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
  36 #include <asm/uaccess.h>
  37
  38 struct cgroup_subsys mem_cgroup_subsys __read_mostly;
  39 static struct kmem_cache *page_cgroup_cache __read_mostly;
  40 #define MEM_CGROUP_RECLAIM_RETRIES      5
  41
  42 /*
  43  * Statistics for memory cgroup.
  44  */
  45 enum mem_cgroup_stat_index {
  46         /*
  47          * For MEM_CONTAINER_TYPE_ALL, usage = pagecache + rss.
  48          */
  49         MEM_CGROUP_STAT_CACHE,     /* # of pages charged as cache */
  50         MEM_CGROUP_STAT_RSS,       /* # of pages charged as rss */
  51         MEM_CGROUP_STAT_PGPGIN_COUNT,   /* # of pages paged in */
  52         MEM_CGROUP_STAT_PGPGOUT_COUNT,  /* # of pages paged out */
  53
  54         MEM_CGROUP_STAT_NSTATS,
  55 };
  56
  57 struct mem_cgroup_stat_cpu {
  58         s64 count[MEM_CGROUP_STAT_NSTATS];
  59 } ____cacheline_aligned_in_smp;
  60
  61 struct mem_cgroup_stat {
  62         struct mem_cgroup_stat_cpu cpustat[NR_CPUS];
  63 };
  64
  65 /*
  66  * For accounting under irq disable, no need for increment preempt count.
  67  */
  68 static void __mem_cgroup_stat_add_safe(struct mem_cgroup_stat *stat,
  69                 enum mem_cgroup_stat_index idx, int val)
  70 {
  71         int cpu = smp_processor_id();
  72         stat->cpustat[cpu].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
  89 enum mem_cgroup_zstat_index {
  90         MEM_CGROUP_ZSTAT_ACTIVE,
  91         MEM_CGROUP_ZSTAT_INACTIVE,
  92
  93         NR_MEM_CGROUP_ZSTAT,
  94 };
  95
  96 struct mem_cgroup_per_zone {
  97         /*
  98          * spin_lock to protect the per cgroup LRU
  99          */
 100         spinlock_t              lru_lock;
 101         struct list_head        active_list;
 102         struct list_head        inactive_list;
 103         unsigned long count[NR_MEM_CGROUP_ZSTAT];
 104 };
 105 /* Macro for accessing counter */
 106 #define MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, idx)       ((mz)->count[(idx)])
 107
 108 struct mem_cgroup_per_node {
 109         struct mem_cgroup_per_zone zoneinfo[MAX_NR_ZONES];
 110 };
 111
 112 struct mem_cgroup_lru_info {
 113         struct mem_cgroup_per_node *nodeinfo[MAX_NUMNODES];
 114 };
 115
 116 /*
 117  * The memory controller data structure. The memory controller controls both
 118  * page cache and RSS per cgroup. We would eventually like to provide
 119  * statistics based on the statistics developed by Rik Van Riel for clock-pro,
 120  * to help the administrator determine what knobs to tune.
 121  *
 122  * TODO: Add a water mark for the memory controller. Reclaim will begin when
 123  * we hit the water mark. May be even add a low water mark, such that
 124  * no reclaim occurs from a cgroup at it's low water mark, this is
 125  * a feature that will be implemented much later in the future.
 126  */
 127 struct mem_cgroup {
 128         struct cgroup_subsys_state css;
 129         /*
 130          * the counter to account for memory usage
 131          */
 132         struct res_counter res;
 133         /*
 134          * Per cgroup active and inactive list, similar to the
 135          * per zone LRU lists.
 136          */
 137         struct mem_cgroup_lru_info info;
 138
 139         int     prev_priority;  /* for recording reclaim priority */
 140         /*
 141          * statistics.
 142          */
 143         struct mem_cgroup_stat stat;
 144 };
 145 static struct mem_cgroup init_mem_cgroup;
 146
 147 /*
 148  * We use the lower bit of the page->page_cgroup pointer as a bit spin
 149  * lock.  We need to ensure that page->page_cgroup is at least two
 150  * byte aligned (based on comments from Nick Piggin).  But since
 151  * bit_spin_lock doesn't actually set that lock bit in a non-debug
 152  * uniprocessor kernel, we should avoid setting it here too.
