Merge tag 'perf-urgent-2024-03-17' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / workingset.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  * Workingset detection
4  *
5  * Copyright (C) 2013 Red Hat, Inc., Johannes Weiner
6  */
7
8 #include <linux/memcontrol.h>
9 #include <linux/mm_inline.h>
10 #include <linux/writeback.h>
11 #include <linux/shmem_fs.h>
12 #include <linux/pagemap.h>
13 #include <linux/atomic.h>
14 #include <linux/module.h>
15 #include <linux/swap.h>
16 #include <linux/dax.h>
17 #include <linux/fs.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include "internal.h"
20
21 /*
22  *              Double CLOCK lists
23  *
24  * Per node, two clock lists are maintained for file pages: the
25  * inactive and the active list.  Freshly faulted pages start out at
26  * the head of the inactive list and page reclaim scans pages from the
27  * tail.  Pages that are accessed multiple times on the inactive list
28  * are promoted to the active list, to protect them from reclaim,
29  * whereas active pages are demoted to the inactive list when the
30  * active list grows too big.
31  *
32  *   fault ------------------------+
33  *                                 |
34  *              +--------------+   |            +-------------+
35  *   reclaim <- |   inactive   | <-+-- demotion |    active   | <--+
36  *              +--------------+                +-------------+    |
37  *                     |                                           |
38  *                     +-------------- promotion ------------------+
39  *
40  *
41  *              Access frequency and refault distance
42  *
43  * A workload is thrashing when its pages are frequently used but they
44  * are evicted from the inactive list every time before another access
45  * would have promoted them to the active list.
46  *
47  * In cases where the average access distance between thrashing pages
48  * is bigger than the size of memory there is nothing that can be
49  * done - the thrashing set could never fit into memory under any
50  * circumstance.
51  *
52  * However, the average access distance could be bigger than the
53  * inactive list, yet smaller than the size of memory.  In this case,
54  * the set could fit into memory if it weren't for the currently
55  * active pages - which may be used more, hopefully less frequently:
56  *
57  *      +-memory available to cache-+
58  *      |                           |
59  *      +-inactive------+-active----+
60  *  a b | c d e f g h i | J K L M N |
61  *      +---------------+-----------+
62  *
63  * It is prohibitively expensive to accurately track access frequency
64  * of pages.  But a reasonable approximation can be made to measure
65  * thrashing on the inactive list, after which refaulting pages can be
66  * activated optimistically to compete with the existing active pages.
67  *
68  * Approximating inactive page access frequency - Observations:
69  *
70  * 1. When a page is accessed for the first time, it is added to the
71  *    head of the inactive list, slides every existing inactive page
72  *    towards the tail by one slot, and pushes the current tail page
73  *    out of memory.
74  *
75  * 2. When a page is accessed for the second time, it is promoted to
76  *    the active list, shrinking the inactive list by one slot.  This
77  *    also slides all inactive pages that were faulted into the cache
78  *    more recently than the activated page towards the tail of the
79  *    inactive list.
80  *
81  * Thus:
82  *
83  * 1. The sum of evictions and activations between any two points in
84  *    time indicate the minimum number of inactive pages accessed in
85  *    between.
86  *
87  * 2. Moving one inactive page N page slots towards the tail of the
88  *    list requires at least N inactive page accesses.
89  *
90  * Combining these:
91  *
92  * 1. When a page is finally evicted from memory, the number of
93  *    inactive pages accessed while the page was in cache is at least
94  *    the number of page slots on the inactive list.
95  *
96  * 2. In addition, measuring the sum of evictions and activations (E)
97  *    at the time of a page's eviction, and comparing it to another
98  *    reading (R) at the time the page faults back into memory tells
99  *    the minimum number of accesses while the page was not cached.
100  *    This is called the refault distance.
