mm/memcontrol.c

   1 /* memcontrol.c - Memory Controller
   2  *
   3  * Copyright IBM Corporation, 2007
   4  * Author Balbir Singh <balbir@linux.vnet.ibm.com>
   5  *
   6  * Copyright 2007 OpenVZ SWsoft Inc
   7  * Author: Pavel Emelianov <xemul@openvz.org>
   8  *
   9  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  10  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  11  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  12  * (at your option) any later version.
  13  *
  14  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  17  * GNU General Public License for more details.
  18  */
  19
  20 #include <linux/res_counter.h>
  21 #include <linux/memcontrol.h>
  22 #include <linux/cgroup.h>
  23 #include <linux/mm.h>
  24 #include <linux/smp.h>
  25 #include <linux/page-flags.h>
  26 #include <linux/backing-dev.h>
  27 #include <linux/bit_spinlock.h>
  28 #include <linux/rcupdate.h>
  29 #include <linux/slab.h>
  30 #include <linux/swap.h>
  31 #include <linux/spinlock.h>
  32 #include <linux/fs.h>
  33 #include <linux/seq_file.h>
  34 #include <linux/vmalloc.h>
  35 #include <linux/mm_inline.h>
  36 #include <linux/page_cgroup.h>
  37
  38 #include <asm/uaccess.h>
  39
  40 struct cgroup_subsys mem_cgroup_subsys __read_mostly;
  41 #define MEM_CGROUP_RECLAIM_RETRIES      5
  42
  43 /*
  44  * Statistics for memory cgroup.
  45  */
  46 enum mem_cgroup_stat_index {
  47         /*
  48          * For MEM_CONTAINER_TYPE_ALL, usage = pagecache + rss.
  49          */
  50         MEM_CGROUP_STAT_CACHE,     /* # of pages charged as cache */
  51         MEM_CGROUP_STAT_RSS,       /* # of pages charged as rss */
  52         MEM_CGROUP_STAT_PGPGIN_COUNT,   /* # of pages paged in */
  53         MEM_CGROUP_STAT_PGPGOUT_COUNT,  /* # of pages paged out */
  54
  55         MEM_CGROUP_STAT_NSTATS,
  56 };
  57
  58 struct mem_cgroup_stat_cpu {
  59         s64 count[MEM_CGROUP_STAT_NSTATS];
  60 } ____cacheline_aligned_in_smp;
  61
  62 struct mem_cgroup_stat {
  63         struct mem_cgroup_stat_cpu cpustat[NR_CPUS];
  64 };
  65
  66 /*
  67  * For accounting under irq disable, no need for increment preempt count.
  68  */
  69 static inline void __mem_cgroup_stat_add_safe(struct mem_cgroup_stat_cpu *stat,
  70                 enum mem_cgroup_stat_index idx, int val)
  71 {
  72         stat->count[idx] += val;
  73 }
  74
  75 static s64 mem_cgroup_read_stat(struct mem_cgroup_stat *stat,
  76                 enum mem_cgroup_stat_index idx)
  77 {
  78         int cpu;
  79         s64 ret = 0;
  80         for_each_possible_cpu(cpu)
  81                 ret += stat->cpustat[cpu].count[idx];
  82         return ret;
  83 }
  84
  85 /*
  86  * per-zone information in memory controller.
  87  */
  88 struct mem_cgroup_per_zone {
  89         /*
  90          * spin_lock to protect the per cgroup LRU
  91          */
  92         spinlock_t              lru_lock;
  93         struct list_head        lists[NR_LRU_LISTS];
  94         unsigned long           count[NR_LRU_LISTS];
  95 };
  96 /* Macro for accessing counter */
  97 #define MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, idx)       ((mz)->count[(idx)])
  98
  99 struct mem_cgroup_per_node {
 100         struct mem_cgroup_per_zone zoneinfo[MAX_NR_ZONES];
 101 };
 102
 103 struct mem_cgroup_lru_info {
 104         struct mem_cgroup_per_node *nodeinfo[MAX_NUMNODES];
 105 };
 106
 107 /*
 108  * The memory controller data structure. The memory controller controls both
 109  * page cache and RSS per cgroup. We would eventually like to provide
 110  * statistics based on the statistics developed by Rik Van Riel for clock-pro,
 111  * to help the administrator determine what knobs to tune.
 112  *
 113  * TODO: Add a water mark for the memory controller. Reclaim will begin when
 114  * we hit the water mark. May be even add a low water mark, such that
 115  * no reclaim occurs from a cgroup at it's low water mark, this is
 116  * a feature that will be implemented much later in the future.
 117  */
 118 struct mem_cgroup {
 119         struct cgroup_subsys_state css;
 120         /*
 121          * the counter to account for memory usage
 122          */
 123         struct res_counter res;
 124         /*
 125          * Per cgroup active and inactive list, similar to the
 126          * per zone LRU lists.
 127          */
 128         struct mem_cgroup_lru_info info;
 129
 130         int     prev_priority;  /* for recording reclaim priority */
 131         /*
 132          * statistics.