 153  */
 154 #define PAGE_CGROUP_LOCK_BIT    0x0
 155 #if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_DEBUG_SPINLOCK)
 156 #define PAGE_CGROUP_LOCK        (1 << PAGE_CGROUP_LOCK_BIT)
 157 #else
 158 #define PAGE_CGROUP_LOCK        0x0
 159 #endif
 160
 161 /*
 162  * A page_cgroup page is associated with every page descriptor. The
 163  * page_cgroup helps us identify information about the cgroup
 164  */
 165 struct page_cgroup {
 166         struct list_head lru;           /* per cgroup LRU list */
 167         struct page *page;
 168         struct mem_cgroup *mem_cgroup;
 169         int flags;
 170 };
 171 #define PAGE_CGROUP_FLAG_CACHE  (0x1)   /* charged as cache */
 172 #define PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE (0x2)   /* page is active in this cgroup */
 173
 174 static int page_cgroup_nid(struct page_cgroup *pc)
 175 {
 176         return page_to_nid(pc->page);
 177 }
 178
 179 static enum zone_type page_cgroup_zid(struct page_cgroup *pc)
 180 {
 181         return page_zonenum(pc->page);
 182 }
 183
 184 enum charge_type {
 185         MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_CACHE = 0,
 186         MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED,
 187         MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_FORCE,   /* used by force_empty */
 188 };
 189
 190 /*
 191  * Always modified under lru lock. Then, not necessary to preempt_disable()
 192  */
 193 static void mem_cgroup_charge_statistics(struct mem_cgroup *mem, int flags,
 194                                         bool charge)
 195 {
 196         int val = (charge)? 1 : -1;
 197         struct mem_cgroup_stat *stat = &mem->stat;
 198
 199         VM_BUG_ON(!irqs_disabled());
 200         if (flags & PAGE_CGROUP_FLAG_CACHE)
 201                 __mem_cgroup_stat_add_safe(stat, MEM_CGROUP_STAT_CACHE, val);
 202         else
 203                 __mem_cgroup_stat_add_safe(stat, MEM_CGROUP_STAT_RSS, val);
 204
 205         if (charge)
 206                 __mem_cgroup_stat_add_safe(stat,
 207                                 MEM_CGROUP_STAT_PGPGIN_COUNT, 1);
 208         else
 209                 __mem_cgroup_stat_add_safe(stat,
 210                                 MEM_CGROUP_STAT_PGPGOUT_COUNT, 1);
 211 }
 212
 213 static struct mem_cgroup_per_zone *
 214 mem_cgroup_zoneinfo(struct mem_cgroup *mem, int nid, int zid)
 215 {
 216         return &mem->info.nodeinfo[nid]->zoneinfo[zid];
 217 }
 218
 219 static struct mem_cgroup_per_zone *
 220 page_cgroup_zoneinfo(struct page_cgroup *pc)
 221 {
 222         struct mem_cgroup *mem = pc->mem_cgroup;
 223         int nid = page_cgroup_nid(pc);
 224         int zid = page_cgroup_zid(pc);
 225
 226         return mem_cgroup_zoneinfo(mem, nid, zid);
 227 }
 228
 229 static unsigned long mem_cgroup_get_all_zonestat(struct mem_cgroup *mem,
 230                                         enum mem_cgroup_zstat_index idx)
 231 {
 232         int nid, zid;
 233         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 234         u64 total = 0;
 235
 236         for_each_online_node(nid)
 237                 for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
 238                         mz = mem_cgroup_zoneinfo(mem, nid, zid);
 239                         total += MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, idx);
 240                 }
 241         return total;
 242 }
 243
 244 static struct mem_cgroup *mem_cgroup_from_cont(struct cgroup *cont)
 245 {
 246         return container_of(cgroup_subsys_state(cont,
 247                                 mem_cgroup_subsys_id), struct mem_cgroup,
 248                                 css);
 249 }
 250
 251 struct mem_cgroup *mem_cgroup_from_task(struct task_struct *p)
 252 {
 253         return container_of(task_subsys_state(p, mem_cgroup_subsys_id),
 254                                 struct mem_cgroup, css);
 255 }
 256
 257 static inline int page_cgroup_locked(struct page *page)
 258 {
 259         return bit_spin_is_locked(PAGE_CGROUP_LOCK_BIT, &page->page_cgroup);
 260 }
 261
 262 static void page_assign_page_cgroup(struct page *page, struct page_cgroup *pc)
 263 {
 264         VM_BUG_ON(!page_cgroup_locked(page));
 265         page->page_cgroup = ((unsigned long)pc | PAGE_CGROUP_LOCK);
 266 }
 267
 268 struct page_cgroup *page_get_page_cgroup(struct page *page)
 269 {
 270         return (struct page_cgroup *) (page->page_cgroup & ~PAGE_CGROUP_LOCK);
 271 }
 272
 273 static void lock_page_cgroup(struct page *page)
 274 {
 275         bit_spin_lock(PAGE_CGROUP_LOCK_BIT, &page->page_cgroup);
 276 }
 277
 278 static int try_lock_page_cgroup(struct page *page)
 279 {
 280         return bit_spin_trylock(PAGE_CGROUP_LOCK_BIT, &page->page_cgroup);
 281 }
 282
 283 static void unlock_page_cgroup(struct page *page)
 284 {
 285         bit_spin_unlock(PAGE_CGROUP_LOCK_BIT, &page->page_cgroup);
 286 }
 287
 288 static void __mem_cgroup_remove_list(struct mem_cgroup_per_zone *mz,
 289                         struct page_cgroup *pc)
 290 {
 291         int from = pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE;
 292
 293         if (from)
 294                 MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, MEM_CGROUP_ZSTAT_ACTIVE) -= 1;
 295         else
 296                 MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, MEM_CGROUP_ZSTAT_INACTIVE) -= 1;
 297
 298         mem_cgroup_charge_statistics(pc->mem_cgroup, pc->flags, false);
 299         list_del(&pc->lru);