101  *
102  * Because the first access of the page was the fault and the second
103  * access the refault, we combine the in-cache distance with the
104  * out-of-cache distance to get the complete minimum access distance
105  * of this page:
106  *
107  *      NR_inactive + (R - E)
108  *
109  * And knowing the minimum access distance of a page, we can easily
110  * tell if the page would be able to stay in cache assuming all page
111  * slots in the cache were available:
112  *
113  *   NR_inactive + (R - E) <= NR_inactive + NR_active
114  *
115  * If we have swap we should consider about NR_inactive_anon and
116  * NR_active_anon, so for page cache and anonymous respectively:
117  *
118  *   NR_inactive_file + (R - E) <= NR_inactive_file + NR_active_file
119  *   + NR_inactive_anon + NR_active_anon
120  *
121  *   NR_inactive_anon + (R - E) <= NR_inactive_anon + NR_active_anon
122  *   + NR_inactive_file + NR_active_file
123  *
124  * Which can be further simplified to:
125  *
126  *   (R - E) <= NR_active_file + NR_inactive_anon + NR_active_anon
127  *
128  *   (R - E) <= NR_active_anon + NR_inactive_file + NR_active_file
129  *
130  * Put into words, the refault distance (out-of-cache) can be seen as
131  * a deficit in inactive list space (in-cache).  If the inactive list
132  * had (R - E) more page slots, the page would not have been evicted
133  * in between accesses, but activated instead.  And on a full system,
134  * the only thing eating into inactive list space is active pages.
135  *
136  *
137  *              Refaulting inactive pages
138  *
139  * All that is known about the active list is that the pages have been
140  * accessed more than once in the past.  This means that at any given
141  * time there is actually a good chance that pages on the active list
142  * are no longer in active use.
143  *
144  * So when a refault distance of (R - E) is observed and there are at
145  * least (R - E) pages in the userspace workingset, the refaulting page
146  * is activated optimistically in the hope that (R - E) pages are actually
147  * used less frequently than the refaulting page - or even not used at
148  * all anymore.
149  *
150  * That means if inactive cache is refaulting with a suitable refault
151  * distance, we assume the cache workingset is transitioning and put
152  * pressure on the current workingset.
153  *
154  * If this is wrong and demotion kicks in, the pages which are truly
155  * used more frequently will be reactivated while the less frequently
156  * used once will be evicted from memory.
157  *
158  * But if this is right, the stale pages will be pushed out of memory
159  * and the used pages get to stay in cache.
160  *
161  *              Refaulting active pages
162  *
163  * If on the other hand the refaulting pages have recently been
164  * deactivated, it means that the active list is no longer protecting
165  * actively used cache from reclaim. The cache is NOT transitioning to
166  * a different workingset; the existing workingset is thrashing in the
167  * space allocated to the page cache.
168  *
169  *
170  *              Implementation
171  *
172  * For each node's LRU lists, a counter for inactive evictions and
173  * activations is maintained (node->nonresident_age).
174  *
175  * On eviction, a snapshot of this counter (along with some bits to
176  * identify the node) is stored in the now empty page cache
177  * slot of the evicted page.  This is called a shadow entry.
178  *
179  * On cache misses for which there are shadow entries, an eligible
180  * refault distance will immediately activate the refaulting page.
181  */
182
183 #define WORKINGSET_SHIFT 1
184 #define EVICTION_SHIFT  ((BITS_PER_LONG - BITS_PER_XA_VALUE) +  \
185                          WORKINGSET_SHIFT + NODES_SHIFT + \
186                          MEM_CGROUP_ID_SHIFT)
187 #define EVICTION_MASK   (~0UL >> EVICTION_SHIFT)
188
189 /*
190  * Eviction timestamps need to be able to cover the full range of
191  * actionable refaults. However, bits are tight in the xarray
192  * entry, and after storing the identifier for the lruvec there might
193  * not be enough left to represent every single actionable refault. In
194  * that case, we have to sacrifice granularity for distance, and group
195  * evictions into coarser buckets by shaving off lower timestamp bits.