 133          */
 134         struct mem_cgroup_stat stat;
 135 };
 136 static struct mem_cgroup init_mem_cgroup;
 137
 138 enum charge_type {
 139         MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_CACHE = 0,
 140         MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED,
 141         MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_SHMEM,   /* used by page migration of shmem */
 142         MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_FORCE,   /* used by force_empty */
 143         NR_CHARGE_TYPE,
 144 };
 145
 146 /* only for here (for easy reading.) */
 147 #define PCGF_CACHE      (1UL << PCG_CACHE)
 148 #define PCGF_USED       (1UL << PCG_USED)
 149 #define PCGF_ACTIVE     (1UL << PCG_ACTIVE)
 150 #define PCGF_LOCK       (1UL << PCG_LOCK)
 151 #define PCGF_FILE       (1UL << PCG_FILE)
 152 static const unsigned long
 153 pcg_default_flags[NR_CHARGE_TYPE] = {
 154         PCGF_CACHE | PCGF_FILE | PCGF_USED | PCGF_LOCK, /* File Cache */
 155         PCGF_ACTIVE | PCGF_USED | PCGF_LOCK, /* Anon */
 156         PCGF_ACTIVE | PCGF_CACHE | PCGF_USED | PCGF_LOCK, /* Shmem */
 157         0, /* FORCE */
 158 };
 159
 160 /*
 161  * Always modified under lru lock. Then, not necessary to preempt_disable()
 162  */
 163 static void mem_cgroup_charge_statistics(struct mem_cgroup *mem,
 164                                          struct page_cgroup *pc,
 165                                          bool charge)
 166 {
 167         int val = (charge)? 1 : -1;
 168         struct mem_cgroup_stat *stat = &mem->stat;
 169         struct mem_cgroup_stat_cpu *cpustat;
 170
 171         VM_BUG_ON(!irqs_disabled());
 172
 173         cpustat = &stat->cpustat[smp_processor_id()];
 174         if (PageCgroupCache(pc))
 175                 __mem_cgroup_stat_add_safe(cpustat, MEM_CGROUP_STAT_CACHE, val);
 176         else
 177                 __mem_cgroup_stat_add_safe(cpustat, MEM_CGROUP_STAT_RSS, val);
 178
 179         if (charge)
 180                 __mem_cgroup_stat_add_safe(cpustat,
 181                                 MEM_CGROUP_STAT_PGPGIN_COUNT, 1);
 182         else
 183                 __mem_cgroup_stat_add_safe(cpustat,
 184                                 MEM_CGROUP_STAT_PGPGOUT_COUNT, 1);
 185 }
 186
 187 static struct mem_cgroup_per_zone *
 188 mem_cgroup_zoneinfo(struct mem_cgroup *mem, int nid, int zid)
 189 {
 190         return &mem->info.nodeinfo[nid]->zoneinfo[zid];
 191 }
 192
 193 static struct mem_cgroup_per_zone *
 194 page_cgroup_zoneinfo(struct page_cgroup *pc)
 195 {
 196         struct mem_cgroup *mem = pc->mem_cgroup;
 197         int nid = page_cgroup_nid(pc);
 198         int zid = page_cgroup_zid(pc);
 199
 200         return mem_cgroup_zoneinfo(mem, nid, zid);
 201 }
 202
 203 static unsigned long mem_cgroup_get_all_zonestat(struct mem_cgroup *mem,
 204                                         enum lru_list idx)
 205 {
 206         int nid, zid;
 207         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 208         u64 total = 0;
 209
 210         for_each_online_node(nid)
 211                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
 212                         mz = mem_cgroup_zoneinfo(mem, nid, zid);
 213                         total += MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, idx);
 214                 }
 215         return total;
 216 }
 217
 218 static struct mem_cgroup *mem_cgroup_from_cont(struct cgroup *cont)
 219 {
 220         return container_of(cgroup_subsys_state(cont,
 221                                 mem_cgroup_subsys_id), struct mem_cgroup,
 222                                 css);
 223 }
 224
 225 struct mem_cgroup *mem_cgroup_from_task(struct task_struct *p)
 226 {
 227         /*
 228          * mm_update_next_owner() may clear mm->owner to NULL
 229          * if it races with swapoff, page migration, etc.
 230          * So this can be called with p == NULL.
 231          */
 232         if (unlikely(!p))
 233                 return NULL;
 234
 235         return container_of(task_subsys_state(p, mem_cgroup_subsys_id),
 236                                 struct mem_cgroup, css);
 237 }
 238
 239 static void __mem_cgroup_remove_list(struct mem_cgroup_per_zone *mz,
 240                         struct page_cgroup *pc)
 241 {
 242         int lru = LRU_BASE;
 243
 244         if (PageCgroupUnevictable(pc))
 245                 lru = LRU_UNEVICTABLE;
 246         else {
 247                 if (PageCgroupActive(pc))
 248                         lru += LRU_ACTIVE;
 249                 if (PageCgroupFile(pc))
 250                         lru += LRU_FILE;
 251         }
 252
 253         MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, lru) -= 1;
 254
 255         mem_cgroup_charge_statistics(pc->mem_cgroup, pc, false);
 256         list_del(&pc->lru);
 257 }
 258
 259 static void __mem_cgroup_add_list(struct mem_cgroup_per_zone *mz,
 260                                 struct page_cgroup *pc)
 261 {
 262         int lru = LRU_BASE;
 263
 264         if (PageCgroupUnevictable(pc))
 265                 lru = LRU_UNEVICTABLE;
 266         else {
 267                 if (PageCgroupActive(pc))
 268                         lru += LRU_ACTIVE;
 269                 if (PageCgroupFile(pc))
 270                         lru += LRU_FILE;
 271         }
 272
 273         MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, lru) += 1;
 274         list_add(&pc->lru, &mz->lists[lru]);
 275
 276         mem_cgroup_charge_statistics(pc->mem_cgroup, pc, true);
 277 }
 278
 279 static void __mem_cgroup_move_lists(struct page_cgroup *pc, enum lru_list lru)
 280 {
 281         struct mem_cgroup_per_zone *mz = page_cgroup_zoneinfo(pc);
 282         int active    = PageCgroupActive(pc);
 283         int file      = PageCgroupFile(pc);
 284         int unevictable = PageCgroupUnevictable(pc);
 285         enum lru_list from = unevictable ? LRU_UNEVICTABLE :
 286                                 (LRU_FILE * !!file + !!active);
 287
 288         if (lru == from)
 289                 return;
 290
 291         MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, from) -= 1;
 292         /*
 293          * However this is done under mz->lru_lock, another flags, which
 294          * are not related to LRU, will be modified from out-of-lock.
