this, as well as the blockdev mapping.
1391                  * try_to_release_page() will discover that cleanness and will
1392                  * drop the buffers and mark the page clean - it can be freed.
1393                  *
1394                  * Rarely, pages can have buffers and no ->mapping.  These are
1395                  * the pages which were not successfully invalidated in
1396                  * truncate_cleanup_page().  We try to drop those buffers here
1397                  * and if that worked, and the page is no longer mapped into
1398                  * process address space (page_count == 1) it can be freed.
1399                  * Otherwise, leave the page on the LRU so it is swappable.
1400                  */
1401                 if (page_has_private(page)) {
1402                         if (!try_to_release_page(page, sc->gfp_mask))
1403                                 goto activate_locked;
1404                         if (!mapping && page_count(page) == 1) {
1405                                 unlock_page(page);
1406                                 if (put_page_testzero(page))
1407                                         goto free_it;
1408                                 else {
1409                                         /*
1410                                          * rare race with speculative reference.
1411                                          * the speculative reference will free
1412                                          * this page shortly, so we may
1413                                          * increment nr_reclaimed here (and
1414                                          * leave it off the LRU).
1415                                          */
1416                                         nr_reclaimed++;
1417                                         continue;
1418                                 }
1419                         }
1420                 }
1421
1422                 if (PageAnon(page) && !PageSwapBacked(page)) {
1423                         /* follow __remove_mapping for reference */
1424                         if (!page_ref_freeze(page, 1))
1425                                 goto keep_locked;
1426                         if (PageDirty(page)) {
1427                                 page_ref_unfreeze(page, 1);
1428                                 goto keep_locked;
1429                         }
1430
1431                         count_vm_event(PGLAZYFREED);
1432                         count_memcg_page_event(page, PGLAZYFREED);
1433                 } else if (!mapping || !__remove_mapping(mapping, page, true,
1434                                                          sc->target_mem_cgroup))
1435                         goto keep_locked;
1436
1437                 unlock_page(page);
1438 free_it:
1439                 /*
1440                  * THP may get swapped out in a whole, need account
1441                  * all base pages.
1442                  */
1443                 nr_reclaimed += nr_pages;
1444
1445                 /*
1446                  * Is there need to periodically free_page_list? It would
1447                  * appear not as the counts should be low
1448                  */
1449                 if (unlikely(PageTransHuge(page)))
1450                         destroy_compound_page(page);
1451                 else
1452                         list_add(&page->lru, &free_pages);
1453                 continue;
1454
1455 activate_locked_split:
1456                 /*
1457                  * The tail pages that are failed to add into swap cache
1458                  * reach here.  Fixup nr_scanned and nr_pages.
1459                  */
1460                 if (nr_pages > 1) {
1461                         sc->nr_scanned -= (nr_pages - 1);
1462                         nr_pages = 1;
1463                 }
1464 activate_locked:
1465                 /* Not a candidate for swapping, so reclaim swap space. */
1466                 if (PageSwapCache(page) && (mem_cgroup_swap_full(page) ||
1467                                                 PageMlocked(page)))
1468                         try_to_free_swap(page);
1469                 VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
1470                 if (!PageMlocked(page)) {
1471                         int type = page_is_file_lru(page);
1472                         SetPageActive(page);
1473                         stat->nr_activate[type] += nr_pages;
1474                         count_memcg_page_event(page, PGACTIVATE);
1475                 }
1476 keep_locked:
1477                 unlock_page(page);
1478 keep:
1479                 list_add(&page->lru, &ret_pages);
1480                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page) || PageUnevictable(page), page);
1481         }
1482
1483         pgactivate = stat->nr_activate[0] + stat->nr_activate[1];
1484
1485         mem_cgroup_uncharge_list(&free_pages);
1486         try_to_unmap_flush();
1487         free_unref_page_list(&free_pages);
1488
1489         list_splice(&ret_pages, page_list);
1490         count_vm_events(PGACTIVATE, pgactivate);
1491
1492         return nr_reclaimed;
1493 }
1494
1495 unsigned int reclaim_clean_pages_from_list(struct zone *zone,
1496                                             struct list_head *page_list)
1497 {
1498         struct scan_control sc = {
1499                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
1500                 .priority = DEF_PRIORITY,
1501                 .may_unmap = 1,
1502         };
1503         struct reclaim_stat stat;
1504         unsigned int nr_reclaimed;
1505         struct page *page, *next;
1506         LIST_HEAD(clean_pages);
1507
1508         list_for_each_entry_safe(page, next, page_list, lru) {
1509                 if (page_is_file_lru(page) && !PageDirty(page) &&
1510                     !__PageMovable(page) && !PageUnevictable(page)) {
1511                         ClearPageActive(page);
1512                         list_move(&page->lru, &clean_pages);
1513                 }
1514         }
1515
1516         nr_reclaimed = shrink_page_list(&clean_pages, zone->zone_pgdat, &sc,
1517                                         &stat, true);
1518         list_splice(&clean_pages, page_list);
1519         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
1520                             -(long)nr_reclaimed);
1521         /*
1522          * Since lazyfree pages are isolated from file LRU from the beginning,
1523          * they will rotate back to anonymous LRU in the end if it failed to
1524          * discard so isolated count will be mismatched.
1525          * Compensate the isolated count for both LRU lists.
1526          */
1527         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_ANON,
1528                             stat.nr_lazyfree_fail);
1529         mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_ISOLATED_FILE,
1530                             -(long)stat.nr_lazyfree_fail);
1531         return nr_reclaimed;
1532 }
1533
1534 /*
1535  * Attempt to remove the specified page from its LRU.  Only take this page
1536  * if it is of the appropriate PageActive status.  Pages which are being
1537  * freed elsewhere are also ignored.
1538  *
1539  * page:        page to consider
1540  * mode:        one of the LRU isolation modes defined above
1541  *
1542  * returns 0 on success, -ve errno on failure.
1543  */
1544 int __isolate_lru_page_prepare(struct page *page, isolate_mode_t mode)
1545 {
1546         int ret = -EBUSY;
1547
1548         /* Only take pages on the LRU. */
1549         if (!PageLRU(page))
1550                 return ret;
1551
1552         /* Compaction should not handle unevictable pages but CMA can do so */
1553         if (PageUnevictable(page) && !(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE))
1554                 return ret;
1555
1556         /*
1557          * To minimise LRU disruption, the caller can indicate that it only
1558          * wants to isolate pages it will be able to operate on without
1559          * blocking - clean pages for the most part.
1560          *
1561          * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE is used to indicate that it only wants to pages
1562          * that it is possible to migrate without blocking
1563          */
1564         if (mode & ISOLATE_ASYNC_MIGRATE) {
1565                 /* All the caller can do on PageWriteback is block */
1566                 if (PageWriteback(page))
1567                         return ret;
1568
1569                 if (PageDirty(page)) {
1570                         struct address_space *mapping;
1571                         bool migrate_dirty;
1572
1573                         /*
1574                          * Only pages without mappings or that have a
1575                          * ->migratepage callback are possible to migrate
1576                          * without blocking. However, we can be racing with
1577                          * truncation so it's necessary to lock the page
1578                          * to stabilise the mapping as truncation holds
1579                          * the page lock until after the page is removed
1580                          * from the page cache.
1581                          */
1582                         if (!trylock_page(page))
1583                                 return ret;
1584
1585                         mapping = page_mapping(page);
1586                         migrate_dirty = !mapping || mapping->a_ops->migratepage;
1587                         unlock_page(page);
1588                         if (!migrate_dirty)
1589                                 return ret;
1590                 }
1591         }
1592
1593         if ((mode & ISOLATE_UNMAPPED) && page_mapped(page))
1594                 return ret;
1595
1596         return 0;
1597 }
1598
1599 /*
1600  * Update LRU sizes after isolating pages. The LRU size updates must
1601  * be complete before mem_cgroup_update_lru_size due to a sanity check.
1602  */
1603 static __always_inline void update_lru_sizes(struct lruvec *lruvec,
1604                         enum lru_list lru, unsigned long *nr_zone_taken)
1605 {
1606         int zid;
1607
1608         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1609                 if (!nr_zone_taken[zid])
1610                         continue;
1611
1612                 update_lru_size(lruvec, lru, zid, -nr_zone_taken[zid]);
1613         }
1614
1615 }
1616
1617 /**
1618  * Isolating page from the lruvec to fill in @dst list by nr_to_scan times.
1619  *
1620  * lruvec->lru_lock is heavily contended.  Some of the functions that
1621  * shrink the lists perform better by taking out a batch of pages
1622  * and working on them outside the LRU lock.
1623  *
1624  * For pagecache intensive workloads, this function is the hottest
1625  * spot in the kernel (apart from copy_*_user functions).
1626  *
1627  * Lru_lock must be held before calling this function.
1628  *
1629  * @nr_to_scan: The number of eligible pages to look through on the list.
1630  * @lruvec:     The LRU vector to pull pages from.
1631  * @dst:        The temp list to put pages on to.
1632  * @nr_scanned: The number of pages that were scanned.
1633  * @sc:         The scan_control struct for this reclaim session
1634  * @lru:        LRU list id for isolating
1635  *
1636  * returns how many pages were moved onto *@dst.
1637  */
1638 static unsigned long isolate_lru_pages(unsigned long nr_to_scan,
1639                 struct lruvec *lruvec, struct list_head *dst,
1640                 unsigned long *nr_scanned, struct scan_control *sc,
1641                 enum lru_list lru)
1642 {
1643         struct list_head *src = &lruvec->lists[lru];
1644         unsigned long nr_taken = 0;
1645         unsigned long nr_zone_taken[MAX_NR_ZONES] = { 0 };
1646         unsigned long nr_skipped[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
1647         unsigned long skipped = 0;
1648         unsigned long scan, total_scan, nr_pages;
1649         LIST_HEAD(pages_skipped);
1650         isolate_mode_t mode = (sc->may_unmap ? 0 : ISOLATE_UNMAPPED);
1651
1652         total_scan = 0;
1653         scan = 0;
1654         while (scan < nr_to_scan && !list_empty(src)) {
1655                 struct page *page;
1656
1657                 page = lru_to_page(src);
1658                 prefetchw_prev_lru_page(page, src, flags);
1659
1660                 nr_pages = compound_nr(page);
1661                 total_scan += nr_pages;
1662
1663                 if (page_zonenum(page) > sc->reclaim_idx) {
1664                         list_move(&page->lru, &pages_skipped);
1665                         nr_skipped[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1666                         continue;
1667                 }
1668
1669                 /*
1670                  * Do not count skipped pages because that makes the function
1671                  * return with no isolated pages if the LRU mostly contains
1672                  * ineligible pages.  This causes the VM to not reclaim any
1673                  * pages, triggering a premature OOM.
1674                  *
1675                  * Account all tail pages of THP.  This would not cause
1676                  * premature OOM since __isolate_lru_page() returns -EBUSY
1677                  * only when the page is being freed somewhere else.
1678                  */
1679                 scan += nr_pages;
1680                 switch (__isolate_lru_page_prepare(page, mode)) {
1681                 case 0:
1682                         /*
1683                          * Be careful not to clear PageLRU until after we're
1684                          * sure the page is not being freed elsewhere -- the
1685                          * page release code relies on it.
1686                          */
1687                         if (unlikely(!get_page_unless_zero(page)))
1688                                 goto busy;
1689
1690                         if (!TestClearPageLRU(page)) {
1691                                 /*
1692                                  * This page may in other isolation path,
1693                                  * but we still hold lru_lock.
1694                                  */
1695                                 put_page(page);
1696                                 goto busy;
1697                         }
1698
1699                         nr_taken += nr_pages;
1700                         nr_zone_taken[page_zonenum(page)] += nr_pages;
1701                         list_move(&page->lru, dst);
1702                         break;
1703
1704                 default:
1705 busy:
1706                         /* else it is being freed elsewhere */
1707                         list_move(&page->lru, src);
1708                 }
1709         }
1710
1711         /*
1712          * Splice any skipped pages to the start of the LRU list. Note that
1713          * this disrupts the LRU order when reclaiming for lower zones but
1714          * we cannot splice to the tail. If we did then the SWAP_CLUSTER_MAX
1715          * scanning would soon rescan the same pages to skip and put the
1716          * system at risk of premature OOM.
1717          */
1718         if (!list_empty(&pages_skipped)) {
1719                 int zid;
1720
1721                 list_splice(&pages_skipped, src);
1722                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1723                         if (!nr_skipped[zid])
1724                                 continue;
1725
1726                         __count_zid_vm_events(PGSCAN_SKIP, zid, nr_skipped[zid]);
1727                         skipped += nr_skipped[zid];
1728                 }
1729         }
1730         *nr_scanned = total_scan;
1731         trace_mm_vmscan_lru_isolate(sc->reclaim_idx, sc->order, nr_to_scan,
1732                                     total_scan, skipped, nr_taken, mode, lru);
1733         update_lru_sizes(lruvec, lru, nr_zone_taken);
1734         return nr_taken;
1735 }
1736
1737 /**
1738  * isolate_lru_page - tries to isolate a page from its LRU list
1739  * @page: page to isolate from its LRU list
1740  *
1741  * Isolates a @page from an LRU list, clears PageLRU and adjusts the
1742  * vmstat statistic corresponding to whatever LRU list the page was on.