196  */
197 static unsigned int bucket_order __read_mostly;
198
199 static void *pack_shadow(int memcgid, pg_data_t *pgdat, unsigned long eviction,
200                          bool workingset)
201 {
202         eviction &= EVICTION_MASK;
203         eviction = (eviction << MEM_CGROUP_ID_SHIFT) | memcgid;
204         eviction = (eviction << NODES_SHIFT) | pgdat->node_id;
205         eviction = (eviction << WORKINGSET_SHIFT) | workingset;
206
207         return xa_mk_value(eviction);
208 }
209
210 static void unpack_shadow(void *shadow, int *memcgidp, pg_data_t **pgdat,
211                           unsigned long *evictionp, bool *workingsetp)
212 {
213         unsigned long entry = xa_to_value(shadow);
214         int memcgid, nid;
215         bool workingset;
216
217         workingset = entry & ((1UL << WORKINGSET_SHIFT) - 1);
218         entry >>= WORKINGSET_SHIFT;
219         nid = entry & ((1UL << NODES_SHIFT) - 1);
220         entry >>= NODES_SHIFT;
221         memcgid = entry & ((1UL << MEM_CGROUP_ID_SHIFT) - 1);
222         entry >>= MEM_CGROUP_ID_SHIFT;
223
224         *memcgidp = memcgid;
225         *pgdat = NODE_DATA(nid);
226         *evictionp = entry;
227         *workingsetp = workingset;
228 }
229
230 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
231
232 static void *lru_gen_eviction(struct folio *folio)
233 {
234         int hist;
235         unsigned long token;
236         unsigned long min_seq;
237         struct lruvec *lruvec;
238         struct lru_gen_folio *lrugen;
239         int type = folio_is_file_lru(folio);
240         int delta = folio_nr_pages(folio);
241         int refs = folio_lru_refs(folio);
242         int tier = lru_tier_from_refs(refs);
243         struct mem_cgroup *memcg = folio_memcg(folio);
244         struct pglist_data *pgdat = folio_pgdat(folio);
245
246         BUILD_BUG_ON(LRU_GEN_WIDTH + LRU_REFS_WIDTH > BITS_PER_LONG - EVICTION_SHIFT);
247
248         lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
249         lrugen = &lruvec->lrugen;
250         min_seq = READ_ONCE(lrugen->min_seq[type]);
251         token = (min_seq << LRU_REFS_WIDTH) | max(refs - 1, 0);
252
253         hist = lru_hist_from_seq(min_seq);
254         atomic_long_add(delta, &lrugen->evicted[hist][type][tier]);
255
256         return pack_shadow(mem_cgroup_id(memcg), pgdat, token, refs);
257 }
258
259 /*
260  * Tests if the shadow entry is for a folio that was recently evicted.
261  * Fills in @lruvec, @token, @workingset with the values unpacked from shadow.
262  */
263 static bool lru_gen_test_recent(void *shadow, bool file, struct lruvec **lruvec,
264                                 unsigned long *token, bool *workingset)
265 {
266         int memcg_id;
267         unsigned long min_seq;
268         struct mem_cgroup *memcg;
269         struct pglist_data *pgdat;
270
271         unpack_shadow(shadow, &memcg_id, &pgdat, token, workingset);
272
273         memcg = mem_cgroup_from_id(memcg_id);
274         *lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
275
276         min_seq = READ_ONCE((*lruvec)->lrugen.min_seq[file]);
277         return (*token >> LRU_REFS_WIDTH) == (min_seq & (EVICTION_MASK >> LRU_REFS_WIDTH));
278 }
279
280 static void lru_gen_refault(struct folio *folio, void *shadow)
281 {
282         bool recent;
283         int hist, tier, refs;
284         bool workingset;
285         unsigned long token;
286         struct lruvec *lruvec;
287         struct lru_gen_folio *lrugen;
288         int type = folio_is_file_lru(folio);
289         int delta = folio_nr_pages(folio);
290
291         rcu_read_lock();
292
293         recent = lru_gen_test_recent(shadow, type, &lruvec, &token, &workingset);
294         if (lruvec != folio_lruvec(folio))
295                 goto unlock;
296
297         mod_lruvec_state(lruvec, WORKINGSET_REFAULT_BASE + type, delta);
298
299         if (!recent)
300                 goto unlock;
301
302         lrugen = &lruvec->lrugen;
303
304         hist = lru_hist_from_seq(READ_ONCE(lrugen->min_seq[type]));
305         /* see the comment in folio_lru_refs() */
306         refs = (token & (BIT(LRU_REFS_WIDTH) - 1)) + workingset;
307         tier = lru_tier_from_refs(refs);
308
309         atomic_long_add(delta, &lrugen->refaulted[hist][type][tier]);
310         mod_lruvec_state(lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_BASE + type, delta);
311
312         /*
313          * Count the following two cases as stalls:
314          * 1. For pages accessed through page tables, hotter pages pushed out
315          *    hot pages which refaulted immediately.