 300 }
 301
 302 static void __mem_cgroup_add_list(struct mem_cgroup_per_zone *mz,
 303                                 struct page_cgroup *pc)
 304 {
 305         int to = pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE;
 306
 307         if (!to) {
 308                 MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, MEM_CGROUP_ZSTAT_INACTIVE) += 1;
 309                 list_add(&pc->lru, &mz->inactive_list);
 310         } else {
 311                 MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, MEM_CGROUP_ZSTAT_ACTIVE) += 1;
 312                 list_add(&pc->lru, &mz->active_list);
 313         }
 314         mem_cgroup_charge_statistics(pc->mem_cgroup, pc->flags, true);
 315 }
 316
 317 static void __mem_cgroup_move_lists(struct page_cgroup *pc, bool active)
 318 {
 319         int from = pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE;
 320         struct mem_cgroup_per_zone *mz = page_cgroup_zoneinfo(pc);
 321
 322         if (from)
 323                 MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, MEM_CGROUP_ZSTAT_ACTIVE) -= 1;
 324         else
 325                 MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, MEM_CGROUP_ZSTAT_INACTIVE) -= 1;
 326
 327         if (active) {
 328                 MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, MEM_CGROUP_ZSTAT_ACTIVE) += 1;
 329                 pc->flags |= PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE;
 330                 list_move(&pc->lru, &mz->active_list);
 331         } else {
 332                 MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, MEM_CGROUP_ZSTAT_INACTIVE) += 1;
 333                 pc->flags &= ~PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE;
 334                 list_move(&pc->lru, &mz->inactive_list);
 335         }
 336 }
 337
 338 int task_in_mem_cgroup(struct task_struct *task, const struct mem_cgroup *mem)
 339 {
 340         int ret;
 341
 342         task_lock(task);
 343         ret = task->mm && mm_match_cgroup(task->mm, mem);
 344         task_unlock(task);
 345         return ret;
 346 }
 347
 348 /*
 349  * This routine assumes that the appropriate zone's lru lock is already held
 350  */
 351 void mem_cgroup_move_lists(struct page *page, bool active)
 352 {
 353         struct page_cgroup *pc;
 354         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 355         unsigned long flags;
 356
 357         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 358                 return;
 359
 360         /*
 361          * We cannot lock_page_cgroup while holding zone's lru_lock,
 362          * because other holders of lock_page_cgroup can be interrupted
 363          * with an attempt to rotate_reclaimable_page.  But we cannot
 364          * safely get to page_cgroup without it, so just try_lock it:
 365          * mem_cgroup_isolate_pages allows for page left on wrong list.
 366          */
 367         if (!try_lock_page_cgroup(page))
 368                 return;
 369
 370         pc = page_get_page_cgroup(page);
 371         if (pc) {
 372                 mz = page_cgroup_zoneinfo(pc);
 373                 spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 374                 __mem_cgroup_move_lists(pc, active);
 375                 spin_unlock_irqrestore(&mz->lru_lock, flags);
 376         }
 377         unlock_page_cgroup(page);
 378 }
 379
 380 /*
 381  * Calculate mapped_ratio under memory controller. This will be used in
 382  * vmscan.c for deteremining we have to reclaim mapped pages.
 383  */
 384 int mem_cgroup_calc_mapped_ratio(struct mem_cgroup *mem)
 385 {
 386         long total, rss;
 387
 388         /*
 389          * usage is recorded in bytes. But, here, we assume the number of
 390          * physical pages can be represented by "long" on any arch.
 391          */
 392         total = (long) (mem->res.usage >> PAGE_SHIFT) + 1L;
 393         rss = (long)mem_cgroup_read_stat(&mem->stat, MEM_CGROUP_STAT_RSS);
 394         return (int)((rss * 100L) / total);
 395 }
 396
 397 /*
 398  * This function is called from vmscan.c. In page reclaiming loop. balance
 399  * between active and inactive list is calculated. For memory controller
 400  * page reclaiming, we should use using mem_cgroup's imbalance rather than
 401  * zone's global lru imbalance.
 402  */
 403 long mem_cgroup_reclaim_imbalance(struct mem_cgroup *mem)
 404 {
 405         unsigned long active, inactive;
 406         /* active and inactive are the number of pages. 'long' is ok.*/
 407         active = mem_cgroup_get_all_zonestat(mem, MEM_CGROUP_ZSTAT_ACTIVE);
 408         inactive = mem_cgroup_get_all_zonestat(mem, MEM_CGROUP_ZSTAT_INACTIVE);
 409         return (long) (active / (inactive + 1));
 410 }
 411
 412 /*
 413  * prev_priority control...this will be used in memory reclaim path.
 414  */
 415 int mem_cgroup_get_reclaim_priority(struct mem_cgroup *mem)
 416 {
 417         return mem->prev_priority;
 418 }
 419
 420 void mem_cgroup_note_reclaim_priority(struct mem_cgroup *mem, int priority)
 421 {
 422         if (priority < mem->prev_priority)
 423                 mem->prev_priority = priority;
 424 }
 425
 426 void mem_cgroup_record_reclaim_priority(struct mem_cgroup *mem, int priority)
 427 {
 428         mem->prev_priority = priority;
 429 }
 430
 431 /*
 432  * Calculate # of pages to be scanned in this priority/zone.
 433  * See also vmscan.c
 434  *
 435  * priority starts from "DEF_PRIORITY" and decremented in each loop.