1743  *
1744  * Returns 0 if the page was removed from an LRU list.
1745  * Returns -EBUSY if the page was not on an LRU list.
1746  *
1747  * The returned page will have PageLRU() cleared.  If it was found on
1748  * the active list, it will have PageActive set.  If it was found on
1749  * the unevictable list, it will have the PageUnevictable bit set. That flag
1750  * may need to be cleared by the caller before letting the page go.
1751  *
1752  * The vmstat statistic corresponding to the list on which the page was
1753  * found will be decremented.
1754  *
1755  * Restrictions:
1756  *
1757  * (1) Must be called with an elevated refcount on the page. This is a
1758  *     fundamental difference from isolate_lru_pages (which is called
1759  *     without a stable reference).
1760  * (2) the lru_lock must not be held.
1761  * (3) interrupts must be enabled.
1762  */
1763 int isolate_lru_page(struct page *page)
1764 {
1765         int ret = -EBUSY;
1766
1767         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1768         WARN_RATELIMIT(PageTail(page), "trying to isolate tail page");
1769
1770         if (TestClearPageLRU(page)) {
1771                 struct lruvec *lruvec;
1772
1773                 get_page(page);
1774                 lruvec = lock_page_lruvec_irq(page);
1775                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
1776                 unlock_page_lruvec_irq(lruvec);
1777                 ret = 0;
1778         }
1779
1780         return ret;
1781 }
1782
1783 /*
1784  * A direct reclaimer may isolate SWAP_CLUSTER_MAX pages from the LRU list and
1785  * then get rescheduled. When there are massive number of tasks doing page
1786  * allocation, such sleeping direct reclaimers may keep piling up on each CPU,
1787  * the LRU list will go small and be scanned faster than necessary, leading to
1788  * unnecessary swapping, thrashing and OOM.
1789  */
1790 static int too_many_isolated(struct pglist_data *pgdat, int file,
1791                 struct scan_control *sc)
1792 {
1793         unsigned long inactive, isolated;
1794
1795         if (current_is_kswapd())
1796                 return 0;
1797
1798         if (!writeback_throttling_sane(sc))
1799                 return 0;
1800
1801         if (file) {
1802                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
1803                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE);
1804         } else {
1805                 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
1806                 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);
1807         }
1808
1809         /*
1810          * GFP_NOIO/GFP_NOFS callers are allowed to isolate more pages, so they
1811          * won't get blocked by normal direct-reclaimers, forming a circular
1812          * deadlock.
1813          */
1814         if ((sc->gfp_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
1815                 inactive >>= 3;
1816
1817         return isolated > inactive;
1818 }
1819
1820 /*
1821  * move_pages_to_lru() moves pages from private @list to appropriate LRU list.
1822  * On return, @list is reused as a list of pages to be freed by the caller.
1823  *
1824  * Returns the number of pages moved to the given lruvec.
1825  */
1826 static unsigned noinline_for_stack move_pages_to_lru(struct lruvec *lruvec,
1827                                                      struct list_head *list)
1828 {
1829         int nr_pages, nr_moved = 0;
1830         LIST_HEAD(pages_to_free);
1831         struct page *page;
1832         enum lru_list lru;
1833
1834         while (!list_empty(list)) {
1835                 page = lru_to_page(list);
1836                 VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);
1837                 list_del(&page->lru);
1838                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
1839                         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
1840                         putback_lru_page(page);
1841                         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
1842                         continue;
1843                 }
1844
1845                 /*
1846                  * The SetPageLRU needs to be kept here for list integrity.
1847                  * Otherwise:
1848                  *   #0 move_pages_to_lru             #1 release_pages
1849                  *   if !put_page_testzero
1850                  *                                    if (put_page_testzero())
1851                  *                                      !PageLRU //skip lru_lock
1852                  *     SetPageLRU()
1853                  *     list_add(&page->lru,)
1854                  *                                        list_add(&page->lru,)
1855                  */
1856                 SetPageLRU(page);
1857
1858                 if (unlikely(put_page_testzero(page))) {
1859                         __ClearPageLRU(page);
1860                         __ClearPageActive(page);
1861
1862                         if (unlikely(PageCompound(page))) {
1863                                 spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
1864                                 destroy_compound_page(page);
1865                                 spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
1866                         } else
1867                                 list_add(&page->lru, &pages_to_free);
1868
1869                         continue;
1870                 }
1871
1872                 /*
1873                  * All pages were isolated from the same lruvec (and isolation
1874                  * inhibits memcg migration).
1875                  */
1876                 VM_BUG_ON_PAGE(!lruvec_holds_page_lru_lock(page, lruvec), page);
1877                 lru = page_lru(page);
1878                 nr_pages = thp_nr_pages(page);
1879
1880                 update_lru_size(lruvec, lru, page_zonenum(page), nr_pages);
1881                 list_add(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);
1882                 nr_moved += nr_pages;
1883                 if (PageActive(page))
1884                         workingset_age_nonresident(lruvec, nr_pages);
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(&lruvec->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(&lruvec->lru_lock);
1954
1955         if (nr_taken == 0)
1956                 return 0;
1957
1958         nr_reclaimed = shrink_page_list(&page_list, pgdat, sc, &stat, false);
1959
1960         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
1961         move_pages_to_lru(lruvec, &page_list);
1962
1963         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
1964         item = current_is_kswapd() ? PGSTEAL_KSWAPD : PGSTEAL_DIRECT;
1965         if (!cgroup_reclaim(sc))
1966                 __count_vm_events(item, nr_reclaimed);
1967         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), item, nr_reclaimed);
1968         __count_vm_events(PGSTEAL_ANON + file, nr_reclaimed);
1969         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
1970
1971         lru_note_cost(lruvec, file, stat.nr_pageout);
1972         mem_cgroup_uncharge_list(&page_list);
1973         free_unref_page_list(&page_list);
1974
1975         /*
1976          * If dirty pages are scanned that are not queued for IO, it
1977          * implies that flushers are not doing their job. This can
1978          * happen when memory pressure pushes dirty pages to the end of
1979          * the LRU before the dirty limits are breached and the dirty
1980          * data has expired. It can also happen when the proportion of
1981          * dirty pages grows not through writes but through memory
1982          * pressure reclaiming all the clean cache. And in some cases,
1983          * the flushers simply cannot keep up with the allocation
1984          * rate. Nudge the flusher threads in case they are asleep.
1985          */
1986         if (stat.nr_unqueued_dirty == nr_taken)
1987                 wakeup_flusher_threads(WB_REASON_VMSCAN);
1988
1989         sc->nr.dirty += stat.nr_dirty;
1990         sc->nr.congested += stat.nr_congested;
1991         sc->nr.unqueued_dirty += stat.nr_unqueued_dirty;
1992         sc->nr.writeback += stat.nr_writeback;
1993         sc->nr.immediate += stat.nr_immediate;
1994         sc->nr.taken += nr_taken;
1995         if (file)
1996                 sc->nr.file_taken += nr_taken;
1997
1998         trace_mm_vmscan_lru_shrink_inactive(pgdat->node_id,
1999                         nr_scanned, nr_reclaimed, &stat, sc->priority, file);
2000         return nr_reclaimed;
2001 }
2002
2003 /*
2004  * shrink_active_list() moves pages from the active LRU to the inactive LRU.
2005  *
2006  * We move them the other way if the page is referenced by one or more
2007  * processes.
2008  *
2009  * If the pages are mostly unmapped, the processing is fast and it is
2010  * appropriate to hold lru_lock across the whole operation.  But if
2011  * the pages are mapped, the processing is slow (page_referenced()), so
2012  * we should drop lru_lock around each page.  It's impossible to balance
2013  * this, so instead we remove the pages from the LRU while processing them.
2014  * It is safe to rely on PG_active against the non-LRU pages in here because
2015  * nobody will play with that bit on a non-LRU page.
2016  *
2017  * The downside is that we have to touch page->_refcount against each page.
2018  * But we had to alter page->flags anyway.
2019  */
2020 static void shrink_active_list(unsigned long nr_to_scan,
2021                                struct lruvec *lruvec,
2022                                struct scan_control *sc,
2023                                enum lru_list lru)
2024 {
2025         unsigned long nr_taken;
2026         unsigned long nr_scanned;
2027         unsigned long vm_flags;
2028         LIST_HEAD(l_hold);      /* The pages which were snipped off */
2029         LIST_HEAD(l_active);
2030         LIST_HEAD(l_inactive);
2031         struct page *page;
2032         unsigned nr_deactivate, nr_activate;
2033         unsigned nr_rotated = 0;
2034         int file = is_file_lru(lru);
2035         struct pglist_data *pgdat = lruvec_pgdat(lruvec);
2036
2037         lru_add_drain();
2038
2039         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2040
2041         nr_taken = isolate_lru_pages(nr_to_scan, lruvec, &l_hold,
2042                                      &nr_scanned, sc, lru);
2043
2044         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, nr_taken);
2045
2046         if (!cgroup_reclaim(sc))
2047                 __count_vm_events(PGREFILL, nr_scanned);
2048         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGREFILL, nr_scanned);
2049
2050         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2051
2052         while (!list_empty(&l_hold)) {
2053                 cond_resched();
2054                 page = lru_to_page(&l_hold);
2055                 list_del(&page->lru);
2056
2057                 if (unlikely(!page_evictable(page))) {
2058                         putback_lru_page(page);
2059                         continue;
2060                 }
2061
2062                 if (unlikely(buffer_heads_over_limit)) {
2063                         if (page_has_private(page) && trylock_page(page)) {
2064                                 if (page_has_private(page))
2065                                         try_to_release_page(page, 0);
2066                                 unlock_page(page);
2067                         }
2068                 }
2069
2070                 if (page_referenced(page, 0, sc->target_mem_cgroup,
2071                                     &vm_flags)) {
2072                         /*
2073                          * Identify referenced, file-backed active pages and
2074                          * give them one more trip around the active list. So
2075                          * that executable code get better chances to stay in
2076                          * memory under moderate memory pressure.  Anon pages
2077                          * are not likely to be evicted by use-once streaming
2078                          * IO, plus JVM can create lots of anon VM_EXEC pages,
2079                          * so we ignore them here.
2080                          */
2081                         if ((vm_flags & VM_EXEC) && page_is_file_lru(page)) {
2082                                 nr_rotated += thp_nr_pages(page);
2083                                 list_add(&page->lru, &l_active);
2084                                 continue;
2085                         }
2086                 }
2087
2088                 ClearPageActive(page);  /* we are de-activating */
2089                 SetPageWorkingset(page);
2090                 list_add(&page->lru, &l_inactive);
2091         }
2092
2093         /*
2094          * Move pages back to the lru list.
2095          */
2096         spin_lock_irq(&lruvec->lru_lock);
2097
2098         nr_activate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_active);
2099         nr_deactivate = move_pages_to_lru(lruvec, &l_inactive);
2100         /* Keep all free pages in l_active list */
2101         list_splice(&l_inactive, &l_active);
2102
2103         __count_vm_events(PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2104         __count_memcg_events(lruvec_memcg(lruvec), PGDEACTIVATE, nr_deactivate);
2105
2106         __mod_node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON + file, -nr_taken);
2107         spin_unlock_irq(&lruvec->lru_lock);
2108
2109         mem_cgroup_uncharge_list(&l_active);
2110         free_unref_page_list(&l_active);
2111         trace_mm_vmscan_lru_shrink_active(pgdat->node_id, nr_taken, nr_activate,
2112                         nr_deactivate, nr_rotated, sc->priority, file);
2113 }
2114
2115 unsigned long reclaim_pages(struct list_head *page_list)
2116 {
2117         int nid = NUMA_NO_NODE;
2118         unsigned int nr_reclaimed = 0;
2119         LIST_HEAD(node_page_list);
2120         struct reclaim_stat dummy_stat;
2121         struct page *page;
2122         struct scan_control sc = {
2123                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
2124                 .priority = DEF_PRIORITY,
2125                 .may_writepage = 1,
2126                 .may_unmap = 1,
2127                 .may_swap = 1,
2128         };
2129
2130         while (!list_empty(page_list)) {
2131                 page = lru_to_page(page_list);
2132                 if (nid == NUMA_NO_NODE) {
2133                         nid = page_to_nid(page);
2134                         INIT_LIST_HEAD(&node_page_list);
2135                 }
2136
2137                 if (nid == page_to_nid(page)) {
2138                         ClearPageActive(page);
2139                         list_move(&page->lru, &node_page_list);
2140                         continue;
2141                 }
2142
2143                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2144                                                 NODE_DATA(nid),
2145                                                 &sc, &dummy_stat, false);
2146                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2147                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2148                         list_del(&page->lru);
2149                         putback_lru_page(page);
2150                 }
2151
2152                 nid = NUMA_NO_NODE;
2153         }
2154
2155         if (!list_empty(&node_page_list)) {
2156                 nr_reclaimed += shrink_page_list(&node_page_list,
2157                                                 NODE_DATA(nid),
2158                                                 &sc, &dummy_stat, false);
2159                 while (!list_empty(&node_page_list)) {
2160                         page = lru_to_page(&node_page_list);
2161                         list_del(&page->lru);
2162                         putback_lru_page(page);
2163                 }
2164         }
2165
2166         return nr_reclaimed;
2167 }
2168
2169 static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, unsigned long nr_to_scan,
2170                                  struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2171 {
2172         if (is_active_lru(lru)) {
2173                 if (sc->may_deactivate & (1 << is_file_lru(lru)))
2174                         shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2175                 else
2176                         sc->skipped_deactivate = 1;
2177                 return 0;
2178         }
2179
2180         return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
2181 }
2182
2183 /*
2184  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has
2185  * to do too much work.