316          * 2. For pages accessed multiple times through file descriptors,
317          *    they would have been protected by sort_folio().
318          */
319         if (lru_gen_in_fault() || refs >= BIT(LRU_REFS_WIDTH) - 1) {
320                 set_mask_bits(&folio->flags, 0, LRU_REFS_MASK | BIT(PG_workingset));
321                 mod_lruvec_state(lruvec, WORKINGSET_RESTORE_BASE + type, delta);
322         }
323 unlock:
324         rcu_read_unlock();
325 }
326
327 #else /* !CONFIG_LRU_GEN */
328
329 static void *lru_gen_eviction(struct folio *folio)
330 {
331         return NULL;
332 }
333
334 static bool lru_gen_test_recent(void *shadow, bool file, struct lruvec **lruvec,
335                                 unsigned long *token, bool *workingset)
336 {
337         return false;
338 }
339
340 static void lru_gen_refault(struct folio *folio, void *shadow)
341 {
342 }
343
344 #endif /* CONFIG_LRU_GEN */
345
346 /**
347  * workingset_age_nonresident - age non-resident entries as LRU ages
348  * @lruvec: the lruvec that was aged
349  * @nr_pages: the number of pages to count
350  *
351  * As in-memory pages are aged, non-resident pages need to be aged as
352  * well, in order for the refault distances later on to be comparable
353  * to the in-memory dimensions. This function allows reclaim and LRU
354  * operations to drive the non-resident aging along in parallel.
355  */
356 void workingset_age_nonresident(struct lruvec *lruvec, unsigned long nr_pages)
357 {
358         /*
359          * Reclaiming a cgroup means reclaiming all its children in a
360          * round-robin fashion. That means that each cgroup has an LRU
361          * order that is composed of the LRU orders of its child
362          * cgroups; and every page has an LRU position not just in the
363          * cgroup that owns it, but in all of that group's ancestors.
364          *
365          * So when the physical inactive list of a leaf cgroup ages,
366          * the virtual inactive lists of all its parents, including
367          * the root cgroup's, age as well.
368          */
369         do {
370                 atomic_long_add(nr_pages, &lruvec->nonresident_age);
371         } while ((lruvec = parent_lruvec(lruvec)));
372 }
373
374 /**
375  * workingset_eviction - note the eviction of a folio from memory
376  * @target_memcg: the cgroup that is causing the reclaim
377  * @folio: the folio being evicted
378  *
379  * Return: a shadow entry to be stored in @folio->mapping->i_pages in place
380  * of the evicted @folio so that a later refault can be detected.
381  */
382 void *workingset_eviction(struct folio *folio, struct mem_cgroup *target_memcg)
383 {
384         struct pglist_data *pgdat = folio_pgdat(folio);
385         unsigned long eviction;
386         struct lruvec *lruvec;
387         int memcgid;
388
389         /* Folio is fully exclusive and pins folio's memory cgroup pointer */
390         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_lru(folio), folio);
391         VM_BUG_ON_FOLIO(folio_ref_count(folio), folio);
392         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
393
394         if (lru_gen_enabled())
395                 return lru_gen_eviction(folio);
396
397         lruvec = mem_cgroup_lruvec(target_memcg, pgdat);
398         /* XXX: target_memcg can be NULL, go through lruvec */
399         memcgid = mem_cgroup_id(lruvec_memcg(lruvec));
400         eviction = atomic_long_read(&lruvec->nonresident_age);
401         eviction >>= bucket_order;
402         workingset_age_nonresident(lruvec, folio_nr_pages(folio));
403         return pack_shadow(memcgid, pgdat, eviction,
404                                 folio_test_workingset(folio));
405 }
406
407 /**
408  * workingset_test_recent - tests if the shadow entry is for a folio that was
409  * recently evicted. Also fills in @workingset with the value unpacked from
410  * shadow.