 295          * We have to use atomic set/clear flags.
 296          */
 297         if (is_unevictable_lru(lru)) {
 298                 ClearPageCgroupActive(pc);
 299                 SetPageCgroupUnevictable(pc);
 300         } else {
 301                 if (is_active_lru(lru))
 302                         SetPageCgroupActive(pc);
 303                 else
 304                         ClearPageCgroupActive(pc);
 305                 ClearPageCgroupUnevictable(pc);
 306         }
 307
 308         MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, lru) += 1;
 309         list_move(&pc->lru, &mz->lists[lru]);
 310 }
 311
 312 int task_in_mem_cgroup(struct task_struct *task, const struct mem_cgroup *mem)
 313 {
 314         int ret;
 315
 316         task_lock(task);
 317         ret = task->mm && mm_match_cgroup(task->mm, mem);
 318         task_unlock(task);
 319         return ret;
 320 }
 321
 322 /*
 323  * This routine assumes that the appropriate zone's lru lock is already held
 324  */
 325 void mem_cgroup_move_lists(struct page *page, enum lru_list lru)
 326 {
 327         struct page_cgroup *pc;
 328         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 329         unsigned long flags;
 330
 331         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 332                 return;
 333
 334         /*
 335          * We cannot lock_page_cgroup while holding zone's lru_lock,
 336          * because other holders of lock_page_cgroup can be interrupted
 337          * with an attempt to rotate_reclaimable_page.  But we cannot
 338          * safely get to page_cgroup without it, so just try_lock it:
 339          * mem_cgroup_isolate_pages allows for page left on wrong list.
 340          */
 341         pc = lookup_page_cgroup(page);
 342         if (!trylock_page_cgroup(pc))
 343                 return;
 344         if (pc && PageCgroupUsed(pc)) {
 345                 mz = page_cgroup_zoneinfo(pc);
 346                 spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 347                 __mem_cgroup_move_lists(pc, lru);
 348                 spin_unlock_irqrestore(&mz->lru_lock, flags);
 349         }
 350         unlock_page_cgroup(pc);
 351 }
 352
 353 /*
 354  * Calculate mapped_ratio under memory controller. This will be used in
 355  * vmscan.c for deteremining we have to reclaim mapped pages.
 356  */
 357 int mem_cgroup_calc_mapped_ratio(struct mem_cgroup *mem)
 358 {
 359         long total, rss;
 360
 361         /*
 362          * usage is recorded in bytes. But, here, we assume the number of
 363          * physical pages can be represented by "long" on any arch.
 364          */
 365         total = (long) (mem->res.usage >> PAGE_SHIFT) + 1L;
 366         rss = (long)mem_cgroup_read_stat(&mem->stat, MEM_CGROUP_STAT_RSS);
 367         return (int)((rss * 100L) / total);
 368 }
 369
 370 /*
 371  * prev_priority control...this will be used in memory reclaim path.
 372  */
 373 int mem_cgroup_get_reclaim_priority(struct mem_cgroup *mem)
 374 {
 375         return mem->prev_priority;
 376 }
 377
 378 void mem_cgroup_note_reclaim_priority(struct mem_cgroup *mem, int priority)
 379 {
 380         if (priority < mem->prev_priority)
 381                 mem->prev_priority = priority;
 382 }
 383
 384 void mem_cgroup_record_reclaim_priority(struct mem_cgroup *mem, int priority)
 385 {
 386         mem->prev_priority = priority;
 387 }
 388
 389 /*
 390  * Calculate # of pages to be scanned in this priority/zone.
 391  * See also vmscan.c
 392  *
 393  * priority starts from "DEF_PRIORITY" and decremented in each loop.
 394  * (see include/linux/mmzone.h)
 395  */
 396
 397 long mem_cgroup_calc_reclaim(struct mem_cgroup *mem, struct zone *zone,
 398                                         int priority, enum lru_list lru)
 399 {
 400         long nr_pages;
 401         int nid = zone->zone_pgdat->node_id;
 402         int zid = zone_idx(zone);
 403         struct mem_cgroup_per_zone *mz = mem_cgroup_zoneinfo(mem, nid, zid);
 404
 405         nr_pages = MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, lru);
 406
 407         return (nr_pages >> priority);
 408 }
 409
 410 unsigned long mem_cgroup_isolate_pages(unsigned long nr_to_scan,
 411                                         struct list_head *dst,
 412                                         unsigned long *scanned, int order,
 413                                         int mode, struct zone *z,
 414                                         struct mem_cgroup *mem_cont,
 415                                         int active, int file)
 416 {
 417         unsigned long nr_taken = 0;
 418         struct page *page;
 419         unsigned long scan;
 420         LIST_HEAD(pc_list);
 421         struct list_head *src;
 422         struct page_cgroup *pc, *tmp;
 423         int nid = z->zone_pgdat->node_id;
 424         int zid = zone_idx(z);
 425         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 426         int lru = LRU_FILE * !!file + !!active;
 427
 428         BUG_ON(!mem_cont);
 429         mz = mem_cgroup_zoneinfo(mem_cont, nid, zid);
 430         src = &mz->lists[lru];
 431
 432         spin_lock(&mz->lru_lock);
 433         scan = 0;
 434         list_for_each_entry_safe_reverse(pc, tmp, src, lru) {
 435                 if (scan >= nr_to_scan)
 436                         break;
 437                 if (unlikely(!PageCgroupUsed(pc)))
 438                         continue;
 439                 page = pc->page;
 440
 441                 if (unlikely(!PageLRU(page)))
 442                         continue;
 443
 444                 /*
 445                  * TODO: play better with lumpy reclaim, grabbing anything.