2186  *
2187  * The inactive file list should be small enough to leave most memory
2188  * to the established workingset on the scan-resistant active list,
2189  * but large enough to avoid thrashing the aggregate readahead window.
2190  *
2191  * Both inactive lists should also be large enough that each inactive
2192  * page has a chance to be referenced again before it is reclaimed.
2193  *
2194  * If that fails and refaulting is observed, the inactive list grows.
2195  *
2196  * The inactive_ratio is the target ratio of ACTIVE to INACTIVE pages
2197  * on this LRU, maintained by the pageout code. An inactive_ratio
2198  * of 3 means 3:1 or 25% of the pages are kept on the inactive list.
2199  *
2200  * total     target    max
2201  * memory    ratio     inactive
2202  * -------------------------------------
2203  *   10MB       1         5MB
2204  *  100MB       1        50MB
2205  *    1GB       3       250MB
2206  *   10GB      10       0.9GB
2207  *  100GB      31         3GB
2208  *    1TB     101        10GB
2209  *   10TB     320        32GB
2210  */
2211 static bool inactive_is_low(struct lruvec *lruvec, enum lru_list inactive_lru)
2212 {
2213         enum lru_list active_lru = inactive_lru + LRU_ACTIVE;
2214         unsigned long inactive, active;
2215         unsigned long inactive_ratio;
2216         unsigned long gb;
2217
2218         inactive = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + inactive_lru);
2219         active = lruvec_page_state(lruvec, NR_LRU_BASE + active_lru);
2220
2221         gb = (inactive + active) >> (30 - PAGE_SHIFT);
2222         if (gb)
2223                 inactive_ratio = int_sqrt(10 * gb);
2224         else
2225                 inactive_ratio = 1;
2226
2227         return inactive * inactive_ratio < active;
2228 }
2229
2230 enum scan_balance {
2231         SCAN_EQUAL,
2232         SCAN_FRACT,
2233         SCAN_ANON,
2234         SCAN_FILE,
2235 };
2236
2237 /*
2238  * Determine how aggressively the anon and file LRU lists should be
2239  * scanned.  The relative value of each set of LRU lists is determined
2240  * by looking at the fraction of the pages scanned we did rotate back
2241  * onto the active list instead of evict.
2242  *
2243  * nr[0] = anon inactive pages to scan; nr[1] = anon active pages to scan
2244  * nr[2] = file inactive pages to scan; nr[3] = file active pages to scan
2245  */
2246 static void get_scan_count(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc,
2247                            unsigned long *nr)
2248 {
2249         struct mem_cgroup *memcg = lruvec_memcg(lruvec);
2250         unsigned long anon_cost, file_cost, total_cost;
2251         int swappiness = mem_cgroup_swappiness(memcg);
2252         u64 fraction[ANON_AND_FILE];
2253         u64 denominator = 0;    /* gcc */
2254         enum scan_balance scan_balance;
2255         unsigned long ap, fp;
2256         enum lru_list lru;
2257
2258         /* If we have no swap space, do not bother scanning anon pages. */
2259         if (!sc->may_swap || mem_cgroup_get_nr_swap_pages(memcg) <= 0) {
2260                 scan_balance = SCAN_FILE;
2261                 goto out;
2262         }
2263
2264         /*
2265          * Global reclaim will swap to prevent OOM even with no
2266          * swappiness, but memcg users want to use this knob to
2267          * disable swapping for individual groups completely when
2268          * using the memory controller's swap limit feature would be
2269          * too expensive.
2270          */
2271         if (cgroup_reclaim(sc) && !swappiness) {
2272                 scan_balance = SCAN_FILE;
2273                 goto out;
2274         }
2275
2276         /*
2277          * Do not apply any pressure balancing cleverness when the
2278          * system is close to OOM, scan both anon and file equally
2279          * (unless the swappiness setting disagrees with swapping).
2280          */
2281         if (!sc->priority && swappiness) {
2282                 scan_balance = SCAN_EQUAL;
2283                 goto out;
2284         }
2285
2286         /*
2287          * If the system is almost out of file pages, force-scan anon.
2288          */
2289         if (sc->file_is_tiny) {
2290                 scan_balance = SCAN_ANON;
2291                 goto out;
2292         }
2293
2294         /*
2295          * If there is enough inactive page cache, we do not reclaim
2296          * anything from the anonymous working right now.
2297          */
2298         if (sc->cache_trim_mode) {
2299                 scan_balance = SCAN_FILE;
2300                 goto out;
2301         }
2302
2303         scan_balance = SCAN_FRACT;
2304         /*
2305          * Calculate the pressure balance between anon and file pages.
2306          *
2307          * The amount of pressure we put on each LRU is inversely
2308          * proportional to the cost of reclaiming each list, as
2309          * determined by the share of pages that are refaulting, times
2310          * the relative IO cost of bringing back a swapped out
2311          * anonymous page vs reloading a filesystem page (swappiness).
2312          *
2313          * Although we limit that influence to ensure no list gets
2314          * left behind completely: at least a third of the pressure is
2315          * applied, before swappiness.
2316          *
2317          * With swappiness at 100, anon and file have equal IO cost.
2318          */
2319         total_cost = sc->anon_cost + sc->file_cost;
2320         anon_cost = total_cost + sc->anon_cost;
2321         file_cost = total_cost + sc->file_cost;
2322         total_cost = anon_cost + file_cost;
2323
2324         ap = swappiness * (total_cost + 1);
2325         ap /= anon_cost + 1;
2326
2327         fp = (200 - swappiness) * (total_cost + 1);
2328         fp /= file_cost + 1;
2329
2330         fraction[0] = ap;
2331         fraction[1] = fp;
2332         denominator = ap + fp;
2333 out:
2334         for_each_evictable_lru(lru) {
2335                 int file = is_file_lru(lru);
2336                 unsigned long lruvec_size;
2337                 unsigned long scan;
2338                 unsigned long protection;
2339
2340                 lruvec_size = lruvec_lru_size(lruvec, lru, sc->reclaim_idx);
2341                 protection = mem_cgroup_protection(sc->target_mem_cgroup,
2342                                                    memcg,
2343                                                    sc->memcg_low_reclaim);
2344
2345                 if (protection) {
2346                         /*
2347                          * Scale a cgroup's reclaim pressure by proportioning
2348                          * its current usage to its memory.low or memory.min
2349                          * setting.
2350                          *
2351                          * This is important, as otherwise scanning aggression
2352                          * becomes extremely binary -- from nothing as we
2353                          * approach the memory protection threshold, to totally
2354                          * nominal as we exceed it.  This results in requiring
2355                          * setting extremely liberal protection thresholds. It
2356                          * also means we simply get no protection at all if we
2357                          * set it too low, which is not ideal.
2358                          *
2359                          * If there is any protection in place, we reduce scan
2360                          * pressure by how much of the total memory used is
2361                          * within protection thresholds.
2362                          *
2363                          * There is one special case: in the first reclaim pass,
2364                          * we skip over all groups that are within their low
2365                          * protection. If that fails to reclaim enough pages to
2366                          * satisfy the reclaim goal, we come back and override
2367                          * the best-effort low protection. However, we still
2368                          * ideally want to honor how well-behaved groups are in
2369                          * that case instead of simply punishing them all
2370                          * equally. As such, we reclaim them based on how much
2371                          * memory they are using, reducing the scan pressure
2372                          * again by how much of the total memory used is under
2373                          * hard protection.
2374                          */
2375                         unsigned long cgroup_size = mem_cgroup_size(memcg);
2376
2377                         /* Avoid TOCTOU with earlier protection check */
2378                         cgroup_size = max(cgroup_size, protection);
2379
2380                         scan = lruvec_size - lruvec_size * protection /
2381                                 cgroup_size;
2382
2383                         /*
2384                          * Minimally target SWAP_CLUSTER_MAX pages to keep
2385                          * reclaim moving forwards, avoiding decrementing
2386                          * sc->priority further than desirable.
2387                          */
2388                         scan = max(scan, SWAP_CLUSTER_MAX);
2389                 } else {
2390                         scan = lruvec_size;
2391                 }
2392
2393                 scan >>= sc->priority;
2394
2395                 /*
2396                  * If the cgroup's already been deleted, make sure to
2397                  * scrape out the remaining cache.
2398                  */
2399                 if (!scan && !mem_cgroup_online(memcg))
2400                         scan = min(lruvec_size, SWAP_CLUSTER_MAX);
2401
2402                 switch (scan_balance) {
2403                 case SCAN_EQUAL:
2404                         /* Scan lists relative to size */
2405                         break;
2406                 case SCAN_FRACT:
2407                         /*
2408                          * Scan types proportional to swappiness and
2409                          * their relative recent reclaim efficiency.
2410                          * Make sure we don't miss the last page on
2411                          * the offlined memory cgroups because of a
2412                          * round-off error.
2413                          */
2414                         scan = mem_cgroup_online(memcg) ?
2415                                div64_u64(scan * fraction[file], denominator) :
2416                                DIV64_U64_ROUND_UP(scan * fraction[file],
2417                                                   denominator);
2418                         break;
2419                 case SCAN_FILE:
2420                 case SCAN_ANON:
2421                         /* Scan one type exclusively */
2422                         if ((scan_balance == SCAN_FILE) != file)
2423                                 scan = 0;
2424                         break;
2425                 default:
2426                         /* Look ma, no brain */
2427                         BUG();
2428                 }
2429
2430                 nr[lru] = scan;
2431         }
2432 }
2433
2434 static void shrink_lruvec(struct lruvec *lruvec, struct scan_control *sc)
2435 {
2436         unsigned long nr[NR_LRU_LISTS];
2437         unsigned long targets[NR_LRU_LISTS];
2438         unsigned long nr_to_scan;
2439         enum lru_list lru;
2440         unsigned long nr_reclaimed = 0;
2441         unsigned long nr_to_reclaim = sc->nr_to_reclaim;
2442         struct blk_plug plug;
2443         bool scan_adjusted;
2444
2445         get_scan_count(lruvec, sc, nr);
2446
2447         /* Record the original scan target for proportional adjustments later */
2448         memcpy(targets, nr, sizeof(nr));
2449
2450         /*
2451          * Global reclaiming within direct reclaim at DEF_PRIORITY is a normal
2452          * event that can occur when there is little memory pressure e.g.
2453          * multiple streaming readers/writers. Hence, we do not abort scanning
2454          * when the requested number of pages are reclaimed when scanning at
2455          * DEF_PRIORITY on the assumption that the fact we are direct
2456          * reclaiming implies that kswapd is not keeping up and it is best to
2457          * do a batch of work at once. For memcg reclaim one check is made to
2458          * abort proportional reclaim if either the file or anon lru has already
2459          * dropped to zero at the first pass.
2460          */
2461         scan_adjusted = (!cgroup_reclaim(sc) && !current_is_kswapd() &&
2462                          sc->priority == DEF_PRIORITY);
2463
2464         blk_start_plug(&plug);
2465         while (nr[LRU_INACTIVE_ANON] || nr[LRU_ACTIVE_FILE] ||
2466                                         nr[LRU_INACTIVE_FILE]) {
2467                 unsigned long nr_anon, nr_file, percentage;
2468                 unsigned long nr_scanned;
2469
2470                 for_each_evictable_lru(lru) {
2471                         if (nr[lru]) {
2472                                 nr_to_scan = min(nr[lru], SWAP_CLUSTER_MAX);
2473                                 nr[lru] -= nr_to_scan;
2474
2475                                 nr_reclaimed += shrink_list(lru, nr_to_scan,
2476                                                             lruvec, sc);
2477                         }
2478                 }
2479
2480                 cond_resched();
2481
2482                 if (nr_reclaimed < nr_to_reclaim || scan_adjusted)
2483                         continue;
2484
2485                 /*
2486                  * For kswapd and memcg, reclaim at least the number of pages
2487                  * requested. Ensure that the anon and file LRUs are scanned
2488                  * proportionally what was requested by get_scan_count(). We
2489                  * stop reclaiming one LRU and reduce the amount scanning
2490                  * proportional to the original scan target.
2491                  */
2492                 nr_file = nr[LRU_INACTIVE_FILE] + nr[LRU_ACTIVE_FILE];
2493                 nr_anon = nr[LRU_INACTIVE_ANON] + nr[LRU_ACTIVE_ANON];
2494
2495                 /*
2496                  * It's just vindictive to attack the larger once the smaller
2497                  * has gone to zero.  And given the way we stop scanning the
2498                  * smaller below, this makes sure that we only make one nudge
2499                  * towards proportionality once we've got nr_to_reclaim.