411  * @shadow: the shadow entry to be tested.
412  * @file: whether the corresponding folio is from the file lru.
413  * @workingset: where the workingset value unpacked from shadow should
414  * be stored.
415  *
416  * Return: true if the shadow is for a recently evicted folio; false otherwise.
417  */
418 bool workingset_test_recent(void *shadow, bool file, bool *workingset)
419 {
420         struct mem_cgroup *eviction_memcg;
421         struct lruvec *eviction_lruvec;
422         unsigned long refault_distance;
423         unsigned long workingset_size;
424         unsigned long refault;
425         int memcgid;
426         struct pglist_data *pgdat;
427         unsigned long eviction;
428
429         rcu_read_lock();
430
431         if (lru_gen_enabled()) {
432                 bool recent = lru_gen_test_recent(shadow, file,
433                                 &eviction_lruvec, &eviction, workingset);
434
435                 rcu_read_unlock();
436                 return recent;
437         }
438
439
440         unpack_shadow(shadow, &memcgid, &pgdat, &eviction, workingset);
441         eviction <<= bucket_order;
442
443         /*
444          * Look up the memcg associated with the stored ID. It might
445          * have been deleted since the folio's eviction.
446          *
447          * Note that in rare events the ID could have been recycled
448          * for a new cgroup that refaults a shared folio. This is
449          * impossible to tell from the available data. However, this
450          * should be a rare and limited disturbance, and activations
451          * are always speculative anyway. Ultimately, it's the aging
452          * algorithm's job to shake out the minimum access frequency
453          * for the active cache.
454          *
455          * XXX: On !CONFIG_MEMCG, this will always return NULL; it
456          * would be better if the root_mem_cgroup existed in all
457          * configurations instead.
458          */
459         eviction_memcg = mem_cgroup_from_id(memcgid);
460         if (!mem_cgroup_disabled() &&
461             (!eviction_memcg || !mem_cgroup_tryget(eviction_memcg))) {
462                 rcu_read_unlock();
463                 return false;
464         }
465
466         rcu_read_unlock();
467
468         /*
469          * Flush stats (and potentially sleep) outside the RCU read section.
470          * XXX: With per-memcg flushing and thresholding, is ratelimiting
471          * still needed here?
472          */
473         mem_cgroup_flush_stats_ratelimited(eviction_memcg);
474
475         eviction_lruvec = mem_cgroup_lruvec(eviction_memcg, pgdat);
476         refault = atomic_long_read(&eviction_lruvec->nonresident_age);
477
478         /*
479          * Calculate the refault distance
480          *
481          * The unsigned subtraction here gives an accurate distance
482          * across nonresident_age overflows in most cases. There is a
483          * special case: usually, shadow entries have a short lifetime
484          * and are either refaulted or reclaimed along with the inode
485          * before they get too old.  But it is not impossible for the
486          * nonresident_age to lap a shadow entry in the field, which
487          * can then result in a false small refault distance, leading
488          * to a false activation should this old entry actually
489          * refault again.  However, earlier kernels used to deactivate
490          * unconditionally with *every* reclaim invocation for the
491          * longest time, so the occasional inappropriate activation
492          * leading to pressure on the active list is not a problem.
493          */
494         refault_distance = (refault - eviction) & EVICTION_MASK;
495
496         /*
497          * Compare the distance to the existing workingset size. We
498          * don't activate pages that couldn't stay resident even if
499          * all the memory was available to the workingset. Whether
500          * workingset competition needs to consider anon or not depends
501          * on having free swap space.
502          */
503         workingset_size = lruvec_page_state(eviction_lruvec, NR_ACTIVE_FILE);
504         if (!file) {
505                 workingset_size += lruvec_page_state(eviction_lruvec,
506                                                      NR_INACTIVE_FILE);
507         }
508         if (mem_cgroup_get_nr_swap_pages(eviction_memcg) > 0) {
509                 workingset_size += lruvec_page_state(eviction_lruvec,
510                                                      NR_ACTIVE_ANON);
511                 if (file) {
512                         workingset_size += lruvec_page_state(eviction_lruvec,
513                                                      NR_INACTIVE_ANON);
514                 }
515         }
516
517         mem_cgroup_put(eviction_memcg);
518         return refault_distance <= workingset_size;
519 }
520
521 /**
522  * workingset_refault - Evaluate the refault of a previously evicted folio.