 436  * (see include/linux/mmzone.h)
 437  */
 438
 439 long mem_cgroup_calc_reclaim_active(struct mem_cgroup *mem,
 440                                    struct zone *zone, int priority)
 441 {
 442         long nr_active;
 443         int nid = zone->zone_pgdat->node_id;
 444         int zid = zone_idx(zone);
 445         struct mem_cgroup_per_zone *mz = mem_cgroup_zoneinfo(mem, nid, zid);
 446
 447         nr_active = MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, MEM_CGROUP_ZSTAT_ACTIVE);
 448         return (nr_active >> priority);
 449 }
 450
 451 long mem_cgroup_calc_reclaim_inactive(struct mem_cgroup *mem,
 452                                         struct zone *zone, int priority)
 453 {
 454         long nr_inactive;
 455         int nid = zone->zone_pgdat->node_id;
 456         int zid = zone_idx(zone);
 457         struct mem_cgroup_per_zone *mz = mem_cgroup_zoneinfo(mem, nid, zid);
 458
 459         nr_inactive = MEM_CGROUP_ZSTAT(mz, MEM_CGROUP_ZSTAT_INACTIVE);
 460         return (nr_inactive >> priority);
 461 }
 462
 463 unsigned long mem_cgroup_isolate_pages(unsigned long nr_to_scan,
 464                                         struct list_head *dst,
 465                                         unsigned long *scanned, int order,
 466                                         int mode, struct zone *z,
 467                                         struct mem_cgroup *mem_cont,
 468                                         int active)
 469 {
 470         unsigned long nr_taken = 0;
 471         struct page *page;
 472         unsigned long scan;
 473         LIST_HEAD(pc_list);
 474         struct list_head *src;
 475         struct page_cgroup *pc, *tmp;
 476         int nid = z->zone_pgdat->node_id;
 477         int zid = zone_idx(z);
 478         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 479
 480         BUG_ON(!mem_cont);
 481         mz = mem_cgroup_zoneinfo(mem_cont, nid, zid);
 482         if (active)
 483                 src = &mz->active_list;
 484         else
 485                 src = &mz->inactive_list;
 486
 487
 488         spin_lock(&mz->lru_lock);
 489         scan = 0;
 490         list_for_each_entry_safe_reverse(pc, tmp, src, lru) {
 491                 if (scan >= nr_to_scan)
 492                         break;
 493                 page = pc->page;
 494
 495                 if (unlikely(!PageLRU(page)))
 496                         continue;
 497
 498                 if (PageActive(page) && !active) {
 499                         __mem_cgroup_move_lists(pc, true);
 500                         continue;
 501                 }
 502                 if (!PageActive(page) && active) {
 503                         __mem_cgroup_move_lists(pc, false);
 504                         continue;
 505                 }
 506
 507                 scan++;
 508                 list_move(&pc->lru, &pc_list);
 509
 510                 if (__isolate_lru_page(page, mode) == 0) {
 511                         list_move(&page->lru, dst);
 512                         nr_taken++;
 513                 }
 514         }
 515
 516         list_splice(&pc_list, src);
 517         spin_unlock(&mz->lru_lock);
 518
 519         *scanned = scan;
 520         return nr_taken;
 521 }
 522
 523 /*
 524  * Charge the memory controller for page usage.
 525  * Return
 526  * 0 if the charge was successful
 527  * < 0 if the cgroup is over its limit
 528  */
 529 static int mem_cgroup_charge_common(struct page *page, struct mm_struct *mm,
 530                                 gfp_t gfp_mask, enum charge_type ctype,
 531                                 struct mem_cgroup *memcg)
 532 {
 533         struct mem_cgroup *mem;
 534         struct page_cgroup *pc;
 535         unsigned long flags;
 536         unsigned long nr_retries = MEM_CGROUP_RECLAIM_RETRIES;
 537         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 538
 539         pc = kmem_cache_alloc(page_cgroup_cache, gfp_mask);
 540         if (unlikely(pc == NULL))
 541                 goto err;
 542
 543         /*
 544          * We always charge the cgroup the mm_struct belongs to.
 545          * The mm_struct's mem_cgroup changes on task migration if the
 546          * thread group leader migrates. It's possible that mm is not
 547          * set, if so charge the init_mm (happens for pagecache usage).
 548          */
 549         if (likely(!memcg)) {
 550                 rcu_read_lock();
 551                 mem = mem_cgroup_from_task(rcu_dereference(mm->owner));
 552                 /*
 553                  * For every charge from the cgroup, increment reference count
 554                  */
 555                 css_get(&mem->css);
 556                 rcu_read_unlock();
 557         } else {
 558                 mem = memcg;
 559                 css_get(&memcg->css);
 560         }
 561
 562         while (res_counter_charge(&mem->res, PAGE_SIZE)) {
 563                 if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT))
 564                         goto out;
 565
 566                 if (try_to_free_mem_cgroup_pages(mem, gfp_mask))
 567                         continue;
 568
 569                 /*
 570                  * try_to_free_mem_cgroup_pages() might not give us a full
 571                  * picture of reclaim. Some pages are reclaimed and might be
 572                  * moved to swap cache or just unmapped from the cgroup.
 573                  * Check the limit again to see if the reclaim reduced the
 574                  * current usage of the cgroup before giving up
 575                  */
 576                 if (res_counter_check_under_limit(&mem->res))
 577                         continue;
 578
 579                 if (!nr_retries--) {
 580                         mem_cgroup_out_of_memory(mem, gfp_mask);
 581                         goto out;
 582                 }
 583         }
 584
 585         pc->mem_cgroup = mem;
 586         pc->page = page;
 587         /*
 588          * If a page is accounted as a page cache, insert to inactive list.
 589          * If anon, insert to active list.