 446                  */
 447                 if (PageUnevictable(page) ||
 448                     (PageActive(page) && !active) ||
 449                     (!PageActive(page) && active)) {
 450                         __mem_cgroup_move_lists(pc, page_lru(page));
 451                         continue;
 452                 }
 453
 454                 scan++;
 455                 list_move(&pc->lru, &pc_list);
 456
 457                 if (__isolate_lru_page(page, mode, file) == 0) {
 458                         list_move(&page->lru, dst);
 459                         nr_taken++;
 460                 }
 461         }
 462
 463         list_splice(&pc_list, src);
 464         spin_unlock(&mz->lru_lock);
 465
 466         *scanned = scan;
 467         return nr_taken;
 468 }
 469
 470 /*
 471  * Charge the memory controller for page usage.
 472  * Return
 473  * 0 if the charge was successful
 474  * < 0 if the cgroup is over its limit
 475  */
 476 static int mem_cgroup_charge_common(struct page *page, struct mm_struct *mm,
 477                                 gfp_t gfp_mask, enum charge_type ctype,
 478                                 struct mem_cgroup *memcg)
 479 {
 480         struct mem_cgroup *mem;
 481         struct page_cgroup *pc;
 482         unsigned long nr_retries = MEM_CGROUP_RECLAIM_RETRIES;
 483         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 484         unsigned long flags;
 485
 486         pc = lookup_page_cgroup(page);
 487         /* can happen at boot */
 488         if (unlikely(!pc))
 489                 return 0;
 490         prefetchw(pc);
 491         /*
 492          * We always charge the cgroup the mm_struct belongs to.
 493          * The mm_struct's mem_cgroup changes on task migration if the
 494          * thread group leader migrates. It's possible that mm is not
 495          * set, if so charge the init_mm (happens for pagecache usage).
 496          */
 497
 498         if (likely(!memcg)) {
 499                 rcu_read_lock();
 500                 mem = mem_cgroup_from_task(rcu_dereference(mm->owner));
 501                 if (unlikely(!mem)) {
 502                         rcu_read_unlock();
 503                         return 0;
 504                 }
 505                 /*
 506                  * For every charge from the cgroup, increment reference count
 507                  */
 508                 css_get(&mem->css);
 509                 rcu_read_unlock();
 510         } else {
 511                 mem = memcg;
 512                 css_get(&memcg->css);
 513         }
 514
 515         while (unlikely(res_counter_charge(&mem->res, PAGE_SIZE))) {
 516                 if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT))
 517                         goto out;
 518
 519                 if (try_to_free_mem_cgroup_pages(mem, gfp_mask))
 520                         continue;
 521
 522                 /*
 523                  * try_to_free_mem_cgroup_pages() might not give us a full
 524                  * picture of reclaim. Some pages are reclaimed and might be
 525                  * moved to swap cache or just unmapped from the cgroup.
 526                  * Check the limit again to see if the reclaim reduced the
 527                  * current usage of the cgroup before giving up
 528                  */
 529                 if (res_counter_check_under_limit(&mem->res))
 530                         continue;
 531
 532                 if (!nr_retries--) {
 533                         mem_cgroup_out_of_memory(mem, gfp_mask);
 534                         goto out;
 535                 }
 536         }
 537
 538
 539         lock_page_cgroup(pc);
 540         if (unlikely(PageCgroupUsed(pc))) {
 541                 unlock_page_cgroup(pc);
 542                 res_counter_uncharge(&mem->res, PAGE_SIZE);
 543                 css_put(&mem->css);
 544
 545                 goto done;
 546         }
 547         pc->mem_cgroup = mem;
 548         /*
 549          * If a page is accounted as a page cache, insert to inactive list.
 550          * If anon, insert to active list.
 551          */
 552         pc->flags = pcg_default_flags[ctype];
 553
 554         mz = page_cgroup_zoneinfo(pc);
 555
 556         spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 557         __mem_cgroup_add_list(mz, pc);
 558         spin_unlock_irqrestore(&mz->lru_lock, flags);
 559         unlock_page_cgroup(pc);
 560
 561 done:
 562         return 0;
 563 out:
 564         css_put(&mem->css);
 565         return -ENOMEM;
 566 }
 567
 568 int mem_cgroup_charge(struct page *page, struct mm_struct *mm, gfp_t gfp_mask)
 569 {
 570         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 571                 return 0;
 572         if (PageCompound(page))
 573                 return 0;
 574         /*
 575          * If already mapped, we don't have to account.
 576          * If page cache, page->mapping has address_space.
 577          * But page->mapping may have out-of-use anon_vma pointer,
 578          * detecit it by PageAnon() check. newly-mapped-anon's page->mapping
 579          * is NULL.