523  * @folio: The freshly allocated replacement folio.
524  * @shadow: Shadow entry of the evicted folio.
525  *
526  * Calculates and evaluates the refault distance of the previously
527  * evicted folio in the context of the node and the memcg whose memory
528  * pressure caused the eviction.
529  */
530 void workingset_refault(struct folio *folio, void *shadow)
531 {
532         bool file = folio_is_file_lru(folio);
533         struct pglist_data *pgdat;
534         struct mem_cgroup *memcg;
535         struct lruvec *lruvec;
536         bool workingset;
537         long nr;
538
539         if (lru_gen_enabled()) {
540                 lru_gen_refault(folio, shadow);
541                 return;
542         }
543
544         /*
545          * The activation decision for this folio is made at the level
546          * where the eviction occurred, as that is where the LRU order
547          * during folio reclaim is being determined.
548          *
549          * However, the cgroup that will own the folio is the one that
550          * is actually experiencing the refault event. Make sure the folio is
551          * locked to guarantee folio_memcg() stability throughout.
552          */
553         VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
554         nr = folio_nr_pages(folio);
555         memcg = folio_memcg(folio);
556         pgdat = folio_pgdat(folio);
557         lruvec = mem_cgroup_lruvec(memcg, pgdat);
558
559         mod_lruvec_state(lruvec, WORKINGSET_REFAULT_BASE + file, nr);
560
561         if (!workingset_test_recent(shadow, file, &workingset))
562                 return;
563
564         folio_set_active(folio);
565         workingset_age_nonresident(lruvec, nr);
566         mod_lruvec_state(lruvec, WORKINGSET_ACTIVATE_BASE + file, nr);
567
568         /* Folio was active prior to eviction */
569         if (workingset) {
570                 folio_set_workingset(folio);
571                 /*
572                  * XXX: Move to folio_add_lru() when it supports new vs
573                  * putback
574                  */
575                 lru_note_cost_refault(folio);
576                 mod_lruvec_state(lruvec, WORKINGSET_RESTORE_BASE + file, nr);
577         }
578 }
579
580 /**
581  * workingset_activation - note a page activation
582  * @folio: Folio that is being activated.
583  */
584 void workingset_activation(struct folio *folio)
585 {
586         struct mem_cgroup *memcg;
587
588         rcu_read_lock();
589         /*
590          * Filter non-memcg pages here, e.g. unmap can call
591          * mark_page_accessed() on VDSO pages.
592          *
593          * XXX: See workingset_refault() - this should return
594          * root_mem_cgroup even for !CONFIG_MEMCG.
595          */
596         memcg = folio_memcg_rcu(folio);
597         if (!mem_cgroup_disabled() && !memcg)
598                 goto out;
599         workingset_age_nonresident(folio_lruvec(folio), folio_nr_pages(folio));
600 out:
601         rcu_read_unlock();
602 }
603
604 /*
605  * Shadow entries reflect the share of the working set that does not
606  * fit into memory, so their number depends on the access pattern of
607  * the workload.  In most cases, they will refault or get reclaimed
608  * along with the inode, but a (malicious) workload that streams
609  * through files with a total size several times that of available
610  * memory, while preventing the inodes from being reclaimed, can
611  * create excessive amounts of shadow nodes.  To keep a lid on this,
612  * track shadow nodes and reclaim them when they grow way past the
613  * point where they would still be useful.
614  */
615
616 struct list_lru shadow_nodes;
617
618 void workingset_update_node(struct xa_node *node)
619 {
620         struct address_space *mapping;
621
622         /*
623          * Track non-empty nodes that contain only shadow entries;
624          * unlink those that contain pages or are being freed.
625          *
626          * Avoid acquiring the list_lru lock when the nodes are
627          * already where they should be. The list_empty() test is safe
628          * as node->private_list is protected by the i_pages lock.