2500                  */
2501                 if (!nr_file || !nr_anon)
2502                         break;
2503
2504                 if (nr_file > nr_anon) {
2505                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_ANON] +
2506                                                 targets[LRU_ACTIVE_ANON] + 1;
2507                         lru = LRU_BASE;
2508                         percentage = nr_anon * 100 / scan_target;
2509                 } else {
2510                         unsigned long scan_target = targets[LRU_INACTIVE_FILE] +
2511                                                 targets[LRU_ACTIVE_FILE] + 1;
2512                         lru = LRU_FILE;
2513                         percentage = nr_file * 100 / scan_target;
2514                 }
2515
2516                 /* Stop scanning the smaller of the LRU */
2517                 nr[lru] = 0;
2518                 nr[lru + LRU_ACTIVE] = 0;
2519
2520                 /*
2521                  * Recalculate the other LRU scan count based on its original
2522                  * scan target and the percentage scanning already complete
2523                  */
2524                 lru = (lru == LRU_FILE) ? LRU_BASE : LRU_FILE;
2525                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2526                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2527                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2528
2529                 lru += LRU_ACTIVE;
2530                 nr_scanned = targets[lru] - nr[lru];
2531                 nr[lru] = targets[lru] * (100 - percentage) / 100;
2532                 nr[lru] -= min(nr[lru], nr_scanned);
2533
2534                 scan_adjusted = true;
2535         }
2536         blk_finish_plug(&plug);
2537         sc->nr_reclaimed += nr_reclaimed;
2538
2539         /*
2540          * Even if we did not try to evict anon pages at all, we want to
2541          * rebalance the anon lru active/inactive ratio.
2542          */
2543         if (total_swap_pages && inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
2544                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
2545                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
2546 }
2547
2548 /* Use reclaim/compaction for costly allocs or under memory pressure */
2549 static bool in_reclaim_compaction(struct scan_control *sc)
2550 {
2551         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) && sc->order &&
2552                         (sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER ||
2553                          sc->priority < DEF_PRIORITY - 2))
2554                 return true;
2555
2556         return false;
2557 }
2558
2559 /*
2560  * Reclaim/compaction is used for high-order allocation requests. It reclaims
2561  * order-0 pages before compacting the zone. should_continue_reclaim() returns
2562  * true if more pages should be reclaimed such that when the page allocator
2563  * calls try_to_compact_pages() that it will have enough free pages to succeed.
2564  * It will give up earlier than that if there is difficulty reclaiming pages.
2565  */
2566 static inline bool should_continue_reclaim(struct pglist_data *pgdat,
2567                                         unsigned long nr_reclaimed,
2568                                         struct scan_control *sc)
2569 {
2570         unsigned long pages_for_compaction;
2571         unsigned long inactive_lru_pages;
2572         int z;
2573
2574         /* If not in reclaim/compaction mode, stop */
2575         if (!in_reclaim_compaction(sc))
2576                 return false;
2577
2578         /*
2579          * Stop if we failed to reclaim any pages from the last SWAP_CLUSTER_MAX
2580          * number of pages that were scanned. This will return to the caller
2581          * with the risk reclaim/compaction and the resulting allocation attempt
2582          * fails. In the past we have tried harder for __GFP_RETRY_MAYFAIL
2583          * allocations through requiring that the full LRU list has been scanned
2584          * first, by assuming that zero delta of sc->nr_scanned means full LRU
2585          * scan, but that approximation was wrong, and there were corner cases
2586          * where always a non-zero amount of pages were scanned.
2587          */
2588         if (!nr_reclaimed)
2589                 return false;
2590
2591         /* If compaction would go ahead or the allocation would succeed, stop */
2592         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
2593                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2594                 if (!managed_zone(zone))
2595                         continue;
2596
2597                 switch (compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx)) {
2598                 case COMPACT_SUCCESS:
2599                 case COMPACT_CONTINUE:
2600                         return false;
2601                 default:
2602                         /* check next zone */
2603                         ;
2604                 }
2605         }
2606
2607         /*
2608          * If we have not reclaimed enough pages for compaction and the
2609          * inactive lists are large enough, continue reclaiming
2610          */
2611         pages_for_compaction = compact_gap(sc->order);
2612         inactive_lru_pages = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2613         if (get_nr_swap_pages() > 0)
2614                 inactive_lru_pages += node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2615
2616         return inactive_lru_pages > pages_for_compaction;
2617 }
2618
2619 static void shrink_node_memcgs(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2620 {
2621         struct mem_cgroup *target_memcg = sc->target_mem_cgroup;
2622         struct mem_cgroup *memcg;
2623
2624         memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, NULL, NULL);
2625         do {
2626                 struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
2627                 unsigned long reclaimed;
2628                 unsigned long scanned;
2629
2630                 /*
2631                  * This loop can become CPU-bound when target memcgs
2632                  * aren't eligible for reclaim - either because they
2633                  * don't have any reclaimable pages, or because their
2634                  * memory is explicitly protected. Avoid soft lockups.
2635                  */
2636                 cond_resched();
2637
2638                 mem_cgroup_calculate_protection(target_memcg, memcg);
2639
2640                 if (mem_cgroup_below_min(memcg)) {
2641                         /*
2642                          * Hard protection.
2643                          * If there is no reclaimable memory, OOM.
2644                          */
2645                         continue;
2646                 } else if (mem_cgroup_below_low(memcg)) {
2647                         /*
2648                          * Soft protection.
2649                          * Respect the protection only as long as
2650                          * there is an unprotected supply
2651                          * of reclaimable memory from other cgroups.
2652                          */
2653                         if (!sc->memcg_low_reclaim) {
2654                                 sc->memcg_low_skipped = 1;
2655                                 continue;
2656                         }
2657                         memcg_memory_event(memcg, MEMCG_LOW);
2658                 }
2659
2660                 reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2661                 scanned = sc->nr_scanned;
2662
2663                 shrink_lruvec(lruvec, sc);
2664
2665                 shrink_slab(sc->gfp_mask, pgdat->node_id, memcg,
2666                             sc->priority);
2667
2668                 /* Record the group's reclaim efficiency */
2669                 vmpressure(sc->gfp_mask, memcg, false,
2670                            sc->nr_scanned - scanned,
2671                            sc->nr_reclaimed - reclaimed);
2672
2673         } while ((memcg = mem_cgroup_iter(target_memcg, memcg, NULL)));
2674 }
2675
2676 static void shrink_node(pg_data_t *pgdat, struct scan_control *sc)
2677 {
2678         struct reclaim_state *reclaim_state = current->reclaim_state;
2679         unsigned long nr_reclaimed, nr_scanned;
2680         struct lruvec *target_lruvec;
2681         bool reclaimable = false;
2682         unsigned long file;
2683
2684         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup, pgdat);
2685
2686 again:
2687         memset(&sc->nr, 0, sizeof(sc->nr));
2688
2689         nr_reclaimed = sc->nr_reclaimed;
2690         nr_scanned = sc->nr_scanned;
2691
2692         /*
2693          * Determine the scan balance between anon and file LRUs.
2694          */
2695         spin_lock_irq(&target_lruvec->lru_lock);
2696         sc->anon_cost = target_lruvec->anon_cost;
2697         sc->file_cost = target_lruvec->file_cost;
2698         spin_unlock_irq(&target_lruvec->lru_lock);
2699
2700         /*
2701          * Target desirable inactive:active list ratios for the anon
2702          * and file LRU lists.
2703          */
2704         if (!sc->force_deactivate) {
2705                 unsigned long refaults;
2706
2707                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
2708                                 WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
2709                 if (refaults != target_lruvec->refaults[0] ||
2710                         inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
2711                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_ANON;
2712                 else
2713                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_ANON;
2714
2715                 /*
2716                  * When refaults are being observed, it means a new
2717                  * workingset is being established. Deactivate to get
2718                  * rid of any stale active pages quickly.
2719                  */
2720                 refaults = lruvec_page_state(target_lruvec,
2721                                 WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
2722                 if (refaults != target_lruvec->refaults[1] ||
2723                     inactive_is_low(target_lruvec, LRU_INACTIVE_FILE))
2724                         sc->may_deactivate |= DEACTIVATE_FILE;
2725                 else
2726                         sc->may_deactivate &= ~DEACTIVATE_FILE;
2727         } else
2728                 sc->may_deactivate = DEACTIVATE_ANON | DEACTIVATE_FILE;
2729
2730         /*
2731          * If we have plenty of inactive file pages that aren't
2732          * thrashing, try to reclaim those first before touching
2733          * anonymous pages.
2734          */
2735         file = lruvec_page_state(target_lruvec, NR_INACTIVE_FILE);
2736         if (file >> sc->priority && !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_FILE))
2737                 sc->cache_trim_mode = 1;
2738         else
2739                 sc->cache_trim_mode = 0;
2740
2741         /*
2742          * Prevent the reclaimer from falling into the cache trap: as
2743          * cache pages start out inactive, every cache fault will tip
2744          * the scan balance towards the file LRU.  And as the file LRU
2745          * shrinks, so does the window for rotation from references.
2746          * This means we have a runaway feedback loop where a tiny
2747          * thrashing file LRU becomes infinitely more attractive than
2748          * anon pages.  Try to detect this based on file LRU size.
2749          */
2750         if (!cgroup_reclaim(sc)) {
2751                 unsigned long total_high_wmark = 0;
2752                 unsigned long free, anon;
2753                 int z;
2754
2755                 free = sum_zone_node_page_state(pgdat->node_id, NR_FREE_PAGES);
2756                 file = node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
2757                            node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE);
2758
2759                 for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++) {
2760                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[z];
2761                         if (!managed_zone(zone))
2762                                 continue;
2763
2764                         total_high_wmark += high_wmark_pages(zone);
2765                 }
2766
2767                 /*
2768                  * Consider anon: if that's low too, this isn't a
2769                  * runaway file reclaim problem, but rather just
2770                  * extreme pressure. Reclaim as per usual then.
2771                  */
2772                 anon = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
2773
2774                 sc->file_is_tiny =
2775                         file + free <= total_high_wmark &&
2776                         !(sc->may_deactivate & DEACTIVATE_ANON) &&
2777                         anon >> sc->priority;
2778         }
2779
2780         shrink_node_memcgs(pgdat, sc);
2781
2782         if (reclaim_state) {
2783                 sc->nr_reclaimed += reclaim_state->reclaimed_slab;
2784                 reclaim_state->reclaimed_slab = 0;
2785         }
2786
2787         /* Record the subtree's reclaim efficiency */
2788         vmpressure(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup, true,
2789                    sc->nr_scanned - nr_scanned,
2790                    sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed);
2791
2792         if (sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed)
2793                 reclaimable = true;
2794
2795         if (current_is_kswapd()) {
2796                 /*
2797                  * If reclaim is isolating dirty pages under writeback,
2798                  * it implies that the long-lived page allocation rate
2799                  * is exceeding the page laundering rate. Either the
2800                  * global limits are not being effective at throttling
2801                  * processes due to the page distribution throughout
2802                  * zones or there is heavy usage of a slow backing
2803                  * device. The only option is to throttle from reclaim
2804                  * context which is not ideal as there is no guarantee
2805                  * the dirtying process is throttled in the same way
2806                  * balance_dirty_pages() manages.
2807                  *
2808                  * Once a node is flagged PGDAT_WRITEBACK, kswapd will
2809                  * count the number of pages under pages flagged for
2810                  * immediate reclaim and stall if any are encountered
2811                  * in the nr_immediate check below.
2812                  */
2813                 if (sc->nr.writeback && sc->nr.writeback == sc->nr.taken)
2814                         set_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
2815
2816                 /* Allow kswapd to start writing pages during reclaim.*/
2817                 if (sc->nr.unqueued_dirty == sc->nr.file_taken)
2818                         set_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
2819
2820                 /*
2821                  * If kswapd scans pages marked for immediate
2822                  * reclaim and under writeback (nr_immediate), it
2823                  * implies that pages are cycling through the LRU
2824                  * faster than they are written so also forcibly stall.
2825                  */
2826                 if (sc->nr.immediate)
2827                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
2828         }
2829
2830         /*
2831          * Tag a node/memcg as congested if all the dirty pages
2832          * scanned were backed by a congested BDI and
2833          * wait_iff_congested will stall.
2834          *
2835          * Legacy memcg will stall in page writeback so avoid forcibly
2836          * stalling in wait_iff_congested().
2837          */
2838         if ((current_is_kswapd() ||
2839              (cgroup_reclaim(sc) && writeback_throttling_sane(sc))) &&
2840             sc->nr.dirty && sc->nr.dirty == sc->nr.congested)
2841                 set_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags);
2842
2843         /*
2844          * Stall direct reclaim for IO completions if underlying BDIs
2845          * and node is congested. Allow kswapd to continue until it
2846          * starts encountering unqueued dirty pages or cycling through
2847          * the LRU too quickly.
2848          */
2849         if (!current_is_kswapd() && current_may_throttle() &&
2850             !sc->hibernation_mode &&
2851             test_bit(LRUVEC_CONGESTED, &target_lruvec->flags))
2852                 wait_iff_congested(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
2853
2854         if (should_continue_reclaim(pgdat, sc->nr_reclaimed - nr_reclaimed,
2855                                     sc))
2856                 goto again;
2857
2858         /*
2859          * Kswapd gives up on balancing particular nodes after too
2860          * many failures to reclaim anything from them and goes to
2861          * sleep. On reclaim progress, reset the failure counter. A
2862          * successful direct reclaim run will revive a dormant kswapd.