 590          */
 591         if (ctype == MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_CACHE)
 592                 pc->flags = PAGE_CGROUP_FLAG_CACHE;
 593         else
 594                 pc->flags = PAGE_CGROUP_FLAG_ACTIVE;
 595
 596         lock_page_cgroup(page);
 597         if (unlikely(page_get_page_cgroup(page))) {
 598                 unlock_page_cgroup(page);
 599                 res_counter_uncharge(&mem->res, PAGE_SIZE);
 600                 css_put(&mem->css);
 601                 kmem_cache_free(page_cgroup_cache, pc);
 602                 goto done;
 603         }
 604         page_assign_page_cgroup(page, pc);
 605
 606         mz = page_cgroup_zoneinfo(pc);
 607         spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 608         __mem_cgroup_add_list(mz, pc);
 609         spin_unlock_irqrestore(&mz->lru_lock, flags);
 610
 611         unlock_page_cgroup(page);
 612 done:
 613         return 0;
 614 out:
 615         css_put(&mem->css);
 616         kmem_cache_free(page_cgroup_cache, pc);
 617 err:
 618         return -ENOMEM;
 619 }
 620
 621 int mem_cgroup_charge(struct page *page, struct mm_struct *mm, gfp_t gfp_mask)
 622 {
 623         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 624                 return 0;
 625
 626         /*
 627          * If already mapped, we don't have to account.
 628          * If page cache, page->mapping has address_space.
 629          * But page->mapping may have out-of-use anon_vma pointer,
 630          * detecit it by PageAnon() check. newly-mapped-anon's page->mapping
 631          * is NULL.
 632          */
 633         if (page_mapped(page) || (page->mapping && !PageAnon(page)))
 634                 return 0;
 635         if (unlikely(!mm))
 636                 mm = &init_mm;
 637         return mem_cgroup_charge_common(page, mm, gfp_mask,
 638                                 MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED, NULL);
 639 }
 640
 641 int mem_cgroup_cache_charge(struct page *page, struct mm_struct *mm,
 642                                 gfp_t gfp_mask)
 643 {
 644         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 645                 return 0;
 646
 647         /*
 648          * Corner case handling. This is called from add_to_page_cache()
 649          * in usual. But some FS (shmem) precharges this page before calling it
 650          * and call add_to_page_cache() with GFP_NOWAIT.
 651          *
 652          * For GFP_NOWAIT case, the page may be pre-charged before calling
 653          * add_to_page_cache(). (See shmem.c) check it here and avoid to call
 654          * charge twice. (It works but has to pay a bit larger cost.)
 655          */
 656         if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT)) {
 657                 struct page_cgroup *pc;
 658
 659                 lock_page_cgroup(page);
 660                 pc = page_get_page_cgroup(page);
 661                 if (pc) {
 662                         VM_BUG_ON(pc->page != page);
 663                         VM_BUG_ON(!pc->mem_cgroup);
 664                         unlock_page_cgroup(page);
 665                         return 0;
 666                 }
 667                 unlock_page_cgroup(page);
 668         }
 669
 670         if (unlikely(!mm))
 671                 mm = &init_mm;
 672
 673         return mem_cgroup_charge_common(page, mm, gfp_mask,
 674                                 MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_CACHE, NULL);
 675 }
 676
 677 /*
 678  * uncharge if !page_mapped(page)
 679  */
 680 static void
 681 __mem_cgroup_uncharge_common(struct page *page, enum charge_type ctype)
 682 {
 683         struct page_cgroup *pc;
 684         struct mem_cgroup *mem;
 685         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 686         unsigned long flags;
 687
 688         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 689                 return;
 690
 691         /*
 692          * Check if our page_cgroup is valid
 693          */
 694         lock_page_cgroup(page);
 695         pc = page_get_page_cgroup(page);
 696         if (unlikely(!pc))
 697                 goto unlock;
 698
 699         VM_BUG_ON(pc->page != page);
 700
 701         if ((ctype == MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED)
 702             && ((pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_CACHE)
 703                 || page_mapped(page)))
 704                 goto unlock;
 705
 706         mz = page_cgroup_zoneinfo(pc);
 707         spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 708         __mem_cgroup_remove_list(mz, pc);
 709         spin_unlock_irqrestore(&mz->lru_lock, flags);
 710
 711         page_assign_page_cgroup(page, NULL);
 712         unlock_page_cgroup(page);
 713
 714         mem = pc->mem_cgroup;
 715         res_counter_uncharge(&mem->res, PAGE_SIZE);
 716         css_put(&mem->css);
 717
 718         kmem_cache_free(page_cgroup_cache, pc);
 719         return;
 720 unlock:
 721         unlock_page_cgroup(page);
 722 }
 723
 724 void mem_cgroup_uncharge_page(struct page *page)
 725 {
 726         __mem_cgroup_uncharge_common(page, MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED);
 727 }
 728
 729 void mem_cgroup_uncharge_cache_page(struct page *page)
 730 {
 731         VM_BUG_ON(page_mapped(page));
 732         __mem_cgroup_uncharge_common(page, MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_CACHE);
 733 }
 734
 735 /*
 736  * Before starting migration, account against new page.
 737  */
 738 int mem_cgroup_prepare_migration(struct page *page, struct page *newpage)
 739 {
 740         struct page_cgroup *pc;
 741         struct mem_cgroup *mem = NULL;
 742         enum charge_type ctype = MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_MAPPED;
 743         int ret = 0;
 744
 745         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 746                 return 0;
 747
 748         lock_page_cgroup(page);
 749         pc = page_get_page_cgroup(page);
 750         if (pc) {
 751                 mem = pc->mem_cgroup;
 752                 css_get(&mem->css);
 753                 if (pc->flags & PAGE_CGROUP_FLAG_CACHE)
 754                         ctype = MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_CACHE;
 755         }
 756         unlock_page_cgroup(page);
 757         if (mem) {
 758                 ret = mem_cgroup_charge_common(newpage, NULL, GFP_KERNEL,
 759                         ctype, mem);
 760                 css_put(&mem->css);
 761         }
 762         return ret;
 763 }
 764
 765 /* remove redundant charge if migration failed*/
 766 void mem_cgroup_end_migration(struct page *newpage)
 767 {
 768         /*
 769          * At success, page->mapping is not NULL.