 580          */
 581         if (page_mapped(page) || (page->mapping && !PageAnon(page)))
 582                 return 0;
 583         if (unlikely(!mm))
 584                 mm = &init_mm;
 585         return mem_cgroup_charge_common(page, mm, gfp_mask,
 586                                 MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED, NULL);
 587 }
 588
 589 int mem_cgroup_cache_charge(struct page *page, struct mm_struct *mm,
 590                                 gfp_t gfp_mask)
 591 {
 592         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 593                 return 0;
 594         if (PageCompound(page))
 595                 return 0;
 596         /*
 597          * Corner case handling. This is called from add_to_page_cache()
 598          * in usual. But some FS (shmem) precharges this page before calling it
 599          * and call add_to_page_cache() with GFP_NOWAIT.
 600          *
 601          * For GFP_NOWAIT case, the page may be pre-charged before calling
 602          * add_to_page_cache(). (See shmem.c) check it here and avoid to call
 603          * charge twice. (It works but has to pay a bit larger cost.)
 604          */
 605         if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT)) {
 606                 struct page_cgroup *pc;
 607
 608
 609                 pc = lookup_page_cgroup(page);
 610                 if (!pc)
 611                         return 0;
 612                 lock_page_cgroup(pc);
 613                 if (PageCgroupUsed(pc)) {
 614                         unlock_page_cgroup(pc);
 615                         return 0;
 616                 }
 617                 unlock_page_cgroup(pc);
 618         }
 619
 620         if (unlikely(!mm))
 621                 mm = &init_mm;
 622
 623         if (page_is_file_cache(page))
 624                 return mem_cgroup_charge_common(page, mm, gfp_mask,
 625                                 MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_CACHE, NULL);
 626         else
 627                 return mem_cgroup_charge_common(page, mm, gfp_mask,
 628                                 MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_SHMEM, NULL);
 629 }
 630
 631 /*
 632  * uncharge if !page_mapped(page)
 633  */
 634 static void
 635 __mem_cgroup_uncharge_common(struct page *page, enum charge_type ctype)
 636 {
 637         struct page_cgroup *pc;
 638         struct mem_cgroup *mem;
 639         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 640         unsigned long flags;
 641
 642         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 643                 return;
 644
 645         /*
 646          * Check if our page_cgroup is valid
 647          */
 648         pc = lookup_page_cgroup(page);
 649         if (unlikely(!pc || !PageCgroupUsed(pc)))
 650                 return;
 651
 652         lock_page_cgroup(pc);
 653         if ((ctype == MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED && page_mapped(page))
 654              || !PageCgroupUsed(pc)) {
 655                 /* This happens at race in zap_pte_range() and do_swap_page()*/
 656                 unlock_page_cgroup(pc);
 657                 return;
 658         }
 659         ClearPageCgroupUsed(pc);
 660         mem = pc->mem_cgroup;
 661
 662         mz = page_cgroup_zoneinfo(pc);
 663         spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 664         __mem_cgroup_remove_list(mz, pc);
 665         spin_unlock_irqrestore(&mz->lru_lock, flags);
 666         unlock_page_cgroup(pc);
 667
 668         res_counter_uncharge(&mem->res, PAGE_SIZE);
 669         css_put(&mem->css);
 670
 671         return;
 672 }
 673
 674 void mem_cgroup_uncharge_page(struct page *page)
 675 {
 676         /* early check. */
 677         if (page_mapped(page))
 678                 return;
 679         if (page->mapping && !PageAnon(page))
 680                 return;
 681         __mem_cgroup_uncharge_common(page, MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED);
 682 }
 683
 684 void mem_cgroup_uncharge_cache_page(struct page *page)
 685 {
 686         VM_BUG_ON(page_mapped(page));
 687         VM_BUG_ON(page->mapping);
 688         __mem_cgroup_uncharge_common(page, MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_CACHE);
 689 }
 690
 691 /*
 692  * Before starting migration, account against new page.
 693  */
 694 int mem_cgroup_prepare_migration(struct page *page, struct page *newpage)
 695 {
 696         struct page_cgroup *pc;
 697         struct mem_cgroup *mem = NULL;
 698         enum charge_type ctype = MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED;
 699         int ret = 0;
 700
 701         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 702                 return 0;
 703
 704         pc = lookup_page_cgroup(page);
 705         lock_page_cgroup(pc);
 706         if (PageCgroupUsed(pc)) {
 707                 mem = pc->mem_cgroup;
 708                 css_get(&mem->css);
 709                 if (PageCgroupCache(pc)) {
 710                         if (page_is_file_cache(page))
 711                                 ctype = MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_CACHE;
 712                         else
 713                                 ctype = MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_SHMEM;
 714                 }
 715         }
 716         unlock_page_cgroup(pc);
 717         if (mem) {
 718                 ret = mem_cgroup_charge_common(newpage, NULL, GFP_KERNEL,
 719                         ctype, mem);
 720                 css_put(&mem->css);
 721         }
 722         return ret;
 723 }
 724
 725 /* remove redundant charge if migration failed*/
 726 void mem_cgroup_end_migration(struct page *newpage)
 727 {
 728         /*
 729          * At success, page->mapping is not NULL.
 730          * special rollback care is necessary when
 731          * 1. at migration failure. (newpage->mapping is cleared in this case)
 732          * 2. the newpage was moved but not remapped again because the task
 733          *    exits and the newpage is obsolete. In this case, the new page
 734          *    may be a swapcache. So, we just call mem_cgroup_uncharge_page()
 735          *    always for avoiding mess. The  page_cgroup will be removed if
 736          *    unnecessary. File cache pages is still on radix-tree. Don't
 737          *    care it.