2863          */
2864         if (reclaimable)
2865                 pgdat->kswapd_failures = 0;
2866 }
2867
2868 /*
2869  * Returns true if compaction should go ahead for a costly-order request, or
2870  * the allocation would already succeed without compaction. Return false if we
2871  * should reclaim first.
2872  */
2873 static inline bool compaction_ready(struct zone *zone, struct scan_control *sc)
2874 {
2875         unsigned long watermark;
2876         enum compact_result suitable;
2877
2878         suitable = compaction_suitable(zone, sc->order, 0, sc->reclaim_idx);
2879         if (suitable == COMPACT_SUCCESS)
2880                 /* Allocation should succeed already. Don't reclaim. */
2881                 return true;
2882         if (suitable == COMPACT_SKIPPED)
2883                 /* Compaction cannot yet proceed. Do reclaim. */
2884                 return false;
2885
2886         /*
2887          * Compaction is already possible, but it takes time to run and there
2888          * are potentially other callers using the pages just freed. So proceed
2889          * with reclaim to make a buffer of free pages available to give
2890          * compaction a reasonable chance of completing and allocating the page.
2891          * Note that we won't actually reclaim the whole buffer in one attempt
2892          * as the target watermark in should_continue_reclaim() is lower. But if
2893          * we are already above the high+gap watermark, don't reclaim at all.
2894          */
2895         watermark = high_wmark_pages(zone) + compact_gap(sc->order);
2896
2897         return zone_watermark_ok_safe(zone, 0, watermark, sc->reclaim_idx);
2898 }
2899
2900 /*
2901  * This is the direct reclaim path, for page-allocating processes.  We only
2902  * try to reclaim pages from zones which will satisfy the caller's allocation
2903  * request.
2904  *
2905  * If a zone is deemed to be full of pinned pages then just give it a light
2906  * scan then give up on it.
2907  */
2908 static void shrink_zones(struct zonelist *zonelist, struct scan_control *sc)
2909 {
2910         struct zoneref *z;
2911         struct zone *zone;
2912         unsigned long nr_soft_reclaimed;
2913         unsigned long nr_soft_scanned;
2914         gfp_t orig_mask;
2915         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
2916
2917         /*
2918          * If the number of buffer_heads in the machine exceeds the maximum
2919          * allowed level, force direct reclaim to scan the highmem zone as
2920          * highmem pages could be pinning lowmem pages storing buffer_heads
2921          */
2922         orig_mask = sc->gfp_mask;
2923         if (buffer_heads_over_limit) {
2924                 sc->gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2925                 sc->reclaim_idx = gfp_zone(sc->gfp_mask);
2926         }
2927
2928         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2929                                         sc->reclaim_idx, sc->nodemask) {
2930                 /*
2931                  * Take care memory controller reclaiming has small influence
2932                  * to global LRU.
2933                  */
2934                 if (!cgroup_reclaim(sc)) {
2935                         if (!cpuset_zone_allowed(zone,
2936                                                  GFP_KERNEL | __GFP_HARDWALL))
2937                                 continue;
2938
2939                         /*
2940                          * If we already have plenty of memory free for
2941                          * compaction in this zone, don't free any more.
2942                          * Even though compaction is invoked for any
2943                          * non-zero order, only frequent costly order
2944                          * reclamation is disruptive enough to become a
2945                          * noticeable problem, like transparent huge
2946                          * page allocations.
2947                          */
2948                         if (IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION) &&
2949                             sc->order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
2950                             compaction_ready(zone, sc)) {
2951                                 sc->compaction_ready = true;
2952                                 continue;
2953                         }
2954
2955                         /*
2956                          * Shrink each node in the zonelist once. If the
2957                          * zonelist is ordered by zone (not the default) then a
2958                          * node may be shrunk multiple times but in that case
2959                          * the user prefers lower zones being preserved.
2960                          */
2961                         if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2962                                 continue;
2963
2964                         /*
2965                          * This steals pages from memory cgroups over softlimit
2966                          * and returns the number of reclaimed pages and
2967                          * scanned pages. This works for global memory pressure
2968                          * and balancing, not for a memcg's limit.
2969                          */
2970                         nr_soft_scanned = 0;
2971                         nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(zone->zone_pgdat,
2972                                                 sc->order, sc->gfp_mask,
2973                                                 &nr_soft_scanned);
2974                         sc->nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
2975                         sc->nr_scanned += nr_soft_scanned;
2976                         /* need some check for avoid more shrink_zone() */
2977                 }
2978
2979                 /* See comment about same check for global reclaim above */
2980                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
2981                         continue;
2982                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
2983                 shrink_node(zone->zone_pgdat, sc);
2984         }
2985
2986         /*
2987          * Restore to original mask to avoid the impact on the caller if we
2988          * promoted it to __GFP_HIGHMEM.
2989          */
2990         sc->gfp_mask = orig_mask;
2991 }
2992
2993 static void snapshot_refaults(struct mem_cgroup *target_memcg, pg_data_t *pgdat)
2994 {
2995         struct lruvec *target_lruvec;
2996         unsigned long refaults;
2997
2998         target_lruvec = mem_cgroup_lruvec(target_memcg, pgdat);
2999         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_ANON);
3000         target_lruvec->refaults[0] = refaults;
3001         refaults = lruvec_page_state(target_lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_FILE);
3002         target_lruvec->refaults[1] = refaults;
3003 }
3004
3005 /*
3006  * This is the main entry point to direct page reclaim.
3007  *
3008  * If a full scan of the inactive list fails to free enough memory then we
3009  * are "out of memory" and something needs to be killed.
3010  *
3011  * If the caller is !__GFP_FS then the probability of a failure is reasonably
3012  * high - the zone may be full of dirty or under-writeback pages, which this
3013  * caller can't do much about.  We kick the writeback threads and take explicit
3014  * naps in the hope that some of these pages can be written.  But if the
3015  * allocating task holds filesystem locks which prevent writeout this might not
3016  * work, and the allocation attempt will fail.
3017  *
3018  * returns:     0, if no pages reclaimed
3019  *              else, the number of pages reclaimed
3020  */
3021 static unsigned long do_try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist,
3022                                           struct scan_control *sc)
3023 {
3024         int initial_priority = sc->priority;
3025         pg_data_t *last_pgdat;
3026         struct zoneref *z;
3027         struct zone *zone;
3028 retry:
3029         delayacct_freepages_start();
3030
3031         if (!cgroup_reclaim(sc))
3032                 __count_zid_vm_events(ALLOCSTALL, sc->reclaim_idx, 1);
3033
3034         do {
3035                 vmpressure_prio(sc->gfp_mask, sc->target_mem_cgroup,
3036                                 sc->priority);
3037                 sc->nr_scanned = 0;
3038                 shrink_zones(zonelist, sc);
3039
3040                 if (sc->nr_reclaimed >= sc->nr_to_reclaim)
3041                         break;
3042
3043                 if (sc->compaction_ready)
3044                         break;
3045
3046                 /*
3047                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing
3048                  * writepage even in laptop mode.
3049                  */
3050                 if (sc->priority < DEF_PRIORITY - 2)
3051                         sc->may_writepage = 1;
3052         } while (--sc->priority >= 0);
3053
3054         last_pgdat = NULL;
3055         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, sc->reclaim_idx,
3056                                         sc->nodemask) {
3057                 if (zone->zone_pgdat == last_pgdat)
3058                         continue;
3059                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3060
3061                 snapshot_refaults(sc->target_mem_cgroup, zone->zone_pgdat);
3062
3063                 if (cgroup_reclaim(sc)) {
3064                         struct lruvec *lruvec;
3065
3066                         lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->target_mem_cgroup,
3067                                                    zone->zone_pgdat);
3068                         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
3069                 }
3070         }
3071
3072         delayacct_freepages_end();
3073
3074         if (sc->nr_reclaimed)
3075                 return sc->nr_reclaimed;
3076
3077         /* Aborted reclaim to try compaction? don't OOM, then */
3078         if (sc->compaction_ready)
3079                 return 1;
3080
3081         /*
3082          * We make inactive:active ratio decisions based on the node's
3083          * composition of memory, but a restrictive reclaim_idx or a
3084          * memory.low cgroup setting can exempt large amounts of
3085          * memory from reclaim. Neither of which are very common, so
3086          * instead of doing costly eligibility calculations of the
3087          * entire cgroup subtree up front, we assume the estimates are
3088          * good, and retry with forcible deactivation if that fails.
3089          */
3090         if (sc->skipped_deactivate) {
3091                 sc->priority = initial_priority;
3092                 sc->force_deactivate = 1;
3093                 sc->skipped_deactivate = 0;
3094                 goto retry;
3095         }
3096
3097         /* Untapped cgroup reserves?  Don't OOM, retry. */
3098         if (sc->memcg_low_skipped) {
3099                 sc->priority = initial_priority;
3100                 sc->force_deactivate = 0;
3101                 sc->memcg_low_reclaim = 1;
3102                 sc->memcg_low_skipped = 0;
3103                 goto retry;
3104         }
3105
3106         return 0;
3107 }
3108
3109 static bool allow_direct_reclaim(pg_data_t *pgdat)
3110 {
3111         struct zone *zone;
3112         unsigned long pfmemalloc_reserve = 0;
3113         unsigned long free_pages = 0;
3114         int i;
3115         bool wmark_ok;
3116
3117         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3118                 return true;
3119
3120         for (i = 0; i <= ZONE_NORMAL; i++) {
3121                 zone = &pgdat->node_zones[i];
3122                 if (!managed_zone(zone))
3123                         continue;
3124
3125                 if (!zone_reclaimable_pages(zone))
3126                         continue;
3127
3128                 pfmemalloc_reserve += min_wmark_pages(zone);
3129                 free_pages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
3130         }
3131
3132         /* If there are no reserves (unexpected config) then do not throttle */
3133         if (!pfmemalloc_reserve)
3134                 return true;
3135
3136         wmark_ok = free_pages > pfmemalloc_reserve / 2;
3137
3138         /* kswapd must be awake if processes are being throttled */
3139         if (!wmark_ok && waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait)) {
3140                 if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx) > ZONE_NORMAL)
3141                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, ZONE_NORMAL);
3142
3143                 wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3144         }
3145
3146         return wmark_ok;
3147 }
3148
3149 /*
3150  * Throttle direct reclaimers if backing storage is backed by the network
3151  * and the PFMEMALLOC reserve for the preferred node is getting dangerously
3152  * depleted. kswapd will continue to make progress and wake the processes
3153  * when the low watermark is reached.
3154  *
3155  * Returns true if a fatal signal was delivered during throttling. If this
3156  * happens, the page allocator should not consider triggering the OOM killer.
3157  */
3158 static bool throttle_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, struct zonelist *zonelist,
3159                                         nodemask_t *nodemask)
3160 {
3161         struct zoneref *z;
3162         struct zone *zone;
3163         pg_data_t *pgdat = NULL;
3164
3165         /*
3166          * Kernel threads should not be throttled as they may be indirectly
3167          * responsible for cleaning pages necessary for reclaim to make forward
3168          * progress. kjournald for example may enter direct reclaim while
3169          * committing a transaction where throttling it could forcing other
3170          * processes to block on log_wait_commit().
3171          */
3172         if (current->flags & PF_KTHREAD)
3173                 goto out;
3174
3175         /*
3176          * If a fatal signal is pending, this process should not throttle.
3177          * It should return quickly so it can exit and free its memory
3178          */
3179         if (fatal_signal_pending(current))
3180                 goto out;
3181
3182         /*
3183          * Check if the pfmemalloc reserves are ok by finding the first node
3184          * with a usable ZONE_NORMAL or lower zone. The expectation is that
3185          * GFP_KERNEL will be required for allocating network buffers when
3186          * swapping over the network so ZONE_HIGHMEM is unusable.
3187          *
3188          * Throttling is based on the first usable node and throttled processes
3189          * wait on a queue until kswapd makes progress and wakes them. There
3190          * is an affinity then between processes waking up and where reclaim
3191          * progress has been made assuming the process wakes on the same node.
3192          * More importantly, processes running on remote nodes will not compete
3193          * for remote pfmemalloc reserves and processes on different nodes
3194          * should make reasonable progress.
3195          */
3196         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
3197                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
3198                 if (zone_idx(zone) > ZONE_NORMAL)
3199                         continue;
3200
3201                 /* Throttle based on the first usable node */
3202                 pgdat = zone->zone_pgdat;
3203                 if (allow_direct_reclaim(pgdat))
3204                         goto out;
3205                 break;
3206         }
3207
3208         /* If no zone was usable by the allocation flags then do not throttle */
3209         if (!pgdat)
3210                 goto out;
3211
3212         /* Account for the throttling */
3213         count_vm_event(PGSCAN_DIRECT_THROTTLE);
3214
3215         /*
3216          * If the caller cannot enter the filesystem, it's possible that it
3217          * is due to the caller holding an FS lock or performing a journal
3218          * transaction in the case of a filesystem like ext[3|4]. In this case,
3219          * it is not safe to block on pfmemalloc_wait as kswapd could be
3220          * blocked waiting on the same lock. Instead, throttle for up to a
3221          * second before continuing.