 770          * special rollback care is necessary when
 771          * 1. at migration failure. (newpage->mapping is cleared in this case)
 772          * 2. the newpage was moved but not remapped again because the task
 773          *    exits and the newpage is obsolete. In this case, the new page
 774          *    may be a swapcache. So, we just call mem_cgroup_uncharge_page()
 775          *    always for avoiding mess. The  page_cgroup will be removed if
 776          *    unnecessary. File cache pages is still on radix-tree. Don't
 777          *    care it.
 778          */
 779         if (!newpage->mapping)
 780                 __mem_cgroup_uncharge_common(newpage,
 781                                          MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_FORCE);
 782         else if (PageAnon(newpage))
 783                 mem_cgroup_uncharge_page(newpage);
 784 }
 785
 786 /*
 787  * A call to try to shrink memory usage under specified resource controller.
 788  * This is typically used for page reclaiming for shmem for reducing side
 789  * effect of page allocation from shmem, which is used by some mem_cgroup.
 790  */
 791 int mem_cgroup_shrink_usage(struct mm_struct *mm, gfp_t gfp_mask)
 792 {
 793         struct mem_cgroup *mem;
 794         int progress = 0;
 795         int retry = MEM_CGROUP_RECLAIM_RETRIES;
 796
 797         if (mem_cgroup_subsys.disabled)
 798                 return 0;
 799
 800         rcu_read_lock();
 801         mem = mem_cgroup_from_task(rcu_dereference(mm->owner));
 802         css_get(&mem->css);
 803         rcu_read_unlock();
 804
 805         do {
 806                 progress = try_to_free_mem_cgroup_pages(mem, gfp_mask);
 807         } while (!progress && --retry);
 808
 809         css_put(&mem->css);
 810         if (!retry)
 811                 return -ENOMEM;
 812         return 0;
 813 }
 814
 815 int mem_cgroup_resize_limit(struct mem_cgroup *memcg, unsigned long long val)
 816 {
 817
 818         int retry_count = MEM_CGROUP_RECLAIM_RETRIES;
 819         int progress;
 820         int ret = 0;
 821
 822         while (res_counter_set_limit(&memcg->res, val)) {
 823                 if (signal_pending(current)) {
 824                         ret = -EINTR;
 825                         break;
 826                 }
 827                 if (!retry_count) {
 828                         ret = -EBUSY;
 829                         break;
 830                 }
 831                 progress = try_to_free_mem_cgroup_pages(memcg, GFP_KERNEL);
 832                 if (!progress)
 833                         retry_count--;
 834         }
 835         return ret;
 836 }
 837
 838
 839 /*
 840  * This routine traverse page_cgroup in given list and drop them all.
 841  * *And* this routine doesn't reclaim page itself, just removes page_cgroup.
 842  */
 843 #define FORCE_UNCHARGE_BATCH    (128)
 844 static void mem_cgroup_force_empty_list(struct mem_cgroup *mem,
 845                             struct mem_cgroup_per_zone *mz,
 846                             int active)
 847 {
 848         struct page_cgroup *pc;
 849         struct page *page;
 850         int count = FORCE_UNCHARGE_BATCH;
 851         unsigned long flags;
 852         struct list_head *list;
 853
 854         if (active)
 855                 list = &mz->active_list;
 856         else
 857                 list = &mz->inactive_list;
 858
 859         spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 860         while (!list_empty(list)) {
 861                 pc = list_entry(list->prev, struct page_cgroup, lru);
 862                 page = pc->page;
 863                 get_page(page);
 864                 spin_unlock_irqrestore(&mz->lru_lock, flags);
 865                 /*
 866                  * Check if this page is on LRU. !LRU page can be found
 867                  * if it's under page migration.
 868                  */
 869                 if (PageLRU(page)) {
 870                         __mem_cgroup_uncharge_common(page,
 871                                         MEM_CGROUP_CHARGE_TYPE_FORCE);
 872                         put_page(page);
 873                         if (--count <= 0) {
 874                                 count = FORCE_UNCHARGE_BATCH;
 875                                 cond_resched();
 876                         }
 877                 } else
 878                         cond_resched();
 879                 spin_lock_irqsave(&mz->lru_lock, flags);
 880         }
 881         spin_unlock_irqrestore(&mz->lru_lock, flags);
 882 }
 883
 884 /*
 885  * make mem_cgroup's charge to be 0 if there is no task.
 886  * This enables deleting this mem_cgroup.
 887  */
 888 static int mem_cgroup_force_empty(struct mem_cgroup *mem)
 889 {
 890         int ret = -EBUSY;
 891         int node, zid;
 892
 893         css_get(&mem->css);
 894         /*
 895          * page reclaim code (kswapd etc..) will move pages between
 896          * active_list <-> inactive_list while we don't take a lock.
 897          * So, we have to do loop here until all lists are empty.