 738          */
 739         if (!newpage->mapping)
 740                 __mem_cgroup_uncharge_common(newpage,
 741                                 MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_FORCE);
 742         else if (PageAnon(newpage))
 743                 mem_cgroup_uncharge_page(newpage);
 744 }
 745
 746 /*
 747  * A call to try to shrink memory usage under specified resource controller.
 748  * This is typically used for page reclaiming for shmem for reducing side
 749  * effect of page allocation from shmem, which is used by some mem_cgroup.
 750  */
 751 int mem_cgroup_shrink_usage(struct mm_struct *mm, gfp_t gfp_mask)
 752 {
 753         struct mem_cgroup *mem;
 754         int progress = 0;
 755         int retry = MEM_CGROUP_RECLAIM_RETRIES;
 756
 757         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 758                 return 0;
 759         if (!mm)
 760                 return 0;
 761
 762         rcu_read_lock();
 763         mem = mem_cgroup_from_task(rcu_dereference(mm->owner));
 764         if (unlikely(!mem)) {
 765                 rcu_read_unlock();
 766                 return 0;
 767         }
 768         css_get(&mem->css);
 769         rcu_read_unlock();
 770
 771         do {
 772                 progress = try_to_free_mem_cgroup_pages(mem, gfp_mask);
 773                 progress += res_counter_check_under_limit(&mem->res);
 774         } while (!progress && --retry);
 775
 776         css_put(&mem->css);
 777         if (!retry)
 778                 return -ENOMEM;
 779         return 0;
 780 }
 781
 782 int mem_cgroup_resize_limit(struct mem_cgroup *memcg, unsigned long long val)
 783 {
 784
 785         int retry_count = MEM_CGROUP_RECLAIM_RETRIES;
 786         int progress;
 787         int ret = 0;
 788
 789         while (res_counter_set_limit(&memcg->res, val)) {
 790                 if (signal_pending(current)) {
 791                         ret = -EINTR;
 792                         break;
 793                 }
 794                 if (!retry_count) {
 795                         ret = -EBUSY;
 796                         break;
 797                 }
 798                 progress = try_to_free_mem_cgroup_pages(memcg, GFP_KERNEL);
 799                 if (!progress)
 800                         retry_count--;
 801         }
 802         return ret;
 803 }
 804
 805
 806 /*
 807  * This routine traverse page_cgroup in given list and drop them all.
 808  * *And* this routine doesn't reclaim page itself, just removes page_cgroup.
 809  */
 810 #define FORCE_UNCHARGE_BATCH    (128)
 811 static void mem_cgroup_force_empty_list(struct mem_cgroup *mem,
 812                             struct mem_cgroup_per_zone *mz,
 813                             enum lru_list lru)
 814 {
 815         struct page_cgroup *pc;
 816         struct page *page;
 817         int count = FORCE_UNCHARGE_BATCH;
 818         unsigned long flags;
 819         struct list_head *list;
 820
 821         list = &mz->lists[lru];
 822
 823         spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 824         while (!list_empty(list)) {
 825                 pc = list_entry(list->prev, struct page_cgroup, lru);
 826                 page = pc->page;
 827                 if (!PageCgroupUsed(pc))
 828                         break;
 829                 get_page(page);
 830                 spin_unlock_irqrestore(&mz->lru_lock, flags);
 831                 /*
 832                  * Check if this page is on LRU. !LRU page can be found
 833                  * if it's under page migration.
 834                  */
 835                 if (PageLRU(page)) {
 836                         __mem_cgroup_uncharge_common(page,
 837                                         MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_FORCE);
 838                         put_page(page);
 839                         if (--count <= 0) {
 840                                 count = FORCE_UNCHARGE_BATCH;
 841                                 cond_resched();
 842                         }
 843                 } else {
 844                         spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 845                         break;
 846                 }
 847                 spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 848         }
 849         spin_unlock_irqrestore(&mz->lru_lock, flags);
 850 }
 851
 852 /*
 853  * make mem_cgroup's charge to be 0 if there is no task.
 854  * This enables deleting this mem_cgroup.
 855  */
 856 static int mem_cgroup_force_empty(struct mem_cgroup *mem)
 857 {
 858         int ret = -EBUSY;
 859         int node, zid;
 860
 861         css_get(&mem->css);
 862         /*
 863          * page reclaim code (kswapd etc..) will move pages between
 864          * active_list <-> inactive_list while we don't take a lock.
 865          * So, we have to do loop here until all lists are empty.
 866          */
 867         while (mem->res.usage > 0) {
 868                 if (atomic_read(&mem->css.cgroup->count) > 0)
 869                         goto out;
 870                 /* This is for making all *used* pages to be on LRU. */
 871                 lru_add_drain_all();
 872                 for_each_node_state(node, N_POSSIBLE)
 873                         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
 874                                 struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 875                                 enum lru_list l;
 876                                 mz = mem_cgroup_zoneinfo(mem, node, zid);
 877                                 for_each_lru(l)
 878                                         mem_cgroup_force_empty_list(mem, mz, l);
 879                         }
 880                 cond_resched();
 881         }
 882         ret = 0;
 883 out:
 884         css_put(&mem->css);
 885         return ret;
 886 }
 887
 888 static u64 mem_cgroup_read(struct cgroup *cont, struct cftype *cft)
 889 {
 890         return res_counter_read_u64(&mem_cgroup_from_cont(cont)->res,
 891                                     cft->private);
 892 }
 893 /*
 894  * The user of this function is...