3222          */
3223         if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
3224                 wait_event_interruptible_timeout(pgdat->pfmemalloc_wait,
3225                         allow_direct_reclaim(pgdat), HZ);
3226
3227                 goto check_pending;
3228         }
3229
3230         /* Throttle until kswapd wakes the process */
3231         wait_event_killable(zone->zone_pgdat->pfmemalloc_wait,
3232                 allow_direct_reclaim(pgdat));
3233
3234 check_pending:
3235         if (fatal_signal_pending(current))
3236                 return true;
3237
3238 out:
3239         return false;
3240 }
3241
3242 unsigned long try_to_free_pages(struct zonelist *zonelist, int order,
3243                                 gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3244 {
3245         unsigned long nr_reclaimed;
3246         struct scan_control sc = {
3247                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3248                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
3249                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
3250                 .order = order,
3251                 .nodemask = nodemask,
3252                 .priority = DEF_PRIORITY,
3253                 .may_writepage = !laptop_mode,
3254                 .may_unmap = 1,
3255                 .may_swap = 1,
3256         };
3257
3258         /*
3259          * scan_control uses s8 fields for order, priority, and reclaim_idx.
3260          * Confirm they are large enough for max values.
3261          */
3262         BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER > S8_MAX);
3263         BUILD_BUG_ON(DEF_PRIORITY > S8_MAX);
3264         BUILD_BUG_ON(MAX_NR_ZONES > S8_MAX);
3265
3266         /*
3267          * Do not enter reclaim if fatal signal was delivered while throttled.
3268          * 1 is returned so that the page allocator does not OOM kill at this
3269          * point.
3270          */
3271         if (throttle_direct_reclaim(sc.gfp_mask, zonelist, nodemask))
3272                 return 1;
3273
3274         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3275         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_begin(order, sc.gfp_mask);
3276
3277         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3278
3279         trace_mm_vmscan_direct_reclaim_end(nr_reclaimed);
3280         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3281
3282         return nr_reclaimed;
3283 }
3284
3285 #ifdef CONFIG_MEMCG
3286
3287 /* Only used by soft limit reclaim. Do not reuse for anything else. */
3288 unsigned long mem_cgroup_shrink_node(struct mem_cgroup *memcg,
3289                                                 gfp_t gfp_mask, bool noswap,
3290                                                 pg_data_t *pgdat,
3291                                                 unsigned long *nr_scanned)
3292 {
3293         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3294         struct scan_control sc = {
3295                 .nr_to_reclaim = SWAP_CLUSTER_MAX,
3296                 .target_mem_cgroup = memcg,
3297                 .may_writepage = !laptop_mode,
3298                 .may_unmap = 1,
3299                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3300                 .may_swap = !noswap,
3301         };
3302
3303         WARN_ON_ONCE(!current->reclaim_state);
3304
3305         sc.gfp_mask = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) |
3306                         (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK);
3307
3308         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_begin(sc.order,
3309                                                       sc.gfp_mask);
3310
3311         /*
3312          * NOTE: Although we can get the priority field, using it
3313          * here is not a good idea, since it limits the pages we can scan.
3314          * if we don't reclaim here, the shrink_node from balance_pgdat
3315          * will pick up pages from other mem cgroup's as well. We hack
3316          * the priority and make it zero.
3317          */
3318         shrink_lruvec(lruvec, &sc);
3319
3320         trace_mm_vmscan_memcg_softlimit_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
3321
3322         *nr_scanned = sc.nr_scanned;
3323
3324         return sc.nr_reclaimed;
3325 }
3326
3327 unsigned long try_to_free_mem_cgroup_pages(struct mem_cgroup *memcg,
3328                                            unsigned long nr_pages,
3329                                            gfp_t gfp_mask,
3330                                            bool may_swap)
3331 {
3332         unsigned long nr_reclaimed;
3333         unsigned int noreclaim_flag;
3334         struct scan_control sc = {
3335                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
3336                 .gfp_mask = (current_gfp_context(gfp_mask) & GFP_RECLAIM_MASK) |
3337                                 (GFP_HIGHUSER_MOVABLE & ~GFP_RECLAIM_MASK),
3338                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
3339                 .target_mem_cgroup = memcg,
3340                 .priority = DEF_PRIORITY,
3341                 .may_writepage = !laptop_mode,
3342                 .may_unmap = 1,
3343                 .may_swap = may_swap,
3344         };
3345         /*
3346          * Traverse the ZONELIST_FALLBACK zonelist of the current node to put
3347          * equal pressure on all the nodes. This is based on the assumption that
3348          * the reclaim does not bail out early.
3349          */
3350         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
3351
3352         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3353         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_begin(0, sc.gfp_mask);
3354         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3355
3356         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
3357
3358         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3359         trace_mm_vmscan_memcg_reclaim_end(nr_reclaimed);
3360         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3361
3362         return nr_reclaimed;
3363 }
3364 #endif
3365
3366 static void age_active_anon(struct pglist_data *pgdat,
3367                                 struct scan_control *sc)
3368 {
3369         struct mem_cgroup *memcg;
3370         struct lruvec *lruvec;
3371
3372         if (!total_swap_pages)
3373                 return;
3374
3375         lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
3376         if (!inactive_is_low(lruvec, LRU_INACTIVE_ANON))
3377                 return;
3378
3379         memcg = mem_cgroup_iter(NULL, NULL, NULL);
3380         do {
3381                 lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
3382                 shrink_active_list(SWAP_CLUSTER_MAX, lruvec,
3383                                    sc, LRU_ACTIVE_ANON);
3384                 memcg = mem_cgroup_iter(NULL, memcg, NULL);
3385         } while (memcg);
3386 }
3387
3388 static bool pgdat_watermark_boosted(pg_data_t *pgdat, int highest_zoneidx)
3389 {
3390         int i;
3391         struct zone *zone;
3392
3393         /*
3394          * Check for watermark boosts top-down as the higher zones
3395          * are more likely to be boosted. Both watermarks and boosts
3396          * should not be checked at the same time as reclaim would
3397          * start prematurely when there is no boosting and a lower
3398          * zone is balanced.
3399          */
3400         for (i = highest_zoneidx; i >= 0; i--) {
3401                 zone = pgdat->node_zones + i;
3402                 if (!managed_zone(zone))
3403                         continue;
3404
3405                 if (zone->watermark_boost)
3406                         return true;
3407         }
3408
3409         return false;
3410 }
3411
3412 /*
3413  * Returns true if there is an eligible zone balanced for the request order
3414  * and highest_zoneidx
3415  */
3416 static bool pgdat_balanced(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
3417 {
3418         int i;
3419         unsigned long mark = -1;
3420         struct zone *zone;
3421
3422         /*
3423          * Check watermarks bottom-up as lower zones are more likely to
3424          * meet watermarks.
3425          */
3426         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3427                 zone = pgdat->node_zones + i;
3428
3429                 if (!managed_zone(zone))
3430                         continue;
3431
3432                 mark = high_wmark_pages(zone);
3433                 if (zone_watermark_ok_safe(zone, order, mark, highest_zoneidx))
3434                         return true;
3435         }
3436
3437         /*
3438          * If a node has no populated zone within highest_zoneidx, it does not
3439          * need balancing by definition. This can happen if a zone-restricted
3440          * allocation tries to wake a remote kswapd.
3441          */
3442         if (mark == -1)
3443                 return true;
3444
3445         return false;
3446 }
3447
3448 /* Clear pgdat state for congested, dirty or under writeback. */
3449 static void clear_pgdat_congested(pg_data_t *pgdat)
3450 {
3451         struct lruvec *lruvec = mem_cgroup_lruvec(NULL, pgdat);
3452
3453         clear_bit(LRUVEC_CONGESTED, &lruvec->flags);
3454         clear_bit(PGDAT_DIRTY, &pgdat->flags);
3455         clear_bit(PGDAT_WRITEBACK, &pgdat->flags);
3456 }
3457
3458 /*
3459  * Prepare kswapd for sleeping. This verifies that there are no processes
3460  * waiting in throttle_direct_reclaim() and that watermarks have been met.
3461  *
3462  * Returns true if kswapd is ready to sleep
3463  */
3464 static bool prepare_kswapd_sleep(pg_data_t *pgdat, int order,
3465                                 int highest_zoneidx)
3466 {
3467         /*
3468          * The throttled processes are normally woken up in balance_pgdat() as
3469          * soon as allow_direct_reclaim() is true. But there is a potential
3470          * race between when kswapd checks the watermarks and a process gets
3471          * throttled. There is also a potential race if processes get
3472          * throttled, kswapd wakes, a large process exits thereby balancing the
3473          * zones, which causes kswapd to exit balance_pgdat() before reaching
3474          * the wake up checks. If kswapd is going to sleep, no process should
3475          * be sleeping on pfmemalloc_wait, so wake them now if necessary. If
3476          * the wake up is premature, processes will wake kswapd and get
3477          * throttled again. The difference from wake ups in balance_pgdat() is
3478          * that here we are under prepare_to_wait().
3479          */
3480         if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait))
3481                 wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3482
3483         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim */
3484         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES)
3485                 return true;
3486
3487         if (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx)) {
3488                 clear_pgdat_congested(pgdat);
3489                 return true;
3490         }
3491
3492         return false;
3493 }
3494
3495 /*
3496  * kswapd shrinks a node of pages that are at or below the highest usable
3497  * zone that is currently unbalanced.
3498  *
3499  * Returns true if kswapd scanned at least the requested number of pages to
3500  * reclaim or if the lack of progress was due to pages under writeback.
3501  * This is used to determine if the scanning priority needs to be raised.
3502  */
3503 static bool kswapd_shrink_node(pg_data_t *pgdat,
3504                                struct scan_control *sc)
3505 {
3506         struct zone *zone;
3507         int z;
3508
3509         /* Reclaim a number of pages proportional to the number of zones */
3510         sc->nr_to_reclaim = 0;
3511         for (z = 0; z <= sc->reclaim_idx; z++) {
3512                 zone = pgdat->node_zones + z;
3513                 if (!managed_zone(zone))
3514                         continue;
3515
3516                 sc->nr_to_reclaim += max(high_wmark_pages(zone), SWAP_CLUSTER_MAX);
3517         }
3518
3519         /*
3520          * Historically care was taken to put equal pressure on all zones but
3521          * now pressure is applied based on node LRU order.
3522          */
3523         shrink_node(pgdat, sc);
3524
3525         /*
3526          * Fragmentation may mean that the system cannot be rebalanced for
3527          * high-order allocations. If twice the allocation size has been
3528          * reclaimed then recheck watermarks only at order-0 to prevent
3529          * excessive reclaim. Assume that a process requested a high-order
3530          * can direct reclaim/compact.
3531          */
3532         if (sc->order && sc->nr_reclaimed >= compact_gap(sc->order))
3533                 sc->order = 0;
3534
3535         return sc->nr_scanned >= sc->nr_to_reclaim;
3536 }
3537
3538 /*
3539  * For kswapd, balance_pgdat() will reclaim pages across a node from zones
3540  * that are eligible for use by the caller until at least one zone is
3541  * balanced.
3542  *
3543  * Returns the order kswapd finished reclaiming at.
3544  *
3545  * kswapd scans the zones in the highmem->normal->dma direction.  It skips
3546  * zones which have free_pages > high_wmark_pages(zone), but once a zone is
3547  * found to have free_pages <= high_wmark_pages(zone), any page in that zone
3548  * or lower is eligible for reclaim until at least one usable zone is
3549  * balanced.
3550  */
3551 static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
3552 {
3553         int i;
3554         unsigned long nr_soft_reclaimed;
3555         unsigned long nr_soft_scanned;
3556         unsigned long pflags;
3557         unsigned long nr_boost_reclaim;
3558         unsigned long zone_boosts[MAX_NR_ZONES] = { 0, };
3559         bool boosted;
3560         struct zone *zone;
3561         struct scan_control sc = {
3562                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
3563                 .order = order,
3564                 .may_unmap = 1,
3565         };
3566
3567         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
3568         psi_memstall_enter(&pflags);
3569         __fs_reclaim_acquire();
3570
3571         count_vm_event(PAGEOUTRUN);
3572
3573         /*
3574          * Account for the reclaim boost. Note that the zone boost is left in
3575          * place so that parallel allocations that are near the watermark will
3576          * stall or direct reclaim until kswapd is finished.
3577          */
3578         nr_boost_reclaim = 0;
3579         for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3580                 zone = pgdat->node_zones + i;
3581                 if (!managed_zone(zone))
3582                         continue;
3583
3584                 nr_boost_reclaim += zone->watermark_boost;
3585                 zone_boosts[i] = zone->watermark_boost;
3586         }
3587         boosted = nr_boost_reclaim;
3588
3589 restart:
3590         sc.priority = DEF_PRIORITY;
3591         do {
3592                 unsigned long nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed;
3593                 bool raise_priority = true;
3594                 bool balanced;
3595                 bool ret;
3596
3597                 sc.reclaim_idx = highest_zoneidx;
3598
3599                 /*
3600                  * If the number of buffer_heads exceeds the maximum allowed
3601                  * then consider reclaiming from all zones. This has a dual
3602                  * purpose -- on 64-bit systems it is expected that
3603                  * buffer_heads are stripped during active rotation. On 32-bit
3604                  * systems, highmem pages can pin lowmem memory and shrinking
3605                  * buffers can relieve lowmem pressure. Reclaim may still not
3606                  * go ahead if all eligible zones for the original allocation
3607                  * request are balanced to avoid excessive reclaim from kswapd.