 898          */
 899         while (mem->res.usage > 0) {
 900                 if (atomic_read(&mem->css.cgroup->count) > 0)
 901                         goto out;
 902                 for_each_node_state(node, N_POSSIBLE)
 903                         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
 904                                 struct mem_cgroup_per_zone *mz;
 905                                 mz = mem_cgroup_zoneinfo(mem, node, zid);
 906                                 /* drop all page_cgroup in active_list */
 907                                 mem_cgroup_force_empty_list(mem, mz, 1);
 908                                 /* drop all page_cgroup in inactive_list */
 909                                 mem_cgroup_force_empty_list(mem, mz, 0);
 910                         }
 911         }
 912         ret = 0;
 913 out:
 914         css_put(&mem->css);
 915         return ret;
 916 }
 917
 918 static u64 mem_cgroup_read(struct cgroup *cont, struct cftype *cft)
 919 {
 920         return res_counter_read_u64(&mem_cgroup_from_cont(cont)->res,
 921                                     cft->private);
 922 }
 923 /*
 924  * The user of this function is...
 925  * RES_LIMIT.
 926  */
 927 static int mem_cgroup_write(struct cgroup *cont, struct cftype *cft,
 928                             const char *buffer)
 929 {
 930         struct mem_cgroup *memcg = mem_cgroup_from_cont(cont);
 931         unsigned long long val;
 932         int ret;
 933
 934         switch (cft->private) {
 935         case RES_LIMIT:
 936                 /* This function does all necessary parse...reuse it */
 937                 ret = res_counter_memparse_write_strategy(buffer, &val);
 938                 if (!ret)
 939                         ret = mem_cgroup_resize_limit(memcg, val);
 940                 break;
 941         default:
 942                 ret = -EINVAL; /* should be BUG() ? */
 943                 break;
 944         }
 945         return ret;
 946 }
 947
 948 static int mem_cgroup_reset(struct cgroup *cont, unsigned int event)
 949 {
 950         struct mem_cgroup *mem;
 951
 952         mem = mem_cgroup_from_cont(cont);
 953         switch (event) {
 954         case RES_MAX_USAGE:
 955                 res_counter_reset_max(&mem->res);
 956                 break;
 957         case RES_FAILCNT:
 958                 res_counter_reset_failcnt(&mem->res);
 959                 break;
 960         }
 961         return 0;
 962 }
 963
 964 static int mem_force_empty_write(struct cgroup *cont, unsigned int event)
 965 {
 966         return mem_cgroup_force_empty(mem_cgroup_from_cont(cont));
 967 }
 968
 969 static const struct mem_cgroup_stat_desc {
 970         const char *msg;
 971         u64 unit;
 972 } mem_cgroup_stat_desc[] = {
 973         [MEM_CGROUP_STAT_CACHE] = { "cache", PAGE_SIZE, },
 974         [MEM_CGROUP_STAT_RSS] = { "rss", PAGE_SIZE, },
 975         [MEM_CGROUP_STAT_PGPGIN_COUNT] = {"pgpgin", 1, },
 976         [MEM_CGROUP_STAT_PGPGOUT_COUNT] = {"pgpgout", 1, },
 977 };
 978
 979 static int mem_control_stat_show(struct cgroup *cont, struct cftype *cft,
 980                                  struct cgroup_map_cb *cb)
 981 {
 982         struct mem_cgroup *mem_cont = mem_cgroup_from_cont(cont);
 983         struct mem_cgroup_stat *stat = &mem_cont->stat;
 984         int i;
 985
 986         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(stat->cpustat[0].count); i++) {
 987                 s64 val;
 988
 989                 val = mem_cgroup_read_stat(stat, i);
 990                 val *= mem_cgroup_stat_desc[i].unit;
 991                 cb->fill(cb, mem_cgroup_stat_desc[i].msg, val);
 992         }
 993         /* showing # of active pages */
 994         {
 995                 unsigned long active, inactive;
 996
 997                 inactive = mem_cgroup_get_all_zonestat(mem_cont,
 998                                                 MEM_CGROUP_ZSTAT_INACTIVE);
 999                 active = mem_cgroup_get_all_zonestat(mem_cont,
1000                                                 MEM_CGROUP_ZSTAT_ACTIVE);
1001                 cb->fill(cb, "active", (active) * PAGE_SIZE);
1002                 cb->fill(cb, "inactive", (inactive) * PAGE_SIZE);
1003         }
1004         return 0;
1005 }
1006
1007 static struct cftype mem_cgroup_files[] = {
1008         {
1009                 .name = "usage_in_bytes",
1010                 .private = RES_USAGE,
1011                 .read_u64 = mem_cgroup_read,
1012         },
1013         {
1014                 .name = "max_usage_in_bytes",
1015                 .private = RES_MAX_USAGE,
1016                 .trigger = mem_cgroup_reset,
1017                 .read_u64 = mem_cgroup_read,
1018         },
1019         {
1020                 .name = "limit_in_bytes",
1021                 .private = RES_LIMIT,
1022                 .write_string = mem_cgroup_write,
1023                 .read_u64 = mem_cgroup_read,
1024         },
1025         {
1026                 .name = "failcnt",
1027                 .private = RES_FAILCNT,
1028                 .trigger = mem_cgroup_reset,
1029                 .read_u64 = mem_cgroup_read,
1030         },
1031         {
1032                 .name = "force_empty",
1033                 .trigger = mem_force_empty_write,
1034         },
1035         {
1036                 .name = "stat",
1037                 .read_map = mem_control_stat_show,
1038         },
1039 };
1040
1041 static int alloc_mem_cgroup_per_zone_info(struct mem_cgroup *mem, int node)
1042 {
1043         struct mem_cgroup_per_node *pn;
1044         struct mem_cgroup_per_zone *mz;
1045         int zone, tmp = node;
1046         /*
1047          * This routine is called against possible nodes.