 895  * RES_LIMIT.
 896  */
 897 static int mem_cgroup_write(struct cgroup *cont, struct cftype *cft,
 898                             const char *buffer)
 899 {
 900         struct mem_cgroup *memcg = mem_cgroup_from_cont(cont);
 901         unsigned long long val;
 902         int ret;
 903
 904         switch (cft->private) {
 905         case RES_LIMIT:
 906                 /* This function does all necessary parse...reuse it */
 907                 ret = res_counter_memparse_write_strategy(buffer, &val);
 908                 if (!ret)
 909                         ret = mem_cgroup_resize_limit(memcg, val);
 910                 break;
 911         default:
 912                 ret = -EINVAL; /* should be BUG() ? */
 913                 break;
 914         }
 915         return ret;
 916 }
 917
 918 static int mem_cgroup_reset(struct cgroup *cont, unsigned int event)
 919 {
 920         struct mem_cgroup *mem;
 921
 922         mem = mem_cgroup_from_cont(cont);
 923         switch (event) {
 924         case RES_MAX_USAGE:
 925                 res_counter_reset_max(&mem->res);
 926                 break;
 927         case RES_FAILCNT:
 928                 res_counter_reset_failcnt(&mem->res);
 929                 break;
 930         }
 931         return 0;
 932 }
 933
 934 static int mem_force_empty_write(struct cgroup *cont, unsigned int event)
 935 {
 936         return mem_cgroup_force_empty(mem_cgroup_from_cont(cont));
 937 }
 938
 939 static const struct mem_cgroup_stat_desc {
 940         const char *msg;
 941         u64 unit;
 942 } mem_cgroup_stat_desc[] = {
 943         [MEM_CGROUP_STAT_CACHE] = { "cache", PAGE_SIZE, },
 944         [MEM_CGROUP_STAT_RSS] = { "rss", PAGE_SIZE, },
 945         [MEM_CGROUP_STAT_PGPGIN_COUNT] = {"pgpgin", 1, },
 946         [MEM_CGROUP_STAT_PGPGOUT_COUNT] = {"pgpgout", 1, },
 947 };
 948
 949 static int mem_control_stat_show(struct cgroup *cont, struct cftype *cft,
 950                                  struct cgroup_map_cb *cb)
 951 {
 952         struct mem_cgroup *mem_cont = mem_cgroup_from_cont(cont);
 953         struct mem_cgroup_stat *stat = &mem_cont->stat;
 954         int i;
 955
 956         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(stat->cpustat[0].count); i++) {
 957                 s64 val;
 958
 959                 val = mem_cgroup_read_stat(stat, i);
 960                 val *= mem_cgroup_stat_desc[i].unit;
 961                 cb->fill(cb, mem_cgroup_stat_desc[i].msg, val);
 962         }
 963         /* showing # of active pages */
 964         {
 965                 unsigned long active_anon, inactive_anon;
 966                 unsigned long active_file, inactive_file;
 967                 unsigned long unevictable;
 968
 969                 inactive_anon = mem_cgroup_get_all_zonestat(mem_cont,
 970                                                 LRU_INACTIVE_ANON);
 971                 active_anon = mem_cgroup_get_all_zonestat(mem_cont,
 972                                                 LRU_ACTIVE_ANON);
 973                 inactive_file = mem_cgroup_get_all_zonestat(mem_cont,
 974                                                 LRU_INACTIVE_FILE);
 975                 active_file = mem_cgroup_get_all_zonestat(mem_cont,
 976                                                 LRU_ACTIVE_FILE);
 977                 unevictable = mem_cgroup_get_all_zonestat(mem_cont,
 978                                                         LRU_UNEVICTABLE);
 979
 980                 cb->fill(cb, "active_anon", (active_anon) * PAGE_SIZE);
 981                 cb->fill(cb, "inactive_anon", (inactive_anon) * PAGE_SIZE);
 982                 cb->fill(cb, "active_file", (active_file) * PAGE_SIZE);
 983                 cb->fill(cb, "inactive_file", (inactive_file) * PAGE_SIZE);
 984                 cb->fill(cb, "unevictable", unevictable * PAGE_SIZE);
 985
 986         }
 987         return 0;
 988 }
 989
 990 static struct cftype mem_cgroup_files[] = {
 991         {
 992                 .name = "usage_in_bytes",
 993                 .private = RES_USAGE,
 994                 .read_u64 = mem_cgroup_read,
 995         },
 996         {
 997                 .name = "max_usage_in_bytes",
 998                 .private = RES_MAX_USAGE,
 999                 .trigger = mem_cgroup_reset,
1000                 .read_u64 = mem_cgroup_read,
1001         },
1002         {
1003                 .name = "limit_in_bytes",
1004                 .private = RES_LIMIT,
1005                 .write_string = mem_cgroup_write,
1006                 .read_u64 = mem_cgroup_read,
1007         },
1008         {
1009                 .name = "failcnt",
1010                 .private = RES_FAILCNT,
1011                 .trigger = mem_cgroup_reset,
1012                 .read_u64 = mem_cgroup_read,
1013         },
1014         {
1015                 .name = "force_empty",
1016                 .trigger = mem_force_empty_write,
1017         },
1018         {
1019                 .name = "stat",
1020                 .read_map = mem_control_stat_show,
1021         },
1022 };
1023
1024 static int alloc_mem_cgroup_per_zone_info(struct mem_cgroup *mem, int node)
1025 {
1026         struct mem_cgroup_per_node *pn;
1027         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
1028         enum lru_list l;
1029         int zone, tmp = node;
1030         /*
1031          * This routine is called against possible nodes.