629          */
630         mapping = container_of(node->array, struct address_space, i_pages);
631         lockdep_assert_held(&mapping->i_pages.xa_lock);
632
633         if (node->count && node->count == node->nr_values) {
634                 if (list_empty(&node->private_list)) {
635                         list_lru_add_obj(&shadow_nodes, &node->private_list);
636                         __inc_lruvec_kmem_state(node, WORKINGSET_NODES);
637                 }
638         } else {
639                 if (!list_empty(&node->private_list)) {
640                         list_lru_del_obj(&shadow_nodes, &node->private_list);
641                         __dec_lruvec_kmem_state(node, WORKINGSET_NODES);
642                 }
643         }
644 }
645
646 static unsigned long count_shadow_nodes(struct shrinker *shrinker,
647                                         struct shrink_control *sc)
648 {
649         unsigned long max_nodes;
650         unsigned long nodes;
651         unsigned long pages;
652
653         nodes = list_lru_shrink_count(&shadow_nodes, sc);
654         if (!nodes)
655                 return SHRINK_EMPTY;
656
657         /*
658          * Approximate a reasonable limit for the nodes
659          * containing shadow entries. We don't need to keep more
660          * shadow entries than possible pages on the active list,
661          * since refault distances bigger than that are dismissed.
662          *
663          * The size of the active list converges toward 100% of
664          * overall page cache as memory grows, with only a tiny
665          * inactive list. Assume the total cache size for that.
666          *
667          * Nodes might be sparsely populated, with only one shadow
668          * entry in the extreme case. Obviously, we cannot keep one
669          * node for every eligible shadow entry, so compromise on a
670          * worst-case density of 1/8th. Below that, not all eligible
671          * refaults can be detected anymore.
672          *
673          * On 64-bit with 7 xa_nodes per page and 64 slots
674          * each, this will reclaim shadow entries when they consume
675          * ~1.8% of available memory:
676          *
677          * PAGE_SIZE / xa_nodes / node_entries * 8 / PAGE_SIZE
678          */
679 #ifdef CONFIG_MEMCG
680         if (sc->memcg) {
681                 struct lruvec *lruvec;
682                 int i;
683
684                 mem_cgroup_flush_stats_ratelimited(sc->memcg);
685                 lruvec = mem_cgroup_lruvec(sc->memcg, NODE_DATA(sc->nid));
686                 for (pages = 0, i = 0; i < NR_LRU_LISTS; i++)
687                         pages += lruvec_page_state_local(lruvec,
688                                                          NR_LRU_BASE + i);
689                 pages += lruvec_page_state_local(
690                         lruvec, NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) >> PAGE_SHIFT;
691                 pages += lruvec_page_state_local(
692                         lruvec, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B) >> PAGE_SHIFT;
693         } else
694 #endif
695                 pages = node_present_pages(sc->nid);
696
697         max_nodes = pages >> (XA_CHUNK_SHIFT - 3);
698
699         if (nodes <= max_nodes)
700                 return 0;
701         return nodes - max_nodes;
702 }
703
704 static enum lru_status shadow_lru_isolate(struct list_head *item,
705                                           struct list_lru_one *lru,
706                                           spinlock_t *lru_lock,
707                                           void *arg) __must_hold(lru_lock)
708 {
709         struct xa_node *node = container_of(item, struct xa_node, private_list);
710         struct address_space *mapping;
711         int ret;
712
713         /*
714          * Page cache insertions and deletions synchronously maintain
715          * the shadow node LRU under the i_pages lock and the
716          * lru_lock.  Because the page cache tree is emptied before
717          * the inode can be destroyed, holding the lru_lock pins any
718          * address_space that has nodes on the LRU.
719          *
720          * We can then safely transition to the i_pages lock to
721          * pin only the address_space of the particular node we want
722          * to reclaim, take the node off-LRU, and drop the lru_lock.