1048          * But it's BUG to call kmalloc() against offline node.
1049          *
1050          * TODO: this routine can waste much memory for nodes which will
1051          *       never be onlined. It's better to use memory hotplug callback
1052          *       function.
1053          */
1054         if (!node_state(node, N_NORMAL_MEMORY))
1055                 tmp = -1;
1056         pn = kmalloc_node(sizeof(*pn), GFP_KERNEL, tmp);
1057         if (!pn)
1058                 return 1;
1059
1060         mem->info.nodeinfo[node] = pn;
1061         memset(pn, 0, sizeof(*pn));
1062
1063         for (zone = 0; zone < MAX_NR_ZONES; zone++) {
1064                 mz = &pn->zoneinfo[zone];
1065                 INIT_LIST_HEAD(&mz->active_list);
1066                 INIT_LIST_HEAD(&mz->inactive_list);
1067                 spin_lock_init(&mz->lru_lock);
1068         }
1069         return 0;
1070 }
1071
1072 static void free_mem_cgroup_per_zone_info(struct mem_cgroup *mem, int node)
1073 {
1074         kfree(mem->info.nodeinfo[node]);
1075 }
1076
1077 static struct mem_cgroup *mem_cgroup_alloc(void)
1078 {
1079         struct mem_cgroup *mem;
1080
1081         if (sizeof(*mem) < PAGE_SIZE)
1082                 mem = kmalloc(sizeof(*mem), GFP_KERNEL);
1083         else
1084                 mem = vmalloc(sizeof(*mem));
1085
1086         if (mem)
1087                 memset(mem, 0, sizeof(*mem));
1088         return mem;
1089 }
1090
1091 static void mem_cgroup_free(struct mem_cgroup *mem)
1092 {
1093         if (sizeof(*mem) < PAGE_SIZE)
1094                 kfree(mem);
1095         else
1096                 vfree(mem);
1097 }
1098
1099
1100 static struct cgroup_subsys_state *
1101 mem_cgroup_create(struct cgroup_subsys *ss, struct cgroup *cont)
1102 {
1103         struct mem_cgroup *mem;
1104         int node;
1105
1106         if (unlikely((cont->parent) == NULL)) {
1107                 mem = &init_mem_cgroup;
1108                 page_cgroup_cache = KMEM_CACHE(page_cgroup, SLAB_PANIC);
1109         } else {
1110                 mem = mem_cgroup_alloc();
1111                 if (!mem)
1112                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
1113         }
1114
1115         res_counter_init(&mem->res);
1116
1117         for_each_node_state(node, N_POSSIBLE)
1118                 if (alloc_mem_cgroup_per_zone_info(mem, node))
1119                         goto free_out;
1120
1121         return &mem->css;
1122 free_out:
1123         for_each_node_state(node, N_POSSIBLE)
1124                 free_mem_cgroup_per_zone_info(mem, node);
1125         if (cont->parent != NULL)
1126                 mem_cgroup_free(mem);
1127         return ERR_PTR(-ENOMEM);
1128 }
1129
1130 static void mem_cgroup_pre_destroy(struct cgroup_subsys *ss,
1131                                         struct cgroup *cont)
1132 {
1133         struct mem_cgroup *mem = mem_cgroup_from_cont(cont);
1134         mem_cgroup_force_empty(mem);
1135 }
1136
1137 static void mem_cgroup_destroy(struct cgroup_subsys *ss,
1138                                 struct cgroup *cont)
1139 {
1140         int node;
1141         struct mem_cgroup *mem = mem_cgroup_from_cont(cont);
1142
1143         for_each_node_state(node, N_POSSIBLE)
1144                 free_mem_cgroup_per_zone_info(mem, node);
1145
1146         mem_cgroup_free(mem_cgroup_from_cont(cont));
1147 }
1148
1149 static int mem_cgroup_populate(struct cgroup_subsys *ss,
1150                                 struct cgroup *cont)
1151 {
1152         return cgroup_add_files(cont, ss, mem_cgroup_files,
1153                                         ARRAY_SIZE(mem_cgroup_files));
1154 }
1155
1156 static void mem_cgroup_move_task(struct cgroup_subsys *ss,
1157                                 struct cgroup *cont,
1158                                 struct cgroup *old_cont,
1159                                 struct task_struct *p)
1160 {
1161         struct mm_struct *mm;
1162         struct mem_cgroup *mem, *old_mem;
1163
1164         mm = get_task_mm(p);
1165         if (mm == NULL)
1166                 return;
1167
1168         mem = mem_cgroup_from_cont(cont);
1169         old_mem = mem_cgroup_from_cont(old_cont);
1170
1171         /*
1172          * Only thread group leaders are allowed to migrate, the mm_struct is
1173          * in effect owned by the leader
1174          */
1175         if (!thread_group_leader(p))
1176                 goto out;
1177
1178 out:
1179         mmput(mm);
1180 }
1181
1182 struct cgroup_subsys mem_cgroup_subsys = {
1183         .name = "memory",
1184         .subsys_id = mem_cgroup_subsys_id,
1185         .create = mem_cgroup_create,
1186         .pre_destroy = mem_cgroup_pre_destroy,
1187         .destroy = mem_cgroup_destroy,
1188         .populate = mem_cgroup_populate,
1189         .attach = mem_cgroup_move_task,
1190         .early_init = 0,
1191 };