1032          * But it's BUG to call kmalloc() against offline node.
1033          *
1034          * TODO: this routine can waste much memory for nodes which will
1035          *       never be onlined. It's better to use memory hotplug callback
1036          *       function.
1037          */
1038         if (!node_state(node, N_NORMAL_MEMORY))
1039                 tmp = -1;
1040         pn = kmalloc_node(sizeof(*pn), GFP_KERNEL, tmp);
1041         if (!pn)
1042                 return 1;
1043
1044         mem->info.nodeinfo[node] = pn;
1045         memset(pn, 0, sizeof(*pn));
1046
1047         for (zone = 0; zone < MAX_NR_ZONES; zone++) {
1048                 mz = &pn->zoneinfo[zone];
1049                 spin_lock_init(&mz->lru_lock);
1050                 for_each_lru(l)
1051                         INIT_LIST_HEAD(&mz->lists[l]);
1052         }
1053         return 0;
1054 }
1055
1056 static void free_mem_cgroup_per_zone_info(struct mem_cgroup *mem, int node)
1057 {
1058         kfree(mem->info.nodeinfo[node]);
1059 }
1060
1061 static struct mem_cgroup *mem_cgroup_alloc(void)
1062 {
1063         struct mem_cgroup *mem;
1064
1065         if (sizeof(*mem) < PAGE_SIZE)
1066                 mem = kmalloc(sizeof(*mem), GFP_KERNEL);
1067         else
1068                 mem = vmalloc(sizeof(*mem));
1069
1070         if (mem)
1071                 memset(mem, 0, sizeof(*mem));
1072         return mem;
1073 }
1074
1075 static void mem_cgroup_free(struct mem_cgroup *mem)
1076 {
1077         if (sizeof(*mem) < PAGE_SIZE)
1078                 kfree(mem);
1079         else
1080                 vfree(mem);
1081 }
1082
1083
1084 static struct cgroup_subsys_state *
1085 mem_cgroup_create(struct cgroup_subsys *ss, struct cgroup *cont)
1086 {
1087         struct mem_cgroup *mem;
1088         int node;
1089
1090         if (unlikely((cont->parent) == NULL)) {
1091                 mem = &init_mem_cgroup;
1092         } else {
1093                 mem = mem_cgroup_alloc();
1094                 if (!mem)
1095                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
1096         }
1097
1098         res_counter_init(&mem->res);
1099
1100         for_each_node_state(node, N_POSSIBLE)
1101                 if (alloc_mem_cgroup_per_zone_info(mem, node))
1102                         goto free_out;
1103
1104         return &mem->css;
1105 free_out:
1106         for_each_node_state(node, N_POSSIBLE)
1107                 free_mem_cgroup_per_zone_info(mem, node);
1108         if (cont->parent != NULL)
1109                 mem_cgroup_free(mem);
1110         return ERR_PTR(-ENOMEM);
1111 }
1112
1113 static void mem_cgroup_pre_destroy(struct cgroup_subsys *ss,
1114                                         struct cgroup *cont)
1115 {
1116         struct mem_cgroup *mem = mem_cgroup_from_cont(cont);
1117         mem_cgroup_force_empty(mem);
1118 }
1119
1120 static void mem_cgroup_destroy(struct cgroup_subsys *ss,
1121                                 struct cgroup *cont)
1122 {
1123         int node;
1124         struct mem_cgroup *mem = mem_cgroup_from_cont(cont);
1125
1126         for_each_node_state(node, N_POSSIBLE)
1127                 free_mem_cgroup_per_zone_info(mem, node);
1128
1129         mem_cgroup_free(mem_cgroup_from_cont(cont));
1130 }
1131
1132 static int mem_cgroup_populate(struct cgroup_subsys *ss,
1133                                 struct cgroup *cont)
1134 {
1135         return cgroup_add_files(cont, ss, mem_cgroup_files,
1136                                         ARRAY_SIZE(mem_cgroup_files));
1137 }
1138
1139 static void mem_cgroup_move_task(struct cgroup_subsys *ss,
1140                                 struct cgroup *cont,
1141                                 struct cgroup *old_cont,
1142                                 struct task_struct *p)
1143 {
1144         struct mm_struct *mm;
1145         struct mem_cgroup *mem, *old_mem;
1146
1147         mm = get_task_mm(p);
1148         if (mm == NULL)
1149                 return;
1150
1151         mem = mem_cgroup_from_cont(cont);
1152         old_mem = mem_cgroup_from_cont(old_cont);
1153
1154         /*
1155          * Only thread group leaders are allowed to migrate, the mm_struct is
1156          * in effect owned by the leader
1157          */
1158         if (!thread_group_leader(p))
1159                 goto out;
1160
1161 out:
1162         mmput(mm);
1163 }
1164
1165 struct cgroup_subsys mem_cgroup_subsys = {
1166         .name = "memory",
1167         .subsys_id = mem_cgroup_subsys_id,
1168         .create = mem_cgroup_create,
1169         .pre_destroy = mem_cgroup_pre_destroy,
1170         .destroy = mem_cgroup_destroy,
1171         .populate = mem_cgroup_populate,
1172         .attach = mem_cgroup_move_task,
1173         .early_init = 0,
1174 };