3608                  */
3609                 if (buffer_heads_over_limit) {
3610                         for (i = MAX_NR_ZONES - 1; i >= 0; i--) {
3611                                 zone = pgdat->node_zones + i;
3612                                 if (!managed_zone(zone))
3613                                         continue;
3614
3615                                 sc.reclaim_idx = i;
3616                                 break;
3617                         }
3618                 }
3619
3620                 /*
3621                  * If the pgdat is imbalanced then ignore boosting and preserve
3622                  * the watermarks for a later time and restart. Note that the
3623                  * zone watermarks will be still reset at the end of balancing
3624                  * on the grounds that the normal reclaim should be enough to
3625                  * re-evaluate if boosting is required when kswapd next wakes.
3626                  */
3627                 balanced = pgdat_balanced(pgdat, sc.order, highest_zoneidx);
3628                 if (!balanced && nr_boost_reclaim) {
3629                         nr_boost_reclaim = 0;
3630                         goto restart;
3631                 }
3632
3633                 /*
3634                  * If boosting is not active then only reclaim if there are no
3635                  * eligible zones. Note that sc.reclaim_idx is not used as
3636                  * buffer_heads_over_limit may have adjusted it.
3637                  */
3638                 if (!nr_boost_reclaim && balanced)
3639                         goto out;
3640
3641                 /* Limit the priority of boosting to avoid reclaim writeback */
3642                 if (nr_boost_reclaim && sc.priority == DEF_PRIORITY - 2)
3643                         raise_priority = false;
3644
3645                 /*
3646                  * Do not writeback or swap pages for boosted reclaim. The
3647                  * intent is to relieve pressure not issue sub-optimal IO
3648                  * from reclaim context. If no pages are reclaimed, the
3649                  * reclaim will be aborted.
3650                  */
3651                 sc.may_writepage = !laptop_mode && !nr_boost_reclaim;
3652                 sc.may_swap = !nr_boost_reclaim;
3653
3654                 /*
3655                  * Do some background aging of the anon list, to give
3656                  * pages a chance to be referenced before reclaiming. All
3657                  * pages are rotated regardless of classzone as this is
3658                  * about consistent aging.
3659                  */
3660                 age_active_anon(pgdat, &sc);
3661
3662                 /*
3663                  * If we're getting trouble reclaiming, start doing writepage
3664                  * even in laptop mode.
3665                  */
3666                 if (sc.priority < DEF_PRIORITY - 2)
3667                         sc.may_writepage = 1;
3668
3669                 /* Call soft limit reclaim before calling shrink_node. */
3670                 sc.nr_scanned = 0;
3671                 nr_soft_scanned = 0;
3672                 nr_soft_reclaimed = mem_cgroup_soft_limit_reclaim(pgdat, sc.order,
3673                                                 sc.gfp_mask, &nr_soft_scanned);
3674                 sc.nr_reclaimed += nr_soft_reclaimed;
3675
3676                 /*
3677                  * There should be no need to raise the scanning priority if
3678                  * enough pages are already being scanned that that high
3679                  * watermark would be met at 100% efficiency.
3680                  */
3681                 if (kswapd_shrink_node(pgdat, &sc))
3682                         raise_priority = false;
3683
3684                 /*
3685                  * If the low watermark is met there is no need for processes
3686                  * to be throttled on pfmemalloc_wait as they should not be
3687                  * able to safely make forward progress. Wake them
3688                  */
3689                 if (waitqueue_active(&pgdat->pfmemalloc_wait) &&
3690                                 allow_direct_reclaim(pgdat))
3691                         wake_up_all(&pgdat->pfmemalloc_wait);
3692
3693                 /* Check if kswapd should be suspending */
3694                 __fs_reclaim_release();
3695                 ret = try_to_freeze();
3696                 __fs_reclaim_acquire();
3697                 if (ret || kthread_should_stop())
3698                         break;
3699
3700                 /*
3701                  * Raise priority if scanning rate is too low or there was no
3702                  * progress in reclaiming pages
3703                  */
3704                 nr_reclaimed = sc.nr_reclaimed - nr_reclaimed;
3705                 nr_boost_reclaim -= min(nr_boost_reclaim, nr_reclaimed);
3706
3707                 /*
3708                  * If reclaim made no progress for a boost, stop reclaim as
3709                  * IO cannot be queued and it could be an infinite loop in
3710                  * extreme circumstances.
3711                  */
3712                 if (nr_boost_reclaim && !nr_reclaimed)
3713                         break;
3714
3715                 if (raise_priority || !nr_reclaimed)
3716                         sc.priority--;
3717         } while (sc.priority >= 1);
3718
3719         if (!sc.nr_reclaimed)
3720                 pgdat->kswapd_failures++;
3721
3722 out:
3723         /* If reclaim was boosted, account for the reclaim done in this pass */
3724         if (boosted) {
3725                 unsigned long flags;
3726
3727                 for (i = 0; i <= highest_zoneidx; i++) {
3728                         if (!zone_boosts[i])
3729                                 continue;
3730
3731                         /* Increments are under the zone lock */
3732                         zone = pgdat->node_zones + i;
3733                         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3734                         zone->watermark_boost -= min(zone->watermark_boost, zone_boosts[i]);
3735                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3736                 }
3737
3738                 /*
3739                  * As there is now likely space, wakeup kcompact to defragment
3740                  * pageblocks.
3741                  */
3742                 wakeup_kcompactd(pgdat, pageblock_order, highest_zoneidx);
3743         }
3744
3745         snapshot_refaults(NULL, pgdat);
3746         __fs_reclaim_release();
3747         psi_memstall_leave(&pflags);
3748         set_task_reclaim_state(current, NULL);
3749
3750         /*
3751          * Return the order kswapd stopped reclaiming at as
3752          * prepare_kswapd_sleep() takes it into account. If another caller
3753          * entered the allocator slow path while kswapd was awake, order will
3754          * remain at the higher level.
3755          */
3756         return sc.order;
3757 }
3758
3759 /*
3760  * The pgdat->kswapd_highest_zoneidx is used to pass the highest zone index to
3761  * be reclaimed by kswapd from the waker. If the value is MAX_NR_ZONES which is
3762  * not a valid index then either kswapd runs for first time or kswapd couldn't
3763  * sleep after previous reclaim attempt (node is still unbalanced). In that
3764  * case return the zone index of the previous kswapd reclaim cycle.
3765  */
3766 static enum zone_type kswapd_highest_zoneidx(pg_data_t *pgdat,
3767                                            enum zone_type prev_highest_zoneidx)
3768 {
3769         enum zone_type curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
3770
3771         return curr_idx == MAX_NR_ZONES ? prev_highest_zoneidx : curr_idx;
3772 }
3773
3774 static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int alloc_order, int reclaim_order,
3775                                 unsigned int highest_zoneidx)
3776 {
3777         long remaining = 0;
3778         DEFINE_WAIT(wait);
3779
3780         if (freezing(current) || kthread_should_stop())
3781                 return;
3782
3783         prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3784
3785         /*
3786          * Try to sleep for a short interval. Note that kcompactd will only be
3787          * woken if it is possible to sleep for a short interval. This is
3788          * deliberate on the assumption that if reclaim cannot keep an
3789          * eligible zone balanced that it's also unlikely that compaction will
3790          * succeed.
3791          */
3792         if (prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
3793                 /*
3794                  * Compaction records what page blocks it recently failed to
3795                  * isolate pages from and skips them in the future scanning.
3796                  * When kswapd is going to sleep, it is reasonable to assume
3797                  * that pages and compaction may succeed so reset the cache.
3798                  */
3799                 reset_isolation_suitable(pgdat);
3800
3801                 /*
3802                  * We have freed the memory, now we should compact it to make
3803                  * allocation of the requested order possible.
3804                  */
3805                 wakeup_kcompactd(pgdat, alloc_order, highest_zoneidx);
3806
3807                 remaining = schedule_timeout(HZ/10);
3808
3809                 /*
3810                  * If woken prematurely then reset kswapd_highest_zoneidx and
3811                  * order. The values will either be from a wakeup request or
3812                  * the previous request that slept prematurely.
3813                  */
3814                 if (remaining) {
3815                         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx,
3816                                         kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
3817                                                         highest_zoneidx));
3818
3819                         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < reclaim_order)
3820                                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, reclaim_order);
3821                 }
3822
3823                 finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3824                 prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
3825         }
3826
3827         /*
3828          * After a short sleep, check if it was a premature sleep. If not, then
3829          * go fully to sleep until explicitly woken up.
3830          */
3831         if (!remaining &&
3832             prepare_kswapd_sleep(pgdat, reclaim_order, highest_zoneidx)) {
3833                 trace_mm_vmscan_kswapd_sleep(pgdat->node_id);
3834
3835                 /*
3836                  * vmstat counters are not perfectly accurate and the estimated
3837                  * value for counters such as NR_FREE_PAGES can deviate from the
3838                  * true value by nr_online_cpus * threshold. To avoid the zone
3839                  * watermarks being breached while under pressure, we reduce the
3840                  * per-cpu vmstat threshold while kswapd is awake and restore
3841                  * them before going back to sleep.
3842                  */
3843                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_normal_threshold);
3844
3845                 if (!kthread_should_stop())
3846                         schedule();
3847
3848                 set_pgdat_percpu_threshold(pgdat, calculate_pressure_threshold);
3849         } else {
3850                 if (remaining)
3851                         count_vm_event(KSWAPD_LOW_WMARK_HIT_QUICKLY);
3852                 else
3853                         count_vm_event(KSWAPD_HIGH_WMARK_HIT_QUICKLY);
3854         }
3855         finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
3856 }
3857
3858 /*
3859  * The background pageout daemon, started as a kernel thread
3860  * from the init process.
3861  *
3862  * This basically trickles out pages so that we have _some_
3863  * free memory available even if there is no other activity
3864  * that frees anything up. This is needed for things like routing
3865  * etc, where we otherwise might have all activity going on in
3866  * asynchronous contexts that cannot page things out.
3867  *
3868  * If there are applications that are active memory-allocators
3869  * (most normal use), this basically shouldn't matter.
3870  */
3871 static int kswapd(void *p)
3872 {
3873         unsigned int alloc_order, reclaim_order;
3874         unsigned int highest_zoneidx = MAX_NR_ZONES - 1;
3875         pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
3876         struct task_struct *tsk = current;
3877         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
3878
3879         if (!cpumask_empty(cpumask))
3880                 set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask);
3881
3882         /*
3883          * Tell the memory management that we're a "memory allocator",
3884          * and that if we need more memory we should get access to it
3885          * regardless (see "__alloc_pages()"). "kswapd" should
3886          * never get caught in the normal page freeing logic.
3887          *
3888          * (Kswapd normally doesn't need memory anyway, but sometimes
3889          * you need a small amount of memory in order to be able to
3890          * page out something else, and this flag essentially protects
3891          * us from recursively trying to free more memory as we're
3892          * trying to free the first piece of memory in the first place).
3893          */
3894         tsk->flags |= PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD;
3895         set_freezable();
3896
3897         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
3898         WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
3899         for ( ; ; ) {
3900                 bool ret;
3901
3902                 alloc_order = reclaim_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
3903                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
3904                                                         highest_zoneidx);
3905
3906 kswapd_try_sleep:
3907                 kswapd_try_to_sleep(pgdat, alloc_order, reclaim_order,
3908                                         highest_zoneidx);
3909
3910                 /* Read the new order and highest_zoneidx */
3911                 alloc_order = READ_ONCE(pgdat->kswapd_order);
3912                 highest_zoneidx = kswapd_highest_zoneidx(pgdat,
3913                                                         highest_zoneidx);
3914                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, 0);
3915                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, MAX_NR_ZONES);
3916
3917                 ret = try_to_freeze();
3918                 if (kthread_should_stop())
3919                         break;
3920
3921                 /*
3922                  * We can speed up thawing tasks if we don't call balance_pgdat
3923                  * after returning from the refrigerator
3924                  */
3925                 if (ret)
3926                         continue;
3927
3928                 /*
3929                  * Reclaim begins at the requested order but if a high-order
3930                  * reclaim fails then kswapd falls back to reclaiming for
3931                  * order-0. If that happens, kswapd will consider sleeping
3932                  * for the order it finished reclaiming at (reclaim_order)
3933                  * but kcompactd is woken to compact for the original
3934                  * request (alloc_order).
3935                  */
3936                 trace_mm_vmscan_kswapd_wake(pgdat->node_id, highest_zoneidx,
3937                                                 alloc_order);
3938                 reclaim_order = balance_pgdat(pgdat, alloc_order,
3939                                                 highest_zoneidx);
3940                 if (reclaim_order < alloc_order)
3941                         goto kswapd_try_sleep;
3942         }
3943
3944         tsk->flags &= ~(PF_MEMALLOC | PF_SWAPWRITE | PF_KSWAPD);
3945
3946         return 0;
3947 }
3948
3949 /*
3950  * A zone is low on free memory or too fragmented for high-order memory.  If
3951  * kswapd should reclaim (direct reclaim is deferred), wake it up for the zone's
3952  * pgdat.  It will wake up kcompactd after reclaiming memory.  If kswapd reclaim
3953  * has failed or is not needed, still wake up kcompactd if only compaction is
3954  * needed.