723          */
724
725         mapping = container_of(node->array, struct address_space, i_pages);
726
727         /* Coming from the list, invert the lock order */
728         if (!xa_trylock(&mapping->i_pages)) {
729                 spin_unlock_irq(lru_lock);
730                 ret = LRU_RETRY;
731                 goto out;
732         }
733
734         /* For page cache we need to hold i_lock */
735         if (mapping->host != NULL) {
736                 if (!spin_trylock(&mapping->host->i_lock)) {
737                         xa_unlock(&mapping->i_pages);
738                         spin_unlock_irq(lru_lock);
739                         ret = LRU_RETRY;
740                         goto out;
741                 }
742         }
743
744         list_lru_isolate(lru, item);
745         __dec_lruvec_kmem_state(node, WORKINGSET_NODES);
746
747         spin_unlock(lru_lock);
748
749         /*
750          * The nodes should only contain one or more shadow entries,
751          * no pages, so we expect to be able to remove them all and
752          * delete and free the empty node afterwards.
753          */
754         if (WARN_ON_ONCE(!node->nr_values))
755                 goto out_invalid;
756         if (WARN_ON_ONCE(node->count != node->nr_values))
757                 goto out_invalid;
758         xa_delete_node(node, workingset_update_node);
759         __inc_lruvec_kmem_state(node, WORKINGSET_NODERECLAIM);
760
761 out_invalid:
762         xa_unlock_irq(&mapping->i_pages);
763         if (mapping->host != NULL) {
764                 if (mapping_shrinkable(mapping))
765                         inode_add_lru(mapping->host);
766                 spin_unlock(&mapping->host->i_lock);
767         }
768         ret = LRU_REMOVED_RETRY;
769 out:
770         cond_resched();
771         spin_lock_irq(lru_lock);
772         return ret;
773 }
774
775 static unsigned long scan_shadow_nodes(struct shrinker *shrinker,
776                                        struct shrink_control *sc)
777 {
778         /* list_lru lock nests inside the IRQ-safe i_pages lock */
779         return list_lru_shrink_walk_irq(&shadow_nodes, sc, shadow_lru_isolate,
780                                         NULL);
781 }
782
783 /*
784  * Our list_lru->lock is IRQ-safe as it nests inside the IRQ-safe
785  * i_pages lock.
786  */
787 static struct lock_class_key shadow_nodes_key;
788
789 static int __init workingset_init(void)
790 {
791         struct shrinker *workingset_shadow_shrinker;
792         unsigned int timestamp_bits;
793         unsigned int max_order;
794         int ret = -ENOMEM;
795
796         BUILD_BUG_ON(BITS_PER_LONG < EVICTION_SHIFT);
797         /*
798          * Calculate the eviction bucket size to cover the longest
799          * actionable refault distance, which is currently half of
800          * memory (totalram_pages/2). However, memory hotplug may add
801          * some more pages at runtime, so keep working with up to
802          * double the initial memory by using totalram_pages as-is.
803          */
804         timestamp_bits = BITS_PER_LONG - EVICTION_SHIFT;
805         max_order = fls_long(totalram_pages() - 1);
806         if (max_order > timestamp_bits)
807                 bucket_order = max_order - timestamp_bits;
808         pr_info("workingset: timestamp_bits=%d max_order=%d bucket_order=%u\n",
809                timestamp_bits, max_order, bucket_order);
810
811         workingset_shadow_shrinker = shrinker_alloc(SHRINKER_NUMA_AWARE |
812                                                     SHRINKER_MEMCG_AWARE,
813                                                     "mm-shadow");
814         if (!workingset_shadow_shrinker)
815                 goto err;
816
817         ret = __list_lru_init(&shadow_nodes, true, &shadow_nodes_key,
818                               workingset_shadow_shrinker);
819         if (ret)
820                 goto err_list_lru;
821
822         workingset_shadow_shrinker->count_objects = count_shadow_nodes;
823         workingset_shadow_shrinker->scan_objects = scan_shadow_nodes;
824         /* ->count reports only fully expendable nodes */
825         workingset_shadow_shrinker->seeks = 0;
826
827         shrinker_register(workingset_shadow_shrinker);
828         return 0;
829 err_list_lru:
830         shrinker_free(workingset_shadow_shrinker);
831 err:
832         return ret;
833 }
834 module_init(workingset_init);