3955  */
3956 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_flags, int order,
3957                    enum zone_type highest_zoneidx)
3958 {
3959         pg_data_t *pgdat;
3960         enum zone_type curr_idx;
3961
3962         if (!managed_zone(zone))
3963                 return;
3964
3965         if (!cpuset_zone_allowed(zone, gfp_flags))
3966                 return;
3967
3968         pgdat = zone->zone_pgdat;
3969         curr_idx = READ_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
3970
3971         if (curr_idx == MAX_NR_ZONES || curr_idx < highest_zoneidx)
3972                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_highest_zoneidx, highest_zoneidx);
3973
3974         if (READ_ONCE(pgdat->kswapd_order) < order)
3975                 WRITE_ONCE(pgdat->kswapd_order, order);
3976
3977         if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
3978                 return;
3979
3980         /* Hopeless node, leave it to direct reclaim if possible */
3981         if (pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ||
3982             (pgdat_balanced(pgdat, order, highest_zoneidx) &&
3983              !pgdat_watermark_boosted(pgdat, highest_zoneidx))) {
3984                 /*
3985                  * There may be plenty of free memory available, but it's too
3986                  * fragmented for high-order allocations.  Wake up kcompactd
3987                  * and rely on compaction_suitable() to determine if it's
3988                  * needed.  If it fails, it will defer subsequent attempts to
3989                  * ratelimit its work.
3990                  */
3991                 if (!(gfp_flags & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3992                         wakeup_kcompactd(pgdat, order, highest_zoneidx);
3993                 return;
3994         }
3995
3996         trace_mm_vmscan_wakeup_kswapd(pgdat->node_id, highest_zoneidx, order,
3997                                       gfp_flags);
3998         wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
3999 }
4000
4001 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
4002 /*
4003  * Try to free `nr_to_reclaim' of memory, system-wide, and return the number of
4004  * freed pages.
4005  *
4006  * Rather than trying to age LRUs the aim is to preserve the overall
4007  * LRU order by reclaiming preferentially
4008  * inactive > active > active referenced > active mapped
4009  */
4010 unsigned long shrink_all_memory(unsigned long nr_to_reclaim)
4011 {
4012         struct scan_control sc = {
4013                 .nr_to_reclaim = nr_to_reclaim,
4014                 .gfp_mask = GFP_HIGHUSER_MOVABLE,
4015                 .reclaim_idx = MAX_NR_ZONES - 1,
4016                 .priority = DEF_PRIORITY,
4017                 .may_writepage = 1,
4018                 .may_unmap = 1,
4019                 .may_swap = 1,
4020                 .hibernation_mode = 1,
4021         };
4022         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), sc.gfp_mask);
4023         unsigned long nr_reclaimed;
4024         unsigned int noreclaim_flag;
4025
4026         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4027         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4028         set_task_reclaim_state(current, &sc.reclaim_state);
4029
4030         nr_reclaimed = do_try_to_free_pages(zonelist, &sc);
4031
4032         set_task_reclaim_state(current, NULL);
4033         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4034         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4035
4036         return nr_reclaimed;
4037 }
4038 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
4039
4040 /*
4041  * This kswapd start function will be called by init and node-hot-add.
4042  * On node-hot-add, kswapd will moved to proper cpus if cpus are hot-added.
4043  */
4044 int kswapd_run(int nid)
4045 {
4046         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4047         int ret = 0;
4048
4049         if (pgdat->kswapd)
4050                 return 0;
4051
4052         pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
4053         if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
4054                 /* failure at boot is fatal */
4055                 BUG_ON(system_state < SYSTEM_RUNNING);
4056                 pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
4057                 ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
4058                 pgdat->kswapd = NULL;
4059         }
4060         return ret;
4061 }
4062
4063 /*
4064  * Called by memory hotplug when all memory in a node is offlined.  Caller must
4065  * hold mem_hotplug_begin/end().
4066  */
4067 void kswapd_stop(int nid)
4068 {
4069         struct task_struct *kswapd = NODE_DATA(nid)->kswapd;
4070
4071         if (kswapd) {
4072                 kthread_stop(kswapd);
4073                 NODE_DATA(nid)->kswapd = NULL;
4074         }
4075 }
4076
4077 static int __init kswapd_init(void)
4078 {
4079         int nid;
4080
4081         swap_setup();
4082         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
4083                 kswapd_run(nid);
4084         return 0;
4085 }
4086
4087 module_init(kswapd_init)
4088
4089 #ifdef CONFIG_NUMA
4090 /*
4091  * Node reclaim mode
4092  *
4093  * If non-zero call node_reclaim when the number of free pages falls below
4094  * the watermarks.
4095  */
4096 int node_reclaim_mode __read_mostly;
4097
4098 #define RECLAIM_WRITE (1<<0)    /* Writeout pages during reclaim */
4099 #define RECLAIM_UNMAP (1<<1)    /* Unmap pages during reclaim */
4100
4101 /*
4102  * Priority for NODE_RECLAIM. This determines the fraction of pages
4103  * of a node considered for each zone_reclaim. 4 scans 1/16th of
4104  * a zone.
4105  */
4106 #define NODE_RECLAIM_PRIORITY 4
4107
4108 /*
4109  * Percentage of pages in a zone that must be unmapped for node_reclaim to
4110  * occur.
4111  */
4112 int sysctl_min_unmapped_ratio = 1;
4113
4114 /*
4115  * If the number of slab pages in a zone grows beyond this percentage then
4116  * slab reclaim needs to occur.
4117  */
4118 int sysctl_min_slab_ratio = 5;
4119
4120 static inline unsigned long node_unmapped_file_pages(struct pglist_data *pgdat)
4121 {
4122         unsigned long file_mapped = node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED);
4123         unsigned long file_lru = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
4124                 node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE);
4125
4126         /*
4127          * It's possible for there to be more file mapped pages than
4128          * accounted for by the pages on the file LRU lists because
4129          * tmpfs pages accounted for as ANON can also be FILE_MAPPED
4130          */
4131         return (file_lru > file_mapped) ? (file_lru - file_mapped) : 0;
4132 }
4133
4134 /* Work out how many page cache pages we can reclaim in this reclaim_mode */
4135 static unsigned long node_pagecache_reclaimable(struct pglist_data *pgdat)
4136 {
4137         unsigned long nr_pagecache_reclaimable;
4138         unsigned long delta = 0;
4139
4140         /*
4141          * If RECLAIM_UNMAP is set, then all file pages are considered
4142          * potentially reclaimable. Otherwise, we have to worry about
4143          * pages like swapcache and node_unmapped_file_pages() provides
4144          * a better estimate
4145          */
4146         if (node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP)
4147                 nr_pagecache_reclaimable = node_page_state(pgdat, NR_FILE_PAGES);
4148         else
4149                 nr_pagecache_reclaimable = node_unmapped_file_pages(pgdat);
4150
4151         /* If we can't clean pages, remove dirty pages from consideration */
4152         if (!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE))
4153                 delta += node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY);
4154
4155         /* Watch for any possible underflows due to delta */
4156         if (unlikely(delta > nr_pagecache_reclaimable))
4157                 delta = nr_pagecache_reclaimable;
4158
4159         return nr_pagecache_reclaimable - delta;
4160 }
4161
4162 /*
4163  * Try to free up some pages from this node through reclaim.
4164  */
4165 static int __node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4166 {
4167         /* Minimum pages needed in order to stay on node */
4168         const unsigned long nr_pages = 1 << order;
4169         struct task_struct *p = current;
4170         unsigned int noreclaim_flag;
4171         struct scan_control sc = {
4172                 .nr_to_reclaim = max(nr_pages, SWAP_CLUSTER_MAX),
4173                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
4174                 .order = order,
4175                 .priority = NODE_RECLAIM_PRIORITY,
4176                 .may_writepage = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_WRITE),
4177                 .may_unmap = !!(node_reclaim_mode & RECLAIM_UNMAP),
4178                 .may_swap = 1,
4179                 .reclaim_idx = gfp_zone(gfp_mask),
4180         };
4181
4182         trace_mm_vmscan_node_reclaim_begin(pgdat->node_id, order,
4183                                            sc.gfp_mask);
4184
4185         cond_resched();
4186         fs_reclaim_acquire(sc.gfp_mask);
4187         /*
4188          * We need to be able to allocate from the reserves for RECLAIM_UNMAP
4189          * and we also need to be able to write out pages for RECLAIM_WRITE
4190          * and RECLAIM_UNMAP.
4191          */
4192         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4193         p->flags |= PF_SWAPWRITE;
4194         set_task_reclaim_state(p, &sc.reclaim_state);
4195
4196         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) > pgdat->min_unmapped_pages) {
4197                 /*
4198                  * Free memory by calling shrink node with increasing
4199                  * priorities until we have enough memory freed.
4200                  */
4201                 do {
4202                         shrink_node(pgdat, &sc);
4203                 } while (sc.nr_reclaimed < nr_pages && --sc.priority >= 0);
4204         }
4205
4206         set_task_reclaim_state(p, NULL);
4207         current->flags &= ~PF_SWAPWRITE;
4208         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4209         fs_reclaim_release(sc.gfp_mask);
4210
4211         trace_mm_vmscan_node_reclaim_end(sc.nr_reclaimed);
4212
4213         return sc.nr_reclaimed >= nr_pages;
4214 }
4215
4216 int node_reclaim(struct pglist_data *pgdat, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4217 {
4218         int ret;
4219
4220         /*
4221          * Node reclaim reclaims unmapped file backed pages and
4222          * slab pages if we are over the defined limits.
4223          *
4224          * A small portion of unmapped file backed pages is needed for
4225          * file I/O otherwise pages read by file I/O will be immediately
4226          * thrown out if the node is overallocated. So we do not reclaim
4227          * if less than a specified percentage of the node is used by
4228          * unmapped file backed pages.
4229          */
4230         if (node_pagecache_reclaimable(pgdat) <= pgdat->min_unmapped_pages &&
4231             node_page_state_pages(pgdat, NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) <=
4232             pgdat->min_slab_pages)
4233                 return NODE_RECLAIM_FULL;
4234
4235         /*
4236          * Do not scan if the allocation should not be delayed.
4237          */
4238         if (!gfpflags_allow_blocking(gfp_mask) || (current->flags & PF_MEMALLOC))
4239                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4240
4241         /*
4242          * Only run node reclaim on the local node or on nodes that do not
4243          * have associated processors. This will favor the local processor
4244          * over remote processors and spread off node memory allocations
4245          * as wide as possible.
4246          */
4247         if (node_state(pgdat->node_id, N_CPU) && pgdat->node_id != numa_node_id())
4248                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4249
4250         if (test_and_set_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags))
4251                 return NODE_RECLAIM_NOSCAN;
4252
4253         ret = __node_reclaim(pgdat, gfp_mask, order);
4254         clear_bit(PGDAT_RECLAIM_LOCKED, &pgdat->flags);
4255
4256         if (!ret)
4257                 count_vm_event(PGSCAN_ZONE_RECLAIM_FAILED);
4258
4259         return ret;
4260 }
4261 #endif
4262
4263 /**
4264  * check_move_unevictable_pages - check pages for evictability and move to
4265  * appropriate zone lru list
4266  * @pvec: pagevec with lru pages to check
4267  *
4268  * Checks pages for evictability, if an evictable page is in the unevictable
4269  * lru list, moves it to the appropriate evictable lru list. This function
4270  * should be only used for lru pages.
4271  */
4272 void check_move_unevictable_pages(struct pagevec *pvec)
4273 {
4274         struct lruvec *lruvec = NULL;
4275         int pgscanned = 0;
4276         int pgrescued = 0;
4277         int i;
4278
4279         for (i = 0; i < pvec->nr; i++) {
4280                 struct page *page = pvec->pages[i];
4281                 int nr_pages;
4282
4283                 if (PageTransTail(page))
4284                         continue;
4285
4286                 nr_pages = thp_nr_pages(page);
4287                 pgscanned += nr_pages;
4288
4289                 /* block memcg migration during page moving between lru */
4290                 if (!TestClearPageLRU(page))
4291                         continue;
4292
4293                 lruvec = relock_page_lruvec_irq(page, lruvec);
4294                 if (page_evictable(page) && PageUnevictable(page)) {
4295                         enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);
4296
4297                         VM_BUG_ON_PAGE(PageActive(page), page);
4298                         ClearPageUnevictable(page);
4299                         del_page_from_lru_list(page, lruvec, LRU_UNEVICTABLE);
4300                         add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);
4301                         pgrescued += nr_pages;
4302                 }
4303                 SetPageLRU(page);
4304         }
4305
4306         if (lruvec) {
4307                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGRESCUED, pgrescued);
4308                 __count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
4309                 unlock_page_lruvec_irq(lruvec);
4310         } else if (pgscanned) {
4311                 count_vm_events(UNEVICTABLE_PGSCANNED, pgscanned);
4312         }
4313 }
4314 EXPORT_SYMBOL_GPL(check_move_unevictable_pages);